Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1 Отечественный опыт развития машинных способов посева зер новых культур 9
1.2. Зарубежный опыт развития прямого посева зерновых культур . 17
1.2.1. Создание первых машин прямого посева в Великобритании 17
1.2.2. Опыт внедрения прямого посева сельхозкультур в США 23
1.3. Анализ конструктивных особенностей рабочих органов сеялок прямого посева 26
1.4. Выводы, цель и задачи исследований 34
Глава 2. Теоретическое исследование рабочего процесса комбинированного сошника для прямого полосного посева зерновых культур 36
2.1. Исследование процесса взаимодействия дискового ножа с разрезаемым материалом 36
2.2. Анализ работы клина культиваторной лапы 41
2.3. Исследования процесса движения частиц зерна по рабочей поверхности распределителя 48
2.4. Обоснование параметров комбинированного сошника 52
2.5. Методика инженерного расчета параметров распределителя 65
2.6. Выводы по главе 67
Глава 3. Экспериментальные исследования комбинированного сошника для прямого полосного высева семян 68
3.1. Программа экспериментальных исследований 68
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований 68
3.2.1. Методика исследования агротехнических показателей процесса бороздообразования 68
3.2.2. Методика проведения исследований равномерности распределения семян по площади и глубине заделки в почвенном канале 72
3.2.3. Методика исследования кинематики движения семян по рабочей поверхности для выбора параметров распределителя 75
3.2.4. Методика исследования удельного тягового сопротивления сошников 78
3.3. Описание экспериментального стенда, приборов и оборудования 79
3.4. Результаты экспериментальных исследований 81
3.4.1. Исследование процесса образования ложа для семян различными типами сошников 81
3.4.2. Процесс распределения семян по площади и глубине заделки при имитации посева в условиях почвенного канала 87
3.4.3. Конструктивные параметры распределителя семян 91
3.4.4. Определение тягового сопротивления сошников 97
3.5. Выводы по главе 99
Глава.4 Производственная проверка сеялки прямого посева с комбинированными сошниками и экономический эффект 100
4.1. Характеристика условий проведения полевых испытаний 100
4.2. Программа и методика проведения полевых испытаний в хозяйственных условиях 101
4.2.1. Программа проведения полевых испытаний 101
4.2.2. Методика проведения полевых испытаний 102
4.2.3. Методика наблюдения за динамикой появления всходов 103
4.2.4. Методика определения фактической глубины заделки семян... 104
4.2.5. Методика определения равномерности распределения растений по площади питания 104
4.2.6. Методика определения урожайности 105
4.3. Результаты проверки работы комбинированных сошников прямого посева в хозяйственных условиях 106
4.3.1. Динамика появления всходов 108
4.3.2. Глубина заделки семян 109
4.3.3. Равномерность распределения семян по площади 111
4.3.4. Урожайность яровой пшеницы в полевых опытах 113
4.4. Расчет экономической эффективности практического применения комбинированного сошника сеялки прямого посева 114
4.5. Выводы по главе 117
Общие выводы 119
Список использованной литературы 121
Приложения 130
- Отечественный опыт развития машинных способов посева зер новых культур
- Исследование процесса взаимодействия дискового ножа с разрезаемым материалом
- Методика исследования агротехнических показателей процесса бороздообразования
- Расчет экономической эффективности практического применения комбинированного сошника сеялки прямого посева
Введение к работе
Интенсификация сельскохозяйственного производства непосредственно связана с его энерговооруженностью. С повышением энергонасыщенности тракторного парка увеличивается производительность машин для обработки почвы, посева сельскохозяйственных культур и внесения удобрений, что позволяло своевременно и на высоком агротехническом уровне выполнять весь необходимый комплекс технологических операций и некоторое время получать стабильно высокие урожаи. В то же время двух-трехкратное увеличение количества выполняемых операций в интенсивных технологиях, в сравнении с экстенсивными, увеличение глубины обработки почвы, а также резкое увеличение массы машинно-тракторных агрегатов по мере повышения мощности тракторов вызвали ряд отрицательных явлений. Это - переуплотнение и распыление почвы, снижение ее плодородия, увеличивающиеся потери почвенной влаги, ускоренное развитие эрозионных процессов и другие, что не могло не повлиять негативно на урожай возделываемых культур. При этом трудовые затраты на выполнение операций по почвообработке и посеву и материальные затраты на приобретение энергонасыщенных тракторов, машин и орудий продолжали расти. Такое положение, сложившееся в отечественном сельскохозяйственном производстве и в ряде развитых стран Запада, заставило пересмотреть всю классическую систему обработки почвы и посева сельскохозяйственных культур в направлении сохранения почвенного плодородия и снижения себестоимости производства продукции сельского хозяйства. Это привело к необходимости разработки и внедрения низкозатратных энергоресурсосберегающих и почвозащитных технологических процессов обработки почвы и посева, предусматривающих сокращение ряда ранее самостоятельно выполняемых технологических операций путем совмещения их за один проход агрегата или полного исключения части из них. Так появилась операция прямого посева при нулевой обработке почвы. Имея в виду, что обработка почвы является наиболее энерго-
7 емкой операцией в сельскохозяйственном производстве, прямой посев при нулевой обработке почвы представляет собой высокоэкономичный технологический процесс. Такое направление особенно актуально в настоящий период для нашей страны в целях резкого снижения энергетических, трудовых и материальных затрат и скорейшего преодоления кризисных явлений в отечественном сельхозпроизводстве.
Почвозащитные обработки и способ прямого посева, обеспечивающие сохранение на поверхности растительных остатков, способствуют сохранению почвенного плодородия, ресурсосбережению и защите почв от эрозионных процессов [4, 34, 37, 78].
Отличием прямого посева от традиционных способов является то, что в период после уборки урожая и до выполнения на этом поле посева новой культуры почва не подвергается механическому воздействию, то есть она здесь вообще не обрабатывается, посев осуществляется по стерневому или мульчированному агрофону. Стерня и мульча защищают почву от выдувания и смыва, способствуют лучшему снегозадержанию и накоплению влаги, предотвращают высыхание почвы, все это способствует повышению урожайности.
В связи с тем, что прямой посев производится по необработанным фонам, а традиционные посевные машины (типа СЗ-3,6 и др.) [91, 14] работают только на подготовленных для посева полях, для осуществления посева при нулевой обработке почвы требуются сеялки с принципиально новыми рабочими органами, способными осуществлять посев на полях без предварительного механического воздействия на почву. Классическая система наиболее широко распространенных трехдисковых рабочих органов (сошников) сеялок для прямого посева предусматривает создание за один проход агрегата узкой бороздки на необработанной почве, высев семян в эти бороздки с одновременным внесением вместе с семенами стартовой дозы минеральных удобрений и их заделку за счет самоосыпания почвы и последующего прикатывания.
8 Однако приведенная система трехдисковых сошников имеет ряд недостатков, в том числе:
применяемый при этом рядовой (однострочный) посев семян с необработанными широкими междурядьями в пределах, в основном, от 150 до 230 мм вызывает активное развитие сорной растительности, для уничтожения которой широко используются недешевые и небезвредные для окружающей среды гербициды;
работа трехдисковых сошников в условиях повышенной влажности почвы приводит к уплотнению стенок посевных бороздок;
неудовлетворительная заглубляющая способность указанных рабочих органов, особенно на необработанной почве, вызывает необходимость увеличения массы каждого из них, что приводит к увеличению массы, в целом, всей сеялки;
конструкция трехдисковых сошников допускает внесение минеральных удобрений только вместе с семенами и только в одном ряду с ними.
В связи с вышеизложенным, выполнение научно-исследовательской работы по обоснованию параметров и разработке комбинированных рабочих органов сеялки для прямого посева зерновых культур, не имеющих недостатков системы трехдисковых сошников посевных машин, является весьма актуальным.
1. Состояние вопроса и задачи исследований.
1.1. Отечественный опыт развития машинных способов посева
зерновых культур.
Урожайность возделываемых культур в значительной степени зависит от используемой технологии и соответствующих почвообрабатывающих и посевных машин, которые должны обеспечивать качественное выполнение технологического процесса подготовки почвы и посева,
В сельхозпроизводстве применяются различные технологические процессы возделывания зерновых культур, отличающиеся, в основном, способами посева, внесения удобрения и предпосевной подготовки почвы.
