Результаты исследований повреждения семян мелкосеменных культур дисковым высевающим аппаратом

В настоящее время большое внимание уделяется возделыванию мелкосеменных культур, семена которых используют для получения масел, широко применяемых в металлургической, лакокрасочной, текстильной и пищевой промышленности. Не менее важно, что мелкосеменные культуры применяются также в сельскохозяйственном производстве в качестве кормовых.

Одной из важнейших операций при возделывании сельскохозяйственных культур является посев, поскольку от него во многом зависит качество и количество будущего урожая [1]. Данное положение особенно актуально при посеве мелкосеменных культур, физико-механические свойства семян которых обусловливают повышенные требования к высевающим аппаратам посевных машин [2].

Качественное дозирование семенного материала обеспечивает повышение полевой всхожести семян и оптимальное размещение растений по площади питания.

Наряду с повышением равномерности распределения семян особое внимание уделяется снижению уровня травмирования семенного материала, поскольку урожай травмированных семян снижается.

В связи с этим целью данной работы является построение математической модели, описывающей процесс повреждения семян в зависимости от конструктивных и кинематических параметров дискового высевающего аппарата.

Обзор литературы

Анализ технологического процесса работы, серийно выпускаемых посевных машин, а также научной литературы по исследуемой тематике показал, что высевающие аппараты не в полной мере соответствуют агротехническим требованиям, предъявляемым к посеву мелкосеменных культур [1]. Основными их недостатками являются сложность регулировки малых норм высева, соблюдение необходимой равномерности распределения и повышенное травмирование семян. Как показывают результаты лабораторно-полевых исследований, при посеве люцерны сеялкой СЗТ-3,6, травмирование семян доходит до 3 %, что снижает их полевую всхожесть до 53 %. Вместе с тем снижение травмирования семян положительно сказывается на их всхожести (согласно результатам аналогичных исследований, данный показатель увеличился до 67 %) [3].

Вопросами совершенствования высевающих аппаратов для мелкосеменных культур занимались многие исследователи. Большинство из них склоняется к тому, что наиболее перспективными дозаторами в данном случае являются дисковые высевающие аппараты с горизонтальной осью вращения, которые отличаются повышенной точностью распределения семенного материала и имеют резерв снижения их травмирования.

Например, в работе Н. П. Ларюшина рассматривается проблема повышения равномерности распределения семян лука (чернушки) ячеисто-дисковым высевающим аппаратом [4]. А. А. Шварц предлагает высевающий аппарат с вертикальным диском для по- сева семян рапса [5]. Результаты исследований заполняемости ячеек и дробления семян в зависимости от конструктивных и кинематических параметров высевающего аппарата подтверждают правильность выбранных решений. А. С. Фирсов в своей статье отражает вопросы развития дисковых высевающих аппаратов как наиболее перспективных для мелкосеменных культур и предлагает лабораторную установку для определения параметров их работы [6].

Материалы и методы

На основании вышеизложенного в ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва» на кафедре сельскохозяйственных машин имени профессора А. И. Ле-щанкина был разработан дисковый высевающий аппарат (рис. 1) для высева мелкосеменных культур. Новизна данного технического решения подтверждена патентами1–3.

Экспериментальный дисковый высевающий аппарат состоит из корпуса 1 , в котором на валу установлен ячеистый диск 5 . Расстояние между корпусом и диском не должно превышать размеров семян высеваемой культуры. В этом случае их транспортировка осуществляется только в ячейках, исключая, таким образом, активный слой и нежелательное повреждение семенного материала. Регулировка высева осуществляется отражателем 4 путем удаления лишних семян с поверхности ячеек 7 . Отражатель изготовлен из эластичного материала, что снижает уровень травмирования семян.

• ¹    Патент 49670 (РФ), МПК А01С7/16. Высевающий аппарат / В. А. Овчинников, М. Н. Чат-кин, А. Н. Седашкин; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарёва». № 2005120133/22; заявл. 28.06.2005; опубл. 10.12.2005, бюл. № 34.

• ²Патент 88497 (РФ), МПК А01С7/16. Высевающий аппарат / В. А. Овчинников, Д. А. Овчинников, М. Н. Чаткин, А. Н. Седашкин; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарёва». № 2009128156/22; заявл. 21.07.2009; опубл. 20.11.2009, бюл. № 32.

• ³ Патент 124524 (РФ), МПК А01С7/04. Высевающий диск / В. А. Овчинников, О. А. Ягин, Н. В. Колесников; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарёва». № 2012109016/13; заявл. 11.03.2012; опубл. 10.02.2013, бюл. № 4.

