Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопросам задачи исследований 9
1.1. Почвенно-климатические условия Дальнего Востока 9
1.2. Состояние производства зерновых культур на Дальнем Востоке.. 11
1.3. Анализ факторов, определяющих возможности применения прямого посева зерновых культур в звене севооборота «соя - зерновые» в условиях Дальнего Востока 13
1.4. Анализ способов и средств механизации посева культур звена «соя - зерновые» 20
1.5. Анализ существующей теоретической базы по вопросу исследований 30
1.6. Основные выводы по анализу состояния вопроса, цель и задачи исследований
2. Теоретические исследования 37
2.1. Определение сопротивления почвы движению сошника 37
2.1.1. Определение сопротивления почвы движению стойки-ножа... 42
2.1.2. Определение сопротивления почвы движению стрельчатой
лапы 47
2.1.3. Определение понижающих коэффициентов 50
2.1.4. Анализ зависимостей составляющих сопротивления почвы перемещению сошника от скорости движения и глубины посева 55
2.1.5. Анализ зависимостей сопротивления почвы перемещению сошников традиционной и экспериментальной компоновок от скорости движения и глубины посева 58
2.2. Определение технологических параметров посевной секции 62
2.2.1. Определение длины козырька сошника 62
2.2.2. Определение высоты крепления сошника и расстояния между рядами сошников
2.2.3. Определение расстояния между сошником и копирующим колесом посевной секции 73
2.3. Краткие выводы по проведенным теоретическим исследованиям 74
3. Программа и методика экспериментальных исследований 76
3.1. Программа исследований 76
3.2. Методика лабораторных исследований 77
3.2.1. Определение расстояния отскока высеваемого материала от распределителя сошника 77
3.2.2. Определение равномерности распределения рабочим органом минеральных удобрений, семян зерновых культур и сои .. 77
3.3. Методика лабораторно-полевых исследований 78
3.3.1. Определение коэффициента объемного смятия почвы 78
3.3.2. Определение коэффициента трения скольжения «металл -почва» 79
3.3.3. Определение размеров почвенного вала, сходящего с экспериментального сошника 80
3.3.4. Определение тягової о сопротивления сошников 81
3.4. Методика производственной проверки 83
3.4.1. Выбор и характеристика участка 83
3.4.2. Полевая регулировка и настройка машины 84
3.4.3. Агротехническая оценка качества работы 84
3.4.4. Энергетическая оценка 85
3.4.5. Эксплуатационно-технологическая оценка 86
3.5. Методика постановки полевых опытов 87
3.6. Методика обработки экспериментальных данных 88
4. Результаты экспериментальных исследований 91
4.1. Посевная секция и сошник для посева зерновых культур 91
4.2. Результаты лабораторных исследований 92
4.3. Результаты лабораторно-полевых исследований
4.3.1. Макетный образец экспериментальной сеялки 98
4.3.2. Экспериментальная проверка длины козырька 99
4.3.3. Определение размера почвенного вала, сходящего с лапового сошника 101
4.3.4. Определение тягового сопротивления сошников 103
4.4. Результаты производственной проверки 105
4.4.1. Условия производственной проверки 105
4.4.2. Результаты агротехнической оценки 106
4.4.3. Результаты энергетической оценки 108
4.4.4. Результаты эксплуатационно-технологической оценки 110
4.5. Исследование влияния технологий посева на урожайность зерновых культур 115
4.6. Краткие выводы по проведенным экспериментальным исследован иям 118
5. Экономическая и энергетическая эффективность результатов исследований
Выводы и рекомендации производству 133
Литература 135
- Анализ факторов, определяющих возможности применения прямого посева зерновых культур в звене севооборота «соя - зерновые» в условиях Дальнего Востока
- Анализ зависимостей сопротивления почвы перемещению сошников традиционной и экспериментальной компоновок от скорости движения и глубины посева
- Определение равномерности распределения рабочим органом минеральных удобрений, семян зерновых культур и сои
- Результаты лабораторных исследований
Введение к работе
Актуальность темы. Получение высоких устойчивых урожаев зерновых культур возможно только при постоянном повышении плодородия почв, для которого необходимо создавать и поддерживать положительный баланс слагающих элементов. Одним из условий такого повышения является совершенствование обработки почвы. В ряде регионов снижение интенсивности обработки почвы, или её минимализация наряду с экономией времени и энергии улучшает её структурное состояние, водопрочность, устойчивость к эрозии и уплотнению. Наименее интенсивной является «нулевая» обработка почвы или «прямой посев»,- при котором в период от уборки предшествующей культуры до посева последующей, почва механическому воздействию не подвергается. Поэтому технология прямого посева является почвозащитной и энергосберегающей.
