Дослідження чинників погіршення точності висіву пневматичними сівалками

Abstract

Метою досліджень є встановлення чинників погіршення точності висіву пневматичними сівалками (на прикладі сівалки точного висіву John Deere 90 Series) в результаті спостережень за їх роботою в ході чисельного моделювання і польових експериментальних досліджень. Спостереження за роботою висівної секції пневматичної сівалки точного висіву було проведено в два етапи: чисельне моделювання і польові експериментальні дослідження. Чисельне моделювання передбачало використання програмного пакету Simcenter STAR-CCM+ і створені 3D-моделі основних елементів висівної секції пневматичної сівалки точного висіву John Deere 90 Series. Польові експериментальні дослідження проводилися на зерно-паропросапній сівозміні на території АФГ «Ольвія». Сіяли горох сівалкою John Deere 90 Series. Міжряддя складало – 0,19 м, глибина посіву – 0,05 м. Норма висіву – 1,2 млн. шт./га. В результаті чисельного моделювання роботи висівної секції пневматичної сівалки точного висіву отримано візуалізацію розподілу агрегатів ґрунту та їх швидкостей. Порівнюючи отримані значення показників із нормованими встановлено, що розподіл насіння вздовж осі х відповідає зазначеним вимогам. Вздовж глибини посіву (вісь z) розподіл насіння є досить високий, що виходить за нормовані значення. Так, отримане середнє значення глибини посіву складає 0,041 ± 0,03 м, а нормоване – 0,05 ± 0,01. Наочний аналіз показує, що деякі насінини навіть не потрапляють у посівний шар (0,04–0,08 м) орного горизонту. Менше значення відстані між насінинами (< 0,029 м) пояснює виникнення «двійників», а більше (> 0,059 м) – виникненням «пропусків». В результаті польових експериментальних досліджень висівної секції пневматичної сівалки точного висіву з використанням екшн-камери зроблені фотографії моменту вилітання насіння з посівного ложе для різних конструкцій заспокоювача насіння. Після отримання сходів посіяного насіння гороху визначені відстані між рослинами і розраховані відповідні статистичні показники: мінімальне значення – 0,005 м, максимальне значення – 0,124 м, межа – 0,0595 м, середньоквадратичне відхилення – 0,031м, середнє значення 0,045 м, коефіцієнт варіації – 0,688. Порівнюючи отримані експериментальні дані із результатними чисельного моделювання присутня достатня висока відповідність даних (94 %), що підтверджує чисельну модель, яка розроблена в програмному пакеті Simcenter STAR-CCM+. В результаті спостережень за роботою висівної секції пневматичної сівалка John Deere 90 Series в ході чисельного моделювання і польових експериментальних досліджень встановлені чинники погіршення точності висіву (висока швидкість повітряного потоку і відповідно насіння, недосконала форма насіннєвого каналу висівного башмака, недосконала форма заспокоювача насіння). Підвищення ефективності процесу сівби насіння культурних рослин можна досягти шляхом удосконалення конструкцій елементів системи подачі насіння пневматичної сівалки (сповільнювач насіння, насіннєвий канал висівного башмака, заспокоювач насіння) із обґрунтованими конструктивно-технологічними параметрами, що забезпечують точний висів, та конструкційними матеріалами, що забезпечують підвищений ресурс їх експлуатації. - The purpose of the research is to establish the factors of deterioration of sowing accuracy by pneumatic seeders (using the John Deere 90 Series precision seeding seeder as an example) as a result of observations of their operation during numerical modeling and field experimental studies. Observation of the operation of the sowing section of the pneumatic precision seed drill was carried out in two stages: numerical modeling and field experimental studies. Numerical simulation involved the use of the Simcenter STAR-CCM+ software package and created 3D models of the main elements of the seeding section of the John Deere 90 Series precision sowing machine. Field experimental studies were carried out on grain-steam crop rotation on the territory of AFG "Olvia". Peas were sown with a John Deere 90 Series planter. The row spacing was 0.19 m, the sowing depth was 0.05 m. The sowing rate was 1.2 million units/ha. As a result of the numerical simulation of the operation of the seeding section of the precision seeding pneumatic seeder, a visualization of the distribution of soil aggregates and their velocities was obtained. Comparing the obtained values of the indicators with the normalized ones, it was established that the distribution of seeds along the x-axis meets the specified requirements. Along the seeding depth (z-axis), the distribution of seeds is quite high, which exceeds the normalized values. Thus, the obtained average value of sowing depth is 0.041 ± 0.03 m, and the normalized value is 0.05 ± 0.01. Visual analysis shows that some seeds do not even fall into the seed layer (0.04–0.08 m) of the arable horizon. A smaller value of the distance between seeds (< 0.029 m) explains the occurrence of "twins", and a larger value (> 0.059 m) - the occurrence of "skips". As a result of field experimental studies of the seeding section of the precision seeding pneumatic seeder, photographs were taken of the moment the seeds fly out of the seedbed for various designs of the seed pacifier using an action camera. After receiving seedlings of sown pea seeds, the distances between plants were determined and the corresponding statistical indicators were calculated: minimum value - 0.005 m, maximum value - 0.124 m, limit - 0.0595 m, root mean square deviation - 0.031 m, average value 0.045 m, coefficient of variation - 0.688 . Comparing the obtained experimental data with the results of numerical simulation, there is a sufficiently high agreement of the data (94%), which confirms the numerical model developed in the Simcenter STAR-CCM+ software package. As a result of observations of the operation of the seeding section of the John Deere 90 Series pneumatic seeder in the course of numerical modeling and field experimental studies, the factors of deterioration of seeding accuracy were established (high speed of the air flow and, accordingly, seeds, imperfect shape of the seed channel of the sowing shoe, imperfect shape of the seed stabilizer). Increasing the efficiency of the process of sowing seeds of cultivated plants can be achieved by improving the designs of the elements of the seed supply system of the pneumatic seeder (seed retarder, seed channel of the sowing shoe, seed pacifier) with justified structural and technological parameters that ensure accurate sowing, and structural materials that provide an increased resource their exploitation.