Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ существующих технологий возделывания бахчевых культур и технических средств для их реализации 20
1.1. Предпосевная обработка почвы 20
1.2. Подготовка семян кпосеву 21
1.3. Посев бахчевых культур 24
1.3.1. Особенности агротехники посева бахчевых культур 24
1.3.2. Анализ работы существующих машин для посева . 33
1.4. Внесение удобрений 36
1.5. Уход за посевами бахчевых культур 38
1.5.1. Механизированная обработка почвы в междурядьях и рядках. 46
Глава 2. Технология предпосевной обработки почвы 60
2.1. Конструкции рабочих органов 61
2.2. Обоснование параметров рабочих органов 75
2.3. Сравнительная оценка существующей и разработанной технологии предпосевной обработки почвы 92
Глава 3. Обоснование конструкции и параметров высевающего аппарата и сошника сеялки для бахчевых культур 95
3.1. Физико-механические свойства семян бахчевых культур... 95
3.1.1. Методика исследований 95
3.1.2. Результаты исследований физико-механических свойств семян бахчевых культур 103
3.1.2.1. Форма и размеры семян 103
3.1.2.2. Фрикционные свойства семян 110
3.1.2.3 Абсолютный и объемный вес семян 112
Выводы 113
3.2. Подготовка семян к посеву , 114
3.3. Агротехнические требования к рабочим органам сеялок 123
3.4. Изыскание высевающего аппарата для бахчевых культур... 125
3.5. Конструкция высевающего аппарата 139
3.6. Обоснование параметров высевающего аппарата 146
3~.6".Г. Обоснование типа и формы ячеек 146
3.6.2. Исследование процесса заполнения ячейки 153
3.6.3. Укладка семени в ячейку 163
316.2. Исследование работы отражателя 165
3.7. Исследование процесса движения семян, выброшенных в семяпровод выталкивателем 175
3.8. Исследование процесса перемещения семян после падения на дно борозды 179
3.9. Выбор и обоснование конструкций сошников сеялки 185
3.9.1. Конструкции сошников 185
3.9.2. Обоснование параметров сошника 194
3.9.2.1. Исследование работы загортачей 204
3.9.2.2. Перемещение почвы под воздействием сошника. 210
3.9.2.3. Определение траектории относительного движения частицы почвенного пласта 214
ЗЛО. Обоснование конструкции сеялки для посева бахчевых культур 220
3.11. Механизация селекционных посевов 222
Глава 4 Экспериментальные исследования высевающего аппарата 226
4.1. Методика лабораторных исследований по обоснованию параметров высевающего аппарата 226
4.2. Методика полевых испытаний 230
4.3. Результаты экспериментальных исследований высевающего аппарата по определению 231
4.3.1. Толщины высевающего диска 231
4.3.2. Длины и ширины ячейки 233
4.3.3. Высоты и длины активных направляющих 239
4.3:4; Определение параметров активного отражателя: 244"
4.3.5. Определение диаметра высевающего диска 246
4.3.6. Методика расчета параметров высевающего аппарата 252
4.3.7. Результаты полевых испытаний. 254
Выводы 256
Глава 5. Оптимизация технологических параметров высевающего аппарата и стрельчатой плоскорежущей лапы 259
5.1. Оптимизация параметров высевающего аппарата (семена арбуза Быковский — 199). 259
5.21 Оптимизация параметров стрельчатой лапы. 279
Глава 6. Обоснование технологии ухода за посевами бахчевых культур и средств механизации для ее осуществления . 298
6.1. Культиватор-растениепитатель для междурядной обработки посевов 298
6.2. Исследование работы подвижного рабочего органа 3 02
6.3. Технология ухода за посевами бахчевых культур 311
6.4. Технология вегетационных подкормок посевов бахчевых культур. 315
6.5. Агрегат для ухода за посевами бахчевых культур 323
6.6. Показатели работы комбинированного агрегата 328
Глава 7. Обоснование выбора технологий и показателей их оценки при возделывании бахчевых 334
Глава 8. Технико-экономические показатели возделывания бахчевых . 357
8.1. Технико-экономические показатели комбинированного агрегата для ухода за посевами бахчевых культур 365
Заключение 373
Общие выводы 374
Рекомендации производству; 378
Список использованной литературы 381
Приложения , 410
- Анализ работы существующих машин для посева
- Агротехнические требования к рабочим органам сеялок
- Методика лабораторных исследований по обоснованию параметров высевающего аппарата
- Исследование работы подвижного рабочего органа
Введение к работе
Современное сельскохозяйственное производство настоятельно требует решения проблем повышения урожайности сельскохозяйственных культур, сохранения эффективного и потенциального плодородия почвы на основе ресурсосберегающих почвозащитных технологий, обеспечивающих комплексную механизацию всех технологических операций при значительном снижении энергетических затрат [296]. Особую актуальность имеет проблема снижения или полного исключения доли ручного труда при выполнении наиболее трудоемких технологических операций.
Продуктивность сельскохозяйственных культур является результатом взаимодействия многих факторов и условий, важнейшие из которых: плодородие почвы, природа растений, почвенно-климатические условия и механизированная технология возделывания.
Бахчеводство является отраслью растениеводства, которая занимается производством продукции бахчевых культур в полевых и специальных севооборотах.
При выращивании таких культур как овощные, бахчевые, плодовые, ягодные и им подобные полностью исключить ручной труд при современном уровне развития сельскохозяйственной техники невозможно. Это связано со специфическими свойствами не только самих растений, но и плодов. Так, технологии возделывания и уборки бахчевых включают операции, традиционно выполняемые во всех регионах полностью или частично вручную. Большая часть затрат ручного труда приходится на прополку посевов бахчевых и уборку урожая.
