CC BY
33
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.543.3:635.61
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ АППАРАТА ДЛЯ ВЫСЕВА ПРОРАЩЕННЫХ СЕМЯН АРБУЗОВ ПУНКТИРНО-ГНЕЗДОВЫМ СПОСОБОМ
О.Н. Беспалова, аспирант А.Л. Сальников, доктор биологических наук, профессор
Астраханский государственный университет
B.Г. Абезин, доктор технических наук, профессор
C.В. Тронев, кандидат технических наук, доцент
Волгоградский государственный аграрный университет
Проведено экспериментальное обоснование параметров высевающего аппарата для пунктирно-гнездового посева проросших семян арбузов сорта «Астраханский». Определены длина, ширина ячейки, толщина высевающего диска и угол наклона его к горизонту.
Ключевые слова: арбуз, высевающий аппарат, пунктирно-гнездовой, ячейки, ячеистый диск, щёточный отражатель, жесткость.
Основной задачей при посеве проращенных семян арбуза является формирование гнезд с взаимным удалением семян друг от друга на расстояние 3...5 мм и обеспечение точности высева не менее 95 % без травмирования проростков. Результатом проведения такой технологии посева будет экономия дорогостоящего семенного материала, обеспечение возможности прореживания растений без повреждения гнезда.
Минимальное повреждение ростков семян можно достичь за счет применения разработанной нами конструкции высевающего аппарата (рис. 1). С увеличением всхожести и снижением повреждения ростков увеличивается вероятность появления гнезд с числом растений, равным числу семян, высеваемых в гнездо. Из практики известно, что полевая всхожесть семян бахчевых культур на 20-30 % ниже, чем лабораторная. Для обеспечения требования однозернового заполнения проросших семян в ячейку важны её параметры длины, ширины и форма, - которая должна соответствовать форме семени [1], а также толщина высевающего диска.
При западании проросшего семени в ячейку продолговатой формы необходимо выполнение условий [3]:
Ь = Ь + ДЬ, 1я = 1с + 1Р +Ы,
я ~ я с Р
где Ья, !я - ширина и длина ячейки, мм; !С - длина семени, мм; !р - длина ростка, мм; АЬ, А!, мм -зазоры между проросшим семенем и ячейкой, обеспечивающие прохождение семени в ячейку, мм.
При точном высеве распределение растений в гнездах в зависимости от полевой всхожести семян следует биноминальному закону, т.е. при посеве точно заданного количества семян в гнездо и полевой всхожести не равной 100 %, число растений может колебаться от 0 до п. Посев бахчевых культур следует проводить без пропусков, так как пропуск одного гнезда оставляет незасеянной площадь более 4 м для схемы посева 2,1
х 2,1 м [1]. Вероятность невсхожести семян - V,, вероятность всхожести семян - V!. Сумма вероятностей определяется зависимостью: V0+V! = 1.
Применяя теорию умножения вероятностей, так как события независимые, получим закономерность распределения растений в гнездах:
(V,о + V!)" = Vo+V1+V2+Vз+... + Vn,
где Vo, VI, V2, V}, ...V" - вероятности появления в гнездах соответственно по 0, 1, 2, 3..." растений. Эти вероятности представляют собой соответствующие члены разложения бинома Ньютона. Вероятность появления гнезд с к растениями можно определить по формуле:
Vk = Спк V0"-к V? ип,
где ип - коэффициент, учитывающий число поврежденных ростков при высеве проросших семян (ип = 0,97).
Вероятность появления гнезд с двумя растениями:
V = Сп2 V,о"-2 V!2 ип.
Наиболее вероятное число растений в гнезде определяется по формуле:
к = (п VI + V!) ип.
Поскольку к может быть только целым числом, то при получении дробного значения округляем до целого числа. В нашем случае при п = 3 и полевой всхожести V! = 0,7 с учетом повреждения проростков семян до ип = 0,97 получим: к = (3 0,7+0,7) 0,97 = 2,7. В нашем случае получим наиболее вероятное число растений в гнезде к = 3.