Мировой опыт земледелия доказал, что глубокая ежегодная обработка почвы не только не даёт пользы, но и наносит непоправимый вред, усиливая эрозионные процессы. За рубежом сейчас широко осваиваются экологические системы земледелия. Их основными признаками являются снижение интенсивности рыхления почвы и её мульчирование. Разбросанная по полю солома (мульча) способствует большему накоплению в почве влаги, сдерживает проявление ветровой и водной эрозии почвы.
Растениеводческие хозяйства Дальнего Востока слабо обеспечены сельскохозяйственной техникой и механизаторскими кадрами, высока стоимость горюче-смазочных материалов и запасных частей, часть полей поражена почвенной эрозией. Высокая себестоимость получаемой продукции сдерживает нормальное развитие сельскохозяйственной отрасли. Поэтому внедрение энергосберегающей и почвозащитной технологии прямого посева зерновых культур в условиях Дальневосточного региона является актуальной научной и практической задачей.
Цель работы - совершенствование технологического процесса посева зерновых культур, снижение ресурсно-экономических затрат и техногенного
воздействия на почву в условиях Дальнего
R^^TrtV^^
НОНАЛЬНА*{ ПОТЕКА 1
ЮС НАЦИОНАЛЬНАЯ | ІЯМНОТЕКА CI
Предмет исследований - выявление факторов, влияющих на тяговое сопротивление лапового сошника в зависимости от взаиморасположения его стойки и стрельчатой лапы.
Объект исследования — процесс подпочвенно-разбросного посева зерновых культур крепящимся на параллелограммной подвеске лаповым сошником.
Методы исследований. При описании процесса движения лапового сошника и процесса заделки семян использованы методы теоретической механики. Физико-механические свойства почвы определялись с помощью методик Б.АДоспехова и П.У.Бахтина; тяговое сопротивление сошника - методом тен-зометрирования; размеры почвенного вала - методом видеосъёмки на фоне неподвижного шаблона. Данные экспериментальных исследований обработаны методами математической статистики.
Достоверность результатов. Достоверность проведенных исследований обеспечивается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также результатами испытаний на Амурской МИС.
Научная новизна. Обоснована компоновка лапового сошника для прямого посева зерновых культур, обеспечивающего снижение тягового сопротивления сеялки. Обоснована компоновка посевной секции, обеспечивающей надёжный и качественный технологический процесс прямого посева. Предложены аналитические зависимости, позволяющие определять тяговое сопротивление лаповых сошников. Исследовано влияние технологий посева на урожайность зерновых культур в условиях Дальнего Востока.
На зашиту выносятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на снижение ресурсных и экономических затрат, техногенного воздействия сельскохозяйственной техники на почву, а также на повышение эффективности технологического процесса посева зерновых культур за счет совершенствования конструкции сошников и посевной секции.
Практическая значимость работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическую реализацию в совершенствовании технического обеспечения технологии прямого посева зерновых
5 культур. Использование технологической схемы разработанного лапового сошника позволяет снизить тяговое сопротивление сеялки прямого посева, а применение посевной секции обеспечивает высокую_равномерность глубины заделки семян. Внедрение технологии посева семян по стерне сои с использованием разработанной сеялки снижает техногенное воздействие на почву и улучшает экономические показатели. Результаты исследований могут быть применены в конструкторских бюро при разработке лаповых сошников и почвообрабатывающих рабочих органов.
Внедрение. Результаты, полученные в процессе выполнения работы, использованы при написании раздела книги «Система земледелия Амурской области». Разработанная сеялка внедрена в ООО «Амурское» Ивановского района и на Амурской МИС. По результатам приёмочных испытаний Амурская МИС рекомендует разработанную сеялку к применению в сельскохозяйственном производстве.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научных конференциях ДальГАУ(2002, 2003, 2004гг.) и на научно - техническом совете Амурской МИС. Разработанные лаповый сошник и посевная секция экспонировались на Амурской региональной выставке-ярмарке в 2002 и 2003 годах. В 2004 году на Амурской межрегиональной выставке-ярмарке «Агропрод» высокий научно-технический уровень разработанной сеялки подтверждён серебряной медалью и дипломом II степени. Мировой уровень новизны разработанного сошника подтвержден патентом РФ на изобретение № 2219696 «Сошник стерневой сеялки».
