Совершенствование технологического процесса прямого посева зерновых на склоновых почвах
На правах рукописи
Мерецкий Сергей Викторович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ПРЯМОГО ПОСЕВА ЗЕРНОВЫХ НА СКЛОНОВЫХ ПОЧВАХ
Специальность 05.20.01 –
Технологии и средства механизации сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Воронеж – 2011
Работа выполнена на кафедре «Технический сервис в АПК» ФГБОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Я. Горина»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Скурятин Николай Филиппович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Труфанов Виктор Васильевич Кандидат технических наук, доцент Ивановский Владимир Павлович Ведущее предприятие: Государственное научное учреждение Белго родский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россий ской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ БелНИИСХ РАСХН)
Защита диссертации состоится «15» марта 2012 г. в 12 часов на заседа нии диссертационного Совета Д 220.010.04 при ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени Императора Петра I» по адре су: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, д. 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Во ронежский государственный аграрный университет имени Императора Петра I»
Автореферат разослан «11» февраля 2012 г. и размещен на сайтах www.vsau.ru и www.vak.ed.gov.ru Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент И.В. Шатохин
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Технология возделывания зерновых культур включает до десяти и более различных операций. Одним из способов сниже ния общих затрат энергии является совмещение нескольких технологических операций за один проход агрегата. В 2008 году Министерство сельского хо зяйства России объявило о начале широкомасштабного внедрения ресурсос берегающих технологий на 40% посевных площадей. Внедрение ресурсосбе регающих технологий необходимо потому, что за последние 10 лет цены на дизельное топливо возросли почти в 6 раз, в то время как цена на зерно – в раза. При использовании новых технологий топлива расходуется в 2-3 раза меньше, чем при традиционной. В Центрально-Черноземной зоне под зерно вые отводится более половины пахотных земель, при этом свыше 56% пло щадей расположены на склонах, превышающих один градус. Это обуславли вает значительный сток паводковых и ливневых вод в овраги и балки, а вме сте с ними смыв верхнего плодородного слоя почвы и внесенных традицион ным (разбросным) способом удобрений. Из-за снижения продуктивности эродированных почв недобор продукции в ЦЧР в пересчете на зерно ежегод но составляет 1,22 млн. т.
Поэтому большое народнохозяйственное значение приобретает совер шенствование приемов возделывания зерновых культур на эродированных почвах, которые обеспечат интенсивное формирование корневой и надзем ной массы растений, предупредят разрушение почвы талыми и ливневыми водами.
Цель исследований – снижение затрат на производство и повышение урожайности зерновых культур за счет совершенствования технологического процесса прямого посева на склоновых почвах.
Объект исследований – технологический процесс посева зерновых культур на склонах.
Предмет исследований – закономерности формирования борозды и размещения в ней семян одновременно с удобрениями посевной секцией на базе стрельчатой лапы.
Научная новизна заключается в разработке:
способа посева зерновых культур с одновременным внесением удобрений на склоновых почвах (патент России № 2 350 064), отличающего ся тем, что формируется борозда в виде трапеции, в углы, образованные бо ковыми сторонами и меньшим основанием, равном ширине междурядья, ук ладываются семена вместе со стартовой дозой удобрений, а между рядками семян ниже уровня посева вносится основная доза;
технического решения по реализации способа в виде посевной секции зернотуковой сеялки (патент России № 2 415 539), включающего стойку, дисковый нож, комбинированный сошник на базе стрельчатой лапы, катки-ограничители и прикатывающий каток;
аналитической модели взаимодействия элементов комбиниро ванного сошника с почвой, образующих в ней борозду трапециевидной фор мы, учитывающей конструктивные и технологические параметры посевной секции;
аналитической модели движения зерна по семятукопроводу, включающего наклонный, вертикальный, дугообразный участки, и за его пределами в подлаповом пространстве.
Практическая значимость. Результаты теоретических и эксперимен тальных исследований могут быть использованы при разработке перспектив ных технических средств для посева зерновых культур с одновременным внесением удобрений на склоновых почвах, а также в методике инженерного расчета основных конструктивно-технологических параметров посевной сек ции зернотуковой сеялки.