Классическим способом посева, широко применяемым у нас в стране, является рядовой (строчный) с междурядьем 15см, выполняемый сеялками типа СЗ-3.6 с помощыо двухдисковых сошников (рис, 1,1,а). Но при таком способе посева растение не обеспечивается площадью питания рациональной формы, которая в данном случае имеет форму вытянутого прямоугольника со сторонами 15см между растениями в рядках и примерно 1,5 см между растениями в рядке. При этом культурные растения могут использовать лишь около 30% площади посева. По имеющейся информации, оптимальной является площадь питания в виде квадрата со сторонами от 4x4 до 5x5 см [7, 37, 64, 68, 101].
При узкорядном способе посева, выполняемом сеялками СЗУ-3.6 с двухдисковыми сошниками с уменьшенными до 7.5 см междурядьями, равномерность распределения семян по площади питания повышается, уменьшаются количество сорняков и потери влаги, что положительно сказывается на урожайности - прибавка урожая составляет 1...5 ц/га (рис. 1.1,б). Но из-за ухудшения проходимости сеялки способ не получил широкого распространения.
В 20-м столетии, особенно во 2-ой его половине, широко применялся перекрестный способ, выполняемый двойным проходом сеялки типа СЗ-3.6 в двух направлениях: вдоль и поперек (рис. 1.1,в). При этом достигается повыше-
10 ние равномерности распределения семян по площади, лучшее использование растениями из почвы элементов питания, влаги и световой энергии, что обеспечивает прибавку урожая от 1,5 до 7 ц/га. Однако, недостатки, связанные с двойным проходом агрегата по полю (переуплотнение и иссушение почвы, двойные затраты труда, горючего, растягивание сроков посева) резко ограничили применение способа.
В период освоения целинных земель в Сибири и Целинном крае в 1960-1970-х годах для посева зерновых при безотвальной плоскорезной обработке почвы с сохранением на поверхности стерни, из-за неработоспособности сеялок с дисковыми сошниками, были созданы стерневые сеялки-культиваторы СЗС-2.1 (разработка ВИМа совместно с СКБ ПЭТ, ВИСХОМ и ВНИИЗХ). Ширина захвата сеялки-культиватора -2,05м, междурядья -22,8 см, тип сошника - культиваторная лапа. Выполняет одновременно 4 технологические операции: предпосевную культивацию, посев зерновых, внесение минеральных удобрений и прикатывание почвы в засеянных рядках. Совмещение нескольких операций за один проход тракторного агрегата обеспечивает эффективность машины. Но посев здесь также рядовой с ещё более широкими междурядьями (22,8см) с недостатками рядового посева (рис. 1.1,д) [61, 66, 88, 104, 109, 121].
Одним из важных факторов, влияющих на продуктивность возделываемых культур, является площадь питания растения, от правильного выбора которой зависят и урожайность культур, и себестоимость их производства.
Учитывая возможность распределения одного и того же количества семян (одной и той же нормы) на данной площади различными способами, многие исследователи указывают, что с точки зрения создания наилучших условий для использования растениями солнечного света, углекислоты воздуха, влаги и питательных веществ почвы, необходимо их равномерное размещение, при котором площадь питания каждого из них приближается к квадратной форме.
Более эффективным и перспективным, в плане повышения равномерности распределения семян по площади и приближения формы площади питания
11 растения к квадратной, является полосной способ посева с/х культур. Суть способа заключается в подпочвенном размещении семян полосами на плотном ложе с помощью сошников посевных машин. Исследованиями в ВИМе установлена возможность осуществления полосного посева зерновых культур сошниками на основе стрельчатых лап сеялок- культиваторов.
Т *>/ Я»І
^V йтрАшииь 1
Рис.1.1 Схемы способов посева зерновых культур
а)- Рядовой посев сеялкой типа СЗ-3,6 (ширина междурядий в=15 см), б)- Узкорядный посев сеялкой СЗУ-3,6 (в=7,5 см), в)- Перекрестный посев сеялкой типа СЗ-3,6 (вдоль и поперек), д)-Рядовой посев сеялкой - культиватором типа СЗС-2,1 (в=22,8 см), е)- Полосной посев сеялкой с однодисковыми сошниками, ж)- Полосной посев сеялкой - культиватором, з)- Прямой (рядовой) посев сеялкой с трехдисковыми сошниками при нулевой обработке почвы.
Выше было упомянуто о сеялке-культиваторе СЗС-2.1 для работы в системе почвозащитного земледелия при плоскорезной обработке почвы с сохранением на поверхности стерни. В связи с тем, что огромные площади пашни в стране подвержены воздействию эрозии почв (из 130 млн. га пашни 98 млн. га
12 являются эрозионноопасными), проблема внедрения почвозащитной системы земледелия остаётся актуальной и на сегодня. Соответственно, повышается необходимость воссоздания стерневых сеялок-культиваторов типа СЗС-2.1 на новом более высоком техническом уровне, а также разработки принципиально новых посевных машин и рабочих органов для работы на стерневых фонах при нулевой обработке почвы с производством качественного посева высокоэффективным полосным способом (рис. 1.1,ж) [28, 52, 96, 106, 126].
К достоинствам сеялок -культиваторов, кроме указанного выше по осуществлению полосного посева, относится то, что они являются комбинированными многофункциональными агрегатами, которые позволяют внедрять энергосберегающие и почвозащитные технологические процессы минимальной и нулевой обработки почвы и посева, совмещать несколько технологических операций за один проход тракторного агрегата. Такое направление получило широкое развитие в развитых странах Запада, но оно особенно актуально для нашей страны в целях резкого снижения энергетических, трудовых и материальных затрат и скорейшего преодоления кризисных явлений в отечественном сельхозпроизводстве [102, 103].
В целях совершенствования технологии возделывания озимой пшеницы на юге Европейской части России, Северо -Кавказская МИС провела в 1997-2000 годах при поддержке МСХ РФ сравнительные испытания двух технологий возделывания озимой пшеницы: зональной ( применяемой в Ростовской области и соседних с ней районах), в которой использовался рядовой (строчный) способ посева с помощью стерневой зерновой сеялки- культиватора СЗС-12, и новой технологии с использованием полосного посева, выполненной с помощью посевного комплекса «Конкорд -2000» (США). Последний представляет из себя пневмосеялку -культиватор для полосного посева с шириной полос 15....20 см и промежутком между ними 10...15 см.
В результате по новой технологии получена прибавка биологического урожая в среднем за 3 года в количестве 2,6 ц/га. Авторы объясняют такой ре-
13 зультат эффективностью полосного посева, обеспечивающего более равномерное размещение семян по площади питания, более активный рост и развитие растений. Данная работа МИС еще раз подтвердила эффективность полосного способа посева зерновых культур в сравнении с рядовым [92].
Для выявления эффективности различных технологий в конкретных зональных условиях Алтайская МИС в 1997-2000 годах провела испытания двух энергосберегающих технологий: с нулевой обработкой почвы (прямой посев сеялкой СЗПП-4) и с минимальной обработкой с помощью агрегата ПАВ-6 для поверхностной обработки почвы - в сравнении с производственной технологией с глубокой безотвальной обработкой почвы. Работа проводилась в трехпольном севообороте. В варианте с нулевой обработкой использовался занятый пар с посевом гороха. Результаты испытаний приведены в таблице 1.1, из анализа которых необходимо отметить следующее. Посев яровой пшеницы по минимальной обработке (поверхностная обработка на малую глубину) в первые два года обеспечил, в сравнении с контролем, устойчиво более высокий урожай, а на третьем году (2000г) с большим количеством осадков в весенний период урожай был примерно одинаков; по итогам трех лет средняя урожайность составила 12,9 ц/га с годовым экономическим эффектом 2657380 руб, а на контроле -12,1 ц/га. По нулевой обработке в первые два года урожайность, в сравнении с контролем, была также высокой - на одном уровне с минимальной обработкой; однако третий год отмечен резким снижением урожайности (11,8 ц/га в 2000г против 19,2 ц/га на контроле). В результате по нулевой обработке по трем годам получен наименьший урожай: средняя урожайность 10,7 против 12,1 ц/га на контроле. Это объясняется условиями весны 2000 года: выпало много осадков (120мм), почва переуплотнилась, сеялка прямого посева СЗПП-4 с трехдисковыми сошниками не могла обеспечить на такой почве качественный посев; все это повлияло и на повышение засоренности посевов. Небольшой экономический эффект в сумме 227162 руб при нулевой обработке получен за счет дополнительной продукции - гороха на занятом пару [93].