К бахчевым культурам относят арбузы, дыни, тыкву, кабачки, патиссоны и т.д.
Основное отличие растений бахчевых от других культур в том, что по мере развития они стелятся по поверхности поля и тем самым затрудняют применение машин для уничтожения сорной растительности и проведения других операций.
Урожайность бахчевых во многом определяется почвенно-климатическими условиями, потенциалом продуктивности выращиваемых сортов, качеством семян, засоренностью посевов, влагообеспеченностью и другими факторами. [10,11,12,247,249].
На товарный выход плодов бахчевых культур существенное влияние оказывают устойчивость сортов к различным болезням, особенно грибковым, организация охранных мероприятий, чистота посевов от сорняков, площади питания каждого растения, сортовая чистота и другие факторы [370].
Одним из определяющих показателей эффективности возделывания любой культуры являются затраты на производство. Они могут быть охарактеризованы затратами труда или показателями удельных энергетических затрат. По этому показателю возможна наиболее полная оценка при выполнении различных операций;
Площади посевов бахчевых культур в России составляют около 500 тыс. га, из них 80% посевов возделывается без орошения, т.е. в богарных условиях. Наиболее распространенной бахчевой культурой является арбуз, занимающий более 70% всей посевной площади бахчевых; второе место принадлежит дыне (около 20%), и третье тыкве (около 10%) [254]. В богарном бахчеводстве 85% занимают посевы арбузов, являющиеся основным источником получения бахчевой продукции. Плоды бахчевых культур относятся к деликатесным, диетическим пищевым продуктам, отличающимся высокими вкусовыми и питательными качествами, из-за высокого содержания хорошо усвояемых организмом человека и животных углеводов, в основном Сахаров. В среднем плоде арбуза содержится до 400...500 г сахара.
Диетическая ценность плодов бахчевых культур заключается также в том, что они содержат витамины, соли железа, фолиевую кислоту, пантотеиновую кислоту, пектиновые вещества, клетчатку, зольные элементы.
Плоды бахчевых культур обладают лечебными свойствами. Так, соли железа и фолиевая кислота участвуют в кроветворении и препятствуют заболеванию человека раком. Арбуз является лучшим мочегонным средством, способствующим очищению печени и почек от вредных веществ [253, 254].
Арбузы и дыни перерабатываются на мед, патоку, джемы, соки. Арбузная корка и кормовые арбузы используются для выработки цукатов. Плоды арбузов могут использоваться В; соленом и маринованном виде. Из семян бахчевых культур изготовляется высококачественное пищевое масло.
Большое значение имеют плоды бахчевых культур для кормовых целей. Использование их на корм скоту позволяет получить хорошие привесы, увеличить надои молока, которое становится более густым, сладким с более высоким содержанием жира и масла.
К главным агротехническим приемам технологического процесса возделывания бахчевых культур относятся основная и предпосевная обработка почвы, подготовка семян к посеву, посев, внесение удобрений, уход за посевами, борьба с болезнями и вредителями.
Основной целью обработки почвы является создание оптимальных условий роста и развития культурных растений, которые обеспечиваются главным образом корневой, системой. Корневая система бахчевых культур стержневого типа включает главный корень с боковыми корнями первого, второго и третьего порядка. Усвоение воды и минеральных веществ осуществляется в основном; корнями второго и третьего порядка, расположенными в слое почвы глубиной до 30см и образующими сплошную сетку диаметром 8... Юм. Такое расположение корневой системы должно учитываться при разработке основной, предпосевной и междурядной обработки почвы. Общий биологический признак бахчевых - лиановое строение стеблей-н боковых побегов, наличие усиков, закручивающихся вокруг встречающихся веточек, травинок и комочков земли. Так как плети несут значительную ветровую нагрузку, необходимо при обработке почвы предусмотреть размещение на поверхности почвы стерневых и растительных остатков, которые смогут предотвратить скручивание плетей от ветра.
Результаты исследований показывают, что предшественники оставляют в почве, значительное, количество растительных остатков, которые обволакивают стойки почвообрабатывающих орудий, вызывая дополнительное сопротивление и повышение энергозатрат на вспашку.
Существующая технология предпосевной обработки почвы и рабочие органы для ее выполнения не отвечают агротехническим требованиям по рыхлению почвы без выноса нижних слоев на поверхность, полному уничтожению сорняков и их проростков, выравниванию поверхности поля, устойчивому выполнению технологического процесса без обволакивания рабочих органов растительными остатками при сохранении на поверхности поля стерневых и растительных остатков; снижению числа проходов машин по полю, сохранению структуры почвы.
Большинство агротехнических требований выполняется при использовании для обработки почвы лаповых рабочих органов, поэтому необходима разработка конструкций, имеющих отклоненные назад стойких возможностью вибрации при: работе или с переменной заточкой стойки и лапы, а впереди стойки — дисковый нож.
Посев бахчевых культур является одной из самых ответственных операций при возделывании бахчевых культур. Высококачественное его выполнение обеспечивает значительное повышение урожайности. Однако сеялки использующиеся на данный момент для посева бахчевых культур имеют ряд недостатков: не обеспечивают заданной точности высева, допускают дробление семян; при их применении отсутствует фиксированная укладка семян на уплотненное дно борозды, с укрытием их влажным слоем почвы, не выполняется припосевное внесение минеральных удобрений с почвенной прослойкой между семенами и удобрениями. Кроме того, при посеве допускается значительный перерасход дорогостоящих семян.
