Статья: Экспериментальные оценки обеспечения площадей питания семян при полосовом посеве сферодисковым сошником с дефлекторным распределителем

Сферические диски (сферодиски) типа дискаторных применены в качестве сошников на сеялках семейства "Еруслан" (https://eruslan.ru/).

Апшеронский механический завод (АМЗ) выпускает такую посевную машину под названием Р-4,2 (рис. 1, а). В ней сошник не имеет распределителя; семена из гофрированного семяпровода высыпаются непосредственно в борозду. Считается, что эффект разброса семян достигается за счёт турбулентности движения семян в гофрированном семяпроводе.

Рисунок 1 - Сферодисковые сошники сеялки Р-4,2: а - общий вид сеялки Р-4,2; б - сферодисковый сошник с дефлекторным распределителем: 1 - сферический диск; 2 - подшипник; 3 - стойка; 4 - подрезиненный кронштейн; 5 - рама; 6 - семяпровод; 7 - распределитель; 8 - крепление семяпровода

дефлекторный разбрасыватель сошник семя

Однако испытания показали, что ширина разброса неустойчива и не достигает нужных 200 мм. Предлагается сферодисковый сошник снабдить дефлекторным разбрасывателем (рис. 1, б). Процесс работы такого сошника разбивается на ряд этапов: образование бороздки и валка; движение зерна по семяпроводу; отскок от дефлектора - распределителя; размещение семян в открытой бороздке; закрытие бороздки осыпанием валка и под катком.

Целью исследования является экспериментальная оценка ширины разброса и обеспеченности площадями питания семян сферодисковым сошником с дефлекторным распределителем.

Анализ работ выявил ряд факторов, влияющих на способность сферодискового сошника осуществлять полосной посев:

- диаметр D и радиус сферы диска с;

- углы ориентации сферического диска: угол афронтальности б и наклона диска в;

- норма высева Q;

- скорость движения V;

- глубина посева h;

- физико- механические свойства почвы: твёрдость р и влажность w;

- физико- механические свойства семян: размеры, коэффициент трения f, натура m;

- скорость выброса семян из сопла семяпровода в борозду V_c;

- расположение сопла семяпровода относительно диска Y_c;

- высота сопла семяпровода над поверхностью почвы H_c;

- параметры дефлекторного разбрасывателя на семяпроводе: ширина пластины L и угол её ориентации ш .

Откликом факторной модели на выходе считается ширина полосы b_c и показатель обеспеченности семян площадями питания Д.

Управлять таким большим количеством факторов затруднительно, поэтому оценим необходимость варьирования этих факторов для поставленной цели при лабораторных исследованиях.

Если исходить из необходимости разработки посевного комплекса на базе дискатора, то варьировать диаметр D и радиус сферы с диска нет необходимости; они должны быть такими, как на дискаторе.

Варьирование физико-механическими свойствами почвы в лаборатории нереально и излишне.

Для проверки принципа функционирования ограничимся одним сортом семян нужной кондиции. Для конкретного сорта семян, агротребования задают определенные значения нормы высева Q, глубины заделки семян h, влажность почвы w (почва должна быть "спелой" с влажностью порядка 22%). Считать эти факторы независимо варьируемыми нельзя; в рамках решаемых задач их следует отнести к факторам контролируемым.

Необходимо учитывать также требование независимости факторов модели. Специфика работы сферодиска обнаруживает ряд взаимозависимостей. Так назначение глубины посева H однозначно означает глубину погружения диска в почву z_b=H, которая определяет ширину борозды B=y_b по зависимости [30]:

(1)

Ширина борозды определяет требуемую ширину разброса B_с=y_b . Теория функционирования дефлекторного распределителя [31] устанавливает зависимость между шириной разброса B_с , высотой установки дефлектора Н и углом его наклона ш=б_Д :

(2)

График зависимости представлен на рис. 2.

