Разработка и обоснование параметров протравливателя семян зерновых культур с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Файзуллин Ренат Айратович

• Файзуллин Ренат Айратович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Файзуллин Ренат Айратович

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Технологические основы предпосевной обработки семян зерновых культур

1.2 Анализ конструкций существующих протравливателей семян зерновых культур

1.3 Анализ теоретических исследований по совершенствованию технологий предпосевной обработки семян

1.4 Краткие выводы и задачи исследования

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОТРАВЛИВАТЕЛЯ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР С ПНЕВМОЗАГРУЗОЧНО-ПЫЛЕОЧИСТИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ

2.1 Конструктивно-технологическая схема протравливателя семян с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством

2.2 Обоснование конструктивно-технологических параметров пневмосемяпровода пневмозагрузочно-пылеочистительного устройства

2.2.1 Обоснование формы, материала и геометрии размещения на протравочной машине

2.2.2 Обоснование режима и скорости движения воздушно-зерновой смеси в пневмосемяпроводе

2.2.3 Динамика движения воздушно-зерновой смеси в пневмосемяпроводе

2.2.4 Обоснование скорости движения семян в пневмосемяпроводе

2.2.5 Обоснование скорости воздуха в пневмосемяпроводе

2.2.6 Обоснование расхода воздуха в пневмозагрузочно-пылеочистительном устройстве

2.2.7 Обоснование рабочего диаметра пневмосемяпровода

2.2.8 Определение пропускной способности пневмосемяпровода

2.3 Обоснование конструктивно-технологических параметров пылеотделителя пневмозагрузочно-пылеочистительного устройства

2.3.1 Обоснование скорости воздуха в пылеотделителе

2.3.2 Обоснование диаметра цилиндрической части пылеотделителя

2.4 Компьютерное моделирование движения воздуха в пневмозагрузочно-пылеочистительном устройстве

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа исследований

3.2 Методика лабораторных исследований

3.2.1 Методика определения микротравмирования семян

3.2.2 Методика определения степени запыленности семян

3.3 Методика лабораторно-производственных исследований

3.3.1 Методика определения степени травмированности семян

3.3.2 Методика определения степени очистки семян от пыли

3.4 Методика полевых опытов

3.5 Методика статистической обработки результатов экспериментов

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И

ИХ АНАЛИЗ

4.1 Результаты определения степени микротравмирования семян

4.2 Определение степени очищения семян от пыли

4.3 Результаты полевых опытов

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОТРАВЛИВАТЕЛЯ СЕМЯН С ПНЕВМОЗАГРУЗОЧНО-ПЫЛЕОЧИСТИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ

5.1 Сравнительная технико-экономическая оценка

5.2 Экономическая эффективность при использовании протравливателя семян с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Патенты полученные соискателем

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт производственных испытаний протравливателя семян зерновых культур с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством

ПРИЛОЖЕНИЕ В Акт внедрения протравливателя семян зерновых культур с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Акт об использовании (внедрении) научно-исследовательской работы в учебном процессе

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В настоящее время, в технологии производства зерна, особое внимание уделяется предпосевной обработке семян водными растворами защитно-удобрительно-стимулирующих химических и биологических средств, которая играет важную роль в успешном выращивании зерновых культур. Эффективность обработки напрямую влияет на здоровое развитие растения, его устойчивость к вредителям на ранней стадии роста, соответственно на урожайность. В хозяйствах для обработки семян наиболее применяются серийные мобильные протравливатели семян. [1-3].

Анализ существующих конструкций мобильных протравливателей показал, что в настоящее время все существующие протравливатели семян имеют три существенных недостатка:

1. Повышенная травмированность семян, связанная с воздействием механических рабочих органов, в частности шнековых загрузочных, выгрузных устройствах, что снижает полевую всхожесть и продуктивность семян, соответственно, снижает урожайность и качество зерна, а также вызывает необходимость завышения нормы высева.

2. Снижение эффективности защитных препаратов, связанная с их низкой степенью удерживаемости на некачественно очищенных от пыли семенах.

3. Высокая энергоресурсоемкость процесса, в связи с необходимостью дополнительно пропускать семенной материал через семяочистительные машины, для очистки поверхности семян от пыли перед протравливанием [4].

Поэтому научное обоснование и разработка протравливателя семян оснащенного пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством,

позволяющим отделить и утилизировать пыль с поверхности семян в самом протравливателе непосредственно перед нанесением на них рабочего раствора, а также обеспечивающим снижение травмирования и жизнедеятельность биопрепаратов является актуальной задачей в области совершенствования

технологий и технических средств для предпосевной обработки семян зерновых культур.

Степень разработанности темы. Большой вклад в исследовании конструкций машин для послеуборочной обработки и переработки зерна, протравочных машин, пневмомеханических рабочие органов, а также влияния физико-механических и технологических свойств зерна, воздуха, конструктивных параметров и режимов работы на их показатели эффективности изучали следующие ученые: Зюлин А.Н., Дринча В.М., Нуруллин Э.Г, Суханова М.В., Хасанов Э.Р., Ганеев Р.В., Галиуллин Ш.Р., Запевалов М.В., Якупов А.М., Дмитриев А.В., Халиуллин Д.Т., Маланичев И.В., Салахов И.М., Ступин В.А., Ведищев С.М., Оробинский В.И., Успенский И.А., Сабиров Р.Ф. и др.

Цель исследований - повышение урожайности зерновых культур, на основе создания и внедрения протравливателя семян с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством.

Задачи исследований:

1. Разработать конструктивно-технологическую схему нового протравливателя семян зерновых культур с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством.

2. Теоретически обосновать основные конструктивно-технологические параметры протравливателя семян с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством.

3. Изготовить экспериментальный образец протравливателя семян с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством и провести его исследования в лабораторных, лабораторно-производственных и производственных условиях.

4. Провести полевые опыты по влиянию на урожайность семян, обработанных на протравливателе с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством.

5. Выполнить технико-экономическую оценку разработанного протравливателя.

Объект исследований: протравливатель семян с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством и технологический процесс его работы.

Предмет исследований: закономерности влияния работы протравливателя семян с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством на количественные и качественные показатели протравленных семян и урожайность зерновых культур.

Научная новизна работы заключается в установлении общих закономерностей процесса предпосевной обработки семян зерновых культур с пневмозагрузкой и очисткой от пыли непосредственно перед нанесением препарата в едином непрерывном технологическом потоке воздушно-зерновой смеси без соприкосновения с окружающей пыльной средой, что подтверждается:

- установленными теоретическими закономерностями процесса движения воздушно-зерновой смеси в пневмозагрузочно-пылеочистительном устройстве нового протравливателя семян зерновых культур;

- полученными математическими зависимостями, позволяющими обосновать основные конструктивно-технологические параметры пневмосемяпровода и пылеотделителя протравливателя с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством;

- разработанными конструкциями протравливателей семян зерновых культур с пневмозагрузочным и пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством (патенты РФ №2808241, №2762919, №2692642, №184960);

- установленными закономерностями изменения качественных и количественных показателей работы протравливателя с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты теоретических исследований по обоснованию конструктивно-технологических параметров нового протравливателя семян зерновых культур с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством;

- конструкция нового протравливателя семян зерновых культур с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством;

- результаты лабораторных, лабораторно-производственных экспериментальных исследований, производственных испытаний нового протравливателя семян зерновых культур с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством;

- результаты полевых опытов по определению семян, протравленных на новой протравочной машине с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством;

- технико-экономические показатели работы разработанного протравливателя.

Методы исследований. Научные и научно-технические задачи решались на основе:

- общенаучных, частных и специфических методов с применением известных положений математики, физики, механики, аэродинамики;

- специфических методов земледельческой механики и пневмотранспорта;

- известных результатов теоретических и экспериментальных исследований сельскохозяйственной техники и технологий;

- специальных методик, разработанных для проведения экспериментальных исследований, производственных испытаний протравливателя семян с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством и полевых опытов.

Теоретическая значимость. Выявлено перспективное направление совершенствования конструкций протравливателей семян зерновых культур. Получены теоретические и экспериментальные закономерности, математические зависимости, позволяющие обосновать основные конструктивно-технологические параметры пневмомеханических органов протравливателя семян с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством, которые могут быть использованы при выполнении научных исследований и опытно-конструкторских работ в данном направлении.

Практическая значимость. Протравливатель с пневмозагрузочно-

пылеочистительным устройством обеспечивает подготовку семян зерновых

культур высокого качества с сохранением репродуктивного потенциала,

8

позволяющего повысить полевую всхожесть и урожайность зерновых культур. Применение протравливателя семян с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством повышает производительность труда и снижает ресурсоёмкость процесса подготовки семян.

Личный вклад автора в работу:

1. Выполнен анализ состояния вопроса по теме работы и выявлено одно из перспективных направлений совершенствования технологий и машин для предпосевной подготовки семян зерновых культур.

2. Разработана конструкция нового протравливателя семян зерновых культур с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством, на которые получены четыре патента Российской Федерации (№2808241, №2762919, №2692642, №184960).

3. Выполнены теоретические исследования по обоснованию основных конструктивно-технологических параметров нового протравливателя семян зерновых культур с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством.

4. Изготовлена конструкция экспериментального образца протравливателя с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством.

5. Разработана методика и проведены экспериментальные исследования в лабораторных, лабораторно-производственных, производственных условиях, также полевые опыты и выполнен их анализ.

6. Выполнена технико-экономическая оценка разработанной протравочной машины.

7. Обоснованы выводы и предложены рекомендации по результатам исследований.

Степень достоверности результатов исследований подтверждена оценкой соответствия теоретических решений, результатами лабораторных, производственных и полевых испытаний.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и

обсуждались на международных и региональных научных конференциях, где

получили положительную оценку: Международная научно-практическая

9

конференция, посвящённая 100-летию кафедры СХМ «Современная агроинженерная наука и практика» 2024, Всероссийская (национальная) научно-практическая конференция, посвященная памяти д.т.н., профессора П.Г. Мудрова. «Современное состояние и перспективы развития технической базы агропромышленного комплекса» 2022, 2023, 2024 года, II международной научно-практической конференции «Энергоресурсосбережение и энергоэффективность: Актуальные вопросы, достижения и инновации». Нальчик 2023, Научная конференция «Обеспечение технологического суверенитета АПК: подходы, проблемы, решения» (2023 г.), Всероссийская научно-практическая конференция ППС, студентов, аспирантов и молодых ученых «Мобильные машины в условиях цифровой трансформации экономики» посвященная 70-летию кафедры Тракторы, автомобили и безопасность технологических процессов (в рамках Международного форума Kazan Digital Week - 2023), Научно-техническая конференция «Модернизация АПК на основе инновационных достижений науки и техники» в рамках программы Умник (2021), 76-ая, 77-ая, 78-ая, 79-ая международная студенческая научная конференция «Студенческая наука - аграрному производству». Казанский ГАУ. (2018, 2019, 2020, 2021 года), Всероссийская (национальная) научно-практическая конференция «Современные достижения аграрной науки» посвященная 80-летию д.с.-х.н., проф., член-корр. РАН, почетного члена АН РТ, академика АИ РТ Мазитова Н. К., 2020 года, II Международной научно-практической конференции «Сельское хозяйство и продовольственная безопасность: технологии, инновации, рынки, кадры». 2020 г, Международная научно-практическая конференция, посвященная 100-летию аграрной науки, образования и просвещения в Среднем Поволжье 2019 года, III Международная научно-практическая конференция, посвященная памяти д.т.н., проф. Волкова И. Е., Международная научно-практическая конференция «Достижения техники и технологий в АПК», посвященная памяти почетного работника ВПО, академика РАЕ, д.т.н., проф. Артемьева В.Г.». 2018 года.