Исследования процесса заполнения ячеек наклонного высевающего диска проводились на лабораторной установке, представленной на рисунке 1.
Рисунок 1 - Принципиальная схема установки: 1 - семенной ящик; 2 - днище; 3 - высевающий диск; 4 - щеточный отражатель;
5 - эластичные щетинки; 6 - кожух; 7 - ячейки; 8 - высевающее окно; 9 - конический направитель; 10 - болт; 11 - коническая передача; 12 - приводной вал; 13 - кронштейн;
14 - семена; 15 - семяпровод
По результатам лабораторных исследований процесса заполнения ячеек, получены зависимости длины, ширины ячейки и толщины высевающего диска от точности высева, представленные на рисунках 2, 3, 4, обеспечивающие максимальную точность высева. Точность высева - это отношение числа ячеек, заполненных одним семенем, к числу всех ячеек, производящих высев в процентах.
20 -
15,5 15,7 15,9 16,2 16,5 16,8 17,2 17,6 17,8 17,80 18 18,2 длина ячейки, мм ♦ скор о сть 1 - - скоро сть 2 —А— скоро сть 3
Рисунок 2 - Зависимости точности высева семян арбуза сорта «Астраханский» от длины ячейки. Скорость 1 - 1 м/с; скорость 2 - 1,3 м/с; скорость 3 - 2 м/с
от ширины ячейки. Скорость 1 - 1 м/с; скорость 2 - 1,3 м/с; скорость 3 - 2 м/с
г
\
—^— \
» т >
3 3,2
толыпша диска, мм
Рисунок 4 - Зависимость точности высева от толщины высевающего диска
Значения длины, ширины и толщины определяются зависимостями:
1я = 1ср + А1; мм; Ъя = Ъср + АЪ; мм ; Зя = Зср + АЗ, мм;
где 1ср, Ъср, Зср - средние значения размерных характеристик проросших семян.
Из рисунков 2, 3, 4 следует, что оптимальное значение длины ячейки равно /я= 16+1,8=17,8 мм, ширина ячейки Ъя=8,6+1,2=9,8 мм и необходимая толщина высевающего диска равна 5я=2,8+0,2=3 мм.
Нами изучалось влияние жесткости щетинок щеточного отражателя, предусмотренного в конструкции высевающего аппарата на травмирование ростков проросших семян арбуза. Жёсткость - способность конструктивных элементов деформироваться при внешнем воздействии без существенного изменения геометрических размеров. Основной характеристикой жёсткости является коэффициент жёсткости, равный силе, вызывающей единичное перемещение в точке приложения силы. Материалом для ворса щеточного отражателя может служить натуральная (конский, коровий и барсучий волос) и искусственная (полипропилен, полиамид-6 (ПА), сэтрон, вайлон) щетина [5]. Основными физическими свойствами, определяющими качество щетинок, являются жесткость, упругость, твердость, толщина и длина.
В наших исследованиях применялся щеточный отражатель с синтетической щетиной из полиамида-6 (капрон). Жесткость щетинок зависит от диаметра применяемой синтетической щетины и количества рядов щетинок, данные приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристика жесткости щетинок отражателя из капрона
Класс жесткости Марка волокна Диаметр синтетического волокна, мм Количество рядов щетинок Показатель жесткости в относительных единицах
Мягкие ПА6.12 (С) 0,16; 0,18; 0,20 3 45-70
Средние ПА6.10 ПА6.12 (С) 0,16 0,18 0,20 3 4 3 70-80
Жесткие ПА6.12 (С); ПА6.10 0,20 4 80 и выше
Жесткость щетинок определялась согласно ГОСТ 6388-91 Щетки зубные. Общие технические условия. Вычисляется среднее значение степени жесткости О, выраженное в относительных единицах (сантиньютон, отнесённый к квадратному миллиметру) по уравнению:
G = F/A, сН/мм2 где F - силы сопротивления, сН; A - площадь рабочей части, мм2.
В конструкции аппарата для высева проращенных семян арбуза класс жесткости щеточного отражателя выбран средний [4], данные измерений по определению оптимального значения жесткости щетинок представлены на рисунке 5. Средний размер ростков семян арбуза при изучении жесткости равен 2 мм.