Публикации. По результатам исследований опубликовано тринадцать печатных работ. Общий объём публикаций 3,0 печатных листа.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 48 рисунков, 11 приложений. Список использованной литературы содержит 123 наименования.
Анализ факторов, определяющих возможности применения прямого посева зерновых культур в звене севооборота «соя - зерновые» в условиях Дальнего Востока
При анализе данных 134 опытов 9 авторов по методике априорного ранжирования А.В. Клочков установил существенность коэффициента конкорда-ции (согласованность мнений) на 5% уровне значимости для 7 параметров агротехнического, экономического и энергетического порядков. Выявлено, что преимущество минимализации обработки почвы достигается прежде всего благодаря экономии времени, топлива и трудовых затрат, а не прибавкой урожая. В 42 случаях из 100 минимальная обработка снижала, а в 46 случаях повышала урожайность культур [49].
В Литве при прямом посеве овса по сравнению с традиционной технологией (зяблевая вспашка - культивация с боронованием в два следа - посев) было сэкономлено 24,5 кг/га дизельного топлива и 115 мин/га рабочего времени [8].
По данным ВНИИ кукурузы, энергетические затраты на вспашку и чизе-левание на 28-30 см составили 3096 и 2219 мДж при их нулевом значении по прямому посеву зерновых [47].
В Венгрии, даже с учетом дополнительных затрат на защиту растений и удобрений при прямом посеве пшеницы, чистый доход в среднем за 3 года возрос на 18,7% [90].
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. В условиях Дальнего Востока, с его сухой и короткой весной, когда испарение превышает количество атмосферных осадков на 30-50% [104], прямой посев зерновых культур способствует получению урожая не меньшего, чем при традиционной обработке почвы.
2. Необходимое для подавления сорняков чередование прямого посева со вспашкой также соответствует биологии сои т.к. растениям сои требуется более рыхлая почва. В то же время сама соя - отличный разрыхлитель почвы, и после ее уборки прямой посев зерновых культур будет проводиться в почву относительно невысокой плотности.
3. Прямой посев зерновых культур в условиях Дальнего Востока следует рассматривать не как альтернативу, а как дополнение к традиционной и минимальной технологиям. Применять его следует на полях, свободных от переуплотнений почвы и чистых от корневищных и корнеотпрысковых сорняков. Для снижения засоренности посевов ширину междурядий зерновых культур необходимо свести к минимуму.
4. Применение нулевой обработки почвы способствует выполнению требований Зональной системы технологий и машин о необходимости снижения эрозии почвы, её излишнего распыления и уменьшения последствий «машинной деградации почв». Помимо этого будут решаться задачи снижения энерго-и трудозатрат, появится возможность выполнения технологических операций в лучшие агротехнические сроки.
1.4. Анализ способов и средств механизации посева культур звена «соя - зерновые»
Способы посева зерновых культур должны отвечать биологическим требованиям растений по обеспеченности их элементами питания, воздухом, влагой и освещенностью, а также должны учитывать степень засоренности полей.
Агротехнологическим вопросам посева посвящены работы многих ученых Дальнего Востока, таких как В.В. Бурлака, А.Г. Воложенин, А.Т. Грицун, Г.Т. Казьмин, В.Ф. Кузин. Большой вклад в изучение вопросов технического обеспечения технологий возделывания сельскохозяйственных культур внесли И.В. Бумбар, М.Г. Гершевич, Е.П. Камчадалов, Б.И. Кашпура, А.Ф. Кислов, СП. Присяжная, А.В. Сюмак, Ю.В. Терентьев и другие ученые.
Для возделывания сои на Дальнем Востоке применяется техника общего назначения, предназначенная, в основном, для зерновых. В соответствии с биологическими особенностями культуры ВНИИ сои разработан широкорядный способ посева семян с шириной междурядья 45 см [56]. На сравнительно бедных почвах применяется ленточный посев с междурядьями 51 см, который позволяет по сравнению с широкорядным однострочным посевам, более равномерно размещать растения сои. При этом способе каждая лента состоит из двух или трех строчек, расстояние между которыми соответственно 15 или 7,5 см [18].
В настоящее время получает широкое распространение так называемый сплошной способ посева сои. На самом деле это обычный рядовой посев. Достоинством сплошного способа считается то, что он исключает проведение междурядных обработок. Однако данный посев требует эффективного применения гербицидов, проводить его целесообразно на свободных от сорняков полях [40, 75].