Таблица 1.1 Показатели возделывания яровой пшеницы по различным технологиям
Следовательно, для использования технологии прямого посева (по нулевой обработке) необходимо учитывать ряд факторов, в том числе физико-механические свойства почвы, климатические условия года по количеству осадков и времени их выпадения, засоренность сорной растительностью, наличие гербицидов для борьбы с последними и др. При этом, учитывая наименьшие энерго- и трудозатраты выполнения прямого посева, а также различные зональные особенности в условиях огромной страны и тем более с периодической повторяемостью благоприятных условий для осуществления такого способа посева (по осадкам, влажности почвы и др.), целесообразно иметь в «Системе машин для комплексной механизации растениеводства» и номенклатуре машино -технологических станций и крупных хозяйств комбинированные агрегаты и сеялки для прямого посева [115, 122, 124].
Для прямого посева с нулевой обработкой, а также для посева при минимальной обработке почвы предназначены отечественные стерневые сеялки: СС-6, созданная на ГУП «Стерлитамакский машиностроительный завод» (Республика Башкортостан) в кооперации с фирмой «Кейс», и аналогичная сеялка «Виктория» Болоховского машиностроительного завода (Тул. область) [51, 47].
Прямой посев отличается от традиционных тем, что не проводится предпосевная подготовка почвы, посев осуществляется по необработанному стерневому либо мульчированному агрофону. Рабочие органы сеялки для прямого
15 посева за один проход создают в необработанной почве узкие разрыхленные бороздки, осуществляют рядовой посев семян и внесение минеральных удобрений в подготовленные бороздки, затем их заделывают и прикатывают. Рабочие органы могут иметь различное конструктивное исполнение. В приведенных выше сеялках прямого посева СС-6 и «Виктория» применен наиболее распространенный трехдисковый рабочий орган (рис 1.1,з), который состоит из гофрированного дискового ножа, вслед за которым установлен двухдисковый сошник и далее прикатывающий каток. При работе рабочих органов передний диск разрезает стерню и растительные остатки впереди себя, заглубляется в почву на глубину заделки семян и готовит бороздку шириной не более 4-5см; идущий вслед двухдисковый сошник раскрывает бороздку до V-образной формы, на дно которой поступают семена, высеянные рядовым способом; семена заделываются за счет самоосыпания почвы со стенок бороздки и последующего прикатывания. В таблице 1.2 приведена техническая характеристика сеялки прямого посева «Виктория» (как одной из наиболее характерных).
Следовательно, как у нас, так и в развитых странах Запада, начиная с 1960-70-х годов, получили развитие исследования по разработке и внедрению низкозатратных энергосберегающих и почвозащитных технологий и техники возделывания сельскохозяйственных культур на основе минимальной и нулевой обработки почвы и посева.
При этом для прямого посева при нулевой обработке почвы отечественные посевные машины представлены, в основном, сеялками с трехдисковыми рабочими органами (СЗПП-4, СС-6, «Виктория»), которые выполняют рядовой посев с широкими междурядьями с неравномерными распределением по площади питания и для борьбы с сорной растительностью предусматривают обязательное применение гербицидов.
Поэтому перспективными для прямого посева зерновых культур являются посевные машины с рабочими органами для полосного посева зерновых культур, обеспечивающими равномерное распределение семян по площади пи-
тания, с одновременным внесением минеральных удобрений, и доведением при этом до минимума или полного отказа от использования гербицидов.
Таблица 1.2
Краткая характеристика сеялки прямого посева «Виктория»
17 1.2. Зарубежный опыт развития прямого посева зерновых культур
Прямой посев является практически развитием посева при минимальной обработке почвы. Если минимальная обработка предполагает выполнение неглубокой поверхностной обработки почвы, без применения отвальной вспашки, с сохранением на поверхности стерни, с одновременным производством посева, то прямой посев производится по стерневому фону без предварительного механического воздействия на почву. Из-за отсутствия обработки почвы операцию прямого посева называют еще посевом при нулевой обработке почвы.
Как минимальная, так и нулевая обработка почвы, отличаются от классической «плужной» или отвальной системы количеством выполняемых технологических операций и сохранением на поверхности стерни или других растительных остатков, то есть относятся к бесплужной обработке, к системе почвозащитной обработки почвы.
Бесплужная система обработки почвы начала внедряться в мире с 30-х годов прошлого столетия. В 1972 г площади с нулевой обработкой составляли в США 1,35 млн.га. Через пять лет (в 1977 г) они составили 3,2 млн.га. В Великобритании в 1980 г прямой посев зерновых культур был осуществлен на площади 0,404 млн.га. В настоящее время в мире нулевой обработкой охвачено около 70,1 млн.га.
1.2.1. Создание первых машин прямого посева в Великобритании
В силу ряда причин прямой посев сельскохозяйственных культур получил свое развитие одним из первых в Великобритании [4, 24, 47, 60]. В результате многолетних исследований фирмы «Ай-Си-Ай» в сотрудничестве с фирмой «Мэсси Фергусон Лтд.» и др. к 1970 году для использования в производстве были выбраны 3 типа машин прямого посева:
сеялка с трехдисковой системой;
сеялка культиваторного типа с черенковыми ножами;
модифицированная ротационная культиваторная сеялка с приводом. Ниже приводится краткая информацию по посевным машинам указанных
типов. С 1972г фирма «Хистейр Беттинсон Лимитед»начала выпуск сеялок типа «Беттинсон» с трехдисковыми сошниками. Сеялка «Беттинсон ДД» (рис. 1.2) предназначена для прямого посева, но может использоваться для высева различных культур при минимальной и обычной системах обработки. Есть 4 модели сеялки:
шириной захвата Зм, 17- рядные, ширина междурядий 175 мм;
шириной захвата Зм, 24-рядные, ширина междурядий 121 мм;
шириной захвата 4м, 23- рядные, ширина междурядий 175 мм;
шириной захвата 4м, 32- рядные, ширина междурядий 121 мм.
Сеялка марки MF-130 также с трехдисковыми сошниками фирмы «Мэсси Фергусон Лимитед» изготовлена в 1978г (рис.1.3). Может использоваться как для прямого, так и обычного посева. Имелись две модели сеялки с шириной за-
хвата 2,5м [98]:
-15- рядная шириной междурядий 175мм, -19- рядная шириной междурядий 131мм.
Рис. 1.2 Прямой посев зерновых по стерне с помощью сеялки «Хистейр Беттинсон ДД»
Рис. 1.3 Сеялка прямого посева « Мэсси Фергусон MF-130» К достоинствам трехдисковых сошников относят хорошее выполнение их функции в широком диапазоне условий, однако при прямом посеве во влажных условиях они сильно уплотняют стенки посевных бороздок, что имело место и осенью, и весной. С учетом последнего фирма «Хистейр Беттинсон» комплектует сеялку дополнительно набором черенковых ножей, которые могут устанавливаться в зависимости с конкретными условиями.
В своих исследованиях специалисты Шотландского института механизации сельского хозяйства отмечают, что одним из недостатков пассивных трехдисковых рабочих органов для прямого посева сельхозкультур является невозможность раздельного внесения семян и удобрений. Для устранения указанного недостатка они предложили к сеялкам прямого посева сошник другой конструкции, состоящий из диска, прорезающего вертикальную щель; пружинных зубьев, отодвигающих пожнивные остатки от диска, и лапы со стойкой, снабженной по одному ножу по бокам. Лапа с ножами расширяет щель после прохода диска и приподнимает слой почвы. В расширенную щель под действием воздушного потока в обе стороны на расстоянии от центра 33-62 мм засеваются двумя лентами семена. Семена заделываются осыпающейся после прохода ножей почвой и прикатываются катками, установленными за лапами. Размещение
20 семян в стороне от центра щели позволяет отделить их почвенной прослойкой от попавших в борозду пожнивных остатков, внести отдельно от семян в центральную зону щели стартовую дозу удобрений, а также увеличить расстояние между сошниками с расширением междурядий (так как каждый сошник засевает два ряда) [77].