Результаты научно-исследовательских работ по теме диссертации является победителем конкурса: «Инновация года» ИВФ РТ (2024), "Студенческий Стартап" (2022), финалист научно-технической конференции (ВМНТК «Идель»), в рамках программы Умник (2021), победитель I этапа (2021, 2022, 2023 гг.), призёр II этапа (2021, 2022 гг.) И участник III этапа (2021 г.) всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых учёных высших учебных заведений Минсельхоза России по номинации «Агроинженерия», дважды победитель конкурса научных работ на соискание стипендии Академии Наук РТ (2019, 2021 гг.).

Публикации. По теме работы опубликованы 26 научных трудов в различных изданиях, в том числе две работы в изданиях ВАК, четыре патента Российской Федерации, три из которых на изобретения и один на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 177 страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц, 42 рисунка и 4 приложения. Список литературы включает 127 наименований.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Технологические основы предпосевной обработки семян зерновых культур

Предпосевная обработка семян зерновых культур защитно-стимулирующими средствами является важным этапом производства зерна. Основная цель данной обработки заключается в защите семян от вредных организмов и возбудителей болезней, что достигается через использование защитно-стимулирующих химических и биологических средств. Эффективность предпосевной обработки семян зерновых культур существенно влияет на объёмы производства и качество урожая [9, 10, 11, 12, 13, 14, 76, 77, 78, 123].

Исследования в области предпосевной обработки семян показывают, что существуют множество технологий предпосевной обработки семян зерновых культур, которые реализуются с применением различных конструкций протравочных машин, основанных на разных способах обработки.

Современные существующие технологии предпосевной обработки семян основаны на применении протравочных машин мобильного и стационарного исполнения.

Мобильные протравливатели применяются только в условиях средних и мелких сельскохозяйственных предприятий, и фермерских хозяйств. Конструктивной особенностью мобильных протравочных машин является наличие механических (шнековые, скребковые транспортёры) загрузочных и разгрузочных устройств, что отрицательно влияет на качество подготовленных семян, снижая их генетический потенциал травмируя репродуктивные анатомические части.

Стационарные протравливатели семян зерновых культур применяются в

составе комплекса машин для очистки и сортирования семян в стационарных

технологических линиях. Загрузка стационарных протравочных машин

очищенными и сортированными семенами может осуществляться самотёком под

12

действием гравитации или ковшовыми транспортёрами - нориями, что также травмирует семена, снижая их качество. Такая технология используется в основном в крупных сельхозтоваропроизводителях с большими площадями посева зерновых культур и на специализированных семенных заводах.

Эффективность предпосевной обработки определяется качественными показателями и обеспечением энергоресурсосбережения технологической линии подготовки семян.

Для оценки качества протравливания семян в численном виде, используются следующие показатели [32, 46, 94].

Полнота протравливания (П) характеризует насколько фактический расход препарата отклоняется от установленного, и определяется по формуле:

Ф

П = --100%, (1.1)

Н

где Ф - фактический расход рабочей жидкости, л/т;

Н - рекомендуемая норма расхода рабочей жидкости, л/т.

Этот показатель зависит от настройки протравочной машины и постоянно контролируется оператором, не должен превышать диапазон от 80% до 120%.

Равномерность распределения препарата по семенам (С) оценивается по коэффициенту вариации выборочной совокупности проб, взятых из протравленных семян:

5

С= — -100%, (1.2)

Ф

где S - среднее квадратичное отклонение;

Ф ср - среднее арифметическое значение массы препарата по всем пробам выборочной совокупности, мг/кг. Этот показатель допустим, если его значение не превышает 30%. С увеличением количества проб, точность оценки растет.

Степень удерживаемости (У) показывает, сколько препарата удерживается на семенах после стандартного механического воздействия. Иногда используют обратную ей величину - степень осыпаемости. Численное значение данного показателя рассчитывается по формуле:

Ф1

У = -фф- • 100%, (1.3)

где Ф и Ф1 - масса препарата на поверхности семян в выборке, соответственно, до и после стандартного механического воздействия, мг (г).

Показатель степени удерживаемости считается допустимой, если превышает 70 %, т.е. У> 70 %. Чем больше семян в выборке, тем точнее получается результат.

Степень покрытия поверхности семян препаратом (Спс) характеризует площадь покрытия препаратом поверхности семян. Данный показатель предоставляет возможность более точно оценивать, насколько равномерно каждое семя было покрыто протравочным средством. Оценивается визуально и численно определяется по формуле:

Спс = §^100%, (1.4)

где ^пс - количество семян в выборке, покрытых препаратом на 100%, шт;

Кос - общее количество семян в выборке, шт.

Степень покрытия поверхности семян препаратом должна составлять не менее 95 %, т.е. у 95 % семян в выборке вся поверхность должна быть покрыта рабочей жидкостью.

Показатель степени травмирования в протравочной машине предлагается следующая зависимость:

^ _^

Тп=-^--100%, (1.5)

Кос

где 7Л - показатель степени травмирования семян в протравочной машине, %;

- количество травмированных (с учётом или без учёта дроблённых) семян в выборке до протравливания, шт;

^тп - количество травмированных (с учётом или без учёта дроблённых) семян в выборке после протравочной машины, шт.

^ос - общее количество семян в выборке, шт.

Данная зависимость дает возможность оценить степень травмирования семян в протравочной машине с учётом и без учёта дроблённых семян. Согласно агротехническим требованиям допустимый уровень дробления семян в протравочных машинах не должен превышать 0,5%. На данный момент агротехнических требований к микротравмам не имеется.

Перечисленные показатели могут оцениваться только квалифицированными специалистами на соответствующем оборудовании. Для увеличения точности оценки, необходимо увеличить количество проб.

Качество протравливания семян зависит от множества факторов, включая состояние посевного материала, характеристики пестицидов и его формы, а также конструктивно-технологическую схему машины, используемой для обработки. Важно отметить, что эффективное протравливание возможно лишь при условии, что его выполняет квалифицированный персонал с правильным учетом всех перечисленных аспектов [46, 95, 102, 103].

Высокого качества обработки семян можно добиться, исключительно при соблюдении следующих условий:

1. Необходимо строго придерживаться рекомендуемых норм расхода, то есть количество протравителя, требуемое для обработки определенного объема семян, должно быть точно рассчитано.

2. Препарат должен равномерно распределяться по поверхности каждого

зерна.

3. Сохранение всей дозы действующего вещества на зерне, даже после механических воздействий, таких как хранение, транспортировка и посев.

4. Травмирование семян после обработки не должно превышать установленные агрономические нормы.

Качество обработки семян определяется множеством факторов, которые можно разделить на четыре основные категории (рисунок 1.1):

- физико-механические характеристики семян;

- конструкция протравочной машины;

- физико-химические свойства протравочного препарата;

15

- соблюдение технологии и квалификация персонала.

Физико-механические свойства семян включают влажность, пыльность, размер, насыпную массу, однородность по размерам, твердость, массовую долю тысячи семян, наличие остей и другие характеристики. Перед протравливанием семена необходимо подготовить, удостоверившись, что они соответствуют стандартам, имеют хорошую энергию прорастания, не повреждены механически и не содержат примесей. Эти мелкие частицы имеют большую относительную поверхность, из-за чего протравитель более активно связывается с ними, и в меньшем количестве попадает на полноценное зерно. Все семена зерновых культур перед обработкой обязательно должны быть откалиброваны. Работая с неочищенным семенным материалом, до 15-20% препарата может остаться на некачественных или поврежденных зернах, что значительно снижает эффективность обработки. Норма расхода рассчитывается исключительно на семенной материал. Во время протравливания на каждое зерно необходимо нанести относительно небольшое количество препарата, в диапазоне 1/2000...1/10000 мл на одно зерно. При низкой массе 1000 семян и объемной массе ухудшается качество протравливания и его сыпучесть, что может вызвать проблемы при транспортировке семян через трубопроводы сеялок, особенно при автоматической упаковке семян. В таких случаях может быть достаточно заменить обычные патрубки на более широкие и использовать удлиненные мешки. Чем большая объемная масса и масса тысячи зерен, тем больше препарата попадает на каждое зерно при строго заданной норме расхода. При обработке остистых культур, таких как ячмень, предварительное удаление остей играет важную роль [46, 49, 95, 102, 103].

Конструктивно-технологическая схема

Материал рабочих органов

Конструкция рабочих органов

Технологические регулировки

КОНСТРУКЦИЯ ПРОТРАВОЧНОЙ МАШИНЫ

КАЧЕСТВО ПРОТРАВЛИВАНИЯ

СОБЛЮДЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И КВАЛИФИКАЦИЯ ПЕРСОНАЛА

Соблюдение нормы расхода препарата

Человеческий фактор

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и обоснование параметров протравливателя семян зерновых культур с пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством»

Режим работы

Рисунок 1.1 - Структурная схема факторов, влияющих на качество протравливания

Недостаточное удаление остей может привести к увеличению объемной массы семян и недостаточной обработке всей партии, так как расчет расхода препарата основан на весе семян. Кроме того, важно сохранить цветковые чешуи ячменя, чтобы защитить зерна от избытка протравителя.

Влажность Форма

Масса 1000 семян Чистота

Объемная масса Пыльность

Травмированность

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕМЯН

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОТРАВОЧНОГО ПРЕПАРАТА

Препаративная форма

Равномерность консистенции

Прилипаемость

Химический состав

Вязкость

Плотность

К конструктивным факторам относятся технологическая схема протравливателя, строение отдельных рабочих органов, материалы, из которых они изготовлены, и их геометрические параметры [46, 95, 100].

Важно также уметь подобрать состав протравителя, который может содержать одно, два или более действующих веществ. Также следует выбирать наиболее удобную форму препарата, например, порошковую, смачивающийся порошок, водорастворимый концентрат или концентрацию суспензии. Сухие препараты считаются устаревшими, так как имеют низкую прилипаемость и могут вызывать образование пыли, что требует добавления прилипателя. Смачивающиеся порошки более удобны в использовании и имеют лучшую прилипаемость, но иногда требуют добавления пленкообразователя. Водорастворимые концентраты уже готовы к использованию и равномерно покрывают зерна, в то время как суспензии с повышенной концентрацией действующих веществ являются наиболее эффективными и обеспечивают хорошее обволакивание зерна.