Методика исследований. Теоретические исследования процесса взаи модействия плоскорежущей стрельчатой лапы с почвой, движения зерна по семятукопроводу и за его пределами проводили на основе математического моделирования. Экспериментальные исследования формирования борозды для размещения двух рядков семян со стартовой дозой удобрений проводили на опытном образце в почвенном канале и полях ГНУ БелНИИСХ РАСХН.
Агроэкономическую эффективность посева зерновых на склоновых почвах определяли с использованием результатов полевых опытов. Данные экспе риментальных исследований обрабатывали статистическими методами.
Реализация результатов исследований. Работа выполнялась в соот ветствии с заданием по гранту Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере на тему: «Разработка, изготовление и внедрение зернотуковой сеялки прямого сева». Отдельные результаты ис следований используются в дипломном проектировании студентами инже нерных факультетов Белгородской ГСХА и Воронежского ГАУ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на конференциях в Белгородской ГСХА (2007-2010 г.), Воронежском ГАУ (2007-2008 г.), Алтайском ГАУ (2011 г.), Мичуринском ГАУ (2010 г.), Харьковском НТУСХ (2009 г.).
На защиту выносятся:
- способ посева зерновых культур на склоновых почвах с одновре менным внесением минеральных удобрений;
- конструктивно-технологическая схема посевной секции зернотуко вой сеялки на базе стрельчатой лапы, обеспечивающая реализацию предло женного способа;
- аналитическая модель взаимодействия конструктивных элементов комбинированного сошника на базе стрельчатой лапы с почвой, формирую щих в ней борозду с заданными параметрами для размещения двух рядков семян одновременно с удобрениями;
- аналитическая модель движения зерна по семятукопроводу и за его пределами в подлаповом пространстве;
- конструктивно-технологические параметры разрабатываемой по севной секции.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 пе чатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ и 5 патентов России.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка, включающего наименований, из них 3 на иностранных языках. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, включает 8 таблиц, 43 рисунка и приложение.
Содержание работы Во введении показана актуальность темы, её практическая значимость, приведена цель исследования, сформулированы основные положения, выно симые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования»
проведен анализ особенностей возделывания зерновых на склоновых почвах;
агроэкономической эффективности совмещения операций обработки почвы, посева и внесения минеральных удобрений;
тенденции развития техники для посева зерновых.
Основой дальнейшего совершенствования технологических процессов и обоснования параметров энергосберегающих посевных комплексов явля ются теоретические и экспериментальные исследования: В.П. Горячкина, В.А. Желиговского, М.Е. Мацепуро, Г.Н. Синеокова, В.Г. Гниломёдова, А.П.
Грибановского, В.В. Труфанова, И.М. Панова, С.Н. Капова, М.В. Сабликова, В.Г. Минеева, А.И. Дементьева, Н.М. Марченко, И.И. Синягина, Н.Ф. Скуря тина, И.Ф. Сендрякова, Н.Г. Овчинниковой и других авторов. В этих работах обоснованы технологические требования к техническим системам посева сельскохозяйственных культур и внесения удобрений.
В результате проведенного анализа установлено, что:
- урожайность сельскохозяйственных культур на эродированных поч вах существенно уменьшается, недобор продукции в ЦЧР в пересчете на зер но ежегодно составляет 1,22 млн. т;
- разрушение почвы на склонах талыми и ливневыми водами во мно гом зависит от способа обработки почвы и посева;
- важнейшим направлением сокращения затрат энергии при возделы вании зерновых является совмещение ряда технологических операций;
- для посева зерновых целесообразно применять сошники на базе стрельчатых лап.
Анализ используемых в производстве сеялок показал, что ни одна из них не обеспечивает одновременного выполнения необходимых операций:
подрезание сорной растительности и мульчирование почвы на всей обраба тываемой площади, рядовой посев зерновых с внесением стартовой дозы ми неральных удобрений на уплотненное ложе, внесение основной дозы ниже и в стороне от рядка семян, уплотнение почвы над семенами.