  

  Р и с. 1. Экспериментальный высевающий аппарат: 1 – корпус высевающего аппарата;

  2 – вставка; 3 – планка отражателя; 4 – эластичный отражатель семян;

  5 – ячеистый диск; 6 – зубчатка; 7 – ячейка

  F i g. 1. Disk sowing apparatus: 1 – hull; 2 – insertion; 3 – plank; 4 – seeds regulator;

  5 – sowing disk; 6 – gear; 7 – cell

  
  

Работа экспериментального высевающего аппарата происходит следующим образом. При вращении диска семена заполняют ячейки и направляются к отражателю, который удаляет лишние семена с поверхности ячеек. Далее семена перемещаются в точку схода, где, получив необходимую скорость, падают на дно борозды, сформированной сошником.

Использование данного аппарата позволит повысить равномерность распределения семян мелкосеменных культур с минимальным повреждением [7–9].

Результаты исследования

Для построения математической модели оценки влияния отдельных факторов (а также их взаимодействия) на степень повреждения посевного материала был проведен многофак- торный эксперимент. На основании теоретических и экспериментальных данных были выявлены основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на процесс травмирования семян: х1 – угол установки отражателя семян, х2 – окружная скорость диска, х3 – количество ячеек на диске. Уровни варьирования вышеупомянутых факторов представлены в табл. 1. Натуральным значениям α, Vд и nя соответствуют кодовые х1, х2, х3.

Наиболее целесообразным для описания влияния указанных факторов на процесс травмирования семенного материала, по нашему мнению, является полнофакторный эксперимент. В табл. 2 представлен план эксперимента N = 2^k и подсчитаны значения целевой функции.

Т а б л и ц а 1

T a b l e 1

Уровни варьирования независимых факторов Intervals and the variation levels of the factors

Факторы / Factors		Уровни варьирования / Variation levels
В кодированном виде / Coded views	В натуральном виде / Natural views	-1	0	+1
х1	α, град.	5	17,5	30
х2	Vд, м/с	0,120	0,185	0,250
х3	nя, шт.	60	70	80

Т а б л и ц а 2

T a b l e 2

План полнофакторного эксперимента Plan of full-factorial experiment

№ опыта / Number of experience	Факторы / Factors			Значение целевой функции (повреждение семян) / The value of the objective function
	х 1	х 2	х 3	D , %
1	1	1	1	1,64
2	-1	1	1	0,59
3	1	-1	1	1,62
4	-1	-1	1	0,47
5	1	1	-1	1,91
6	-1	1	-1	0,72
7	1	-1	-1	1,87
8	-1	-1	-1	0,65

По результатам экспериментальных исследований и обработки полученных данных программой «Statistica-6» было составлено уравнение, описывающее процесс повреждения семян дисковым высевающим аппаратом в зависимости от его конструктивных и кинематических параметров:

D = 1,184 + 0,576 х₁ + 0,031 х₂ –

– 0,104 х₃ – 0,026 х₁ х₃.        (1)

Влияние угла установки отражателя и окружной скорости ячеистого диска на повреждение семян представлено на рис. 2.

Угол установки отражателя семян, град. / Angle of the seed regulator installation, grad.

Р и с. 2. Влияние угла установки отражателя семян и окружной скорости диска на повреждение семян

F i g. 2. Effect of the installation regulator angle of the seeds and circumferential speed of the disk on impairment of sowing qualities seed

Р и с. 3. Влияние окружной скорости диска и количества ячеек на повреждение семян ( 1 – 80 ячеек; 2 – 70 ячеек; 3 – 60 ячеек)

F i g. 3. Effect of the circumferential speed of the disk and quantity cells on impairment of sowing qualities seed ( 1 – 80 cells; 2 – 70 cells; 3 – 60 cells)

Из рис. 2 видно, что при угле установки отражателя менее 15 ^o повреждение семян не превышает 1 %. Дальнейшее увеличение угла, приводит к увеличению травмирования семенного материала.

При угле установки отражателя в 10 ^o , рассмотрели влияние окружной скорости диска и количества ячеек на повреждение семян (рис. 3).

Обсуждение и заключения

В результате исследований была выявлена следующая закономерность: увеличение окружной скорости ячеистого диска негативно сказывается на целостности семян. Кроме этого, повреждение семенного материала зависит от количества ячеек на диске: при уменьшении его с 80 до 60 шт. по- вреждение выросло на 1,04 %. Таким образом, целесообразно использовать диски с максимальным количеством ячеек, а угол установки отражателя семян не должен превышать 15о, по скольку в этой зоне повреждение се мян находится в пределах агротехни ческих требований.