Дипломная работа: «Повышение эффективности посева озимой пшеницы с обоснованием конструкции рабочего органа сеялки» (2020) «Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина»

Введение

В условиях рыночной экономики сельское хозяйство становится важней- шей отраслью народного хозяйства. Оно дает жизненно необходимую человеку продукцию – основные продукты питания и сырье для выработки предметов по- требления.

От развития сельского хозяйства зависит жизненный уровень и благососто- яние населения России. Расширилась государственная поддержка сельхозпроиз- водителей.

Поэтому главная задача сельскохозяйственного производства - это получе- ние высоких урожаев с хорошим качеством зерна на основе применения научно- обоснованных систем земледелия, адаптированных к региональным условиям.

Возникает необходимость дифференцированного применения агротехниче- ских приемов, отталкиваясь от погодных условий в зависимости от сезона, осо- бенностей обрабатываемых полей с учетом их свойств, таких как плодородие, рельеф, механический состав [1].

Существует немало конструктивных решений распределительных устройств, которые позволяют распределять семена в подлаповом пространстве. Всем распределительным устройствам присущи такие основные недостатки как недостаточная равномерность распределения семян, забивание почвой и приме- сями, находящимися в семенном материале, в процессе работы. Отсюда, вывод, что необходимо проводить дальнейшую разработку конструкций распредели- тельных устройств сеялок для подпочвенно-разбросного посева и обеспечения качественного выполнения технологического процесса посева с равномерным распределением семян по засеваемой площади.

1 Обоснование темы ВКР

Формирование урожая зерновых культур

Формирование урожая в полевых условиях - многофакторный процесс. Влияние всех факторов учесть без исключения очень трудно и невозможно. Су- ществуют численно неопределяемые факторы, такие как срок сева, структура по- севных площадей и др., а также неуправляемые факторы (такие как погодные яв- ления). Урожайность является выходным параметром системы производства зер- новых культур, которая относится к интегральным факторам, учитывающим вли- яние всех остальных факторов. А также представляет собой произведение числа растений на единице площади и средней продуктивности единичного растения.

Но следует учитывать погодно-климатические условия, которые оказывают значительное влияние на урожайность возделываемых зерновых культур в любой географической точке мира. Основной технологической операцией при возделы- вании зерновых культур является посев, который задает уровень режима питания растений, зависящий также от местоположения поля в системе севооборота, со- става и качества почвы и других факторов.

Проблема оптимальной площади питания может быть решена достаточно просто. Для этого необходимо выяснить сортовые особенности каждой из зерно- вых культур, возделываемых в той или иной почвенно-климатической зоне. И приняв во внимание все факторы, высевать определѐнные количества семян на единицу площади для обеспечения нормального пищевого режима растений [2].

Рассмотрим режимы питания растений:

Обоснование применения подпочвенно-разбросного посева

Основные потери влаги в условиях Белгородской области происходят в ре- зультате обмена атмосферного и почвенного воздуха и конвекционно-диффузных токов, скорость которых зависит от плотности почвы, температурного режима и скорости ветров. Это происходит от того, что при отсутствии легкоподвижной влаги в почве основным фактором испарения воды из нее воды являются конвек- ционно-диффузные токи, скорость которых зависит от пористости верхних слоев почвы (порозность) [6].

Одной из главных задач при возделывании зерновых, является накопление и сохранение запасов влаги в почве, улучшение пищевого режима.

Основные площади под зерновые культуры в Белгородской области засе- ваются сеялками с дисковыми сошниками. При этом качество посева серийными сеялками СЗ - 3,6, СЗП - 3,6 не удовлетворяет в полном объеме агротехническим требованиям. Ядро залегания семян в двух смежных одно сантиметровых гори- зонтах содержит не более 55…60% от общего количества высеянных семян, вме- сто 80%.

1.3 Выводы

Основы будущего урожая закладываются в области технологии посева зерновых.