В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие за дачи исследований:
1. Разработать способ посева зерновых на склоновых почвах и обосно вать конструктивно-технологическую схему посевной секции зернотуковой сеялки;
2. Разработать аналитические модели:
- взаимодействия конструктивных элементов комбинированного сош ника на базе стрельчатой лапы с почвой, формирующих в ней борозду с за данными параметрами для размещения двух рядков семян одновременно с удобрениями;
- движения зерна по семятукопроводу и за его пределами в подлаповом пространстве;
3. Обосновать основные конструктивно-режимные параметры посевной секции зернотуковой сеялки;
4. Дать агроэкономическую оценку разработанному способу посева зерновых.
Во второй главе «Изыскание конструктивно-технологической схемы посевной секции зернотуковой сеялки и обоснование ее основных парамет ров» описан способ посева зерновых культур с одновременным внесением удобрений на склоновых почвах (рисунок 1) и конструктивно технологическая схема посевной секции (рисунок 2) для его осуществления, защищенные патентами (RU № 2 350 064 и RU № 2 415 539).
1 - семена и стартовая доза минеральных удоб рений;
2 - основная доза минеральных удобрений;
Вм – ширина междурядья;
хп - высота подъема почвы лапой;
– угол естественного откоса почвы;
М *– глубина обработки почвы;
h0 – высота слоя почвы с ненарушенной струк турой;
НП - глубина посева;
с - величина подрезания почвы в горизонталь ном направлении;
Р - сила давления уплотнителя на почву Рисунок 1 - Схема способа посева зерновых культур Способ посева заключается в следующем: в почве в вертикальной плоскости выполняют щель на глубину, большую глубины посева (рисунок 1, а). В горизонтальной плоскости почву на глубине посева подрезают и под нимают на некоторую высоту, при этом образуется полое пространство. Се чение вертикальной плоскостью в поперечном направлении представлено равнобокой трапецией, обращенной меньшим основанием вниз. Его длина равна ширине междурядья. Кроме того, угол наклона боковых стенок трапе ции к горизонтали не превышает угла естественного откоса почвы (рисунок 1, б). В борозду (в углы, образованные боковыми сторонами и нижним осно ванием трапеции) укладывают семена вместе со стартовой дозой минераль ных удобрений (рисунок 1, в). В щель между рядками семян ниже их уровня помещают основную дозу минеральных удобрений в виде вертикальной лен ты или рядка (рисунок 1, г). Слева и справа от образованной борозды на глу бине, равной или меньшей чем ее глубина, в горизонтальной плоскости под резают почву на расстояние, равное или большее половине ширины между рядья (рисунок 1, д). Ранее поднятую почву опускают в борозду и уплотняют (рисунок 1, е).
Для осуществления предложенного способа посева зерновых культур разработана схема посевной секции (рисунок 2).
1 - рама сеялки;
2 - кронштейн;
3 - пальцы;
4, 5 - тяги;
6 - пружина;
7 - Г-образная стойка;
8 - ось;
9 - дисковый нож;
10 - семятукопро воды;
11 - тукопровод;
12 - лапа;
13 - кронштейн;
14 - втулка;
15 - ось;
16 - стойка;
17 - катки-ограничители;
18 - поводок;
19 - прикатывающий каток;
20 - тяга;
21 – пружина Рисунок 2 – Схема посевной секции Описанный ранее способ посева позволяет сократить объем почвы с нарушенной структурой на площади посева (рисунок 3), что и обеспечивает энергосбережение, так как не весь слой почвы толщиной, равной глубине по сева, разуплотняется и поднимается рабочим органом на определенную вы соту. По обе стороны каждой борозды остаются гребни почвы с исходной плотностью и ненарушенной структурой.
Объем почвы с ненарушенной структурой при проектируемом способе посева:
Н.П. = (BМ h0 h02 / tg ) / 2 Bм (h0 + М * ), (1) где Н.П. - объем почвы с ненарушенной структурой, %;
Вм – ширина междурядья, м;
– угол естественного откоса почвы, ;
h0 – высота слоя поч вы с ненарушенной структурой, м;
М * - глубина обработки почвы, м.
