Пневматический высевающий аппарат точного высева для мелкосеменных культур

Увеличение производства растительного кормового белка за счет расширения посевов многолетних трав с высоким содержанием протеина является путем повышения продуктивности животноводства. Во многом рост площадей под эти культуры сдерживается дефицитом семян, потребность в которых обеспечивается на 50–70 %.

Одна из главных задач при посеве сельскохозяйственных культур заключается в обеспечении наилучших условий прорастания семян, а также в получении их оптимальной густоты при равномерном размещении по площади питания, что, в свою очередь, зависит от качественной работы высевающей системы сеялки. Применение на посеве мелкосеменных трав серийно выпускаемых сеялок с различными по конструкции высевающими аппаратами и сошниками не может обеспечить требуемые норму высева (2–4 кг/га) и глубину заделки, что приводит к перерасходу дефицитных дорогостоящих семян и снижению урожайности [1, 2].

Цель исследования – повышение качества посева мелкосеменных культур на семена малыми нормами (2–4 кг/га) за счет совершенствования конструкции пневматического высевающего аппарата.

Материалы и методы

В лабораторно-экспериментальных исследованиях определяли параметры вертикальнодискового высевающего аппарата и режимы вакуума для обеспечения высева семян. Использовали лабораторный стенд для моделирования технологических режимов работы высевающего аппарата, установку для создания вакуума, циферблатный вакуумметр, секундомер, линейку. Исследования выполняли по методикам, ГОСТ 1.5–93, ОСТ 10.5.1–2000.

Результаты исследований

При разработке процесса посева исследования были направлены: на снижение нормы высева, повышение точности распределения семян в рядке и создание оптимальных условий для развития растений.

Вертикально-дисковый высевающий аппарат сеялки СУПН-8 состоит из двух склепанных между собой дисков, различных по толщине, с выполненными в них сквозными отверстиями. В процессе работы сеялки в зоне заполнения за счет создания разрежения в вакуумной камере семена прижимаются к отверстиям (ячейкам) со стороны тонкого диска и транспортируются в зону высева. Для высева пропашных культур (подсолнечник, кукуруза и др.) диаметр отверстий (ячеек) для выноса одного семени должен быть 3,0 мм и более. Семена мелкосеменных культур, например люцерны, горчицы, рапса и др., в 45–50 раз легче одной зерновки кукурузы, а по размерам почти в 20 раз мельче. Если не модернизировать конструкцию высевающего аппарата, семена из семенной камеры из-за создаваемого разрежения будут перемещаться в вакуумную камеру через сквозные отверстия в диске, что нарушит процесс высева.

Модернизация пневматического вертикально-дискового высевающего аппарата заключалась в установке между дисками сетки с ячейками, которые были меньше размера высеваемых семян. Задача сетки – в процессе работы высевающего аппарата препятствовать попаданию семян внутрь камеры разрежения [3]. На рис. 1 показано общее устройство разработанного пневматического высевающего аппарата и его основные узлы.

На рис. 2 показана конструкция нового высевающего диска с установленной между дисками сеткой с ячейками 0,4 х 0,4 мм.

Высевающий аппарат работает следующим образом: семена засыпаются в семенную камеру 2 ; вал 4 , вращаясь по часовой стрелке, передает крутящий момент на высевающий диск 5 . Вакуумный вентилятор (не показан) создает разрежение в зоне выреза прокладки 7 к ячейкам высевающего диска. При вращении высевающего диска 5 семена 13 западают в ячейки 9 и за счет разрежения воздуха удерживаются в них, придавливаясь к сетке 12 , которая не позволяет перетекать семенам в вакуумную камеру.

При выходе ячейки высевающего диска из семенной камеры эластичный чистик 6 освобождает ее от «лишних» семян (рис. 3, б). Диск, вращаясь, переносит ячейку с семенами в зону высева, где разрежение отсутствует и семена выпадают в сошник под собственным весом (рис. 3, в).