Эффективность работы стерневой сеялки во многом определяется рав- номерностью распределения семенного материала, как по площади поля, так и по глубине заделки.

При равномерном распределении семян лучшие условия питания, возду- хообмена и освещенности растений, дружнее всходы, следовательно, выше уро- жайность.

Наиболее полно соответствует и отвечает требованиям равномерного распределения семян зерновых культур по площади в Белгородской области, в зоне недостаточного увлажнения, подпочвенно-разбросной посев.

2 Технологическая часть

Агротехнические требования к посеву зерновых

Одной из основных задач посева - это размещение семенного материала в почве так, чтобы все растения находились в одинаковых условиях при использо- вании влаги, воздуха, солнечного света и питательных веществ почвы. Для того чтобы создать условия растениям нужно выполнить агротехнические требования:

Посев нужно проводить в календарные сроки, предусмотренные для каждой культуры.

Семена необходимо распределить по площади поля равномерно, для того чтобы каждое семя имело оптимальную площадь питания круглой либо квадрат- ной формы. Глубина заделки семян должна быть наиболее равномерной.

Семена должны укладываться на влажное уплотненное ложе и покры- ваться рыхлой влажной почвой.

Норма высева должна оставаться постоянной.

Изменчивость всхожести в значительной мере обусловлена варьированием равномерности глубины заделки семян. Примерно 60% изменчивости энергии прорастания вызвано равномерностью заделки семян [7].

Отклонение от глубины заделки семян очень сильно влияет на полевую всхожесть и продуктивность растений. Вот, например, отклонение глубины за- делки пшеницы от оптимального на +1, +2,5 см приводило к уменьшению урожая соответственно на 11 … 12% и 25 … 30%.

Нам известно, что корневая система зерновых распространяется в почве равномерно, образуя в горизонтальной проекции на плоскости круг, при этом ра- диус зависит от вида культуры, сорта, физико-механических свойств почв, обес- печенности влагой, питательными веществами и приемов возделывания.

Обзор способов посева зерновых

Посев является одной из важнейших операций возделывания сельскохозяй- ственных культур, в которой осуществляется заделка семян в почву и создаются условия для их прорастания [9].

Посев оказывает определяющее влияние на всхожесть семян, дальнейшее развитие растений и, в конечном итоге, на урожайность сельскохозяйственных культур.

Для каждой сельскохозяйственной культуры необходимо создавать свое об- разные наиболее благоприятные для неѐ условия прорастания и развития, поэтому существуют разные способы посева.

На основе имеющихся типов конструкций сошников (рисунок 2.2) разрабо- тано и исследовано множество различных заделывающих рабочих органов и тех- нологий заделки семян.

Наиболее распространенным типом сошника для зерновых сеялок в нашей стране является двухдисковый сошник. Он применяется в отечественных сеялках:

Анализ существующих технологий посева на основе рабочих органов

Сошник является одним из основных рабочих органов любой посевной ма- шины, непосредственно участвующий в процессе бороздообразования и распре- деления семенного материала в почве. Выбор той или иной конструкции сошника существенным образом влияет на качество посева, а, в конечном счете, на полу- чение высоких и устойчивых урожаев [12].

По принципу действия сошники можно разделить на две группы: поступа- тельного движения (наральниковые) и вращательного движения (дисковые).

По технологическому принципу сошники разделяют на три группы: сошни- ки с тупым, прямым и острым углом вхождения в почву.

Рассмотрим наиболее распространенные конструкции сошников, применя- емых при ресурсосберегающих технологиях посева зерновых культур.

Однодисковый сошник (рисунок 3.1) работает по принципу дисковой боро- ны [13].

3 Конструкторская часть

Анализ конструкций рабочих органов сеялок

Нами предложена конструктивная схема рабочего органа (лапового сошни- ка) сеялки прямого сева (рисунок 3.6), она обеспечит, без предварительной обра- ботки почвы за один проход агрегата по стерне выполнить подпочвенно- разбросной посев зерновых культур с одновременным внесением основной дозы минеральных удобрений.