Представленные в таблице 1 и на рисунке 5 данные позволяют получить интервал варьирования значений жёсткости от Gmjn=0,01176 сН/мм2 до Gmax=0,015288 сН/мм . Оптимальное значение жесткости щёточного отражателя будет приближённо равно значению минимальной жёсткости, обеспечивающей наименьший уровень трамирования проростка семени.
повреждаемость ростков. °
Рисунок 5 - Зависимость жесткости щетины отражателя от повреждаемости ростков
Угол наклона диска а оказывает существенное влияние на работу высевающего аппарата. При его малом значении возможен захват и попадание в ячейку нескольких семян, а при большом значении возможно выпадение семян из ячейки и просев, что приведет к изреженности посевов. Наиболее важным является случай, когда семя выпадает из ячейки. Выпадение семени из ячейки происходит за счет опрокидывания семени, когда ячейка оказывается в верхней точке. Схема сил и моментов, действующих на семя в момент отрыва, показана на рисунке 6.
Рисунок 6 - Силы, действующие на семя при его выпадении из ячейки
Семя при относительном перемещении проходит над ячейкой длинной осью и
5
перемещается в ячейку только в случае, если его центр тяжести окажет на торцевой кромке ячейки [1].
^ X = 0; ma>2R • cosa + fN cosa-N sina-mx = 0;
^ Y = 0; ma>2R • sina + N cosa + fN sina + 2max - mg = 0;
l l l , S l
Vi/ _rv mxcosa• — + N• — + 2max• — + ma R• — + fN•S-mg• — = 0. LMo =0; 2 2 2 2 c 2
В момент отрыва семени от плоскости диска нормальная сила, действующая со стороны этого диска, будет равна 0 и тогда уравнение движения будет иметь вид:
mm Rcosa-mx = 0.
Из полученного уравнения величина центробежной силы равна
mm R =
mx
cosa
тогда имеем
mx ■ tga + 2mx — mg = 0.
Для решения полученного уравнения исключаем т и принимаем условие, которое гарантирует начало перемещения семени. Величина угла наклона а должна быть не менее 45°, а, согласно проведённым исследованиям, оптимальное значение угла наклона высевающего диска а=50° (рисунок 7) и может колебаться в допустимых пределах 45°-55°. Вектор силы тяжести направлен от центра семени через точку, находящуюся в середине толщины диска, тогда tgа=1,2 и уравнение имеет вид:
1,2х + 2ах - g = 0.
угол наклона диска, град
Рисунок 7 - Зависимость точности высева от угла наклона диска
Использование ячеистого диска, с определенными выше параметрами, предотвращает травмирование семян и ростков при высеве, позволяет экономить семенной материал, значительно повышает урожайность, а получение продукции плодов арбуза обеспечивается на две недели раньше [2]. Пунктирное расположение семян в гнезде обеспечивает оптимальные условия всхожести растений и предотвращает повреждение всходов при прореживании.
Библиографический список
1. Абезин, Д.А. Разработка технологии и технических средств посева проросших семян бахчевых культур [Текст] : дисс. канд. техн. наук/ Д.А. Абезин. - Волгоград, 2007. - 158 с.
2. Абезин, В.Г. Совершенствование технологии посева проращенных семян бахчевых культур пунктирно-гнездовым способом [Текст] / В.Г. Абезин, О.Н. Беспалова // Известия
Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - № 3 (27). - С. 179-183.
3. Беспалова, О.Н. Исследование влияния обработки семян арбузов электроактивированной водой на физико-механические и биологические свойства [Текст] / О.Н. Беспалова, В.Г. Абе-зин // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - № 4 (28). - С . 215-221.
4. ГОСТ 6388-91. Щетки зубные. Общие технические условия [Электронный ресурс] / Кодекс/Техэксперт - 2012.
5. Товароведение. Разложи всё по полочкам. Щеточные изделия [Электронный ресурс]. - 2013. URL: http://www.znaytovar.ru
E-mail: [email protected]