Четвёртая категория факторов включает рабочий режим и технологические настройки протравливателя. Поскольку выбор режима работы и его настройка осуществляются рабочим персоналом, эти факторы можно отнести к человеческому аспекту. Допуск к работе имеют только те работники, которые знают устройство, настройки, режимы работы протравливателя и технику безопасности. Качество работы во многом зависит от квалификации оператора, его умений в настройке оборудования и приготовлении рабочего раствора. Также вероятность профессиональных ошибок в норме внесения протравителя увеличивается, если семенной материал чрезмерно увлажнен, так как влажные семена с уровнем влажности выше 15% теряют свои сыпучие свойства. Повышенная влажность также создает риск перегрева зерен, что способствует развитию грибковых заболеваний. Рекомендуется использовать среднюю фракцию семян, так как крупные семена не всегда дают похожие на сорт признаки и могут иметь низкую всхожесть.

1.2 Анализ конструкций существующих протравливателей семян зерновых культур

Все существующие современные стационарные и мобильные протравочные работают по одному принципу. В них нанесение приготовленной рабочей жидкости защитно-стимулирующих средств в мелкодисперсном виде на подготовленные к посеву семена и последующая обработка осуществляется в рабочем органе закрытого типа.

При этом по характеру рабочего процесса протравливатели могут быть порционного и непрерывного действия, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Анализ существующих серийно выпускаемых протравливателей семян зерновых культур, показывает, что по конструкции рабочего органа где происходит обработка семян, их можно разделить на следующие основные типы: камерные, барабанные, шнековые.

1. Наибольшую популярность среди протравливателей семян, занимают самопередвижные конструкции камерного типа [28, 29, 46, 126]. Основные преимущества протравливателей камерного типа — это возможность распыления жидкого препарата при регулируемых расходах жидкостей и суспензий. Это позволяет сократить норму расхода рабочей жидкости на 25...50% [15-19, 94, 105].

Также по сравнению с протравливателями шнекового и барабанного типа обладают высокой производительностью, от чего занимают больший сегмент рынка протравливателей.

Наиболее широкое распространение среди камерных протравливателей семян получили отечественные машины со шнековыми загрузочно-разгрузочными устройствами: ПСК - 15 (рисунок 1.2), ПС-10АМ, ПС-20М4 «Маэстро» (рисунок 1.3) [40, 41, 42].

Основными недостатками мобильных этих протравливателей являются высокая степень травмирования семян на шнековых загрузочных и выгрузных устройствах [106].

1 - рама; 2 - МДС; 3 - загрузочный шнек; 4 - выгрузной шнек; 5 - пульт управления;

6 - привод самохода; 7 - аспирация; 8 - емкость для рабочего раствора; 9 - насос; 10 - фильтр; 11 - регулятор давления; 12 - дозатор жидкости; 13 - система контроля дозирования; 14 - рулевой механизм; 15 - блок поворотных колес; 16 - механизм подъема загрузочного шнека; 17 - цепь; 18 - блокировка приводных колес; 19 - рычаг включения; 20 - рычаг дозирования семян; 21 - люк; 23 - емкость для воды; 24 - гибкая вставка верхняя;

25 - палец; 26 - тяги; 27 - ось; 28 - палец; 29-ось. Рисунок 1.2 - Протравливатель семян ПСК - 15.

Технические характеристики ПСК - 15

Производительность за 1 час, т/час 5 - 20

Вместительность бака, л 200

Рабочая скорость движения, м/мин 0,5

Ширина захвата, м 2

Расход рабочего раствора, л/т 2,0-70,0

Потребляемая мощность, кВт, до 6,5

Подача дозатора, л/мин 0,5- 3,5

Скорость движения при маневрировании, м/сек 0,4

Потребная мощность, кВт 5,5

Габаритные размеры в рабочем положении, мм 2350х2040х2070

Масса, кг 645

1 - загрузочный шнек; 2 - колесо; 3 - рама; 4 - резервуар для ядохимикатов; 5 - механизм самопередвижения; 6 - выгрузной шнек; 7 - дозатор семян; 8 - рассеивающий диск; 9 - камера протравливания; 10 - каскадный диск; 11 - бункер семян; 12 - датчики; 13 - дозатор ядохимикатов; 14 - щит управления Рисунок 1.3 - Протравливатель семян ПС 20-М4 «Маэстро»

Технические характеристики ПС 20-М4

Производительность за 1 час, т/час 20

Полнота протравливания, % 100±20

Увеличение влажности семян, %, не более 0,5

Неравномерность подачи семян, %, не более ±5

Неравномерность подачи рабочей жидкости, %, не более ±5

Потребляемая мощность, кВт 6

Габаритные размеры, мм 5700х2200х3300

Масса, кг 750

Удельный расход электроэнергии, кВт/т 0,38

Наши исследования протравочных машин с механическими загрузчиками

и выгрузными устройствами, показали, что уровень травмирования основных

репродуктивных частей семян пшеницы, таких как эндосперм, зародыш и

21

хохолок, возрастает на 7...10 %, что негативно сказывается на количестве и качестве урожая [13-19].

Также существуют конструкции камерных протравливателей семян, где шнековые загрузочные и выгрузные устройства были заменены на скребковые, тем самым снижая травмированность семян. Например, самопередвижной протравливатель семян отечественного производства ПСМ - 25 KLEVER. (Рисунок 1.4)

Рисунок 1.4 - Протравитель семян ПСМ-25 KLEVER

Несмотря на высокую производительность и сниженную травмированность семян, в данной конструкции остается проблема с высокой запыленностью семян.

Анализ исследований конструкций протравочных машин показал, что кроме серийно выпускаемых протравочных машин существует множество экспериментальных конструктивных решений, направленных на повышение качества процесса протравливания [81-93, 122, 124, 125, 126].

2. Барабанные, где рабочий раствор наносится за счет вращения барабана и свободного падения компонентов, поднимаемых стенкой барабана за счет сил трения, возникающих между поверхностью стенки и перемешиваемым

материалом. Качество обработки зависит от продолжительности перемешивания и угла наклона барабана к горизонту [97, 98, 118].

Протравливатели барабанного типа имеют простую конструкцию, могут обеспечит высокое качество обработки, однако при этом производительность у них низкая и энергоёмкость высокая.

По сравнению с другими конструкциями травмирование семян в них меньше. Протравливатели барабанного типа могут быть стационарного и мобильного исполнения в основном применяются в стационарных технологических линиях, при этом для достижения объёмы барабана большие для могут быть исполнены в мобильном варианте применяются в основном для обработки мелкосемянных культур и небольших партий семян.

В качестве примера можно назвать протравливатель семян фирмы «CIMBRIA» 10-S, В-4 (рисунок 1.5), Протравливатель семян фирмы «BAYER» CF35 (рисунок 1.6).

1 - впускное окно; 2 - регулятор количества семян; 3 - компрессор сжатого воздуха; 4 -дозирующий насос; 5 - распылитель; 6 - связь с аспирацией; 7 - смесительный барабан; 8 - контрольное окно Рисунок 1.5 - Схема протравливателя семян «CIMBRIA» В-4

Технические характеристики «CIMBRIA» В-4

Производительность по зерну, т/ч до 5,0

Мощность электродвигателей, кВт:

- смесительный барабан 0,55

- дозирующий насос 0,18

Расход воздуха, м3/мин 10

Давление воздуха, атм 3

Размеры, мм 1730x700x2808

Вес, кг 360

Рисунок 1.6 - Протравливатель семян барабанного типа BAYER CF35

Технические характеристики BAYER CF35

Производительность , т/час 2

Вместительность бака, л 15

Емкость бункера, кг 180

Расход рабочего раствора, л/т 2,0-70,0

Потребляемая мощность, кВт, до 6,5

Подача дозатора, л/мин 0,5- 3,5

Габаритные размеры в рабочем положении, мм 2211x721x1218

Масса, кг 685

Хасановым Э.Р. были предложены ряд конструкций для обработки семян различных культур барабанного типа (патенты № 2668842, №2649620, №2555139, №2533917, №2409015) [86-90].

К примеру устройство для предпосевной обработки семян по патенту РФ № 2668842 (рисунок 1.7).

1 - барабан; 2 - кольца; 3 - загрузочный бункер; 4 - распылитель; 5 - нагнетательный

трубопровод.

Рисунок 1.7 - Протравливатель семян РФ № 2668842

Хасанов Э.Р. утверждает, что использование данной конструкции позволит получить новый технический эффект - повышение интенсивности перемешивания семян различных культур за счет разницы углов подъема на отдельных участках барабана. Этот эффект достигается тем, что внутри барабана закреплены кольцевые вставки, образующие сплошную цилиндрическую поверхность, при этом их ширину и значение коэффициента трения внутренней поверхности выбирают с учетом повышения интенсивности перемешивания семян различных культур за счет разницы углов подъема семян на отдельных участках барабана [94, 108-113].

Совершенствование барабанных протравливателей семян направлено на повышение их производительности и снижение энергоёмкости процесса

протравливания при сохранении качества обработки [81-93].

25

3. Протравливатели семян шнекового типа отличаются малыми габаритными размерами и производительностью в основном применяются в малых хозяйствах с ограниченными площадями.

Протравливание семян происходит при вращении шнека и взаимном перемешивании семян в продольном и поперечном движении к выходу, где поступают в мешок или тару. При этом длительность перемешивания в этих устройствах достигает более 3 минут [26].

Наиболее широкое распространение среди шнековых протравливателей семян получило устройство мобильного типа ПСШ-5 отечественного производства (рисунок 1.8)

1 - заборный шнек; 2 - бункер семян; 3 - датчик нижнего и верхнего уровня семян;

4 - заслонка; 5 - дисковый распылитель; 6 - распылитель; 7 - бак-смеситель; 8 - винтовая мешалка; 9 - выгрузной шнек; 10 - насос-дозатор; 11 - механизм передвижения;

12 - аспирационно-очистительная система.

Рисунок 1.8 - Схема протравливателя ПСШ-5

Однако выпуск протравливателей семян шнековых типов постепенно сокращается, в связи с его основными недостатком - это высокая степень травмированости семян и низкое качество обработки, за счёт неравномерного распределения рабочего раствора по поверхности семян.

Анализ научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области создания новых протравочных машин и опытных образцов

протравливателей семян зерновых культур показывают, что они в основном направлены на снижение качества обработки и снижение травмирования семян.

Сухановой М.В. было предложено ряд устройств для предпосевной обработки семян [81-85]. Например, устройство для предпосевной обработки семян с регулируемой смесительной камерой из ударопоглощающего материала, представленного на рисунке 1.9 [81].