Важнейшими узлами сеялки являются высевающий аппарат и сошник, которые обеспечивают выполнение заданных агротехнических требований. Разработка конструкций этих узлов сеялки является очень актуальной задачей;
Основные затраты при возделывании бахчевых культур приходятся на уход за посевами,, при этом только затраты ручного труда составляют 40...50 чел.ч./га
Главная цель ухода за посевами — создание оптимальных условий для роста и развития растений, обеспечивающих максимальную защиту урожая. Для этого необходимо предусмотреть уничтожение сорной растительности в междурядьях и рядках, прорывку растений в гнездах, рыхление почвы, подачу в корнеобитаемый слой почвы необходимых элементов питания, внекорневые подкормки, борьбу с болезнями и вредителями, присыпку плетей.
Выполнение перечисленных технологических операций необходимо производить комбинированным агрегатом, обеспечивающим снижение энергетических затрат, предотвращающим нарушение структуры почвы и позволяющим довести уровень механизации до 80% при повышении урожайности на 30%.
Представленные в диссертации материалы по совершенствованию возделывания бахчевых культур в неорошаемом земледелии являются итогом многолетних исследований автора, выполненных по всероссийским и региональным программам: 60.02.07 «Разработать систему воспроизводства почвенного плодородия и получения экологически безопасной овощной и бахчевой продукции на основе эффективного использования севооборотов, ресурсосберегающих систем обработки почв, применения удобрений и мелиорации земель в адаптивно-ландшафтных системах земледелия в условиях Нижнего Поволжья»; 0.СХ.71 «Осуществить поиск и разработку высокоэффективных методов и средств комплексной механизации производства растениеводческой продукции, обеспечивающих повышение производительности труда в 2,0..2,5 раза, снижение удельных энергозатрат топливных и материальных ресурсов»; всероссийской НТП 05118 (темы 01 и 03 (бахчеводство)) на I986...90 гг., 1991...95гт.; ВНИИОБ, задание 04 (бахчеводство) на 1986...90 гг.; задание «Механизация производственных процессов агропромышленного комплекса Волгоградской области» 1986... 1990 гг. Система ведения агропромышленного производства Волгоградской области на I996...2010 гг. и целевой программы «Повышение плодородия почв Волгоградской области на 2001 -2005 годы».
Цель данных исследований заключается в повышении уровня механизации всех технологических операций до 80...85%, снижении удельных энергетических и ресурсных затрат на ручных и механизированных операциях в 2...3 раза по сравнению с существующей технологией, повышении урожайности до 30% и сохранении почвы в плодородном состоянии путем разработки механизированной ресурсосберегающей почвозащитной технологию возделывания бахчевых культур и технических средств механизации для её осуществления.
В теоретических и экспериментальных исследованиях, направленных на достижение данной цели, были поставлены следующие задачи:
1. Выполнить агротехническое обоснование оптимальных технологических процессов возделывания бахчевых культур на основе ресурсосберегающих почвозащитных технологий.
2. Разработать, изготовить и исследовать конструкции:
а) рабочих органов для предпосевной обработки почвы;
б) высевающего аппарата точного дозирования;
в) комбинированного сошника; г) сеялки для бахчевых культур;
е) комбинированного агрегата для ухода за посевами бахчевых культур.
3. Разработать теоретические предпосылки выбора оптимальных параметров лаповых рабочих органов - углов постановки стойки лапы к горизонту, углов раствора и заострения с целью снижения энергозатрат при обработке. почвы, 4. Получить аналитические зависимости, позволяющие определить тип, форму, размеры ячеек, параметров активных направляющих и отражателя семян высевающего аппарата.
5. Выполнить экспериментальные исследования по определению основных параметров высевающего аппарата точного дозирования.
6. Составить регрессионную модель высевающего аппарата, с целью
оптимизации точности дозирования семян и стрельчатой плоскорежущей лапы, оптимальные параметры которой обеспечивают полноту подрезанию сорняков в пределах 99%.
7. Разработать рекомендации и комплекс средств для их реализации, дать технико-экономическую и энергетическую оценку внедрения средств механизации возделывания бахчевых культур на основе ресурсосберегающих технологий.
Объекты исследований.
Объектами исследований являлись: технологические процессы механизированного возделывания бахчевых культур, включающие предпосевную обработку почвы, посев и уход за посевами; рабочие органы для предпосевной обработки почвы, семена бахчевых культур, высевающий аппарат для семян, комбинированный сошник, культиватор растение питатель, комбинированный агрегат для ухода за посевами.
В связи с этим научный поиск технических решений велся по трём направлениям:
- агротехнических требований по обоснованию параметров технологии и технологических процессов возделывания бахчевых культур;
- создание и совершенствование машин для механизации бахчеводства;
-теоретическое и экспериментальное обоснование основных параметров рабочих, органов для. механизации бахчеводства.