Широкорядный, ленточный и сплошной способы посева производятся дисковыми сошниками на поводковой подвеске. Данные исследований Ю.В. Терентьева и Б.Х. Федченко показывают, что при таком способе подвески сошников глубина заделки семян варьирует от 0 до 12 см [111].
ДальНИПТИМЭСХом разработан комбинированный универсальный многооперационный агрегат КУМА-10,8, который проводит широкорядный посев сои дисковыми сошниками на параллелограммной подвеске. Применение данного типа подвески обеспечивает качественную заделку семян по глубине (отклонение от заданной глубины менее 1 см) [86].
Однако, имеются данные исследований, на основании которых делается вывод о том, что дисковый сошник располагает семена крайне неравномерно по площади питания. При посеве дисковым сошником только около 20% семян сои располагается с требуемым интервалом, остальные растения находятся в пределах крайнего загущения и разреженности. В таких условиях площадь питания растений составляет от 4 до 90 см2 против биологически обоснованной 25 см2. Причем семена заделываются перемешанным слоем почвы на взрыхленное ложе [24, 111]. В результате снижается полевая всхожесть семян, что отрицательно влияет на урожайность культуры. М.Г. Гершевич считает, что «... полезные элементы различных способов посева сои можно успешно использовать в технологических решениях по возделыванию сои во всех районах Дальнего Востока...» и предлагает широкополосный или ленточно-безрядковый способ посева.
При этом способе рабочим органом является лаповый сошник, который рассеивает семена сои лентой (полосой) шириной 15...20 см с междурядьем 60...70 см [22 ]. Преимуществом лапового сошника является то, что он готовит плотное ложе для семян, которые присыпаются сходящим с лапы взрыхленным слоем почвы, а это необходимые условия для появления дружных всходов сои [22].
Преимущество лапового сошника на параллелограммной подвеске было реализовано сотрудниками ДальНИПТИМЭСХ при разработке сеялки для сплошного посева сои, изготовленной на базе сеялки СПР-6. По сравнению с серийной сеялкой СЗ-3,6, экспериментальная сеялка позволила повысить урожайность сои на 13,3...17%.
Для зерновых культур «Зональная система технологий и машин» рекомендует рядовой либо узкорядный способы посева. Сам посев осуществляется дисковыми сошниками на поводковой подвеске зернотуковых сеялок типа СЗ-3,6.
На агроландшафтах, подверженных эрозии почвы, посев зерновых необходимо проводить по стерневым фонам [40]. Для стерневого посева рекомендуются сеялки СЗС-2,1, СТС-2 и т.п.
Проблемами посева зерновых культур по необработанной почве занимались и занимаются ряд научно-исследовательских организаций и авторов. Среди них можно выделить разработки ВНИИ зернового хозяйства [68], ОАО «Сызраньсельмаш» [92], Кировоградского ПКИ по почвообрабатывающим и посевным машинам, Целиноградского ГСКБ по противоэрозийной технике [99], Новосибирского ГСКБ по машинам для улучшения лугов и пастбищ, исследования П.Т. Золотарева [39, 12], В.А. Любчича [3,64].
Анализ зависимостей сопротивления почвы перемещению сошников традиционной и экспериментальной компоновок от скорости движения и глубины посева
На основании проведенного анализа состояния вопросов исследования можно сделать ряд ввыводов:
1. Вследствие глубокого кризиса, охватившего сельское хозяйство Дальнего Востока, нормальный севооборот в полеводстве выродился в двупольный «соя - зерновые культуры». Биологически необходимая поздняя уборка сои, недостаток и изношенность техники не позволяют производителю во всем объеме провести зяблевую вспашку под зерновые культуры. Проведение основной обработки почвы весной ведет к затягиванию посевной кампании, упущению агротехнических сроков посева и в итоге - к низкой урожайности зерновых культур. В данной ситуации выход кроется в нулевой обработке почвы, т.е. в прямом посеве зерновых культур по соевой стерне.
2. Природные условия Дальневосточного региона, его сухая и короткая весна, способствуют получению при прямом посеве зерновых культур урожая не меньшего, чем при традиционной обработке почвы. Необходимое для подавления сорняков чередование прямого посева со вспашкой соответствует биологии сои, растениям которой требуется более рыхлая почва.