Рис. 1.4
Аналогичной является конструкция сошника по патенту [99] (рис. 1.4) Сошник включает вертикальный гладкий или зубчатый диск 1 с ребордами, установленный на оси 1а и закрепленный в поводках 3. По бокам к диску 1 плотно прилегают наральники 5 на штанге 4а, закрепленной на регулируемом по высоте кронштейне 4 поводка 3. За наральниками на штанге 4а установлены воронки 8, связанные семяпроводами с бункером.
21 На рис. 1.5 приведен вариант сошника по названному патенту, использованный в конструкции сеялки «Seedmatic -2000». Сошник в виде зубчатого диска 10 на горизонтальной оси 10в в корпусе 12. Сверху с обеих сторон диска установлен козырек 11, снабженный чистиками 11а. В передней части диска под углом установлены щеки 15а, передняя кромка которых примыкает к диску, а в нижней части щеки 15а на глубине заделки семян снабжены ножами 15в.
« -в
за: мі
«*/j—ї^ЗЩЕ
I j-r—п~~т*""^
п—і
» а. а
J&u
«
*^f^^^^T " '--fy ;Г,.' і1
7 2 u-ft\ 4. *
Fig.lQ
Корпус 12 спереди связан с поводком 14, а в задней части на нем закреплены прикатывающие катки 20, регулирующие глубину хода сошника. При работе сеялки на необработанном поле диск 1 или 15 (рис. 1,5) проделывает узкую бороздку, которую расширяют наральники 5или ножи 15в. В бороздку поступают семена и удобрения с почвенной прослойкой между ними. Бороздка по бокам прикатывается катками 20, снабженными шинами атмосферного давления.
Сеялки культиваторного типа с черенковыми ножами. Сеялка марки «Интернэшнл-511» (рис. 1.6). Она может использоваться как для прямого посева, так и с минимальной обработкой и обычной системой подготовки почвы. Сеялка имеет пружинные стойки, установленные в 4 ряда. Сошники оборудо-
22 ваны телескопическими устройствами для улучшения копирования поверхности. Сеялка имеет 16-й 20-рядные модели шириной междурядья 180мм.
В качестве достоинства сеялок этого типа отмечается меньшая вероятность уплотнения стенок посевных бороздок. Однако в числе недостатков: сгребание стойками сошников пожнивных остатков, отсутствие гибкости у жестких стоек, тенденция у сошников зарываться при фронтальном их креплении.
Рис. 1.6 Сеялка культиватор но го типа «Интернэшнл-5] 1»
Из других типов указывается сеялка марки «Ньюкасл» (или «Таскер Ди-рект Дрилл»). Сошник выполнен в виде сферического диска, который для высева семян готовит полосу шириной 5-8см. Глубина заделки регулируется с помощью полозка- копира, смонтированного на сошнике. Сеялка производится фирмой «Крейвен ТаскерЛимитед».
Сеялка «Мил-Эйчисон Сид-Мэтик - 1000» изготавливается в Новой Зеландии, продается и в Великобритании. Имеет 16 сошников с междурядьями 150 мм. Предназначена для прямого посева трав по травам. Диапазон норм высева от 0,25 до 90 кг/га. Сеялка оборудована подпружиненными черенковыми ножами, в комплекте имеются также сменные сошники: сошник для прореза-
23 ния дернины и сошник (клинообразный) для использования на культивированной почве.
Приведенные выше сеялки были наиболее распространенными на рынке в Великобритании в 1981г.
1.2.2. Опыт внедрения прямого посева сельхозкультур в США
Одним из направлений развития научно-технического прогресса в США является совершенствование и разработка новых способов и технических средств для обработки почвы и посева сельхозкультур. На это в значительной степени оказывают влияние как экологические, так и экономические факторы, в том числе: развитие эрозионных процессов и необходимость поддержания плодородия почвы, с одной стороны, и повышение цен на энерго, - трудоресур-сы, с другой [35, 86].
В США не менее одной трети посевных площадей подвержено эрозии. Правительством принимаются законодательные акты и соответствующие программы по охране окружающей среды. По ним фермеры имеют возможность получать безвозмездные ссуды, на 50..70% компенсирующие их затраты на противоэрозионные мероприятия, включая на затраты на приобретение технических средств для посева сельхозкультур с нулевой обработкой почвы, гербицидов и др. При использовании нулевой обработки резко сокращаются потери почвы от эрозии. В соответствии с результатами опытов в одном из штатов, при обычной системе обработки (разумеется, отвальной) потери почвы составили 27 т/га, при нулевой - 1,25 т/га.
Для эффективного уменьшения потерь почвы от эрозии есть рекомендации по сохранению на поверхности не менее 3,3 т/га стерни и пожнивных остатков. По их данным, после отвального плуга растительные остатки не сохраняются, после дискового плуга остается их до 50%, а при нулевой обработке-98%.
Нулевая обработка обеспечивает значительную экономию энерго, - трудозатрат и капитальных вложений.
По американским данным, для отвальной вспашки 5-корпусным плугом потребная мощность трактора составляет более 70 л.с, а для нулевой обработки - около 20 л.с. (по-видимому, имеется ввиду обработка узкой щелевой полоски с одновременным рядовым высевом семян). Затраты труда при нулевой обработке сокращаются до 3-х раз, топлива в 5-6 раз; но при этом возрастает потребность в гербицидах (табл. 1.3).
Таблица 1.3 Затраты эквивалентного дизтоплива при разных способах обработки почвы, л/га
Нулевая обработка (прямой посев) используется при возделывании кукурузы, сои, сорго, зерновых колосовых, травяных культур, овощных и др. При этом во многих районах обеспечивается повышение урожая на 5-10%. В штате Монтана пшеница давала прибавку урожая до 40%. Исследования в штате Небраске с прямым посевом пшеницы показали увеличение запасов влаги в почве до 267 мм против 125-175 мм при обычной обработке.
Для выполнения нулевой обработки почвы с посевом сельхозкультур американские фирмы предлагают технические средства различной конструкции. В самом начале внедрения новой системы (в 1977 г) фирма Lely создала комбинированный агрегат Lely-Step, выполняющий за один проход полную
25 обработку почвы, внесение удобрений и ядохимикатов и посев. Агрегат состоит из единой системы почвенной фрезы и сеялки. Рабочая скорость - до 9,6 км/ч.
Недостатками машин с активными рабочими органами является увеличенная потребная мощность, более высокая цена, сложность конструкции и меньшая надежность в работе. Поэтому довольно широко распространены машины с пассивными рабочими органами.
Для выполнения нулевой обработки (прямого посева) основной машиной является сеялка, укомплектованная приспособлениями для образования узкой борозды для семян.
Представляют интерес комбинированные машины, совмещающие операции по частичной обработке почвы, внесению удобрений и ядохимикатов и посеву, применяемые как для посева с минимальной, так и нулевой обработкой.
Упомянутая выше стерневая сеялка для посева по стерне или в дерновый слой без предварительной обработки почвы относится к комбинированным машинам. Она готовит узкое семенное ложе шириной 5...7,5 см и глубиной 7,5....15 см, производит высев семян, внесение удобрений и гербицидов.
Распространение в США получили стерневые сеялки с несколькими типами рабочих органов сошников: с чизельным ножом (речь может идти об анкерных сошниках), с дисковым ножом с волнистой поверхностью, дисковым наклонным ножом и полозовидным ножом.