Научная новизна заключается в обосновании и разработке: -ресурсосберегающей почвозащитной технологии возделывания бахчевых культур и средств механизации для её осуществления, включающей:
- предпосевную обработку почвы с оригинальными конструкциями рабочих органов, защищенных авторским свидетельством №1752210 от 20.11.1989г., бюл.№29, патентом на изобретение № 2188526 от 07.02.2001г., патентом на изобретение №2195094 от 21.02.2001г., патентом на изобретение №2195095 от 16.01.2001г.;
- способ предпосевной обработки семян бахчевых культур, защищенный патентом на изобретение №2197803 от 13.08.2001 г.;
- посев прямоугольно-гнездовым способом, позволяющим вести обработку всходов комбинированным агрегатом с разработкой конструкций высевающих аппаратов для гнездового и линейно-гнездового посева, защищенных авторским свидетельством №417108 от 12.07.1972 г., патентом на изобретение №2195100 от 26.04.2001г., патентом №2199849 от 28.09.2001г., патентом №2204232 от 29.11.2001г., патентом №2206971 от 20.03.2002г., решением о выдаче патента по заявке №2003107031 (007433) от 12.03.2003 г., комбинированного сошника патентом №2204894 от 28.09.2001г., выполняющего предпосевную обработку почвы, укрытие семян и: удобрений с почвенной прослойкой, комбинированного однодискового сошника решением о выдаче патента по заявке №2002123633/13 (025084) от 04.09.2002г,;
- уход за посевами, включающий междурядную обработку, обработку в рядках, вегетационную подкормку и обработку ядохимикатами с разработкой конструкции плетеукладчика патент №2202166 от. 05Л.1.2001 г,- способа: вегетационных: подкормок- решение о выдаче патента по заявке №2001126466/13 (028149) от 28.09.2001г., способ ухода за посевами бахчевых культур и устройство для его осуществления защищенных заявкой на выдачу патента №2002125125/13 (026541) от 19.09.2002;
- технико-экономических показателей разработанной технологии и средств механизации;
- теоретическое обоснование основных параметров рабочих органов для предпосевной обработки почвы;
- теоретическое и экспериментальное обоснование параметров высевающего аппарата;
- теоретическое обоснование параметров прополочного агрегата;
- экспериментальное обоснование технологии вегетационных подкормок посевов бахчевых культур;
- оптимизацию технологических параметров высевающего аппарата и стрельчатой плоскорежущей лапы;
- разработку графовой модели и сетевого графика возделывания бахчевых культур;
- теоретическое обоснование выбора технологии возделывания бахчевых культур.
Практическую ценность имеют результаты исследований, реализованные в 1. Комплекса машин по возделыванию и уборке бахчевых культур, представленного на В ДЫХ в 1978г., внедренного в 1976...99 годах в производство в хозяйствах Волгоградской, Астраханской, Ростовской областей,
Республики Калмыкия и включающего следующие машины:
- орудия для предпосевной обработки почвы;
- сеялку для посева семян бахчевых культур;
- культиватор растение питатель;
-прополочный агрегат, обеспечивающий подрезание сорняков в рядках бахчевых;
- укладчик-раскладчик плетей бахчевых культур;
- навесные лотки для механизации выборочных сборов арбузов; -подборщики плодов бахчевых культур, защищенные авторскими
свидетельствами №736905 от 17.10.1977г., №1542470 от 25.04.1988г., №1588307 от 01.05.1990г., №1625405 от 08.10.1990г., №1658805 от 01.03.1991г., патентом на изобретение №2201063 от 18.06.2001г.
За разработку и внедрение автор награжден бронзовой медалью ВДНХ и ему присвоено звание Заслуженный работник сельского хозяйства Российской Федерации.
2. Актов использования результатов исследований орудия для предпосевной обработки почвы, сеялки для посева бахчевых культур, культиватора растение питателя, прополочного агрегата, укладчика-раскладчика плетей, навесных лотков, подборщиков плодов бахчевых культур.
3. Предложений по использованию машин для механизации бахчеводства разработанной нами конструкции в «Системе ведения агропромышленного комплекса Волгоградской области на 1996...2010 годы».
4. Конструкции машин и рабочих органов для бахчеводства, успешно прошедших производственные испытания, защищенных авторскими свидетельствами на изобретения и патентами Российской Федерации (8 а.с., 13 патентов, 6 решений о выдаче патента).
5. Предложений по конструкциям высевающих аппаратов, сошника, прополочного агрегата, культиватора-растениепитателя, валкообразователя, представленных на госиспытания (Филиал Поволжской МИС, г.Дубовка).
6. Рекомендаций по возделыванию, уборке и переработке бахчевых культур для многоцелевого использования в сухом земледелии Волгоградской области, принятых к освоению в хозяйствах всех форм собственности (1978...98г.г.).
7. Рекомендаций по применению средств механизации в неорошаемом земледелии, представленных на 158 информационных листках.
8. Учебных пособий с грифом УМО (1993...2001г.) используемых в. учебном процессе в Волгоградской ГСХА и Калмыцком государственном университете.
9. Технических заданий на разработку сеялки для бахчевых культур, прополочного агрегата, валкообразователя, подборщика (Волгоградская ГСХА, МНПК «Фармаол»).
10. Технических условий на прополочный агрегат, валкообразователь, подборщик плодов, выделитель семян (Волгоградская ГСХА, МНПК "Фармаол").
11. Технического описания и инструкции по эксплуатации на прополочный агрегат, валкообразователь плодов бахчевых культур, подборщик плодов, выделитель семян бахчевых культур (Волгоградская ГСХА, МНПК "Фармаол").