3. Разработкой способов и средств механизации посева зерновых культур и сои (в том числе и прямого посева) занимаются многие научно 35 исследовательские организации как в России, так и за рубежом. Однако данные средства механизации не удовлетворяют по основным качественным показателям агротехническим требованиям на возделывание либо зерновых культур, либо сои. Таким образом, необходима разработка рабочего органа, позволяющего проводить качественный посев как зерновых культур, так и их предшественника - сои (как по предварительно обработанной почве, так и по соевой стерне).
4. Рабочим органом, позволяющим выполнить все агротехнические требования, предъявляемые к посеву, является лаповый сошник на параллело-граммной подвеске.
5. Для совершенствования процесса посева зерновых культур необходимо изучить факторы, определяющие закономерности работы лапового сошника и вывести аналитические зависимости для определения его технологических и конструктивных параметров.
6. Известные математические зависимости не позволяют в полной мере описать технологический процесс работы сошника с вынесенной стойкой-ножом.
В результате проведенного анализа обоснован предмет исследований, заключающийся в выявлении факторов, влияющих на тяговое сопротивление лапового сошника в зависимости от взаиморасположения его стойки и стрельчатой лапы.
В качестве объекта исследования определен процесс подпочвено-разбросного высева зерновых культур крепящемся на параллелограмм ной подвеске лаповым сошником.
В качестве рабочей гипотезы предполагается: вынесение стойки перед стрельчатой лапой по ходу движения сошника изменяет условия его работы, что позволяет снизить сопротивление почвы.
Целью настоящей работы является совершенствование технологического процесса посева зерновых культур, снижение ресурсно - экономических затрат и техногенного воздействия на почву в условиях Дальнего Востока. Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:
Разработать математическую модель процесса движения лапового сошника по соевищу. Обосновать параметры и режимы работы лапового сошника и посевной секции. Изготовить сеялку для прямого посева зерновых культур и провести ее хозяйственную проверку. Произвести расчет экономической и энергетической эффективности от применения технологии прямого посева и разработанной сеялки по сравнению с серийными технологиями и машинами. 2. Теоретические исследования
Определение сопротивления почвы движению сошника Так как разрабатываемый сошник предназначен для посева как по обработанной почвы, так и по соевой стерне, теоретические исследования по определению сопротивления следует проводить для наиболее напряженных условий работы, то есть для условий посева по необработанной почве.
Для построения модели перемещения сошника в почве примем некоторые допущения: почва представляет собой упруговязкую среду с внутренним трением и межчастичным сцеплением; движение клина представляет собой процесс периодического уплотнения и конечного разрушения почвы по поверхностям скольжения; при перемещении по клину длина почвенного пласта не претерпевает изменения и, следовательно, скорость переносного движения пласта равна скорости его относительного движения на поверхности клина; при прохождении клина по предварительно деформированной почве, почва вторичной деформации не подвергается. Для определения сопротивления почвы движению сошника выразим общее сопротивление через его составляющие: где Rtm- j цел. Rc. _ СОПрОТИВление почвы движению соответственно стойки-ножа, стрельчатой лапы и семяпровода.
Силы сопротивления почвы движению сошника. В таком случае рассмотрим работу сошника через его составляющие: стойку-нож, стрельчатую лапу и семяпровод.
Вследствие того, что семяпровод установлен за стойкой-ножом по ходу движения сошника, воздействие почвы на него незначительно. В связи с этим в теоретических исследованиях сопротивление почвы перемещению семяпровода рассматриваться не будет. Значение величины Rcбудет определено в ходе экспериментальных исследований сошника.
Расчеты по сопротивлению почвы будем проводить согласно теории клина. Движению клина в почве в общем случае препятствуют (рис. 2.3.) сопротивление почвы деформации, производимой рабочей поверхностью клина Pg, вес почвенного пласта G, динамическое давление почвенного пласта F и силы трения, возникающие на рабочей поверхности клина Т.
Силы, действующие на клин при его движении в почве Ввиду того, что уравнения статики в отношении искомых сил линейны, для нахождения сил сопротивления воспользуемся принципом суперпозиции, находя составляющие искомые силы поочередно от действия силы тяжести G, силы сопротивления почвы деформации Pg и силы динамического действия пласта F, а затем складывая их.
Варианты взаимодействия рыхлительного рабочего органа с почвой: а) блокированное резание почвы; б) полусвободное резание почвы; I, II — с двух- и односторонней блокировкой рабочего органа плотной почвой; III, IV - с одно- и двухсторонней блокировкой частично разрушенным пластом. Проведенные А.К. Кострициным эксперименты показывают, что с уменьшением числа блокировок рабочего органа плотной почвой, сопротивление рабочего органа значительно уменьшается [53].