Следовательно, объем почвы с ненарушенной структурой зависит от физико-механических свойств почвы, глубины посева и принятой глубины обработки.
Борозды и щели, образованные поперек склона и заполненные разрых ленной почвой, выполняют функцию накопителя воды, что позволяет сокра тить ее сток, смыв почвы и удобрений (рисунок 3).
1 - поднимаемый объем почвы;
2 - подрезаемый объем почвы;
3 - объем почвы с ненарушенной структурой;
4 - потенциальный объем воды в бо розде Рисунок 3 - Схемы обработки почвы и накопления влаги на склоне по предложенному способу Потенциальный объем накопления влаги в бороздах на 1 га:
[ )] ( V = 2BМ h0 BМ h0 h02 /tg ( BМ + 2h0 /tg ) sin sin скл. / sin L, (2) 2 где L – суммарная длина борозд на 1 га, м;
скл. – угол склона поля, ;
=180-(+скл.),.
Т. е. потенциальный объем накопления влаги в борозде зависит от: фи зико-механических свойств почвы, глубины посева, принятой глубины обра ботки и угла склона поля.
Для реализации предложенного способа посева зерновых культур не обходимо обосновать основные конструктивно-технологические параметры посевной секции: стрельчатой лапы, блока семятукопроводов и катков ограничителей (рисунок 4).
а) развертки стрельчатой лапы;
б) профиля борозды, образованной стрельчатой лапой;
в) вид лапы сбоку Рисунок 4 – Схемы к определению основных конструктивных параметров стрельчатой лапы Формирование борозды требуемых размеров обеспечивают следующие конструктивные параметры стрельчатой лапы:
- ширина Шлап.изг. в месте ее верхнего изгиба:
Ш лап.изг. = В м + 2 ДК = B м + 2 h0 сtg, (3) - ширина Шлап.:
Ш лап. = Ш лап.изг. + 2, (4) - длина носка ML:
Bм ML = / tg лап., (5) 2 - длина лобовой части LC:
LС = h0 / sin лап., (6) где ДК – величина приращения ширины лапы с каждой стороны за счет скалывания почвы, м;
h0 - расстояние между лапой и посевным ложем, м;
– величина перекрытия смежных проходов, м (00,06 м);
лап. – угол рас твора лапы, ;
лап. – угол атаки лапы,.
Таким образом, параметры стрельчатой лапы зависят от ширины меж дурядья Вм, расстояния между лапой и посевным ложем h0 и угла естествен ного откоса почвы.
Одними из основных элементов комбинированного сошника посевной секции являются семятукопроводы, назначение которых – обеспечить уклад ку семян в нужное место образованной борозды. Семятукопровод представ ляет собой совокупность наклонного гофрированного участка, вертикального гладкого - зона I и участка, где зерно движется по дуге окружности радиусом R - зона II (рисунок 5).
Для определения конечной скорости схода зерновки с семятукопровода определяем ее скорость во всех зонах, принимая в качестве начальной на но вом участке – скорость зерновки в конце предыдущего участка.
Скорость входа зерновки в зону I семятукопровода определяется по эмпирической формуле Семенова:
v01 = 2 g l г. у. (sin г. у. f г. у. cos г. у. v к sin( г. у. ж )), (7) где lг.у. - длина гофрированного участка, м;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
г.у. - угол наклона касательной к рабочей поверхности гофри рованного участка, рад;
vк - скорость схода зерновки с желобка катушки вы севающего аппарата, м/с;
fг.у. - коэффициент трения зерновки о стенки гофри рованного участка;
ж - угол наклона касательной к рабочей поверхности желобка катушки, рад.
Скорость входа зерновки в зону II семятукопровода равна:
v 02 = v 01 + 2 g hтук., (8) где hтук. – длина вертикальной части семятукопровода, м.