Апробация работы;
Основные положения диссертации доложены и получили положительную оценку на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградской ГСХА (1969...2003 г.г.), Всероссийской конференции «Агротехника и- селекция бахчевых культур» (Быковская БСОС, 1992г.), Всероссийском семинаре «Селекция бахчевых культур на вирусовые и технологические качества плодов (Быковская БСОС, 1994г.); Всесоюзной конференции «Земледельческая механика и программирование урожая» (Волгограда 1990); Межвузовской конференции "Совершенствование научного обеспечения и подготовки кадров для агропромышленного производства Волгоградской области" (Волгоград, 1993 г.);: НТО Главного управления сельского хозяйства и продовольствия Волгоградской области (1992...1995г.г.); НТС Быковской БСОС (1976... 1997г. г.); НТС в ГСКБ по. машинам для садов, виноградников и бахчевых культур (Ташкент, 1968...1990г.г.), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Калмыцкого государственного университета (1986,,.1997г.г.); на международной научно практической конференции посвященной, 100-летию со дня рождения Заслуженного мелиоратора РФ доктора сельскохозяйственных наук профессора М.Н.Багрова (Волгоград, 2001г.); на международной научно-практической конференции «Научно-производственное обеспечение социально экономического развития АПК аридных территорий» (ПНИИАЗ, 2001г.); на международной научно-практической конференции «Проблемы агропромышленного комплекса» (Волгоград, 2003 г.), И-и Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе» (Ставрополь, 2003 г.)
Публикация результатов.
По теме диссертации опубликовано 238 работ общим объемом 95 печатных листов, из них лично автору принадлежит 60 печатных листов, в том числе четыре учебных пособия: объемом 32.98 п. л., 23 авторских свидетельств и патентов на изобретение. Все основные теоретические и экспериментальные исследования выполнены автором лично. В проведении исследований принимали участие научные сотрудники лаборатории механизации бахчеводства Волгоградской ГСХА Шапров М.Н., Бороменский В.П., Чабан Л.Щ Дегтярёв Ю.П., Китов А.Ю., Канин Д.М., Салдаев А.М: под руководством профессора Цепляева А.Н..
Основоположником разработки механизированных технологий возделывания и уборки бахчевых культур является профессор А.Ф. Ульянов.
Механизацией отдельных операций в бахчеводстве занимались Гудков А.Н., Листопад Г.Е., Егоров И.С., Федоров В.А., Емелин Б.Н., Чабан Л.Н., Малюков В.И., Руденко Н.Е., Стрекалов С.Д., Терехов О.Н., Луценко В.П., Раков Е.Ю., Чаленко В.В., Овезов Р.Д., Шапров М.Н., Бороменский В.П., Белоконь В.Н. и др. Однако работы большинства были направлены на решение отдельных вопросов, не охватывая всей технологии в целом.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, 8 глав, общих выводов и рекомендаций производству, изложена на 412 страницах компьютерного текста, содержит 32 таблицы, 141 рисунок, список литературы из 446 наименований, в т.ч. 23 на иностранных языках и приложения на 51 странице.
Научные положения и основные результаты работы, выносимые на зашиту.
1, Ресурсосберегающая почвозащитная технология возделывания бахчевых культур и средства механизации для её осуществления.
2. Теоретические предпосылки технологии предпосевной обработки почвы с выбором оптимальных параметров лаповых рабочих органов - углов постановки стойки лапы к горизонту, угла заострения рабочей кромки и угла раствора позволяющих снизить тяговое сопротивление сельхозорудий.
3; Аналитическое обоснование типа, формы, размеров ячеек параметров активных направляющих и отражателя семян высевающего аппарата.
4. Результаты экспериментальных исследований и методы определения основных параметров высевающего аппарата в зависимости от высеваемой культуры.
5. Регрессионные модели:
а) высевающего аппарата, позволяющая оптимизировать- точность дозирования семян;
б) стрельчатой лапы, оптимальные параметры которой обеспечивают полноту подрезания сорняков в пределах 99,03...99,5 %.
6. Комбинированного агрегата для ухода за посевами бахчевых культур
7. Рекомендации по применению, технико-экономическая оценка предлагаемых разработок на основе ресурсосберегающих и почвозащитных технологий.
Анализ работы существующих машин для посева
В неорошаемом земледелии Нижнего Поволжья для бахчевых культур в основном используются сеялки СУПН-б(8), СУПП-8, СПЧ-6, СБН-3, которые осуществляют посев пунктирным способом. Обычная норма высева подсчитывается исходя из 4...5 всхожих семян на 1 погонный метр. Наиболее распространенная ширина междурядий для механизированного ухода 1,5...1,8 м при посеве дыни и арбуза, 2,1 м при посеве длинноплетистых тыкв. Для получения дружных всходов необходимо равномерное распределение семян по площади при обеспечении заданной глубины их заделки, что достигается использованием современных машин.
Работа полозовидных сошников отечественных сеялок изучалась многими учеными на посеве семян кукурузы, подсолнечника, бахчевых и других культур [1,4, 365, 366]; В- процессе исследования- определялось влияние скорости движения сошника на длину гнезда и глубину заделки семян. Кроме того, одновременно рассматривался вопрос о том, какими слоями почвы заделываются высеянные семена. Оценка влияния указанных факторов проводилась по динамике полевой всхожести [312, 385]. В полевых условиях проводилась и дополнительная оценка влажности почвы, определяемая по горизонтам до и после прохода сошника. По результатам этих исследований и с учетом физико-механических свойств почвы выявлено, что в нижних, более влажных, слоях почвы из-за связанности частиц и уплотнения боковых стенок борозды образуется откос, препятствующий осыпанию влажного слоя. Но при этом верхние сухие слои с меньшим коэффициентом внутреннего трения осыпаются в бороздку под углом естественного откоса и укрывают семена первыми.
Вариационные кривые глубины заделки семян арбуза Мелитопольский-142 на скоростях 8,15 и 11,70 км/ч позволяют утверждать, что с увеличением скорости движения сошника семена заделываются мельче. Это объясняется «эффектом всплывания» сошника и перераспределением семян при их падении. Неравномерная заделка семян по глубине иссушенными верхними: слоями почвы приводит к изреженности посевов, достигающей 20 %.