Разрабатываемый нами сошник состоит из долотообразной (стойки-ножа) и стрельчатой лап, причем долотообразная лапа вынесена вперед по ходу движению рабочего органа. При осуществлении технологического процесса долотообразная лапа находится в режиме блокированного резания почвы и прорезает борозду на глубину посева. Исходя из этого можно сделать вывод, что идущая следом за ней стрельчатая лапа находится в более благоприятных условиях полусвободного резания почвы.
Определение равномерности распределения рабочим органом минеральных удобрений, семян зерновых культур и сои
Лабораторные испытания экспериментального сошника проводили на почвенном канале ДальНИПТИМЭСХ.
Для определения расстояния отскока высеваемого материала от распределителя, экспериментальные сошники устанавливали на посевную секцию. На почву канала наносили линии-метки. Сошники опускали на почву таким образом, чтобы обрезы распределителей совпадали с нанесенными метками. Через семяпроводы в сошники подавали порции высеваемого материала. С помощью посевной секции сошники поднимали, и сама посевная секция отъезжала от места высева материала. Расстояние отскока фиксировали линейкой от нанесенной метки до наиболее удаленных семян (гранул минеральных удобрений) с точностью до 1 мм. Повторность опыта пятикратная.
Определение равномерности распределения рабочим органом минеральных удобрений, семян зерновых культур и сои
В качестве показателя, характеризующего равномерность распределения семян и частиц удобрений по площади, берется среднее значение ширины засеваемой площади экспериментальным рабочим органом ленты с равномерностью распределения высеваемого материала не ниже 95%.
Опыты проводили на экспериментальной установке в пятикратной повторное. Семена и гранулированные удобрения подавали из емкости катушечным высевающим аппаратом по семятукопроводу рабочего органа в под-сошниковое пространство с установленным в нем рассеивающим устройством.
Равномерность распределения семян и гранул минеральных удобрений по площади образуемой ленты определяли с помощью специально изготовленной ванночки.
Экспериментальный рабочий орган устанавливали над ванночкой, опираясь лапой на перегородки, с той целью, чтобы семена и гранулы удобре 78 ний, попадая в дальний сектор, оставались в нем. После заполнения семенами и удобрением камеры высевающего аппарата, производили полный оборот катушечного высевающего аппарата. Равномерность распределения высеянных семян и удобрений по площади поперечного сечения определяли методом взвешивания его из каждого сектора ванночки на электрических весах ВЛК-500, с точностью до 0,05 г.
В процессе опытов изменяться угол отклонения стойки сошника от вертикального положения у = ±10 (отклонения от вертикали в правую сторону принимали за положительный угол, а в левую - отрицательный).
Диаграмма твердомера конструкции Ревякина. Коэффициент объемного смятия почвы, необходимый для расчета сопротивления почвы движению рабочего органа, определяли из диаграммы твердомера конструкции Ревякина [10]. Полученные при определении твердости почвы диаграммы (рис. 1) обрабатывали. На основе их обработки определяли средние значения глубины смятия почвы /„ и коэффициента объемного смятия почвы q. Значения q и /„ соответствуют точке предела пропорциональности на диаграмме «усилие - деформация»
Коэффициент трения скольжения определяли по методу П.У. Бахтина [31]. По выровненной поверхности почвы протаскивали ровный стальной полоз, несущий на себе определенную нагрузку (рис. 3.2), которая вместе с массой полоза определяет силу давления тела на почву N. Силу F, необходимую для передвижения полоза с нагрузкой N по поверхности почвы, измеряли пружинным динамометром в тех же единицах, что и силу давления. Коэффициент трения определяли по уравнению Кулона:
Экспериментальные исследования проводили на стерневом фоне и на почве, подготовленной под посев сои на скоростях 7... 11 м/ч при глубине обработки 40...60 мм. Перед проведением опыта обязательно измерение влажности, твердости и плотности почвы. Исследования проводили методом видеосъемки технологических процессов работы экспериментальных сошников и сошников традиционной компоновки. Ширина захвата экспериментального и серийного рабочих органов должна быть одинаковой. Повторность опыта — трехкратная, точность измерения — 1 см.
Для определения высоты подъема пласта на стойки — ножи экспериментальных рабочих органов и стойки культиваторных лап краской наносили деления с шагом 2 см. Видеокамеру устанавливали на раме машины в профиль к рабочему органы и фиксировали высоту подъема почвенного вала. Для определения длины и ширины деформируемого пласта на каретки крепления рабочих органов устанавливали шаблон, состоящий из мерных линеек (рис. 3.4), расположенных над рабочими органами.