г

1 - рама; 2 - загрузочный бункер; 3 - рабочая камера; 4 - бак; 5 - электродвигатель;

6 -цепная передача; 7 - кулачковый вал; 8 - кулачки; 9 - штоки;

10 - регулировочный винт; 11 - стопорные винты; 12 - толкатели; 13 - лопастные мешалки;

14 - насос; 15 - трубопровод; 16 - форсунка; 17 - пульт управления;

18 - выгрузной патрубок.

Рисунок 1.9 - Устройство для предпосевной обработки семян, патент

№214855

Конструкция позволяет повысить качества обработки семян за счет исключения травмирования и вероятности слипания зерен семенного материала между собой, а также обеспечивает равномерное и многократное покрытие семян, различающихся по размерам и плотности, за счет возможности регулировать длину смесительного отсека перемещением кулачков-толкателей по валу.

Весомый вклад в разработку новых конструкций машин и рабочих органов для предпосевной обработки семян зерновых культур внесли ученые Нуруллин

27

Э.Г., Салахов И.М., разработав протравливатель семян пневмомеханического типа по патентам РФ №111382, №130777 представленный на рисунке 1.10 и 1.11 [92, 93].

загрузка

йыгрузка

1 - бункера-дозатор; 2 - центробежный вентилятор; 3 - механический затвор;

4 - распылители; 5 - форкамеру; 6 - камера протравливания.

Рисунок 1.10 - Протравливатель семян пневмомеханический, патент

№130777

Новизна конструкций обусловлена тем, что повышается степень покрытия поверхности семян рабочей жидкостью, за счет установки форкамеры с мелкодисперсным распылителем для предварительного протравливания семян и основной камеры протравливания, которая состоит из прямого горизонтального участка с мелкодисперсными распылителями, расположенными в вертикальном и горизонтальном плоскостях и вертикального участка спиралеобразной формы, исключающей образование заторов протравленных семян при выгрузке; исключается травмирование семян и снижается энергоемкость выгрузки семян, за счет замены броскового вентилятора на центробежный вентилятор для пневмотранспортировки семян [28, 46, 95].

Рисунок 1.11 - Протравливатель семян пневмомеханический, патент №130777

Проведя анализ экспериментальных конструкций, можно прийти к выводу, что несмотря на эффективность каждых решений по повышению качества протравливания, снижению травмированности семян и энергоемкости, ни одна из конструкций не предлагает решения проблемы, связанной с запыленностью поверхности семян.

При использовании всех типов рассмотренных конструкций, для обеспечения удерживаемости препарата на поверхности семян перед протравливанием, необходимо предварительно очистить семена от пыли на семяочистительных машинах, что существенно повышает ресурсоёмкость технологического процесса и увеличивает степень травмированности семян. Кроме того, эффект от очистки пыли на дополнительном оборудовании не даёт желаемого эффекта, т.к. семена после очистки от пыли при протравливании на этих машинах повторно соприкасаются с пыльной средой, снижая степень удерживаемости препарата на семенах, что приводит к снижению полевой всхожести и урожайности.

Таким образом, проведённый анализ показал, что основными недостатками серийно выпускаемых протравочных машин, оказывающими

отрицательное влияние на урожайность, являются высокая степень травмирования семян и низкая степень удерживаемости препарата.

Нами предложены и запатентованы новые технические решения, направленные на устранение отмеченных недостатков существующих серийных и опытных протравливателей семян зерновых культур [5-8].

1.3 Анализ теоретических исследований по совершенствованию технологий предпосевной обработки семян

На основании анализа литературных источников, посвящённых вопросам совершенствования техники и технологий предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур, выделены следующие направления повышения их эффективности.

1. Совершенствование конструкций машин для предпосевной обработки семян, направленное на снижение травмирования семян.

Исследованиям травмирования семян и ударного взаимодействия семян с рабочими органами машин посвящены работы: Э.Г. Нуруллина, Э.Р. Хасанова, М.В. Сухановой, И.М. Салахова, В.И. Оробинского, А.П. Тарасенко. [46, 91, 94, 114, 115, 116]

В работе Сухановой М.В. установила, что рабочие органы существующих машин, изготовленные из жёстких, недеформируемых материалов, способствуют высокой степени травмирования семян [91].

Для описания деформированного состояния семян и поверхности рабочих органов при их ударном взаимодействии, было предложено представлять ударное взаимодействие сыпучего тела и рабочей поверхности с учетом травмируемости семян и деформации рабочей поверхности как жесткий, частично поглощенный и поглощенный удары [91].

Использование теоремы об изменении количества движения и

преобразования кинетической энергии частицы сыпучего тела на ударо-

поглощающую поверхность часть, получена аналитическая зависимость для

30

определения потенциальной энергии, накопленной ударопоглощающей рабочей поверхностью при взаимодействии с семенным материалом:

тч *#уД тч* 6

■ (1.6)

где тч - масса частицы, кг; $уД - скорость частицы до удара, м/с; 6 - толщина (диаметр) частицы, м; At - длительность ударного взаимодействия, с; Еч - модуль упругости частицы, ПМа; Ач - площадь поперечного сечения частицы, м2; в кв - коэффициент восстановления.

При изучении ударного воздействия рабочих поверхностей с семенами, выявлено, что использование эластичных материалов для рабочих органов позволяет значительно снизить степень травмирования. Кроме того, для обеспечения равномерного покрытия препаратом с низким риском повреждения семян необходимо изменять структуру сыпучей массы семян путём увеличения её пористости за счёт использования силового встряхивающего воздействия на рабочую поверхность.

2. Совершенствование технологий нанесения препаратов на поверхность семян и конструкции для их осуществления.

Исследование технологий и конструкций машин для предпосевной обработки семян, пневмомеханические рабочие органы, а также влияния физико-механических и технологических свойств зерна, воздуха, изучались в работах: Э.Г. Нуруллина, Э.Р. Хасанова, М.В. Сухановой, И.М. Салахова, Р.Ф. Сабирова, Р.В. Ганеева, Ш.Р. Галиуллина, М.В. Запевалова, А.М. Якупова [46, 91, 94, 114, 117, 118, 119, 120, 121].

В качестве примера, в работе Э.Р. Хасанова, уделяется внимание

вопросам оптимизации параметров работы машин для предпосевной обработки

за счёт совершенствования распылительных устройств и характеристик камер

обработки. При этом учёный применяет математическое моделирование на

основе методов динамики «двухфазных сред», включающее уравнение Навье-

Стокса для описания движения воздушного потока и уравнение движения

жидких частиц. Для решения системы (для исключения неизвестных) включаем

31

в систему еще три уравнения: неразрывности, сохранения массы и сохранения импульса. С учетом этого общая система уравнений течения двухфазной среды «воздух-капли» запишется в систему уравнений (1.7) [94].

г йи „ др , .

^ аг дх

йу .. др , .

Р1Л=¥-Ту + КАг'

йш „ др , .

+ у *(рдУдас) = Т7 * (^рд01 + +

-^ + Ъ*(рдуд®уд) = -ЪР + Т7*тд1а11 + рдд

д-%L + V*(рgvg) = QZlass Ор = а —

Ч-тавв п т/

"п.с.

V М 8т ш п г а \ рр)

где р - плотность частицы, кг/м3; и = vx, V = vy, ю = vz, Pg - плотность

несущей фазы, кг/м3; V - лапласиан; и - скорость несущей фазы, м/с; Qpmass -

источник массы частиц, кг/м3-с; Dl - коэффициент диффузии; ^ - турбулентная

динамическая вязкость, Па-с; 5С( - турбулентное число Шмидта; Р - давление,

Па; g - вектор силы тяжести, м/с2; qшт - расход капель за единицу времени,

шт/мин; Уп.с. - объем камеры образования и транспортирования аэрозоля, м3; СD

- коэффициент сопротивления; т - масса частицы, кг; рр-плотность частицы,

кг/м3; VI - скорость частицы относительно несущей фазы, м/с.

В работе Э.Р. Хасанова также касаются теоретического исследования

образования аэрозольных смесей и их взаимодействия с семенами [94].

Образование «первичных» капель аэрозоля центробежными,

механическими и пневматическими распылителями не соответствуют

требованиям мелкодисперсного аэрозоля, в связи с этим предлагается

использование рассекателей для дробления капель на «вторичные».

После дробления, диаметр «вторичных» капель будет одного размера,

аэрозоль из полидисперсного превратится в монодисперсный.

Исследуя механизм дробления капель, была выведена формула определения диаметра «вторичной» капли (1.8).

где ; рж - плотность жидкости, кг/м3; о - поверхностное натяжение, Н/м; скорость удара капли, м/с; dр - диаметр капли перед ударом, м; к -коэффициент распада капли, с - скорость ударной волны, м/с.

Учет этих исследований, предоставляют возможность оптимизировать конструкции и режимы работы технических устройств, исключая нерациональное потребление распыляемой рабочей жидкости и обеспечивая максимально равномерное покрытие семян без их повреждения.

Э.Г. Нуруллин, И.М. Салахов предлагают использование конструкций машин на принципе совмещения пневматических и механических компонентов при обработке. Особенность заключается в повышении качества протравливания семян за счет равномерного распределения рабочей жидкости по всей поверхности зернового материала. Это достигается посредством мелкодисперсного распыления жидкости, снижения ее излишнего расхода и уменьшения степени травмирования семян [46, 114].

В работе И.М. Салахова основное внимание уделено анализу расхода рабочей жидкости, движению потоков воздуха и семян, а также взаимодействию мелкодисперсных частиц жидкости с поверхностью семян.

И.М. Салахов разработал и проанализировал математическую модель технологического процесса работы пневмомеханического протравливателя. Модель обосновывает минимальное количество рабочей жидкости для полного покрытия семян с учётом производительности машины и свойств обрабатываемого материала. Также были установлены закономерности изменения эффективности и качества работы оборудования в зависимости от его конструктивных параметров, свойств семян и аэрозольных частиц рабочей жидкости [95].

(1.8)

(6л:о"2кс)

йд., 3 рв ,

= , (1.9)

&г 4 р3й33

(1дК 3 рв ,

К = , (1.10)

&г 4 Рк^-эк

&Ц-К _ 3(.&эз + 2йж)

(Рз -$к)РкРз , (1.11)

где дз, дк, $в - соответственно, скорости зерна, распыленных частиц рабочей жидкости и воздуха, м/с; Ь - время движения, с; кз, кк - коэффициент сопротивления семян и распыленных частиц; рз, рк, рв - соответственно, плотности семян, распыленных частиц и воздуха, кг/м3; йэз - диаметр шара, объем которого эквивалентен среднему объему семян, дм; <!эк - диаметр распыленной частицы, дм. , , - объемные концентрации воздуха, семян и распыленных частиц рабочей жидкости, м3/м3; I - длина участка рабочей зоны предварительной камеры протравливания, м.