Рисунок 2 - График зависимости B_c=(ш) при разной высоте установки H

Анализ зависимости показывает, что дальность полёта имеет максимум при угле наклона дефлектора б_Д=55°. Это экспериментально подтвердил О.О. Тыскинеев. В этом случае в соответствии с целью исследований варьировать углом наклона нет смысла. Для максимальности ширины разброса его надо устанавливать постоянным б_Д =55°. Тогда зависимость превращается в связь факторов Н и B_с. Для варьирования выбираем фактор Н.

Дополнительно учитываем, что для поперечного разброса сопло семяпровода должно располагаться в продольно-вертикальной плоскости за центром сферодиска, тогда Y_c=0.

Кроме того, необходимо учитывать общую направленность работы на разработку посевного комплекса на базе дискатора. У дискатора обычно предусмотрен механизм по регулировке угла атаки б; варьирование же угла наклона в обычно не предусматривается и механизм для этого отсутствует. Добавление такого механизма лишь серьёзно усложнит крепление дисков к раме; большого эффекта согласно профилям борозды в п. 2. не ожидается. Поэтому угол наклона принимаем постоянным, как у дискатора в=20°.

В итоге после отсева излишних факторов независимыми и управляемыми факторами останутся только три: угол атаки диска б, скорость движения V и глубина хода сошников h. (рис. 2).

Откликами модели должны служить качественные и энергетические показатели функционирования сферодискового сошника. В рамках решаемой задачи это должен быть показатель роста площади питания при разбросе семян Д по дну получаемой борозды b_c, удовлетворяющая агротребованиям, и показатель неравномерности разброса, которые требуют обоснования.

Применявшийся показатель равномерности высева при рядковом посеве непригоден для процесса широкополосного высева, так как не несёт информации о главном эффекте широкополосного сева - изменении площади питания семянок. Создание такого показателя, не противоречащего стандартам, находится в стадии становления. Применяются различные подходы [1, 7, 9, 13, 14, 18] .

Методика Г.И. Хееге предусматривает анализ выборки семян на площади шириной высеваемой полосы B_факт и длиной 1 м. (рис. 3).

Рисунок 3 - Измерение расстояний между зерновками

За критерий равномерности распределения семян зерновых культур по площади посева приняты статистики: средние арифметические расстояний между отдельными зерновками L_ik , их среднеквадратические отклонения и коэффициент вариации. Расстояние между семенами должно быть такое, чтобы максимальное число семянок имело бы требуемую площадь питания в виде круга радиусом 15 мм. Критерий требует измерения расстояния между зерновками L_ik и радиусов R_ik условных окружностей площади питания, при которых начнутся конфликты с ближайшими семенами. Однако зерновки имеют несколько соседей, что запутывает картину измерений, вносит элемент субъективности. Другой недостаток методики - большая трудоёмкость измерений расстояний и радиусов площадей питания, потеря информации о неравномерности высева по длине борозды, как того требуют стандарты (ГОСТ 26711-89).

Методика, разработанная А.А. Будаговым [5] для подпочвенно-разбросного способа с оценкой равномерности распределения семян по площади, включает измерения числа семян на 1 м длины полосок, образуемых дискретизаций ширины разброса B_факт , и измерения числа семян на 1м² площади, как того требует стандарт (ГОСТ 12036-85. Семена сельскохозяйственных культур. Правила приемки и методы отбора проб).

Достоинство критерия - близость к существующим стандартам. Недостаток - отсутствует информация об изменениях площади питания семянок.

Не решает проблемы и новый ОСТ-10.5.1-2000. "Машины посевные. Методы оценки функциональных показателей", разработанный на основе разных показателей: по площади на основе подсчёта количества их в квадратах 5x5 см² , и по расстояниям. Норма по подсчёту количества семян в квадратах 5x5 см не соответствует с нормой обеспеченности семян площадями питания 3х3 см² .

Все эти методики отличаются большой трудоёмкостью, требуют трудоёмких статистических измерений расстояний с аспектом субьективности.

В работе применён новый показатель равномерности, сочетающий требования стандарта и наличие информации о распределении площадей питания семянок. В качестве показателя принимается относительное число (доля) семян л, обеспеченных достаточной площадью питания в форме квадрата 3х3 см.