Опыты по определению тягового сопротивления сошников проводили в одинаковых условиях. Показатели измеряли при установившемся поступательном движении на четырех передачах при изменении скорости от 1,94 до 3,06 м/с. Глубина посева находилась в интервале, заданном агротехническими требованиями: 0,04-0,06 м. Перед проведением опытов производили тарировку тензометрического звена при помощи стенда испытаний на растяжение, электронной малогабаритной аппаратуры ЭПА-ПМ и образцового динамометра ДООМ-3-3. Строили график градуировки тензометрического звена и определяли коэффициент линейной зависимости к (Н/ед. счета).
Экспериментальную сеялку с навешенным комплектом сошников агрега-тировали с трактором, оборудованном датчиками путеизмерительного и ведущих колес, тензометрическими полуосями, счетчиком и датчиком расхода топлива ИП-197, тяговым тензозвеном, а также измерительной и регистрирующей аппаратурой ЭПА-ПМ.
Для получения данных тягового сопротивления на самопередвижение Р , составленный посевной агрегат двигался по поля с поднятыми сошниками. Затем сошники заглубляли в почву. Меняя комплекты сошников, определяли их тяговые сопротивления и составляющую их тягового сопротивления от движения в почве семепровода.
Результаты лабораторных исследований
Важнейшим показателем разрабатываемой новой техники является ее лимитная цена, т.е. та цена, при которой гарантируется нормативная эффективность от применения машины в сфере потребления [94]. Чем больше лимитная цена изделия превосходит его оптовую цену, тем выгоднее его внедрение в производство. В нашем случае лимитная цена сеялки в 1,7-2,7 раз больше ее оптовой цены. Это еще раз подтверждает высокую экономическую эффективность сеялки для прямого посева зерновых культур.
Оценка технологии производства зерновых культур (оценка второго уровня) также производится в сравнении с базовыми технологиями. При прове » дении экономической оценки использована методика и программное обеспече ние АИС «Агро» [105, 119], разработанные на основании ГОСТ 23728-23730-88 [27] и методики энергооценки технологий возделывания полевых культур [85].
Оценка проведена методом включения разработанной сеялки в состав машин но-тракторного парка модельного пятипольного севооборота соево-зерновой специализации общей площадью 4165 га. Сравниваемые показатели при возде лывании ячменя сорта Ача (по результатам полевых опытов 2003 и 2004 годов) сведены в таблицу 5.4. Расчеты проведены для площади посевов зерновых 1666 га при энергосодержании зерна 14,8 ГДж/т.
Анализ показателей табл. 5.4. показывает, что применение прямого посева ячменя позволяет снизить затраты на производство зерна в зависимости от сравниваемой технологии производства на 11,4-37,5%. При этом затраты труда на 1 га посевов снижаются на 8,6-25,0%, а затраты труда на 1 тонну зерна снижаются на 13,2-38,5%. Очень сильно снижаются затраты на ГСМ. Снижение затрат ГСМ на 1 га составляет 26,7-55,2%, а на 1 тонну продукции 37,0-62,7%. Как следствие вышесказанного, снижение себестоимости производства зерна даже в 2003 году составило 10,4-24,4%, а в 2004 году 31,0-32,6%. Отсутствие необходимости в проведении почвообработки позволяет снизить металлоемкость МТП на 3,2-18,2%.
Основные экономические и энергетические показатели производства ячменя сорта Ача при различных технологиях его возделывания
Энергозатраты, ГДж/га 10.4 ! 10.2 9.2 -1.2 -11.5 -1.0 -9.8 1 2 3 4 5 6 7 8 Энергетический доход, ГДж/га2003 год2004 год 33,3 5,4 22,1 6.7 28,9 9,7 -4,4 4,3 -15,1 44,3 6,83,0 23,5 30,9 Биоэнергетический коэффициент (КПД технологии)2003 год2004 год 4,20 1,52 3,12 1,66 4,17 2,05 132 Проведенная энергетическая оценка выявила, что хотя в 2003 году энергетический доход технологии прямого посева зерновых был на 15,1% меньше, чем технологии посева по вспаханной зяби, биоэнергетический коэффициент предлагаемой технологии (отношение энергосодержания урожая к энергозатратам) достаточно высок - 4,17. В 2004 году производство зерновых с применением технологии прямого посева показало наивысшие энергетический доход и КПД технологии.