Скорость схода зерновки с нижнего конца семятукопровода равна:
vсх. = e f v 02 + 2 g R K ( к ), (9) к 1 2 f 2 2 f 3 f 2 f ( ) K ( ) = 1 + 4 f 2 e sin + 1 + 4 f 2 e cos 1, (10) где R - радиус кривизны нижнего конца семятукопровода, равный его ширине, м;
f – коэффициент трения зерновки о стенки семятукопровода;
= 90 ° сх., ;
сх. – угол схода зерновки с семятукопровода (угол между гори зонтальной линией и касательной в точке схода зерновки),.
lг.у. – длина гофрированного участка семятукопровода;
г.у. – угол наклона гофриро ванного участка семятукопровода;
Нтук. – высота семятукопровода;
hтук. – длина верти кальной части семятукопровода;
Штук. – ширина семятукопровода;
тук. – толщина стенки семятукопровода;
R – радиус кривизны нижнего конца семятукопровода;
хтук. – ширина открытой части семятукопровода;
сх. – угол схода зерновки;
v01, v02, vсх. - соответственно скорости входа зерновки в зону I семятукопровода, в зону II, схода зерновки с нижнего конца семятукопровода;
hП - расстояние между нижним концом семятукопровода и посев ным ложем;
hс - расстояние от лапы до нижнего конца семятукопровода;
l - дальность по лета зерновки после ее схода с семятукопровода.
Рисунок 5 – Расчетные схемы семятукопровода Расстояние между лапой и посевным ложем можно определить по вы ражению:
BM R g ( + R sin сх. ) BM R h0 = ( + R sin сх. ) tg сх. + + R cos сх., (11) 2vсх. cos 2 сх.
Следовательно, расстояние между лапой и посевным ложем h0 зависит от технологических параметров: ширины междурядья ВМ, скорости схода зерновки vсх. и ряда конструктивных параметров: радиуса кривизны нижнего конца семятукопровода R и угла схода сх..
В третьей главе «Методика проведения экспериментальных исследо ваний» изложена программа и методика экспериментальных исследований, включающие в себя определение:
- дальности полета зерновки – рисунок 6;
- тягового сопротивления посевной секции при рациональных ее параметрах – рисунок 7;
- угла естественного откоса почвы;
- профиля борозды, образованной после прохода посевной секции;
- равномерности распределения семян по глубине заделки;
- эффективности применения зернотуковой сеялки, оснащенной предложенными посевными секциями при посеве озимой пшеницы на склоне – рисунок 8.
Рисунок 6 - Установка для исследования процесса движения семян зер новых по семятукопроводу и за его пределами Рисунок 7 - Фрагмент испытания Рисунок 8 – Селекционная сеялка опытного образца посевной секции с опытным образцом посевной в почвенном канале секции В четвертой главе «Определение конструктивно-режимных парамет ров посевной секции зернотуковой сеялки» установлено, что объем почвы с ненарушенной структурой зависит от глубины обработки М* и угла ее есте ственного откоса. Экспериментальным путем установлено, что угол естест венного откоса воздушно-сухой почвы равен =42,2 при среднеквадратиче ском отклонении не превышающем 0,683°.
На рисунке 9 показано изменение объема почвы с ненарушенной структурой в зависимости от указанных выше параметров. Откуда видно, что с увеличением глубины обработки объем почвы с ненарушенной структурой уменьшается, а с увеличением угла естественного откоса почвы - растет. Так, при глубине обработки равной 0,03 м, глубине посева 0,07 м объем почвы с ненарушенной структурой равен 20 %, это указывает на существенное со кращение энергозатрат при посеве зерновых предложенным способом.
Рисунок 9 - Изменение объема почвы с ненарушенной структурой в за висимости от глубины обработки М* и угла ее естественного откоса Борозды и щели, образованные поперек склона и заполненные разрых ленной почвой, выполняют функцию накопителя воды, что позволяет сокра тить ее сток, смыв почвы и удобрений. Потенциальный объем накопления воды в борозде уменьшается как при увеличении угла склона поля, так и при росте угла естественного откоса почвы (рисунок 10). Объем накопления воды в бороздах на 1 га при угле склона поля 4 достигает 200 т.