Рис. 1. Общий вид пневматического высевающего аппарата:

1 – корпус; 2 – семенная камера; 3 – вакуумная камера;

4 – вал; 5 – высевающий диск; 6 – эластичный чистик;

7 – прокладка

Рис. 2. Заполнение ячеек семенами:

8 – диск с ячейками; 9 – ячейка;

10 – диск с отверстиями; 11 – отверстия;

12 – сетка; 13 – семена

а              б            в

Рис. 3 . Фазы транспортировки семян ячейкой пневматического высевающего диска

Норму высева можно регулировать при помощи семенных дисков 5 , имеющих различное количество ячеек на своей поверхности, и за счет изменения передаточного числа вращения высевающего диска.

Качество работы пневматической высевающей системы зависит от правильности определения конструктивных параметров и режимов работы. Для их уточнения были проведены экспериментальные исследования в лабораторных условиях на имитационном стенде. Стенд состоит из подвижного бесконечного ленточного транспортера с липкой лентой, электропривода высевающего аппарата и ленточного транспортера, КПП, прибора для создания вакуума, его компенсатора (регулятора) и циферблатного вакуумметра.

Величину разрежения в семенной камере регулировали с помощью компенсатора, а числовое значение определяли вакуумметром через штуцер, выведенный из вакуумной камеры высевающего аппарата.

Лабораторные исследования проводили по следующей методике: в корпус высевающего аппарата устанавливали диск с определенными параметрами и количеством ячеек, в бункер засыпали семена, устанавливали требуемый режим разрежения в вакуумной камере. Последовательно включали приводы транспортера и высевающего аппарата и производили высев на липкую ленту, после остановки транспортера учитывали количество семян, вынесенных одной ячейкой, данные заносили в журнал.

Опыт проводили с тремя типами дисков, на которых было по 12 отверстий диаметрами 2,0; 2,5; 3,0 мм. Величину вакуума устанавливали 1,08–3,05 кПа с шагом 0,6 кПа. Частоту вращения высевающего аппарата и скорость транспортера регулировали таким образом, чтобы при фиксации семян на липкой ленте расстояния между гнездами были 20 см. Учетный отрезок 3 м, повторность четырехкратная.

По результатам экспериментальных исследований было установлено, что количество выносимых семян одной ячейкой находится в прямой зависимости от величины вакуума, при любых диаметрах отверстий для получения умеренно загущенного посева (на 1 м2 – 50–60 растений) с учетом полевой всхожести их должно быть 6–8 шт. [4, 5]. Такое количество семян было обеспечено при использовании диска с параметрами: толщина 2,0 мм, диаметр отверстий (ячеек) 3 мм и величина вакуума 0,155 МПа.

По результатам математического и физического моделирования в отделе механизации ФГБНУ СибНИИСХ в 2015 г. был изготовлен экспериментальный образец пневматического высевающего аппарата и заложен полевой опыт (рис. 4). Проведенные лабораторно-полевые исследования на посеве люцерны позволили доказать работоспособность пневматического высевающего аппарата. При установленной норме высева 2,0 кг/га полное появление всходов люцерны наблюдалось на 12-й день, полевая всхожесть составила 78,8 %. На 1 погонный метр в среднем взошло 33 растения при среднем квадратическом отклонении ±12 мм и коэффициенте вариации 52,1 %, что полностью соответствует агротребованиям при возделывании мелкосеменных культур.

Рис. 4. Всходы люцерны (через 12 дней после посева)

Применение модернизированной посевной секции с новым пневматическим высевающим аппаратом позволило при выполнении широкорядного посева снизить норму высева дефицитных мелкосеменных семян в 2 раза, а эксплуатационные затраты на 15–20 %.

Выводы

По результатам проведенных исследований были обоснованы параметры и режимы работы пневматического высевающего аппарата:

• –    высевающий диск состоит из соединенных между собой дисков с установленной между ними для исключения проскакивания семян в вакуумную камеру сеткой с ячейками меньше размера семян (0,4 х 0,4 мм).

• –    диски различные по толщине: внутренний диск имеют толщину, равную приведенному диаметру семян высеваемых мелкосеменных культур;

• –    отверстия (ячейки) расположены по окружности диска и имеет форму усеченного конуса для люцерны (Ø min = 3 мм).

Необходимое количество семян, выносимых одной ячейкой (от 3 до 5 штук), обеспечивалось при разрежении в вакуумной камере 0,155 МПа.