Сеялка с сошниками типа чизельного ножа могут работать на разных почвах, имеют удобную регулировку глубины, допускают внесение в почву жидких удобрений; недостатки: накопление перед стойкой растительных остатков, неудовлетворительная работа на участках, где есть камни: образование воздушных мешков после закрытия бороздки с семенами. Дисковый наклонный нож легче прорезает растительные остатки, лучше чизельных ножей заделывает семена, но необходима более тщательная его настройка. По имеющейся информации, дисковый нож с волнистой поверхностью хорошо прорезает рас-
26 тительные остатки и работает на влажных почвах, настраивается на разные условия посева и высев различных культур - зерновых, пропашных и трав; Известной сеялкой такого типа является сеялка фирмы Allis Chalmers.
Представителями комбинированных зерновых сеялок производства США являются сеялки «Марлисс» и «Грейт Плейнз». Обе сеялки имеют идентичную технологическую схему: спереди установлены два ряда дисков с волнистой поверхностью, за ними - двухдисковые сошники и сзади -прикатывающие катки. Ширина захвата сеялок 4,5 и 6м. Волнистые рыхлящие и разрезающие диски сеялки «Марлисс» за счет установки с вертикальным шарниром могут работать без выглубления на поворотах, легче обходят препятствия по ходу движения.
1.3. Анализ конструктивных особенностей рабочих органов
сеялок прямого посева.
Как было указано выше, использование прямого посева сельскохозяйственных культур, способствует сохранению почвенного плодородия, ресурсосбережению и защите почв от эрозионных процессов [1, 5, 9, 54, 75].
Прямой посев при нулевой обработке обеспечивает экономию топлива (таблица 1.4), материальных затрат, рабочей силы, времени, позволяет проводить посев в лучшие агротехнические сроки, уменьшает риск водной и ветровой эрозии, сохраняет структуру почвы [4, 59, 41]. Стерня и мульча защищают почву от выдувания и смыва, способствуют лучшему снегозадержанию и накоплению влаги, предотвращают высыхание почвы, все это способствует повышению урожайности [20, 18, 56, 95].
К качеству посева зерновых культур сеялками прямого посева предъявляются следующие агротехнические требования [13, 22, 94, 108].
«5.2. Способ посева - рядовой с шириной междурядья 15-17 см, в перспективе - полосной с шириной полос 4-13 см.
5.3. Наличие незаделанных семян на поверхности поля не допускается.
Семена укладываются на дно борозды со слежавшимся слоем почвы.
Нижние влажные слои почвы не должны выноситься на поверхность.
5.10. Высота гребней и глубина борозд на поверхности после посева не
должны увеличиваться.
6.1. Для уменьшения опасности развития ветровой и водной зрозии почв после выполнения операции прямого посева должно сохраниться на поверхности не менее 60% почвозащитной стерни от количества ее до посева.»
Таблица 1.4
Затраты дизельного топлива (л/га) для различных систем обработок.
Для осуществления прямого посева зерновых культур производственные фирмы предлагают сеялки с различными рабочими органами (рис. 1.7), как пассивного, так и активного типов [3, 49, 62, 80, 97, 123]. К первым относятся сеялки с одно, трехдисковыми и анкерными сошниками, ко вторым - сеялки с фрезерными органами. Из пассивных рабочих органов большее распростране-
28 ниє получил трехдисковый (рис.1.7,а), состоящий из дискового плоского ножа 1 и двухдискового сошника 2 с независимыми устройствами (пружинами) 3 и 4 для их заглубления [79, 105, 119]. Сеялки могут комплектоваться дисковыми ножами как гладкими, так и рифлеными (гофрированными).
При работе трехдискового сошника расположенный впереди плоский дисковый нож разрезает дернину, стерню и растительные остатки и делает в почве узкую щель, а двухдисковый сошник следом расширяет бороздку для высева семян, которые затем заделываются в результате самоосыпания почвы и последующего прикатывания. Для улучшения заглубления и устойчивого хода по глубине сеялки такого типа имеют большую массу, а также дополнительно оснащаются специальными балластными ящиками.
По имеющейся информации, недостатком трехдискового сошника с глад
ким диском при работе на некоторых типах почв является прокладка очень
узкой бороздки с уплотненными стенками и неполное перерезание раститель
ных остатков, что в итоге отрицательно влияет на развитие растений. Сеялка
для прямого посева зерновых культур "SD-300" фирмы Hovard (Франция)
оборудована трехдисковыми сошниками с гофрированными дисковыми
ножами диаметром 430 мм на независимой от сошников бесповодковой
подвеске. Гофрированная поверхность дискового ножа позволяет
осуществлять качественное измельчение почвы вдоль рядка. Однако на вязких глинистых почвах для улучшения проходимости сеялки гофрированные диски заменяют плоскими. Давление дисков на почву осуществляется через резиновые амортизаторы. Для заглубления дисковых сошников диаметром 400 мм используют пружины растяжения. Сеялки оборудованы устройствами для высева гербицидов и автоматического выключения высевающих аппаратов при останс!рюДиЬірВ8;еЗ<&}й(й}іки в сеялках прямого посева также применяют фирмы: "Massey-Ferguson MF 130", "Bettinson DD 2" (Великобритания), "20 Sex BI-150"(Чехия), "Таї", "Marlis", "Kinze 2000" (США), "Semcheto TD-400" (Бразилия) и другие.
29 Известны также сеялки прямого посева с однодисковыми сошниками со
сферическим или плоским дисками.
В однодисковом сошнике сеялки "Тазкег8"(Великобритания) используется сферический диск 1 диаметром 457 мм (рис. 1.7,6). Диски входят в почву под углом, содействуя уменьшению тягового сопротивления сеялки и способствуя лучшему резанию пласта. Недостатком однодискового сферического рабочего органа является вынос на поверхность влажной почвы и попадание в борозду растительных остатков, которые в результате разложения и появления гнилостных бактерий тормозят развитие растений.
Рис. 1.7 Пассивные рабочие органы для прямого посева.
На сеялке фирмы "Moore" (Северная Ирландия) использован рабочий орган с плоским однодисковым сошником. Характерной особенностью рабочего органа является крепление двух плоских дисков 2 на одном поводке 1 с двух его сторон со смещением и под углом относительно направления движения (рис.1.7,в). В соответствии с конструкцией такой рабочий орган выполняет од-
повременно два рядка с междурядьем 125 мм (в сравнении с распространенным междурядьем 150 мм), что является одним из его достоинств.
На сеялке прямого посева "Bamlett CD" (Великобритания) использован анкерный сошник, выполненный в виде узкой стойки 2 ножа с наконечником 1 из карбида вольфрама (рис.1.7,г). Конструкция из твердого сплава может работать на плотных твердых почвах и иметь значительно больший срок службы. Недостатком анкерного сошника является возможность забивания его растительными остатками и неудовлетворительная заделка семян.
В США пользуется успехом сеялка "Buffalo" для посева пропашных культур по необработанному фону. Рабочий орган состоит из дискового ножа 1 с ребордами 2, обеспечивающими одинаковую глубину врезания дисков в почву; долотообразного сошника 4 с твердосплавным носком 3 и семяпроводом 6, семявдавливающего катка 7 и дисковых загортачей 8 (рис.1.7,д). Рабочий орган имеет параллелограммную подвеску с наклоненными вперед тягами 9, обеспечивающими самозаглубление сошника без нажимной пружины. В работе нож 1 разрезает растительные остатки и проделывает узкую щель, а сошник 4 расширяет бороздку для размещения семян, которые затем вдавливаются катком 7 во влажную почву и засыпаются дисковыми загортачами 8. Достоинством рабочего органа сеялки "Buffalo" является точность заделки семян по глубине за счет возможности ее регулировки положением сошника относительно реборд ножа. Отмечается также небольшое тяговое сопротивление рабочего органа. Однако сеялка с такими рабочими органами может использоваться только для посева культур с междурядьем не менее 400 мм.
Другую группу посевных машин для прямого посева представляют сеялки с активными (вращающимися или колеблющимися) рабочими органами с приводом, в основном, от вала отбора мощности трактора (ВОМ). К ним относятся сеялки; "Power Till-1550" фирмы "John Deere" (США), "Rotakaster Е-80" (Великобритания), "Rotormatik" фирмы "Fenet" (Франция), "Roffera" фирм
31 "Leli" и "Berdin" (Нидерланды), отечественная дернинная сеялка для подсева семян трав СДК-2,8 (ФГУП «Авитек», г. Киров) и др.