Рисунок 10 - Изменение потенциального объема накопления воды в борозде V от угла склона поля скл. и естественного откоса почвы Основными конструктивно-технологическими параметрами посевной секции являются: расстояние между лапой и посевным ложем h0, ширина от крытой части семятукопровода хтук., угол схода зерновки с нижнего конца семятукопровода сх., высота семятукопровода Нтук. (рисунок 5), ширина ла пы Шлап.изг. в месте ее верхнего изгиба, ширина лапы Шлап., длина носка стрельчатой лапы ML, длина лобовой части лапы LC (рисунок 4).
Для обеспечения заданной ширины междурядья ВМ необходимо вы брать соответствующие параметры стрельчатой лапы, которые позволят зер новке после ее схода с нижнего конца семятукопровода попасть в углы бо розды при нижнем основании. Для этого следует определить скорость vсх. и угол схода сх. зерновки с нижнего конца семятукопровода, а также расстоя ние между лапой и посевным ложем h0.
Исследования показали, что длина гофрированного участка lг.у., угол его наклона г.у., величина вертикальной части семятукопровода hтук. оказы вают существенное влияние на скорость движения зерновки по семятукопро воду.
Скорость входа зерновки в зону II семятукопровода v02 в диапазоне из менения длин гофрированного участка lг.у от 0,2 до 1 м и углов наклона г.у. в интервале 40-80 изменяется в пределах 3,34-5,27 м/с. Величина скорости входа зерновки в зону II семятукопровода v02 при длине гофрированного уча стка семятукопровода lг.у.=0,6 м и угле его наклона г.у=60 равна 4,2 м/с.
Скорость схода зерновки с нижнего конца семятукопровода vсх зависит от скорости входа во II зону v02 и угла схода сх..
По зависимости (11) построили графики изменения половины ширины междурядья от расстояния между лапой и посевным ложем при различных углах схода сх. зерновки (рисунок 11).
1 – сх. = 25° ;
2 – сх. = 20° ;
3 – сх. = 15° ;
4 – сх. = 10° ;
5 – сх. = 5° ;
6 - половина ширины междурядья (ВМ/2=0,075 м) Рисунок 11 - Изменение половины ширины междурядья от расстояния между лапой и посевным ложем при различных углах схода зерновки (длина гофрированного участка 0,6 м и угол его наклона 60) Откуда видно, что при изменении угла схода зерновки от 5 до 20 при ширине междурядья равном 0,15 м расстояние между лапой и посевным ло жем изменяется от 0,033 до 0,053 м, т.е. требуемую ширину междурядья можно обеспечить при различных углах схода зерновки.
Угол схода сх. зерновки зависит от ширины открытой части семятуко провода xтук.. Ширину открытой части семятукопровода равной 0,004 м при няли исходя из геометрических размеров зерен пшеницы, чтобы исключить вертикальную траекторию движения части семян после их выхода из семяту копровода, это нарушило бы рядовой посев с заданной шириной междурядья.
Зная ширину открытой части семятукопровода хтук.=0,004 м определим угол схода семян, для этого возможно воспользоваться графиком изменения этой величины от угла схода (рисунок 12). Откуда видно, что при ширине откры той части семятукопровода хтук.=0,004 угол схода равен сх.=10.
Рисунок 12 – Изменение ширины открытой части семятукопровода хтук.
от угла схода зерновки сх.
Следовательно, для принятых: длины гофрированного участка 0,6 м, его угла наклона 60, при угле схода равном 10 и ширине междурядья 0,15 м расстояние между лапой и посевным ложем равно 0,04 м (рисунок 11).
Рисунок 13 – Зависимость ширины лапы Шлап.изг. в месте ее верхнего изгиба от расстояния между лапой и посевным ложем h0 (Вм=0,15 м, =42,2) Откуда видно, что ширина лапы в месте ее верхнего изгиба (рисунок 13) при h0=0,04 м равна Шлап.изг.=0,245 м.
Приведенные конструктивно-технологические параметры получены расчетным путем по зависимостям, представленным во второй главе. С це лью подтверждения их адекватности фактическим значениям для указанных условий проведены экспериментальные исследования дальности полета зер новки после ее схода с нижнего конца семятукопровода при различных углах схода и расстояниях до посевного ложа (рисунок 14).