В ходе исследований, Салахов И.М. определил оптимальное местоположение распылителя рабочей жидкости, угол её подачи и конструктивные параметры камер протравливания. Это позволило повысить равномерность покрытия семян и снизить расход рабочей жидкости, обеспечивая тем самым ресурсосбережение и повышение производительности технологического процесса [46, 95].

3. Обработка семян биологическими средствами защиты. В настоящее время все большее распространение получает биологический способ, что объясняется экологической безопасностью используемых биологических средств для окружающей среды, человека и сельскохозяйственных животных. Однако в практике широкому применению биопрепаратов препятствует отсутствие серийных машин для обработки семян, приспособленных для использования в них микробиологических препаратов. В биопрепарате снижается жизнедеятельность микроорганизмов из-за отрицательного воздействия на них механических рабочих органов и высокого давления жидкостей.

В рамках своих исследований Сабиров Р.Ф. представил анализ влияния таких факторов, как давление и температура рабочей жидкости, на жизнеспособность микроорганизмов. математическую модель, описывающую псевдоожиженное состояние слоя семян при обработке, а также параметры взаимодействия рабочего раствора с семенами. В работе также предоставлены зависимости дисперсности рабочего раствора от давления жидкости и воздуха

[117].

Основные технологические параметры вентилятора, обеспечивающего создание псевдоожижженного слоя семян, можно определить исходя из скорости воздушного потока, необходимой для достижения витания семян пшеницы, которая составляет Уз= 8...11,5 м/с и площади сечения отверстия воздуховода, Sв, м2.

Производительность вентилятора Q определяется по формуле:

Q = 3600 • Бв • V, м3/ч. (1.12)

Необходимое минимальное давление рд находится из выражения:

рд = 1000 кПа. (1.13)

Интенсивность «кипения» слоя семян Кп устанавливает зависимость между рабочей скоростью воздуха Ур и скоростью витания семян Уз:

Кп=7=2. (1.14)

Данные модели позволяют обосновать конструктивно-технологические изменения установок для применения биопрепаратов, обеспечивая сохранение жизнеспособности микроорганизмов [117].

Также стоит отметить работу Запевалова М.В., предлагающего концепцию комплексного ресурсосберегающего процесса предпосевной подготовки почвы и семян, совмещенный с приготовлением органо-минеральных удобрений, их внутрипочвенным внесением и двухступенчатой обработкой семян защитными препаратами (рисунок 1.12) [120].

1 - дозирующая заслонка; 2 - семена; 3 - конусный распределитель семян; 4 -электродвигатель; 5 - трубка подачи рабочего раствора; 6 - распылитель рабочего раствора; 7 - приемная воронка; I, II - первая и вторая ступени обработки семян; А - зона распыления препарата; Ыо -Ы - высота потока зерна по сечениям.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Файзуллин Ренат Айратович, 2025 год

\ 2т3 /

Постоянную С определяем из начальных условий: 1=0, =0. При принятых начальных условиях С=0 Тогда выражение (2.39) преобразуется в следующий вид:

щ = г. (2.40)

^^сРв^М 7 7

Проанализируем полученное выражение. Здесь -= Кп, где кп -

ш3

1

коэффициент парусности семян, —. Он определяется экспериментально.

м

Значения кп для некоторых видов семян культур также имеются в справочниках.

С учётом, что с^в м = кп, выражение (2.40) приобретает вид: ш3

У3 = (0,5киу£и — д)Ь. (2.41)

При решении нашей задачи надо определить скорость воздуха, при

которой очищенные от пыли семена будут оседать в нижней (бункерной) части

пылеотделителя и не будут уносится воздушным потоком из неё.

Поэтому выражение 2.41 преобразуем в следующий вид:

^ = {0,5кпу1п-д). (2.42)

В этом выражении левая часть представляет собой ускорение движения зерна вниз, т. е. это ускорение свободного падения - д. С учётом этого из выражения 2.42 после преобразования и вычисления числовой константы получаем формулу для определения скорости воздуха в пылеотделителе в вертикальном направлении, при которой происходит оседание семян в её нижней части:

В правой части подкоренное выражение представляет собой критическую скорость семян, которая характеризует равновесное (взвешенное) состояние семян в равномерном ламинарном вертикальном воздушном потоке. Отсюда можно сделать вывод, что скорость воздуха в пылеотделителе для оседания семян должна быть в четыре раза меньше чем критическая скорость семян в пылеотделителе. Критические скорости семян основных зерновых культур находятся в широких пределах (5.20 м/с). Поэтому дальнейшее обоснование проводим с наибольшим и наименьшим значение критических скоростей, т.е. при Укр =5 м/с и икр =20 м/с.

Исходя из этого пределы значений скорости вертикального ламинарного воздушного потока при которых семена начнут оседать в нижнюю часть пылеотделителя составляет 1,25.4,0 м/с, т.е. ивп = 1,25.4,0 м/с.

Таким образом, аналитически обоснована скорость вертикального ламинарного воздушного потока в пылеотделителе, при которой очищенные от пыли семена будут оседать в нижнюю часть пылеотделителя. Эти значения будут использованы при теоретическом обосновании диаметра цилиндрической части пылеотделителя.

2.3.2 Обоснование диаметра цилиндрической части пылеотделителя

После поступления полидисперсного потока воздух-зерно-пыль из пневмосемяпровода в пылеотделитель в начальный момент происходит столкновение смеси со стенкой цилиндрической части пылеотделителя, оснащенной ворсистым пылеочистительным приспособлением. При ударно-скользящем взаимодействии с ворсистым пылеочистительным приспособлением происходит погашение инерционных скоростей компонентов полидисперсной смеси, которую они приобретают при выходе из

пневмосемяпровода. После прекращения взаимодействия зерно и пыль оказываются в воздушном потоке с определённой скоростью, направленном вертикально вверх.

Скорость воздушного потока должна обеспечить эффективное отделение пыли из полидисперсной смеси и его удаление через выходной коллектор пылеотделителя, соединённый с всасывающим патрубком центробежного вентилятора. При этом очищенные от пыли семена, подлежащие протравливанию должны оставаться в пылеотделителе и оседать в его нижней части - бункере-накопителе. Теоретически обоснованы пределы значений скорости вертикального воздушного потока воздуха, при которых обеспечивает выполнение данного условия - ивп = 1,25.4,0 м/с . Это условие будет выполняться при определённых конструктивных параметрах пылеотделителя, основных из которых является диаметр цилиндрической части.

Для обоснования диаметра цилиндрической части пылеотделителя воспользуемся уравнением неразрывности воздушного потока. Примем допущение, что воздушный поток установившийся и неразрывный. Согласно уравнению неразрывности воздушного потока:

Qnc = Qna = Qbk = Qb= const, (2.44)

где Qœ - расход воздуха в пневмосемяпроводе, м3/с; Qrro - расход воздуха в пылеотделителе, м3/с;

Qer - расход воздуха в выходном коллекторе пылеотделителя, м3/с; Qe - расход воздуха вентилятора, м3/с.

Расход воздуха вентилятора (Qe) является одним из основных его характеристик по которому он выбирается.

Расход воздуха на каждом участке определяется как произведение скорости воздуха на площадь поперечного сечения конструктивного элемента. Поэтому уравнение 2.44 запишем в следующем виде:

^пс^пс = 5по"вп =$вк»вк = Qb= const (2.45)

73

где Sпс - площадь поперечного сечения пневмосемяпровода, м2;

упс - скорость воздуха в пневмосемяпроводе, м/с;

Sпо - площадь поперечного сечения пылеотделителя, м2;

ивп - скорость установившегося вертикального воздушного потока в пылеотделителе, м/с;

$вк - площадь поперечного сечения выходного коллектора пылеотделителя, м2; увк - скорость воздуха в выходном коллекторе пылеотделителя, м/с.

Расход воздуха в пневмосемяпроводе определяется исходя из условия транспортировки воздухом семян из бурта в пылеотделитель при заданной концентрации воздушно-зерновой смеси (концентрацию частиц пыли не учитываем ввиду их незначительности):

Япс = "пс^. (2.46)

где < - скорость воздуха в пневмосемяпроводе, м/с

dпс - диаметр внутренней рабочей полости пневмосемяпровода, м.

Расход воздуха в пылеотделителе будет определятся по следующей зависимости:

()п = УвпП-^. (2.47)

где увк - скорость воздуха в пылеотделителе, м/с; dцп - диаметр рабочей полости пылеотделителя, м.

Расход воздуха в выходном коллекторе пылеотделителя рассчитывается по следующей формуле:

Яп = »вк^. (2.48)

где - скорость воздуха в выходном коллекторе, м/с; dвк - диаметр выходного коллектора, м.

Расход воздуха вентилятора ^в) является одним из основных его характеристик по которому он выбирается.

Параметры пневмосемяпровода обоснованы в предыдущем подразделе.

Диаметр выходного коллектора не влияет на процесс отделения семян от пыльного воздуха (оседания семян) и будет равняться диаметру всасывающего отверстия вентилятора.

Важными параметрами, влияющими на процесс оседания семян, является скорость воздуха в пылеотделителе и диаметр его цилиндрической части.

Скорость воздуха в пылеотделителе, при которой очищенные от пыли семена начнут оседать в нижнюю часть пылеотделителя обоснована в предыдущем подразделе. Её значение используем при теоретическом обосновании диаметра цилиндрической части пылеотделителя.

Обоснование диаметра цилиндрической части пылеотделителя осуществляем из условия необходимости потерь скорости семян и оседания их в его нижней части - бункере-накопителе.

Для этого воспользуемся зависимостью 2.47. Из этой зависимости получим теоретическую зависимость для определения диаметра цилиндрической части пылеотделителя:

По этой зависимости можно рассчитать диаметр цилиндрической части пылеотделителя при которой семена будут оседать в её нижней части. Здесь следует иметь ввиду, что данная зависимость получена для значений скорости ламинарного вертикального воздушного потока. Однако в пылеотделителе воздушный поток имеет турбулентный характер. Это может привести к перепадам давления и изменению скорости воздуха в разных направлениях. При этом семена могут не успевать оседать и попасть в зону повышенной скорости вокруг выхлопного коллектора. Кроме того, осевшие семена могут подняться и также попасть в зону турбулентности и уноситься воздушным потоком. Поэтому для теоретических расчётов в эту зависимость необходимо

(2.49)

внести коэффициент запаса (К3). Тогда зависимость 2.49 запишется в следующем виде:

Значение коэффициента запаса должно быть достаточным, чтобы обеспечить оседание всех семян и исключить унос осевших семян. Верхние границы коэффициента запаса ограничиваются материалоёмкостью и габаритными размерами устройства. На основе логических рассуждений примем, что запас диаметра должен составлять 20.30 %, т.е. К3=1,2.1,3.