Исследования по определению длины гнезда связаны непосредственно с конструкцией высевающего аппарата сеялки СКНК-6, и для современных машин практическую ценность представляют методика исследований, постановка и проведение опытов. Конструкция сошника сеялки СПЧ-6 отличается or сошника СУПН-6. Его боковые щеки значительно укорочены, а угол между ними меньше, что позволяет уложенные в бороздку семена закрывать уже влажным слоем. Однако, при увеличении скорости движения сеялки до 10... 11 км/ч происходит отбрасывание сухого и влажного слоев, и тогда процесс заделки .семян становится похожим на описанный ранее. Общий недостаток сошников-скольжения- в-том,- что при их работе между щеками- налипает влажный слой, что способствует появлению пустых гнезд.
Бахчевая сеялка СБН-3 лишена указанных недостатков, так как ее сошник имеет принципиально иную конструкцию. На таких сеялках применяют двухдисковый сошник качения. Для посева на небольшую глубину на дисках сошника устанавливают ограничительные реборды, положение которых может изменяться в зависимости от глубины заделки. В процессе работы такого сошника исключается налипание почвы между -дисками, что снижает вероятность пропуска гнезд. Основным и наиболее существенным недостатком сошника является большое колебание по глубине заделки семян, достигающее ±1,5 см [263, 423]. Это в дальнейшем оказывает негативное влияние на дружность всходов и смещение во времени последующих операций: прополки и междурядной обработки бахчевых.
Что касается вопроса распределения семян по площади, то он изучался многими учеными. В частности, в наиболее известных работах Г.Е.Листопада, С.АИвженко, А.А.Климова, Г.МБузенкова, а также в работах В.Г.Абезина, Г.ИИвко, В.П.Бороменского и др. изучались возможности наиболее равномерного посева семян в почву. Ими доказано, что равномерность зависит от вида высевающего- аппарата, способа транспортировки зерна к сошнику, состояния почвы и дна борозды при посеве зерновых и пропашных культур [3,4, 314,380].
Основная часть конструкций сеялок для посева пропашных культур семяпровода как такового не имеют, поэтому задача по оптимизации равномерного распределения семян при посеве несколько упрощается из-за снижения числа факторов. Ф
Эффективность удобрений, применяемых под бахчевые культуры зависит от почвенно климатических условий и технологии возделывания, Под бахчевые культуры применяют минеральные и- органические удобрения, из которых наиболее пригоден перегной или перепревший прошлогодний навоз.
Эффективно использование под бахчевые культуры сидератов (рожь, горчица, горох, озимый рапс) [254].
Для основных районов товарного бахчеводства Российской Федерации (Волгоградская, Астраханская: и Ростовская области) научные учреждения разработали довольно детально нормы, установили оптимальные сроки и способы применения удобрений под бахчевые культуры [254].
Агротехнические требования к рабочим органам сеялок
Основными рабочими органами сеялки, обеспечивающими заданные параметры посева, являются высевающий аппарат и сошник [356].
Агротехнические требования к высевающему аппарату для бахчевых культур можно сформулировать следующим образом:
1. Обеспечение точности дозирования не менее 95%;
2. Отсутствие пустых гнезд при высеве 3„.4 зерен;
3. Повреждение семян не более 0,5%;
4. Неизменность высева при различной высоте слоя семян в бункере, уклоне местности и толчках;
5. Универсальность аппарата и возможность несложной перестройки на высев другой культуры;
6. Аппарат должен иметь регулировку высева заданного количества семян в гнездо;
7. Простота конструкции, надежность в работе и удобство в обслуживании.
Высевающий аппарат подает семена в семяпровод, который должен обеспечивать транспортирование семян от высевающего аппарата к гнездообразующей камере или на дно борозды, образованной сошником.
Агротехнические требования к сошнику:
1. Образование бороздки должно происходить без выноса нижних горизонтов почвы на поверхность, при этом не допускается перемешивание верхних и нижних слоев почвы с целью предупреждения потерь влаги;
2. Глубина заделки семян, в зависимости от высеваемой культуры, а также почвенно-климатических условий района, должна обеспечиваться в пределах
4.. Л 0 см, с отклонением от заданной глубины не более +1 см;
3. Семена должны укладываться на дно уплотненной бороздки и заделываться частицами тех слоев почвы, на глубине которых они заложены;
4. Длина гнезд при гнездовом и квадратно-гнездовом посеве не должна превышать 5...8 см, ширина - 3...5 см, отклонение основных междурядий от установленного допускается в пределах ±2,0 см, а стыковых - ±5,0 см, а при квадратно-гнездовом посеве отклонение центров гнезд от оси поперечных рядков не должно превышать ±8,0 см;
5. Снижение числа проходов машин по полю необходимо обеспечивать комбинированными сошниками, позволяющими заделывать в почву одновременно семена и удобрения, а контакт семени с почвой обеспечивать прикатыванием.
6. Семена от удобрений должны быть отделены почвенной прослойкой.
При изыскании конструкции высевающего аппарата проводились сравнительные испытания существующих высевающих аппаратов точного высева и разработанных нами в процессе исследования.
Качество работы высевающих аппаратов, оценивалось- по- двум-показателям:
где Др — повреждение (дробление) семян, %;
Nfy - число раздробленных семян, шт.;
JV— общее число высеянных семян, шт.
Высевающие аппараты устанавливались над транспортерной лентой «бегущее поле», при этом высота падения семени на клейкую ленту соответствовала конструкторскому размеру от аппарата до дна борозды.
Число оборотов высевающих дисков фиксировалось счетчиком оборотов, а также визуально по отметке на высевающем диске.