Обоснование предлагаемой конструкции рабочего органа

Расчет параметров сеялки прямого посева

Расчет тягового сопротивления лапового сошника 

​Прочностной расчет стойки лапового сошника проведем с помощью модуля APM FEM системы автоматизированного проектирования КОМПАС – 3D [15]. Система позволяет осуществлять статический расчет твердотельных моделей (де- талей и сборок) и визуализировать результаты. Выбираем два режима нагружения сошника сеялки прямого посева:

Режим нормальной работы 250Н;

Режим работы с перегрузкой 500Н.

Установили закрепления и силы (рисунок 3.8). Деталь была разбита на 46533 конечных элементов.

Силовой расчет стойки сошника

3.4 Выводы

1. Провели анализ конструкций рабочих органов сеялок для ресурсосбере- гающих технологий, применяемых для прямого посева.

2. Обосновали конструктивную схему рабочих органов (лаповых сошников) сеялки прямого посева, которая позволяет улучшить качество посева семян, до- биться равномерного распределения семян на высеваемой площади, и повысить еѐ производительность.

Провели расчет тягового сопротивления рабочего органа (лапового сош- ника): Pсошника=0,233кН и силовой расчет стойки лапового сошника: σmax= 71,6Мпа и Δmax= 3,62мм при работе с перегрузкой, что допустимо, так как меньше [σ] ста- ли 65Г.

4 Экономическая часть

4.1 Технико-экономическое обоснование

Определим удельные эксплуатационные затраты по методике [16]. Эксплуатационные затраты на 1 га в рублях составят:

Эι = Оι + Гсмι + Рι + Аι ,                             (4.1) где Оi  - затраты на оплату труда обслуживающего персонала, руб./га;

Гсмi – затраты на ГСМ, руб./га;

Рi – затраты на ремонт и техническое обслуживание, руб./га; Аi – амортизационные отчисления, руб./га.

Затраты на оплату труда с начислениями определим по формуле:

Oi  = 1/ Wчi ⋅Ч i ⋅τi ⋅ K Д  ,                                      (4.2)

где τi – часовая тарифная ставка первого разряда;

Кд – коэффициент, учитывающий доплаты за продукцию, премии, надбавки за классность и стаж работы, квалификацию, оплату отпусков. Кд=1,953.

O   ⋅ К    ⋅ Кτ = мi            тар            о  ,                                         (4.3)

где Омi – ставка первого разряда ЕТС;

Нi – норматив затрат рабочего времени для одного работника в месяц, часов, Нi=169,2 [16].

τ = 12130 ⋅2, 44 ⋅1, 8 = 38, 93 руб / ч

1                         169, 2

Тогда:O1  = (1 / 6, 07 ⋅1⋅ 38, 93⋅1, 953) + (1 / 4, 72 ⋅1⋅ 38, 93⋅1, 953) = 28, 63 руб / га

Заключение

В результате выполнения поставленных перед выпускной квалификацион- ной работой задач можно сделать следующие выводы:

1. Обоснован способ подпочвенно-разбросного посева, который наиболее полно соответствует и отвечает требованиям равномерного распределения семян зерновых культур по площади, в зоне недостаточного увлажнения.

2. Проведён анализ существующих технологий посева на основе рабочих органов и определены основные направлением развития заделывающих рабочих органов для прямого сева в нашей стране.

3. Представлен анализ технических решений по конструкциям сошников сеялок прямого сева и обоснована конструктивная схема рабочего органа (сош- ника) сеялки прямого посева для повышения качества выполнения технологиче- ского процесса сева зерновых.

Рассчитаны показатели экономической эффективности применения ре- сурсосберегающей технологии прямого сева в сравнении с классической (тради- ционной) технологией. Годовой экономический эффект 9236 рублей. Срок оку- паемости составил 1,95 года.