Выполним теоретические расчёты диаметра цилиндрической части пылеотделителя при расходе воздуха - Qв = 0,19 м3/с, обеспечивающего необходимую пропускную способность пневмосемяпровода с диаметром рабочей полости - dпс = 0,1 м и угле наклона - а = 60° и коэффициенте запаса -

Расчёты выполнены только с наименьшим ( ивп = 1,25 м/с) значением скорости вертикального ламинарного воздушного потока, которые соответствуют минимальному (укр = 5 м/с) значению критической скорости семян основных зерновых культур. Полученное значение диаметра при минимальной скорости витания априори будет удовлетворять семенам, имеющим более высокую критическую скорость, т.е. они не будут уноситься воздушным потоком из пылеотделителя.

Расчётные значения диаметра цилиндрической части пылеотделителя составляют при К3=1,2 - 0,528 м, а при К3=1,3 - 0,572 м.

Таким образом, обосновано, что для обеспечения полного оседания всех очищенных от пыли семян в нижней части пылеотделителя и исключения их уноса турбулентным воздушным диаметр её цилиндрической части должен быть в пределах 52-58 см.

(2.49)

#3=1,2.1,3.

2.4 Компьютерное моделирование движения воздуха в пневмозагрузочно-пылеочистительном устройстве

Следует отметить, что траектории семян, эпюр скоростей и их значения в продольных и поперечных сечениях пылеотделителя будут различными ввиду сложного характера потока воздушно-зерновой смеси, поступающей из пневмосемяпровода. Аналитическим способом описать их затруднительно. Поэтому данная задача решалась методами компьютерного моделирования с проведением численных экспериментов. Ниже представлены результаты этих исследований.

Для понимания протекания технологического процесса необходимо провести численный эксперимент по моделированию течения газа. Численный эксперимент позволяет моделировать явления, проводить опыты не с настоящими объектами, а с их 3D моделями, которые являются физическим подобием натуральных объектов.

Для разработки эскиза пылеотделителя с пневмосемяпроводом, было использовано специализированное программное обеспечение Компас 3D [55].

В результате работы было создано три модели пылеотделителей для пневмозагрузочно-пылеочистительных устройств, каждая из которых была спроектирована с учетом всех конструктивных параметров, таких как размеры, форма и расположение ключевых элементов конструкции. Эти устройства различаются углами наклона пневмосемяпровода, которые составляют 30°, 45° и 60°. При этом длина трубопровода, равная 2800 мм, одинакова для всех пылеотделителей, а остальные размеры трехмерных моделей остаются идентичными.

На рисунке 2.8 представлен эскиз пылеотделителя с пневмосемяпроводом, установленным под углом 45°. Этот эскиз использовался для создания трехмерной модели.

Рисунок 2.8 - Эскиз пылеотделителя с пневмосемяпроводом установленным под углом 45°.

С целью построения расчетных сеток был задействован CAE-препроцессор Altair HyperMesh® [56]. Эти расчетные сетки важно применять при численном решении дифференциальных и интегральных уравнений. Качество построенной расчетной сетки существенно влияет на успешность численного решения уравнений. В процессе работы были сгенерированы структурированные расчетные сетки, которые характеризуются упорядоченным размещением сеточных узлов. Применение этих сеток позволяет в большинстве случаев сократить время расчета и объем оперативной памяти. Минимальный размер элемента был задан равным 0,5 мм, задано сгущение расчётных сеток у

стенок, толщина пристеночной ячейки равна 0,002 мм. Построенные расчётные сетки содержат более 6 миллионов элементов каждая (рисунок 2.9).

Сформированные расчетные сетки были адаптированы к каждому из трех моделей пылеотделителей с разными углами наклона пневмосемяпровода. Эти сетки обеспечивали точное представление геометрии и способствовали более эффективному моделированию потоков воздуха. Были учтены как внутренние, так и внешние поверхности, что позволило получить комплексную картину взаимодействия газов с конструктивными элементами устройства.

Рисунок 2.9 - Структурированная расчётная сетка

Используя методы вычислительной газодинамики (CFD) с помощью решателя AcuSolve® [56] пакета программ АЬшг Нуре^о^®, методом конечных объемов были произведены расчёты. Была выбрана замкнутая область течения воздуха. Каналы течения были загружены в AcuSolve® для проведения дальнейших расчетов. В качестве нуля было задано давление 101325 Па. Расчеты производились до достижения установившегося режима в течении 3000 шагов.

Для расчета, была выбрана модель турбулентности Спаларта Аллмараса ^ра1аг! AПmaras) - Однопараметрическая модель турбулентности группы

RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes), для численного моделирования турбулентных потоков, особенно в контексте сложных геометрий и динамических условий, таких как центробежные циклоны. Эта модель служит гибридом между моделью большой-эколюции (LES) и классической моделью Рейнольдса (RANS), позволяя более точно учитывать влияние динамической турбулентности на характеристики потока.

В сравнении с традиционными RANS-моделями, модель турбулентности Спаларта Аллмараса демонстрирует лучшие результаты в прогнозировании нестационарных и неоднородных потоков, что делает её более предпочтительной для изучения и проектирования сложных систем.

Также в отличие от статических моделей, модель Спаларта Аллмараса адаптируется к изменениям в потоке в реальном времени, что делает её особенно полезной для ситуаций, где турбулентность изменяется во времени.

Результаты расчётов рассмотрены в пакете AcuFieldView® - это полноценная среда обработки и визуализации для анализа конечных элементов и CFD (Computational Fluid Dynamics).

Результаты моделирования параметров воздуха в пневмозагрузочно-пылеочистительном устройстве представлены на рисунках 2.10-2.18.

Моделирование параметров воздушного потока было выполнено в трех исполнениях с разными углами установки пневмосемяпровода относительно горизонту 30°, 45°, 60°, при постоянстве остальных конструктивных параметров.

На рисунках 2.10, 2.11, 2.12 представлены распределения давлений в пылеотделителях, в скалярном виде с границами распределения, в качестве нуля, было выбрано давление атмосферы, равное 101325 Па. Как видно из рисунков картина распределения давлений получается различной для различных вариантов конструкции при идентичных граничных условиях.

Рисунок 2.10 - Распределение давления в пылеотделителе с углом установки пневмосемяпровода составляющим 30°

Рисунок 2.11 - Распределение давления в пылеотделителе с углом

установки пневмосемяпровода составляющим 45°

81

Рисунок 2.12 - Распределение давления в пылеотделителе с углом установки пневмосемяпровода составляющим 60°

На рисунках 2.13, 2.14, 2.15 представлены распределения давлений в пылеотделителях, также с различными углами установки пневмосемяпровода (30°, 45°, 60°), в векторном виде с границами распределения, в качестве 0 выбрано давление атмосферы, равное 101325 Па. Как видно из рисунков воздух устремляется в область заданного разряжения.

Рисунок 2.13 - Давление в пылеотделителе с углом установки пневмосемяпровода составляющим 30°, в векторном виде

82

pressure

о

0.000

-165.222

Рисунок 2.14 - Давление в пылеотделителе с углом установки пневмосемяпровода составляющим 45°, в векторном виде

pressure

о

131.356

-151.176

Рисунок 2.15 - Давление в пылеотделителе с углом установки

пневмосемяпровода составляющим 60°, в векторном виде

83

На рисунках 2.16, 2.17, 2.18 представлены распределения скоростей в пневмосемяпроводах, при входе в пылеотделитель, в векторном виде с границами распределения. Заметны отличия в характере течения воздуха при использовании различных углов установки пневмосемяпроводов. В случае с пневмосемяпроводами установленными под углами 45° и 60° невооруженным глазом видны зоны вихреобразования, возникающие в области изгиба пневмосемяпровода. Высокая скорость воздуха и равномерность потока достигается при использовании пневмосемяпровода установленного под углом 30°.

Рисунок 2.16 - Скорость в векторном виде в пневмосемяпроводе с углом установки составляющим 30°

velocity magnitude 0.225

Рисунок 2.17 - Скорость в векторном виде в пневмосемяпроводе с углом установки составляющим 45°

Рисунок 2.18 - Скорость в векторном виде в пневмосемяпроводе с углом установки составляющим 60°

Проведя анализ моделей скоростей движения воздуха получили следующий результат. При установке пневмосемяпровода на угол 30°, скорость воздуха составила 23,34 м/с, при установке пневмосемяпровода на угол 45°, скорость воздуха составила 14,85 м/с, что на 8,45 м/с меньше чем при угле 30°. При установке на угол 60°, скорость воздуха составила 21,65 м/с, что на 1,69 м/с меньше, чем при угле 30°, и на 6,8 м/с больше, чем при угле 45°.

Наибольшая скорость воздуха достигается в случае с пневмосемяпроводом установленным под углом 30°, при данной конструкции может быть достигнута наибольшая производительность протравливателя семян.

Построение компьютерной модели показало, что воздух устремляется из области атмосферного давления в область созданного центробежным вентилятором разряжения. Также заметно отличаются картины течения воздуха как в пневмосемяпроводах, так и в пылеотделителях, при разных типах конструкции пылеотделителя пневмозагрузочно-пылеочистительного устройства, что может говорить о разной степени очистки семян во время их подготовки к посеву. Изменение угла установки пневмосемяпровода влияет на скорость течения воздуха в пылеотделителе.

Результаты расчетов полученной модели будут учитываться при разработке лабораторного образца.

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа исследований.

Общая программа исследований включала в себя проведение:

1) Лабораторных исследований:

- определение степени микротравмирования семян;

- определение степени запыленности семян.

2) Лабораторно-производственных исследований:

- определение степени микротравмирования семян на протравочной машине, оснащенной шнековым загрузочным устройством;

- определение микротравмирования семян на протравочной машине, оснащенной пневмозагрузочно-пылеочистительным устройство;

- определение степени запыленности семян после хранения;

- определение степени очистки семян от пыли после прохождения через пневмозагрузочно-пылеочистительное устройство;

3) Производственных (полевые опыты) исследований по сравнению полевой всхожести и биологической урожайности, семян обработанных защитными средствами на протравливателях с разработанным пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством и серийным механическим загрузчиком.

Все лабораторные, лабораторно-производственные, полевые исследования проводились с подготовленными к протравливанию семенами пшеницы сортов «Ульяновская 100» соответствующего ГОСТ 52325-2005. В качестве рабочей жидкости использовался водный раствор комплексных минеральных удобрений «Agree,s Форсаж», «Биостим: Старт», «Майский» и фунгицида «Бенефис». [36]

3.2.1 Методика определения микротравмирования семян

При протекании технологических процессов, зерно неоднократно подвергается взаимодействия с рабочими органами, что приводит к травмированию семян. Травмирование семян можно разделить на две категории макротравмированию (дробление) и микротравмированию [31, 57-71, 127].

К микротравмированным семенам относятся семена, с поврежденными, зародышем, хохолком, и эндоспермом.