Скорость вращения в ала двигателя регулировалась с помощью реостата.
Параметры высевающих аппаратов изменялись до достижения-оптимальных значений точности дозирования. Проведено сравнительное испытание высевающих аппаратов сеялки СКРН-12, СТСН-6 и экспериментальных - вибрационного, с возвратно-поступательным движением Л семенного ящика, с возвратно-поступательным движением высевающей пластины и входными фасками, с возвратно-поступательным движением высевающей пластины и активными направляющими, транспортерного с активными направляющими и щеточным отражателем, дискового с активными направляющими и ориентирующими пальцами, .
Испытание высевающего аппарата сеялки СКРН-12 производилось на установке, изображенной на рис.3.9. Конструкция установки позволяла изменять угол наклона высевающего диска и число его оборотов. Чтобы установить закономерность взаимного влияния ячеек, и испытывались диски с двумя, десятью ячейками (рис. ЗЛО Е) и выполненными по всей периферии диска (рис.3.9). Для удаления лишних семян из ячеек в конструкцию высевающего аппарата вводился отражатель (рис. 3.12). При испытании высевающего аппарата сеялки СТСН-6 ячейки на высевающем диске выполнялись по форме и размерам семени (рис. 3.11).
Методика лабораторных исследований по обоснованию параметров высевающего аппарата
В ходе лабораторных исследований определялись следующие параметры высевающего аппаратам
1. Толщина высевающего диска.
2. Длина и ширина ячейки.
3. Высота и длина активных направляющих.
4. Параметры активного отражателя.
5. Диаметр высевающего диска.
6. Длина ориентирующих пальцев.
Эти параметры находились в зависимости от размеров семян и скорости вращения высевающего диска.
При исследованиях использовалась следующая методика проведения опытов. На выходе ячеек из семенного ящика под выходное окно высевающего аппарата подкладывалась пластинка из гладкого материала, которая фиксировала количество семян, высеваемых каждой ячейкой. Семена на пластинке сортировались на дробленые и неповрежденные, при этом регистрировались следующие показатели:
- число ячеек с одним семенем;
- число ячеек с двумя, тремя и т.д. семенами;
- число пустых ячеек;
- число дробленых семян.
Повторность опыта по каждому варианту была подсчитана по известной методике [261].
По известной формуле [261] найдена взвешенная средняя арифметическая
Экспериментальным высевающим аппаратом с четырьмя ячейками в ряду без ориентирующих пальцев при скорости перемещения ячеек диска 16 см/с произведен высев 100 гнезд и получено распределение:
- число гнезд с одним семенем — 1 шт., с двумя — 10 шт., с тремя 42 шт., с четырьмя - 46 шт. и с пятью семенами - 1 шт.
Для этого случая а =3,36, СГ = 0,7162, А = 0,214. Если принять надежность Н=0,95 и ошибку Д=0,2, необходимое число опытов равно 99. Окончательно повторность опыта принята равной 100.
Толщина высевающего диска определялась при скорости перемещения крайних ячеек по осевой линии Ve = 0,28 м/с, что соответствовало скорости вращения диска 15 об/мин.
Данным диском производился высев семян и определялась зависимость точности дозирования от его толщины. По точкам перегиба графиков определялась необходимая толщина высевающих дисков, в зависимости от высеваемой культуры.
Определение размеров ячейки по длине выполнялось следующим образом. На диске, толщина которого равнялась толщине, определенной предыдущими опытами, выпили вались ячейки, длина и ширина которых соответствовала максимальным размерам семени. При данных размерах ячейки производился высев на скоростях перемещения ячейки 0,14; 0,28; 0,42; 0,56; 0,69 м/с, что соответствовало 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 об/с при диаметре осевой линии крайней ячейки для тыквы Волжская серая 92, равном 183 мм.
После проведения испытания длина ячейки увеличивалась, и высев осуществлялся на этих же скоростях. Длина ячейки увеличивалась до заметного ухудшения точности дозирования на всех скоростях вращения высевающего диска. Случаи, когда ячейка выходила к высевающему окну пустой или с двойным, тройным и т.д. заполнением, относились к неточному высеву. По полученным данным строились графики зависимости точности дозирования от длины ячейки. Для каждой скорости вращения высевающего диска на графике находился оптимум, т.е. такая длина ячейки, при которой точность дозирования наибольшая. Таким образом была найдена зависимость между длиной ячейки, точностью дозирования и скоростью перемещения ячеек.
Для зависимости между длиной ячейки и скоростью перемещения ячеек была найдена эмпирическая формула. Подбор эмпирической формулы производился по методу средних [286], согласно которому за наилучшее положение эмпирической кривой принимается такое, для которого равна нулю алгебраическая сумма всех отклонений:
При определении ширины ячейки длина ее бралась оптимальной для данной скорости и оставалась постоянной, а размер по ширине увеличивался от ширины, равной средней взвешенной ширине семени до ухудшения точности дозирования. Влияние скорости перемещения ячейки на ее ширину не отмечено. Зависимость точности дозирования от ширины ячейки представлялась графиками..
Для определения необходимой: высоты активных направляющих воспользовались выводами теоретических исследований и изготовили диски с высотой активных направляющих, равной максимальной толщине семян высеваемой культуры, затем эта высота уменьшилась до снижения точности дозирования. Полученные данные представлялись графиками, точки перегиба которых определяли необходимую высоту активных направляющих.
При определении необходимой длины активных направляющих использовались высевающие диски с оптимальными размерами ячейки и высоты активных направляющих, а длина направляющих была принята такой, когда заметно сгруживание семян перед отражателем, затем длина уменьшилась до заметного снижения точности дозирования.