Сеялка "Power Till-1550" предназначена для посева зерновых и зернобобовых культур по стерневому фону или дернине с междурядьем 200 мм. Рабочий орган состоит из активного зубчатого диска 1 (с приводом его через цепную передачу от ВОМ трактора) с нагрузочной пружиной 8, следом за ним шарнирно закрепленного сошника 5 с нажимной пружиной 6 и расположенного за сошником катка 7 (рис.1.8,а). Копирование поверхности поля и одинаковая глубина заделки семян обеспечиваются за счет крепления рабочего органа на независимой подвеске. Достоинством сеялок является то, что при ширине прорезаемой щели 12,5 мм и междурядье 200 мм обрабатывается лишь 1/16 часть поверхности поля, в результате за счет минимального воздействия на почву обеспечивается ее защита от эрозионных процессов, а также экономия средств на выполнение работ. Однако рабочий орган оставляет бороздки с неровным дном и рваными стенками, в которых из-за остающихся растительных остатков могут развиться гнилостные процессы.
В сеялке "Rotakaster Е-80" активный рабочий орган выполнен в виде фрезы с горизонтальной осью вращения, на валу которой закреплены Г-образные ножи 2 (рис. 1.8,6). Одной из отличительных особенностей сеялки является возможность выполнения посева семян тремя способами: разбросным, рядовым (строчным) и полосным. Для выполнения разбросного посева впереди фрезбарабана устанавливают рассеиватель 8 пассивного типа. Подающиеся на его поверхность семена отражаются от нее и распределяются по поверхности поля. Фрезбарабан рыхлит почву и перемешивает с ней семена. Каток 4 прикатывает почву вместе с семенами.
Для рядового посева за фрезбарабаном устанавливают сошник 3. Подающиеся по семяпроводу 5 в бороздки семена заделываются катком.
Для полосного посева на семяпроводы 5 за фрезбарабаном надевают патрубки уширители, через которые семена высеваются полосами по 20 см на обработанную фрезой поверхность поля.
С активными рабочими органами в виде фрезы с горизонтальной осью вращения и Г- образными ножами выполнена также отечественная сеялка СДК -2,8 для полосной обработки дернины на лугах и пастбищах и подсева семян трав. Рабочая ширина захвата 2,8 м. Способ посева ленточный двухстрочный. Ширина ленты 33 см, ширина строки 11 см. Расстояние между осями лент 70 см. Количество фрезерных секций 4. Применение сеялки должно повысить урожайность и улучшить ботанический состав травостоев лугов и пастбищ. Однако недостатком конструкции фрезерных рабочих органов с горизонтальной осью является увеличенная вспушенность верхнего фрезеруемого слоя почвы, перемешивание семян с верхним слоем почвы пониженной влажности и заделка семян на разную глубину, что приводит к снижению их всхожести и в итоге - уменьшению прибавки урожая.
а в
Рис. 1.8 Активные рабочие органы.
Некоторые сеялки с активными рабочими органами выполнены в виде пальчатых фрез с вертикальной осью вращения. К ним относятся сеялки АВП-3,6 (рис.1.8,д) [4, 79], "Rotormatik" (Франция) (рис.1.8,в). В посевных агрегатах "Roffera" рабочие органы могут совершать, в отличие от сеялок "Rotormatik", не только вращательное, но и колебательное движение (рис.1.8,г). Рабочие органы с вертикальной осью вращения производят рыхление почвы, следом расположенные сошники делают бороздки для семян, которые затем заделываются катками или загортачами.
Недостатком сеялок с вертикальной осью вращения рабочих органов является малая ширина их захвата -не более 2,5 м (при большей ширине из-за установки рабочих органов на жесткой раме не обеспечивается копирование ими рельефа поля). Необходимо также отметить, что при фрезеровании влажная почва перемешивается с сухой, что отрицательно влияет на всхожесть семян.
Кроме недостатков, указанных выше при рассмотрении отдельных конструкций, общими недостатками сеялок с активными рабочими органами являются: повышенная материалоемкость и энергоемкость, сложность привода рабочих органов и, как следствие - снижение надежности в работе.
1.4. Выводы, цель и задачи исследований.
На основании анализа отечественной и зарубежной информации, рассмотрения различных способов посева зерновых культур, в том числе при нулевой обработке почвы, и конструктивных особенностей рабочих органов посевных машин для их осуществления сделаны следующие выводы.
1. Выполнение технологической операции посева при традиционных методах обработки почвы, связанных с большими затратами энергии, труда, материальных затрат и времени, а также многократным прохождением по полю тракторных агрегатов, приводит к резкому повышению себестоимости произ-
34 водимой сельскохозяйственной продукции, а также к переуплотнению и распылению почвы и усилению эрозионных процессов.
Наукой и практикой как в развитых странах Запада, так и в нашей стране установлено, что для снижения затрат энергии, труда и материальных средств, своевременного выполнения полевых работ с сохранением при этом плодородия почвы и защиты ее от эрозии, эффективным является прямой посев зерновых культур при нулевой обработке почвы.
Разнообразие конструкций зерновых сеялок для прямого посева, предлагаемых западными фирмами (с пассивными и активными рабочими органами; с трехдисковыми, двухдисковыми, однодисковыми и анкерными сошниками; с сферическими, плоскими, рифлеными, гофрированными и зубчатыми режущими дисками сошников), показывает, что прямой посев зерновых культур получает в западных странах широкое распространение, и каждая из этих посевных машин разработана и может быть наиболее приемлемой в той или другой стране с сложившимися конкретными организационно-хозяйственными и природными условиями.
Учитывая более высокую надежность в работе, относительно несложную конструкцию и, соответственно, меньшую стоимость в изготовлении и для приобретения сельхозпроизводителем, представляется, что более перспективным для условий нашей страны является разработка сеялки прямого посева с пассивными рабочими органами. При этом перспективными являются комбинированные рабочие органы для прямого посева зерновых культур, обеспечивающие равномерное распределение семян по площади питания.
Цель работы - изыскание типа и обоснование основных параметров комбинированного сошника сеялки прямого посева, обеспечивающего выполнение качественного полосного посева зерновых культур в соответствии с агротехническими требованиями при нулевой обработке почвы.
35 Для поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
теоретически и экспериментально обосновать технологические и конструктивные параметры комбинированного сошника сеялки для прямого посева зерновых культур полосным способом;
разработать лабораторные установки для проведения исследований и обоснования параметров сошника для прямого посева зерновых культур;
исследовать кинематику движения частиц по рабочей поверхности с помощью скоростной пространственной фотосъемки для выбора конструктивных параметров распределителя семян;
исследовать качественные показатели работы и оценить тяговое сопротивление сошников;
провести производственную проверку сеялки прямого посева с комбинированными сошниками;
определить экономическую эффективность использования комбинированного сошника сеялки для прямого посева зерновых культур.
Отечественный опыт развития машинных способов посева зер новых культур
Урожайность возделываемых культур в значительной степени зависит от используемой технологии и соответствующих почвообрабатывающих и посевных машин, которые должны обеспечивать качественное выполнение технологического процесса подготовки почвы и посева,
В сельхозпроизводстве применяются различные технологические процессы возделывания зерновых культур, отличающиеся, в основном, способами посева, внесения удобрения и предпосевной подготовки почвы.
Классическим способом посева, широко применяемым у нас в стране, является рядовой (строчный) с междурядьем 15см, выполняемый сеялками типа СЗ-3.6 с помощыо двухдисковых сошников (рис, 1,1,а). Но при таком способе посева растение не обеспечивается площадью питания рациональной формы, которая в данном случае имеет форму вытянутого прямоугольника со сторонами 15см между растениями в рядках и примерно 1,5 см между растениями в рядке. При этом культурные растения могут использовать лишь около 30% площади посева. По имеющейся информации, оптимальной является площадь питания в виде квадрата со сторонами от 4x4 до 5x5 см [7, 37, 64, 68, 101].