Методика определения микротравмирования семян включает в себя следующие этапы:

1. Необходимо отобрать пробы в 10 точках партии семян точках с разных глубин. Масса проб 0,5-1,0 кг. Затем все 10 проб перемешиваются, и от этой смешанной пробы из разных мест отделяются 1500 штук зёрен.

2. Из выборочной совокупности формируется 15 образцов по 100 зёрен.

Далее пробы помещаются в колбу и заливаются раствором бриллиантового

зеленого красителя с 1% концентрации раствора.

Пробы держат в растворе минуту, затем сливают. Затем семена промывают водой (до исчезновения окрашивания воды) и кладут на фильтровальную бумагу, чтобы удалить оставшуюся влагу.

После сушки, каждое зерно в образце исследуется на предмет микроповреждений зародыша, хохолка и эндосперма с помощью измерительной лупы. В нашем случае использовался микроскоп (В нашем случае использовался микроскоп CARL ZEISS JENA Technival 2 (x10 увеличение) и измерительная лупа «ЛИ-3-10х. Фотографии определения степени травмированности семян представлена на рисунке 3.1

3. Определение количества семян с микроповреждениями зародыша, хохолка и эндосперма в каждом образце из 100 семян. При этом в первую очередь отделяются семена с повреждением зародыша и хохолка, среди которых могут быть семена с повреждением эндосперма. Затем они суммируются по всем 15 образцам, и рассчитывается доля семян с микроповреждениями зародыша, хохолка и эндосперма в процентах по отношению к общему количеству семян.

4. Оформление результатов опытов в табличной форме и их обобщение.

5. Общая оценка степени травмированности.

3.2.2 Методика определения степени запыленности семян

Для определения эффективности очистки поверхности семян от пыли при помощи пневмозагрузочно-пылеочистительного устройства, необходимо выяснить, сколько пыли содержится на поверхности. Для этого была разработана специальная методика [38,39].

В качестве критерия оценки степени засоренности пылью использован показатель содержания массы пыли в единице массы семян.

Разработанная методика определения степени засорённости пылью семян зерновых культур включает в себя следующие этапы:

1. Отбор образцов осуществляется в соответствии с ГОСТ 12036-84 «Семена сельскохозяйственных культур. Методы отбора образцов» с мест их хранения [37].

Для обеспечения репрезентативности экспериментов отбираются не менее 10 образцов семян по 1-1,5 килограмма с разных мест по площади и по глубине места хранения. Затем они смешиваются, образуя один образец, из которой также отбирая с разных мест формируется пять проб по 0,5 килограмма для проведения опытов.

2. Для проведения дальнейших опытов, подготавливаются полотна из вискозной ткани (рисунок 3.2). Выбор ткани обосновывается способностью собирать пыль на своей поверхности.

Рисунок 3.2- Вискозная ткань, используемая для сбора пыли

Вискозные полотна предварительно взвешиваются, чтобы иметь возможность определить количество пыли, которая будет собрана на них.

3. Одно полотно укладывается на ровную, чистую поверхность, далее ровным слоем на полотно укладываются семена одной из отобранной для опытов пробы (рисунок 3.3) и накрываются вторым таким же полотном.

Рисунок 3.3 - Семена, уложенные на вискозную ткань

4. После разложения семян между вискозными полотнами, они с применением минимального усилия пальцами, пробиваются сверху, чтобы пыль с поверхности семян могла осесть на ткани.

5. После тщательного пробивания через полотна опытной пробы семян, они аккуратно снимаются с них, а полотна взвешиваются для определения количества собранной пыли.

6. Для определения содержания пыли в пробе, необходимо найти разность массы запыленных и не запыленных вискозных тканей:

= тзт-тнзт , (3.1)

где т™ пробы, г;

- масса пыли, отделенной при однократном пробивании данной

тзт - масса запыленной ткани, г;

тнзт - масса не запыленной ткани, г.

Поученный результат заноситься в протокол опытов.

7. Этапы 4,5,6 повторяется с одной и той же пробой с другими чистыми полотнами ткани, в п-кратной повторности до получения чистых тканей после пробивания.

8. Затем определяется масса всей пыли отделённой от данной пробы суммируя значения масс пыли, полученных после каждого пробивания по формуле:

ТПп= Шп!+ Шп2 + ШпЗ + ... + Шпп , (3.2)

где тп - масса всей пыли отделённой от данной пробы, г; тп1 шп2,тп3 ,тпп - масса пыли отделённой от данной пробы, соответственно, после каждого пробивания, г;

9. После этого взвешиваются семена данной пробы, очищенные от пыли.

10. Затем определяется разница между массами семян данной пробы до начала отделения пыли (тпс) и после очищения (тос). Полученный результат должен совпадать со значением массы отделенной пыли, рассчитанной по формуле (3.2).

11. Для количественной оценки содержания пыли на семенах определяется степень запылённости Еп по формуле:

Еп = Шпс~Шос 100, (3.3)

тпс

где Еп - степень пыльности семян данной пробы, %.

тпс - масса семян данной пробы до начала отделения пыли, г.

тос - масса семян данной пробы после отделения пыли, г.

12. В такой же последовательности проводятся опыты с остальными пробами.

13. После проведения экспериментов производится статистическая обработка их результатов и оценка погрешности эксперимента

3.3 Методика лабораторно-производственных исследований

3.3.1 Методика определения степени травмированности семян

Для проведения лабораторно-производственных экспериментов на основании теоретических исследований был изготовлен экспериментальный образец пневмозагрузочно-пылеочистительного устройства, который может адаптироваться ко всем существующим протравливателям семян зерновых культур. Поведены предварительные тестовые исследования, которые показали работоспособность разработанной конструкции и подтвердили требуемые характеристики (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 - Экспериментальный образец пневмозагрузочно-пылеочистительного устройства

Лабораторно-производственные исследования проводились на серийном протравливателе семян ПС-10АМ с шнековым загрузочным устройством, и на

машине ПС-10АМ с установленным на него вместо шнекового загрузочного устройства, пневмозагрузочно-пылеочистительное устройства (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 - Экспериментальный образец протравливателя семян оснащенного пневмозагрузочно-пылеочистительного устройства

Основная задача данных экспериментов заключалась в определении степени травмированности семян после прохождения каждого рабочего органа на серийной протравочной машине, а также после каждого рабочего органа протравочной машины, оснащенной пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством вместо шнекового загрузчика серийного протравливателя. Затем сравнить результаты.

В основе экспериментов лежит методика описанная в подразделе 3.2.1.

Отбор проб образцов для проведения экспериментов совершался с соблюдение ГОСТ 12036-85 «Семена сельскохозяйственных культур. Правила приемки и методы отбора проб» [37].

Для экспериментов использовались семена яровой пшеницы сорта «Ульяновская-100» (Суперэлита), серийный протравливатель ПС-10АМ со шнековыми загрузочно-разгрузочными устройствами и камерой обработки,

оснащённым дисковым рассеиваетелем, а также пневмозагрузочно-пылеочистительное устройство.

Методика определения травмирования семян на серийной протравочной

машине ПС-10АМ.

Образцы семян для исследований отбирались после каждого рабочего органа протравливателя ПС-10АМ в следующей последовательности:

- подготовленные к протравливанию семена из бурта (перед поступлением в загрузочное устройство);

- после шнекового загрузочного устройства (из бункера);

- после камеры обработки;

- после выгрузного шнека;

Семена отбирались в мешки, по 5.10 кг. Схема отбора проб представлена на рисунке 3.6.

1 - бурт семян, 2 - шнековый загрузчик, 3 - бункер семян, 4 - камера обработки, 5 - выгрузной шнек. Рисунок 3.6 - Схема отбора проб в протравочной машине ПС-10АМ,

оснащённой с серийным шнековым загрузочным устройством

Далее из каждого мешка, отбирают точечные пробы. Пробы для исследований отбирались из разных участков мешка, на разной глубине и соединяют в одну

объединенную пробу. При необходимости увеличить массу объединенной пробы, из разных мест партии отбирают дополнительные точечные пробы.

Затем из каждой пробы отбираются 15 порций по 100 недробленых зерен, что составляло её выборочную совокупность. Далее каждое зерно определялось на наличие микротравм эндосперма, зародыша и хохолка методом окраски семян в 1% растворе зеленого красителя и последующим рассмотрением под лупой с десятикратным увеличением.

Методика отбора семян для определения травмирования семян на протравочной машине ПС10-АМ, оснащенной пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством.

Образцы семян для исследований отбирались в следующей последовательности:

- после пневмозагрузочно-пылеочистительного устройства (из бункера);

- после выгрузного шнека;

Семена отбирались в мешки, по 5.10 кг. Схема отбора проб представлена на рисунке 3.7.

1 - бурт семян, 2 - пневмозагрузочно-пылеочистительное устройство, 3 - бункер семян,

4 - камера обработки, 5 - выгрузной шнек. Рисунок 3.7 - Схема отбора проб в протравочной машине ПС-10АМ

оснащенный пневмозагрузочно-пылеочистительным устройством

После исследования каждой из проб, результаты опытов оформлялись в табличной форме. Затем проводится общая оценка и сравнение степени травмированности.

3.3.2 Методика определения степени очистки семян от пыли

Используя ранее описанную методику определения степени запыленности в подразделе 3.2.2, можно определить эффективность очистки семян от пыли на пневмозагрузочно-пылеочистительном устройстве.

Для этого нам необходимо сравнить степень запыленности семян до и после прохождения их через пневмозагрузочно-пылеочистительное устройство.

Для опытов отбирались 10 образцов семян по 1 кг из бурта подготовленных семян (проба 1), после очистки, на пневмозагрузочно-пылеочистительном устройстве (проба 2).

Рисунок 3.8 - Схема отбора проб для экспериментов:

На рисунке 3.8 представлена схема отбора проб для экспериментов. Используя ранее описанную методику определяем степень содержания пыли в обеих пробах. Затем определяем разницу между массой пыли полученной

с поверхности семян перед протравливанием и после пневмозагрузочно-пылеочистительного устройства, этот показатель определяет эффективность очищения семян от пыли.

3.4 Методика полевых опытов

Для полевых опытов были подготовлены делянки по общепринятой технологии по методике полевого опыта специальной техникой на участке, имеющем одинаковые почвенные характеристики. Ширина делянок определялась в соответствии ширине захвата селекционной сеялки с 10 сошниками и междурядьем 0,15 метра и составляла 1,5 метра.

Длина делянки 60 метров. Таким образом площадь делянки составляла 90 м2, т.е. 0,009 га. В соответствии с количеством опытных образцов семян было подготовлено 5 делянок.

Подготовленные образцы семян массой 2,7 кг соответствует норме высева 300 кг/га.

Настройка селекционной сеялки на заданную норму высева и глубину заделки выполнялся по инструкции. Посев опытных образцов семян на опытных делянках осуществлялся в соответствии с агротребованиями. Контроль и оценка качества посева проводились по общепринятым известным методикам.