Опыты проводились на различных скоростях вращения высевающего диска. На графиках зависимости точности дозирования от длины активных направляющих отмечались точки наибольшей точности дозирования, которые соответствовали оптимальной длине: активных направляющих для данной скорости вращения диска. Для зависимостей длины активных направляющих от скорости вращения высевающего диска находились эмпирические формулы.
Высота щетинок активного отражателя вначале принималась из условия; прохода под ступицей само го круп ного по толщине семени тыквы. Затем эта высота увеличивалась. При исследовании фиксировались точность дозирования и дробление семян. Оптимальные значения этих величин определили необходимую высоту щетинок, а диаметр активного отражателя определен конструктивно, исходя из высоты щетинок. Диаметр высевающего диска определялся в зависимости от необходимого пути заполнения ячейки. Для этого на диске выполнялись ячейки на различной величине радиуса и устанавливалась точность дозирования. Длина ориентирующих пальцев должна быть различной над каждой направляющей, чтобы обеспечить разворот семени длинной осью по направлению вращения. При условии высева в гнездо трех семян, число ориентирующих пальцев должно быть равно четырем. Минимальная разность длины ориентирующих пальцев должна быть больше максимальной длины семени для обеспечения его разворота. Первый ориентирующий палец от осивращения имел длину /„/ 2 1Стах, второй \п2 = /стах, третий 1„з 2 Iстахп Четвертый, у Периферии ДИСКа, 1п4 Істах
Исследование работы подвижного рабочего органа
Целью исследований подвижного рабочего органа с вращением вокруг стойки являлось обеспечение минимальной энергоемкости процесса обработки посевов при заданном качестве и без повреждений- растений, бахчевых культур.
На эффективность процесса обработки рядков бахчевых культур подвижными культиваториыми лапами оказывают влияние технологические, механические и конструкционные факторы.
К технологическим факторам относятся технологические свойства обрабатываемого рядка и агротехнические показатели лапы. Технологические свойства обрабатываемого рядка - это удельное сопротивление почвы в обрабатываемом горизонте, влажность почвы, гребнистость почвы, удельное количество гнезд культурных растений, удельное количество сорняков в обрабатываемой зоне.
Агротехнические показатели лапы - это крошащая способность, степень распыления почвы, уничтожение сорняков, сохранение культурных растений.
К механическим факторам относятся поступательная скорость движения лапы, скорость её поворота, полезная мощность на обработку рядка, неравномерность нагрузки на лапу.
Конструкционные факторы - это вид лапы, длина лезвия лапы, глубина обработки почвы, угол крошения, угол установки лезвия лапы к направлению движения.
Исследованиями Белоконя В.Н. [257] и других авторов установлено, что наиболее приемлемым техническим решением, обеспечивающим качественное выполнение технологического процесса, является использование двухлучевой лапы с вертикальной осью вращения. Рабочий орган секции для обработки посевов в рядке состоит из плоскорежущей лапы и вертикальной стойки, которая закреплена несимметрично к лапе. Возможны два конструкторских решения рабочего органа. Первое: обработка рядка ведется задней частью лап (рис.6.4 а). При этом вершина угла лап направлена в сторону, противоположную движению. Такая конструкция позволяет уменьшить усилие на поворот лап при обходе растения. Однако при этом подрезаемый сорняк перемещается к вершине угла, образованного лапами, а затем при разводе лап сбрасывается.в защитную зону растений. Кроме того, при обработке рядка необходимо предусмотреть устройство для удержания лап в сведенном состоянии. Исследование рабочего органа такой конструкции было выполнено Белоконем В.Н..
Второе конструкторское решение: обработка рядка ведется передней частью лап (рис.6.4 в). В этом случае вершина угла, образованного лапами, направлена в сторону движения орудия. Во время обработки рядка подрезанные сорняки сдвигаются на междурядье, и на удержание лап в сомкнутом состоянии не требуется устройств. Качество обработки посевов -такими рабочими органами будет значительно лучше.
Однако такая конструкция секции требует большого усилия для разведения лап при обходе растения, а также увеличивается площадь защитной зоны.
Для анализа качества работы прополочных агрегатов приведенных конструкций рассмотрим технологический процесс подвижных лап. Во время поступательного движения между гнездами растений ширина захвата лапы постоянна и зависит от длины лучей лапы и угла её установки к направлению движения (рис. 6.5)..
Введем обозначения: /р.- часть длины лапы, которая ведет обработку рядка; /м - часть длины лапы, которая ведет обработку междурядья и в некоторой степени уравновешивает усилие, передаваемое на стойку.
При обходе растения лапа совершает более сложное движение. В процессе перевода лапы из рабочего положения (обработка рядка) в положение обхода культурного растения и обратно лапа участвует в двух движениях -переносном вместе с агрегатом со скоростью VM И относительном (вращательном) вокруг стойки лапы с окружной скоростью U = coR = (olp , где со - угловая скорость вращения лапы.По технологическим параметрам работы наиболее приемлем второй вариант, т.к. срезанные сорняки сходят с лап в междурядье.
В то же время, для обеспечения качественной обработки, снижения случаев подрезания культурных растений и удобства работы оператора целесообразно использовать первый вариант, т.к. при этом оператор может обеспечить культурному растению минимальную защитную зону тем, что при раскрытии лапы уходят от растения в боковые стороны. Во втором варианте лапы перемещаются вперед и в стороны, что затрудняет ориентацию оператора, при этом он начинает раскрытие лап раньше, и этим увеличивается размер необработанного участка..