При узкорядном способе посева, выполняемом сеялками СЗУ-3.6 с двухдисковыми сошниками с уменьшенными до 7.5 см междурядьями, равномерность распределения семян по площади питания повышается, уменьшаются количество сорняков и потери влаги, что положительно сказывается на урожайности - прибавка урожая составляет 1...5 ц/га (рис. 1.1,б). Но из-за ухудшения проходимости сеялки способ не получил широкого распространения.
В 20-м столетии, особенно во 2-ой его половине, широко применялся перекрестный способ, выполняемый двойным проходом сеялки типа СЗ-3.6 в двух направлениях: вдоль и поперек (рис. 1.1,в). При этом достигается повыше 10 ние равномерности распределения семян по площади, лучшее использование растениями из почвы элементов питания, влаги и световой энергии, что обеспечивает прибавку урожая от 1,5 до 7 ц/га. Однако, недостатки, связанные с двойным проходом агрегата по полю (переуплотнение и иссушение почвы, двойные затраты труда, горючего, растягивание сроков посева) резко ограничили применение способа.
В период освоения целинных земель в Сибири и Целинном крае в 1960-1970-х годах для посева зерновых при безотвальной плоскорезной обработке почвы с сохранением на поверхности стерни, из-за неработоспособности сеялок с дисковыми сошниками, были созданы стерневые сеялки-культиваторы СЗС-2.1 (разработка ВИМа совместно с СКБ ПЭТ, ВИСХОМ и ВНИИЗХ). Ширина захвата сеялки-культиватора -2,05м, междурядья -22,8 см, тип сошника - культиваторная лапа. Выполняет одновременно 4 технологические операции: предпосевную культивацию, посев зерновых, внесение минеральных удобрений и прикатывание почвы в засеянных рядках. Совмещение нескольких операций за один проход тракторного агрегата обеспечивает эффективность машины. Но посев здесь также рядовой с ещё более широкими междурядьями (22,8см) с недостатками рядового посева (рис. 1.1,д) [61, 66, 88, 104, 109, 121].
Одним из важных факторов, влияющих на продуктивность возделываемых культур, является площадь питания растения, от правильного выбора которой зависят и урожайность культур, и себестоимость их производства.
Учитывая возможность распределения одного и того же количества семян (одной и той же нормы) на данной площади различными способами, многие исследователи указывают, что с точки зрения создания наилучших условий для использования растениями солнечного света, углекислоты воздуха, влаги и питательных веществ почвы, необходимо их равномерное размещение, при котором площадь питания каждого из них приближается к квадратной форме.
Более эффективным и перспективным, в плане повышения равномерности распределения семян по площади и приближения формы площади питания растения к квадратной, является полосной способ посева с/х культур. Суть способа заключается в подпочвенном размещении семян полосами на плотном ложе с помощью сошников посевных машин. Исследованиями в ВИМе установлена возможность осуществления полосного посева зерновых культур сошниками на основе стрельчатых лап сеялок- культиваторов.
Выше было упомянуто о сеялке-культиваторе СЗС-2.1 для работы в системе почвозащитного земледелия при плоскорезной обработке почвы с сохранением на поверхности стерни. В связи с тем, что огромные площади пашни в стране подвержены воздействию эрозии почв (из 130 млн. га пашни 98 млн. га являются эрозионноопасными), проблема внедрения почвозащитной системы земледелия остаётся актуальной и на сегодня. Соответственно, повышается необходимость воссоздания стерневых сеялок-культиваторов типа СЗС-2.1 на новом более высоком техническом уровне, а также разработки принципиально новых посевных машин и рабочих органов для работы на стерневых фонах при нулевой обработке почвы с производством качественного посева высокоэффективным полосным способом (рис. 1.1,ж) [28, 52, 96, 106, 126].
К достоинствам сеялок -культиваторов, кроме указанного выше по осуществлению полосного посева, относится то, что они являются комбинированными многофункциональными агрегатами, которые позволяют внедрять энергосберегающие и почвозащитные технологические процессы минимальной и нулевой обработки почвы и посева, совмещать несколько технологических операций за один проход тракторного агрегата. Такое направление получило широкое развитие в развитых странах Запада, но оно особенно актуально для нашей страны в целях резкого снижения энергетических, трудовых и материальных затрат и скорейшего преодоления кризисных явлений в отечественном сельхозпроизводстве [102, 103].
Исследование процесса взаимодействия дискового ножа с разрезаемым материалом
Суть метода в том, что изображение движущейся частицы получено одновременно в двух проекциях с помощью одной фотокамеры на одном и том же кадре. Вертикальная проекция траектории движения фиксируется фотокамерой на нижней половине кадра обычным путём, перед объективом которой установлен вращающийся прорезной диск. Горизонтальную проекцию траектории получили в виде зеркального отображения на верхней половине того же кадра с помощью наклонно закреплённого над движущейся частицей зеркала [76].
Технологический процесс выполнения фотосъемки движущихся частиц на установке (рис. 3.7) заключается в следующем. Несколько зёрен одно за другим падают из бункера 4 благодаря вибрации, создаваемой вибратором 3, в семяпровод 5 и далее к отражателю 7. Коснувшись поверхности отражателя, зёрна скользят или отскакивают от нее в зависимости от установленного угла отражения, описывая некоторую траекторию. Осветитель включен постоянно и освещает зерновку с момента вылета из семяпровода до её полной остановки. В это время прорезной диск 11 вращается с заданной частотой. Режим М фотокамеры 9 позволяет вручную устанавливать необходимую выдержку и диафрагму. При проведении опытов установлены диафрагма 4,9, выдержка с временной задержкой 3,2 с. Благодаря вращающемуся перед открытым объективом прорезному диску 11 траектория движения прерывистая.
После чего снимок переносится в компьютер, с помощью которого ведётся его расшифровка в графическом редакторе AutoCad, где он масштабируется до реальных размеров, что даёт возможность определения дальности полёта частицы, высоты траектории, а также скорости частицы путем замера расстояния между двумя соседними штрихами прерывистой траектории до встречи ее с отражателем и после схода с него.
Скорость частиц до и после встречи с рабочей поверхностью отражателя где /-расстояние между двумя соседними точками траектории движения частицы в вертикальной проекции, мм; а-угол наклона горизонтальной проекции следа траектории относительно оси симметрии полярной координатной сетки, град; -коэффициент масштаба; -время оборота диска перед объективом фотокамеры на угол между двумя соседними вырезами на диске, с. При энергетической оценке исследуемых сошников в почвенном канале использовался прибор ДПУ-0,2-2 (рис.3.8) для измерения статических растягивающих усилий и предназначенный для работы в помещениях лабораторного типа при температуре окружающей среды от +10 до +35С и относительной влажности не более 80%. Технические требования на динамометр установлены техническими условиями ТУ 26-06.1258-81 в соответствии с требованиями ГОСТ 13837-79. Класс точности 2-ой, цена деления шкалы не более 0,01 наибольшего предела измерения. Предел допускаемой основной приведенной погрешности не должен быть более ±3%. Состоит: 1,8 — винты, 2 - обод, 3 - корпус, 4 - скоба, 5, 9 - серьги, 6 - указатель, 7 - шкала, 10 - силовая ось.
Для определения тягового усилия сошника динамометр устанавливается в рабочее (вертикальное) положение, при котором серьга 5 закреплена к тележке, а серьга 9 к тросу, измеряемое усилие направляется вдоль силовой оси 10. Нулевое показание устанавливается поворотом шкалы за обод 2, открепив предварительно винт 1 и снова закрепив его после поворота обода. Динамометр работает по принципу определения силы по значению величины упругой деформа 79 ции скобы 4, которая преобразуется через рычажный передаточный механизм в показания по указателю 6 и шкале 7. Точность измерения усилия в диапазонах 100... 150кг определялась колебаниями стрелки в пределах ±2 кг, что соответствует погрешности измерения 2-3%. После запуска установки засекается тяговое усилие, при котором тележка с сошником двигались в почве в установившемся режиме, результаты заносятся в таблицу.