Исследования в ООО ««Агробиотехнопарк» Лаишевского района Республики Татарстан, 2022 год. проводились с зерном яровой пшеницы сортов «Ульяновская-100» выращенных из суперэлитных семян по ГОСТ Р 52325-2005 «Сортовые и посевные качества семян зерновых и зернобобовых растений» [36].

Полевая всхожесть и биологическая урожайность определялась по методике не обезличенного определения полевой всхожести, продуктивных колосков и биологической урожайности, которая в сравнении с традиционными методиками позволяет получать более достоверные результаты [73].

Счёт всходов и продуктивных колосков, отбор созревших колосков для определения биологической урожайности осуществлялся с площадей согласно схеме, приведённой на рисунке 3.9

Такая схема позволяет учитывать все погрешности, возникающие в процессе посева семян на опытных делянках (неравномерность высева отдельными высевающими аппаратами и по длине делянки, отклонения от установленной глубины заделки и др.), которые могут оказать влияние на всхожесть семян и урожай.

60м

5м

1

5; су I

0, 5 м 1м {5 м

Рисунок 3.9 - Схема отбора всходов и продуктивных колосков.

Методика включает выполнение следующих последовательных действий.

1. Площадь 1 м2 (1/10000 часть гектара) делиться на количество высеянных рядов на делянке (в нашем случае 10 рядов).

2. Исходя из ширины междурядья определяется длина рядка, образующая с прилегающим междурядьем площадь равную 1/10 части одного квадратного метра (для нашего случая при междурядье 0,15 м это 0,7 м, т.е. 0,15м*0,7м=0,1 м2).

3. Отступая с обоих концов делянки по 4-5 метра определяется участок делянки где будут проводиться исследования. Отступление делается для того чтобы исключить влияние случайных погрешностей, возникающих при заезде и выезде из делянки посевного агрегата в процессе посева.

4. Определяется расстояние между площадками, с учётом количества рядов на делянке (в нашем случае 4,5 метра).

5. Отмечаются длины участков (нашем случае 0,7 метра) на каждом ряде последовательно переходя по рядам в шахматном порядке.

6. На этих участках считаются всходы и суммируя определяется их количество на 1 м2. Умножая полученное число на 10000 определяется количество всходов на гектаре. Сопоставляя с количеством высеянных семян на гектар (шт/га) в процентах определяется полевая всхожесть.

7. В процессе созревания на этих же участках (не обезличивая их) определяются продуктивные колоски, которые сопоставляются с полевой всхожестью.

8. После полного созревания с этих же участков (не обезличивая их) собираются продуктивные колоски для определения биологической урожайности. Из них извлекаются зёрна и взвешиваются. Затем умножая полученное значение массы на 100 определяют биологическую урожайность в центнерах на один гектар.

9. Определяется масса 1000 зёрен биологического урожая не менее чем в трёхкратной повторности, с выполнением статистической обработки результатов.

10. Даётся оценка результатов исследований.

Проведение исследований включала в себя следующие положения:

1) подготовка семян для посева с известной степенью травмированности, при использовании разных технологий обработки семян;

2) подготовка делянок для посева опытных образцов семян;

3) отслеживание всходов и определение всхожести;

4) отслеживание посевов и определение количества продуктивных колосков;

5) определение биологической урожайности;

6) оценка результатов исследований;

3.5 Методика статистической обработки результатов экспериментов

Обработка результатов исследований проводиться по методам статистики. Определялась дисперсия ф), среднее квадратичное отклонение (а), коэффициент вариации (квар), ошибка выборочной средней (%) и относительная ошибка выборочной средней (%<%) [74].

Статистическая обработка выполнялась в следующей последовательности:

1) Среднее арифметическое.

2) Дисперсия.

3) Среднее квадратичное отклонение.

4) Коэффициент вариации.

Выполнение повторных замеров, не дает полностью совпадающих результатов. Поэтому следует определить среднеарифметическую величину х, всех результатов измерений:

* = , (3.4)

где п - число измерений;

xi - результат текущего измерения.

Мерой рассеивания отдельных измерений от среднего служит дисперсия D. Определяется по формуле:

D =^г1-171=1{х1~х)2. (3.5)

Далее рассчитываем среднее квадратичное отклонение, меру точности среднего арифметического значения неоднократно измеренной величины, по формуле:

о

= лТй. (3.6)

Для оценки рассеивания, наряду с дисперсией применяется относительная величина, коэффициент вариации квар.

а

квар=-*100%. (3.7)

л

Далее рассчитываем ошибку выборочной средней, она является мерой отклонения выборочной средней х от всей совокупности. Ошибки выборки возникают вследствие неполной (представительности) выборочной совокупности и свойственны выборочному методу исследования. Величина ошибки зависит от степени изменчивости признака, и определяется по формуле:

% = . (3.8)

Далее рассчитывается относительная ошибка выборочной средней (%%), представляет собой ошибку выборки, выраженную в процентах от соответствующей средней, и определяется по формуле:

%0/0 = | * 100% . (3.9)

Таким образом, предложенная методика позволяет определить точность и достоверность экспериментов.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

4.1 Результаты определения степени микротравмирования семян

Результаты опытов по определению степени травмированности эндосперма, зародыша и хохолка семян яровой пшеницы, подготовленной к протравливанию и их статистическая обработка представлены таблицах 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1 - Степень травмированности семян, подготовленных к

протравливанию (проба № 1)

№ Не Семена с травмированием Всего

образца травми- эндосперма, зародыша, хохолка, травмированных

рованные шт. (%) шт. (%) шт. (%) семян,

семена, шт. (%)

шт. (%)

1 53 43 1 3 47

2 56 41 2 1 44

3 52 45 2 1 48

4 59 38 1 2 41

5 49 47 2 2 51

6 54 41 2 3 46

7 56 42 1 1 44

8 52 43 4 1 48

9 59 37 2 2 41

10 54 42 3 1 46

11 55 39 4 2 45

12 53 45 1 1 47

13 59 39 1 1 41

14 50 46 2 2 50

15 58 40 1 1 42

Итого 819 628 29 24 681

(54,6%) (41,9%) (1,9%) (1,6%) (45,4%)

№ Ст г Ст ср |Стг - Ст ср|2 D о квар SСт ср SСт ср%

1 47 2,56

2 44 1,96

3 48 6,76

4 41 19,36

5 51 31,36

6 46 0,36

7 44 1,96

8 48 45,40 6,76 10,40 3,22 7,10 0,83 1,83

9 41 19,36

10 46 0,360

11 45 0,16

12 47 2,56

13 41 19,36

14 50 21,16

15 42 11,56

Анализ результатов, приведённых в таблице 4.1 показывает, что степень травмированности подготовленных к протравливанию семян составляет 45,4 %, в том числе: семена с травмированным эндоспермом - 41,9 %, семена с травмированным зародышем - 1,9%, семена с травмированным хохолком - 1,6 %. Это результат воздействия рабочих органов зерноуборочного комбайна, машин для послеуборочной обработки и других технических средств, используемых в технологии производства зерна и подготовки семян. Количество не травмированных зёрен - 54,6 %.

Результаты статистической обработки показывают, что изменчивость измерений относительно среднего значения (коэффициент вариации) находится в допустимых пределах.

Результаты опытов по определению степени травмированности эндосперма, зародыша и хохолка семян яровой пшеницы после выгрузного шнека серийной протравочной машине и их статистическая обработка представлены таблицах 4.3 и 4.4.

Таблица 4.3 - Степень травмированности семян, отобранных после шнекового загрузочного устройства из бункера протравливателя (проба № 2)

№ образца Не травмированные семена, шт. (%) Семена с травмированием Всего травмированных семян, шт. (%)

эндосперма, шт. (%) зародыша, шт. (%) хохолка, шт. (%)

1 53 43 1 2 47

2 56 39 3 2 44

3 48 45 2 3 52

4 47 51 2 2 53

5 58 39 3 2 42

6 49 47 2 3 51

7 51 45 1 4 49

8 54 42 2 1 46

9 49 45 3 3 51

10 52 44 1 1 48

11 58 38 2 2 42

12 54 42 1 3 46

13 48 47 2 2 52

14 53 45 1 2 47

15 56 42 1 1 44

Итого 786 (52,4 %) 654 (43,6 %) 27 (1,8 %) 33 (2,2 %) 714 (47,6 %)

№ Ст { Ст ср |Ст 1 - Ст ср|2 D о квар SСт ср SСт ср%

1 47 0,36

2 44 12,960

3 52 19,36

4 53 29,16

5 42 31,36

6 51 11,56

7 49 1,96

8 46 47,60 2,56 13,40 3,66 7,69 0,95 1,99

9 51 11,56

10 48 0,160

11 42 31,36

12 46 2,56

13 52 19,36

14 47 0,36

15 44 12,96

Данные опытов, представленные в таблице 4.3 показывают, что после загрузочного устройства шнекового типа общее количество травмированных семян увеличилось на 2,2 % и составило 47,6 %, в том числе с травмированным: эндоспермом 43,6 % (увеличение на 1,7 %), зародышем 1,9 % (уменьшение на 0,1 %), хохолком - 1,1 % (увеличение на 0,4 %). Целых зёрен 52,4 %.

Результаты статистической обработки показывают, что коэффициент вариации опытов находится в допустимых пределах.

Результаты опытов по определению степени травмированности эндосперма, зародыша и хохолка семян яровой пшеницы после камеры обработки серийной протравочной машине и их статистическая обработка представлены таблицах 4.5 и 4.6.

Таблица 4.5- Степень травмированности семян после камеры обработки (проба № 3)

№ образца Не травмированные семена, шт. (%) Семена с травмированием Всего травмированных семян, шт. (%)

эндосперма, шт. (%) зародыша, шт. (%) хохолка, шт. (%)

1 55 42 2 1 45

2 48 47 2 3 52

3 54 42 3 1 46

4 47 48 2 3 53

5 56 39 2 3 44

6 55 41 1 3 45

7 57 38 3 2 43

8 44 51 2 3 56

9 50 44 4 2 50

10 49 46 3 2 51

11 46 50 2 2 54

12 52 45 1 2 48

13 57 40 1 2 43

14 53 43 2 2 47

15 52 44 1 3 48

Итого 775 (51,7 %) 660 (44,0 %) 31 (2,1 %) 34 (2,3 %) 725 (48,3 %)

№ Ст { Ст ср |Ст 1 - Ст ср|2 D о квар SСт ср SСт ср%

1 45 11,11

2 52 13,444

3 46 5,44

4 53 21,78

5 44 18,78

6 45 11,11

7 43 28,44

8 56 48,33 58,78 17,24 4,15 8,59 1,07 2,22

9 50 2,78

10 51 7,111

11 54 32,11

12 48 0,11

13 43 28,44

14 47 1,78

15 48 0,11