л =n_пп/ N ,

где n_пп - число семян, обеспеченных площадью питания из общего количества N.

Поскольку эта доля непостоянна по длине гона, применяются статистики: среднее арифметическое л_ср, среднеквадратическое отклонение Дл и коэффициент вариации х относительного числа семян л_i на n участках длиной 1 м, обеспеченных достаточной площадью питания, i=1…n.

Норма по доле обеспеченности семян площадями питания диаметром 3 см² имеет преимущества перед применяемыми показателями: она менее трудоёмка и главное более объективна, и поэтому удобна в массовых лабораторных исследованиях.

Норма не противоречит ОСТ-10.5.1-2000, опирается на тот же принцип определения площадей питания и показатели косвенно связаны между собой.

Методика получения показателя сводится к следующему. Настраивается высевающий аппарат на нужную норму высева 5 млн. зёрен на гектар. Устанавливается глубина хода сферодисков и угол атаки. Проводится заезд высевающей установки по длине канала. вскрывается борозда, контролируется соблюдение агродопуска на глубину размещения семян. Длина гона делится на n участков длиной по 1м. На каждом участке подсчитывается общее количество семян N_i и количество семян n_п, имеющих площадь питания 30х30 мм².

Подсчитываются значения доли обеспеченных семян л_i =n_пi/N_i.

Среднее арифметическое

(3)

Cреднеквадратические отклонения

(4)

Вариация

х=Дл/л_ср (5)

Достоинством показателя является простота и объективность.

Для проведения экспериментальных исследований по найденной факторной модели использовался комплекс оборудования «Почвенный канал» ДГТУ (рис. 4).

Рисунок 4 - Общий вид канала с тележкой

Почва в канале типа приазовского чернозёма, абсолютной влажности от 8 до 30% , твердость почвы от 4 до 16 * 10^-1 МПа (16 кгс/см²) в горизонтах от 0 до 15 см. Уклон поверхности почвы не более 1^о.

Создана экспериментальная установка, имитирующая работу секции сеялки в условиях почвенного канала. Общий вид установки показан на рис. 5.

а

б

Рисунок 5 - Общий вид установки для исследования работы сферодисков: а - вид сбоку: тележка почвенного канала; высевающий модуль; тензобрус; регулятор глубины хода; фронтальный рыхлитель; б - вид на сошник и опорное колесо: сферодисковый сошник; семяпроводы; колесо высевающего модуля с приводной звёздочкой

Установка включает тележку почвенного канала с планировщиком спереди и фронтальным рыхлителем сзади, высевающий модуль, присоединённый к рамке тележки параллелограммной подвеской и сошники, крепящиеся на тензобрусах. Тележка движется по рельсовой колее над поверхностью почвы с заданной скоростью.

Посевной модуль опирается на опорное колесо (см. рис. 5,б). Параллелограммный механизм позволяет обеспечить копирование модулем поверхности почвы с гарантией стабильного давления колеса на почву и отсутствия пробуксовки. Сошник крепится на тензобрусе тележки.

Катушечный высевающий аппарат, установленный на горловине бункера, приводится от опорного колеса цепной передачей. На выходные патрубки аппарата надеваются трубчатые гофрированные семяпроводы, Для повышения ширины разброса на конце семяпровода крепится дефлекторный распределитель.

Установка работает следующим образом. При движении тележки сферодисковый сошник нарезает борозду. Колесо высевающего модуля (см. рис. 4) катится по поверхности почвы, копируя макрорельеф поверхности почвы. Высевающий аппарат, приводимый во вращение от колеса через цепную передачу и редуктор, получает скорость вращения, пропорциональную скорости движения, что гарантирует независимость от неё нормы высева. Семена из бункера, дозированные высевающим аппаратом, поступают в семяпроводы и падают в сошники.

Разработанная установка позволила объективно оценить преимущества и недостатки сферодиска как сошника зерновой сеялки.

Перед проведением опытов почву в канале рыхлили и выравнивали, а также обильно и равномерно поливали по всей поверхности.