Обобщая вышеизложенное, можно сделать следующие выводы:
1. Применение разработанной сеялки прямого посева зерновых культур по соевой стерне снижает затраты труда на операциях почвообрабатывающе-посевного цикла по сравнению с посевом серийными сеялками по зяблевой вспашке и безотвальной обработке в 2,6 и 1,9 раз. Снижение затрат труда в общем объеме технологии производства зерна составляет 8,6 и 25,0% соответственно.
2. Экономия ГСМ на каждом гектаре составляет 23,4 и 13,6 кг, что позволяет снизить расход ГСМ на 1 га в технологии производства зерна как минимум на 44,5 и 26,7% соответственно.
3. Замена почвообрабатывающих машин сеялками прямого посева позволяет снизить металлоемкость МТП на каждом гектаре на 18,2 и 3,2% соответственно.
4. Снижение затрат на производство зерна на 11,4-37,5 % позволяет снизить себестоимость продукции на 10,4-32,6% и получить энергетический доход в размере 9,7-28,9 ГДж/га.
5. Годовой экономический эффект от применения сеялки прямого посева в сравнении с посевом серийной сеялкой по безотвальной обработке почвы составляет 52142 рубля, а в сравнении с посевом по зяблевой вспашке - 113389 рублей.
1. На основании проведенного анализа выявлено, что существующие средства механизации прямого посева зерновых культур не отвечают требова ниям соево-зернового севооборота и нуждаются в совершенстве. Установлено, что рабочим органом, позволяющим в условиях Дальнего Востока качественно выполнить все предъявляемые к посеву агротехнические требования, является лаповый сошник на параллелограммной подвеске.
Проводить прямой посев зерновых культур возможно на полях, свободных от корневищных и корнеотпрысковых сорняков, а также от переуплотнений почвы. Соевая солома должна быть либо убрана с поля, либо измельчена и равномерно распределена по поверхности почвы.
2. Разработанная математическая модель процесса движения рабочего органа по соевищу позволила обосновать технологическую схему лапового сошника и посевной секции. Установлено, что вынесение стойки-ножа перед стрельчатой лапой позволяет снизить сопротивление почвы движению разработанного сошника по сравнению с сошником традиционной компоновки на 22,7 %.
3. На основании теоретических и экспериментальных исследований раскрыты закономерности процесса заделки семян зерновых культур и обоснованы основные конструктивные параметры лапового сошника и посевной секции. Длина козырька сошника составляет 0,12 м, расстояние между рядами сошников - 0,88 м, расстояние между сошниками в поперечной плоскости - 0,225 м, высота грядиля над уровнем почвы - 0,25 м. Разработанные сошник и посевная секция легли в основу сеялки для прямого посева зерновых культур.
4. Сеялка прямого посева агрегатируется с тракторами класса 1,4 и производит качественный посев зерновых культур в стерню сои при скоростях движения до 11 км/ч. Отклонения от заданной глубины заделки семян не превышают 8,5 мм. Количество семян, заделанных в предусмотренный агротребова 134 ниями слой не ниже 91%. Производительность агрегата за час основного времени составляет 3,27 га при удельном расходе топлива 3,93 кг/га.
5. Применение технологии и сеялки прямого посева зерновых культур по + стерне сои позволяет в типичных для Дальнего Востока погодных условиях по лучать урожайность зерновых культур выше, чем урожайность по обработан ной почве.
6. Применение разработанной сеялки для прямого посева зерновых куль тур по соевой стерне снижает затраты труда на операциях почвообрабатываю ще-посевного цикла по сравнению с посевом серийными сеялками по зяблевой вспашке и безотвальной обработке в 2,6 и 1,9 раз; снижение затрат труда в об щем объеме технологии производства зерна составляет 23,6 и 8,6 и % соответственно.
Экономия ГСМ на каждом гектаре составляет 23,4 и 13,6кг, что позволяет снизить расход ГСМ на 1 гектар в технологии производства зерна на 44,5 и 26,7%. Снижение металлоемкости МТП при этом составляет 18,2 и 3,2% соответственно.
Технология прямого посева позволяет снизить себестоимость произве денного зерна на 10,4 — 32,6%, получить энергетический доход в размере 9,7 -28,9 ГДж/га и годовой экономический эффект в размере 52142 - 113389 рублей.
7. По результатам проведенных приемочных испытаний Амурская МИС рекомендует разработанную сеялку прямого посева зерновых культур к приме нению в сельскохозяйственном производстве.