Стенд смонтирован на почвенном канале шириной 2 м длиной 20 м. Он состоит из приводной станции 8, пульта дистанционного управления кнопочного типа 1, тележки 11 с колесами 7, приводимой в движение по рельсам 10, посредством троса 3 и барабана 9 через систему блоков 2. На тележке 11 закреплен бункер 4 с высевающим устройством 5 (привод которого осуществляется посредством цепной передачи от опорного колеса), из которого по семяпроводу 6 поступают семена в сошник 12 (рис.3.9).
Методика исследования агротехнических показателей процесса бороздообразования
Использование дискового ножа в комбинированном сошнике обеспечивает повышение на 15...20% сохранности стерни на поверхности после прохода сеялки, за счет перерезания всех растительных остатков и меньшего перемешивания их с почвой, в отличие от базового.
Рациональными параметрами распределителя являются: ширина вр = 90 мм, длина 1Р=32 мм, высота Н=55 мм, угол при вершине y=J0..12, угол схода е=а+у=75...77, радиус окружности криволинейного участка поверхности R = 40...44 мм, длина прямолинейного участка поверхности Ln = 28 мм, длина криволинейного участка LK=51 мм, длина развертки образующей рабочей поверхности L-79 мм, угол наклона нижней кромки к продольной оси сошника 3 =4а, расстояние от оси распределителя до центра окружности 10=49мм, расстояние от поверхности почвы до центра окружности h0=48 мм, угол наклона кромки к продольной оси сошника 3=46. Тяговое сопротивление комбинированного сошника на 14% меньше, чем у базового сошника, за счет использования дискового ножа. Результаты лабораторных экспериментов показали, что при имитации посева 3- дисковым сошником почти все семена (97%) располагаются в полосе шириной 4 см, вдоль осевой линии сошника. При имитации базовым сошником СЗРС-2,1 ширина разброса семян достигла 13 см, при этом 68... 75%) высеваемых семян находится на крайних 4-х см полосах, от 2,5 до 6,5 см от осевой линии. Комбинированный сошник с распределителем 88-92%о семян распределяет семена на 13-ти см ширину и еще 3-8% находятся на расстоянии от 6,5-8 см от осевой линии рядка. Такое распределение семян позволяет покрывать более 75% площади междурядья, что на 14% больше, чем у базового.
Производственная проверка сеялки прямого посева с комбинированными сошниками и экономический эффект 4.1. Характеристика условий проведения полевых испытаний. Испытания сеялки СЗРС-2.1 в хозяйственных условиях были проведены в одном из хозяйств Одинцовского района Московской области в 2005 году в агрегате с трактором МТЗ-82. Цель испытаний - сравнительная проверка надежности выполнения технологического процесса прямого посева по стерне комбинированными рабочими органами для полосного (160мм) посева зерновых культур сеялкой СЗРС-2.1 без предварительной обработки почвы. Почвы преимущественно дерново-подзолистые суглинистые. Из сорных растений на полевых участках были самые разнообразные виды - пырей ползучий, редька дикая, пастушья сумка; из многолетних - марь белая, сурепка, мокрица; из корнеотпрысковых - осот желтый, бодяк полевой и другие. Число сорняков- от 135 до 165 шт./м , их высота колебалась в широких пределах - от 10 до 25 см. Влажность почвы в слое 0...15 см находилась в пределах 19...27 %. Фон - стерня пшеницы, количество - от 350 до 550 шт./м , высота стерни до 15 см. Характеристика яровой пшеницы сорта «Лада» представлена в таблице 4.1. Общая площадь посева 1,5 га (по 0,75 га контрольный и экспериментальные участки). Полевые испытания предусматривают: - найти зависимость расстановки различных типов заделывающих органов в продольно-вертикальной плоскости от забиваемости их растительными остатками; - провести агротехническую оценку работы сеялки с экспериментальными сошниками на механически необработанном агрофоне - сравнить сеялку с базовыми сошниками с сеялкой, оснащенной комбинированным сошником. При полевых исследованиях определялось влияние геометрических параметров и режимов работы комбинированного сошника на качество высева семян: агрегатный состав, влажность, твердость, наличие растительных остатков, динамика относительной полевой всхожести, полевая всхожесть, равномерность распределения семян по площади, фактическая глубина заделки семян (определялась по этиолированной части растений), ее неравномерность, пределы максимальной и минимальной глубины заделки семян, урожайность по вариантам. Устанавливалось влияние установки дисковых вспомогательных органов перед сошником на забиваемость растительными остатками. Кроме того, определялась плотность семенного ложа, динамика всходов, а также проводились визуальные наблюдения за ростом растений.
Расчет экономической эффективности практического применения комбинированного сошника сеялки прямого посева
Основная задача экономической оценки заключалась в определении эффективности работы комбинированного сошника сеялки прямого посева.
Экономическая эффективность новых и усовершенствованных машин определяется ростом производительности труда, повышением качества и количества продукции. Расчёт экономической эффективности проведён в соответствии с ГОСТ 23728-88 [29] и методиками определения экономической эффективности [23] с использованием необходимых нормативно-справочных документов и материалов испытаний и исследований. Источники образования эффекта заключаются в следующем: повышение урожайности за счёт повышения качества посевных работ; снижение расхода топлива на проведение посева; повышение производительности. Исходные данные для расчёта экономической эффективности приведены в таблице 4.5.
Основным показателем экономической эффективности применения новой техники является годовой экономический эффект, определяемый с учётом прироста валового объёма продукции по формуле: где Sa - нормы годовых отчислений на ремонт, техническое обслуживание, хранение трактора и сельскохозяйственной машины, руб/у.эт.га; \ э - эталонная норма выработки трактора, у.эт.га; Wz - часовая производительность МТА, га/ч. 4. Удельные затраты на горюче-смазочные материалы. Удельный расход топлива (кг/га) принимался расчётный: Основные технико-экономические показатели применения сеялки прямого посева, оснащенной комбинированными сошниками, приведены в таблице 4.6. 1. Полевые опыты показали, что при экспериментальном посеве полевая всхожесть пшеницы на 10% выше, чем при контрольном посеве. 2. Коэффициент вариации по глубине заделки семян на контрольном варианте составил 18,5%, а для опытного равен 11,2%. Разница в этом показателе по сравниваемым вариантам обусловлена применением в экспериментальном варианте обоснованного нами жестко закрепленного в подлаповом пространстве распределителя семян вместо плавающей лапки распределителя на контрольном. 3. Установлено, что на площади, засеянной экспериментальными сошниками, число 5-ти см квадратов, содержащих по одному растению, на 19,3% больше, чем при посеве базовой сеялкой СЗРС-2,1. 114. Применение комбинированного сошника с рекомендуемым распределителем обеспечивает увеличение ширины полосы распределения до 16 см, что на 23% больше по сравнению с показателем контрольной сеялки, а также на 19,3% повышает равномерность распределения семян высеваемой культуры по площади поля, что создает предпосылки для улучшения пищевого режима растений. 5. Расчетный суммарный годовой экономический эффект от использования сеялки с новыми рабочими органами составил 29,7 тыс. рублей на одну сеялку в ценах 2005 г. за счет прибавки урожая на 1,5 ц/га. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования по разработке и обоснованию параметров комбинированных сошников для прямого посева зерновых культур позволяют сделать следующие выводы: 1. Большинство серийных сеялок прямого посева не в полной мере отвечают исходным требованиям, производят рядовой посев с широкими междурядьями, не обеспечивая равномерного распределения растений по площади питания, что ухудшает условия их развития и провоцирует развитие сорняков. 2. Выполнение исходных требований к прямому посеву с использованием полосного способа обеспечивается применением разработанного комбинированного сошника, состоящего из дискового ножа и стрельчатой лапы с распределителем для полосного высева семян. 3. Качество выполнения технологического процесса дисковым ножом в соответствии с исходными требованиями обеспечивается при режиме качения со скольжением (Л 1) и соблюдении условий защемления растительных остатков. 4. Использование дискового ножа в комбинированном сошнике обеспечивает повышение на 15...20% сохранности стерни на поверхности после прохода экспериментальной сеялки, за счет перерезания всех растительных остатков и меньшего перемешивания их с почвой, в отличие от базовой. 5. Ширина полосы высева семян является иррациональной функцией от геометрических параметров распределителя и скорости схода частицы с распределителя в соответствии с формулами (11) и (13).