Расчетные значения дальности полета зерновки находили по зависимо сти, которая получена в результате преобразования формулы (11):
2vсх. cos сх. vсх. cos2 сх. tg 2 сх. + 2 g (h0 R cos сх. ) vсх. cos сх. tg сх.
, (12) l= 2g 1, 3, 5 – расчетные кривые соответственно при сх. равном: 20;
10;
0;
2, 4, 6 - экспериментальные кривые, соответствующие тем же углам схода Рисунок 14 – Зависимость дальности полета зерновки l после ее схода с семятукопровода от расстояния между лапой и посевным ложем h Установлено, что среднее отклонение экспериментальных значений дальности полета зерновки от расчетных при длине гофрированного участка lг.у.=0,6 м и угле его наклона г.у.=60 в диапазоне углов схода 0-20 колеблет ся в интервале 1,69-3,3 %. Это позволяет судить об адекватности полученной аналитической зависимости дальности полета зерновки экспериментальным данным.
Поскольку дальность полета зерновки является одним из основопола гающих параметров, оказывающих влияние на технологические и конструк тивные параметры комбинированного сошника, есть основание утверждать, что полученные расчетным путем значения (для принятых: длины гофриро ванного участка - lг.у.=0,6 м;
угла его наклона - г.у.=60;
длины вертикальной части семятукопровода - hтук.=0,5 м;
радиуса кривизны его нижнего конца – R=0,025 м;
угла атаки стрельчатой лапы лап.=20 и угла ее раствора лап.=90;
величины перекрытия смежных проходов - =0,0425 м) равны:
- расстояние между лапой и посевным ложем - h0 =0,04 м;
- ширина открытой части семятукопровода - хтук.=0,004 м;
- угол схода семян с нижнего конца семятукопровода - сх.=10;
- ширина лапы в месте ее верхнего изгиба - Шлап.изг.=0,245 м;
- ширина лапы - Шлап.=0,33 м;
- длина лобовой части стрельчатой лапы – LC=0,112 м;
- длина носка стрельчатой лапы – ML=0,075 м.
На основании анализа технической литературы диаметр катков ограничителей выбрали равным 0,42 м, а угол между направлением движе ния посевной секции и их осью симметрии - равным 10. Расстояние между катками-ограничителями, а также расстояние от носка стрельчатой лапы до оси катков определяли экспериментальным путем. При определении их па раметров в качестве критерия приняли глубину борозды, образованную по севной секцией. Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Средние значения глубин борозд после прохода посевной секции Расстояние от носка стрельчатой лапы до оси катков-ограничителей, м Расстояние между катка ми-ограничителями, м 0,42 0,45 0, а а а 0,32 0,017 13,7 0,025 11,5 0,033 15, 0,38 0,023 14,8 0,031 16,2 0,037 13, 0,44 0,036 13,9 0,042 12,5 0,045 18, Из таблицы 1 следует, что при постоянном расстоянии катков ограничителей от носка стрельчатой лапы удаление их относительно друг друга ведет к увеличению глубины борозды. Так, при расстоянии между нос ком лапы и осью катков равном 0,42 м увеличение расстояния между катка ми-ограничителями от 0,32 до 0,44 м ведет к росту глубины борозды от 0, до 0,036 м. Аналогичное изменение глубины борозды наблюдается и при увеличении расстояния от носка стрельчатой лапы до оси катков ограничителей, их удаление от 0,42 до 0,48 м также приводит к двукратному увеличению борозды, т.е. от 0,017 до 0,033 м.
В соответствии с ГОСТ 26711-89 «Сеялки тракторные. Общие техниче ские требования» высота гребней и глубина борозд не должна превышать 0,020 м. Поэтому мы выбрали оптимальный вариант размещения катков ограничителей, характеризующийся параметрами – расстояние от носка стрельчатой лапы до оси катков-ограничителей равное 0,42 м и удаление их друг от друга равное 0,32 м. Глубина борозды после прохода посевной сек ции в полевых условиях по фону - стерня козлятника колеблется в пределах 0,013-0,017 при среднем значении 0,015 и коэффициенте вариации 9,3.
Оценка равномерности глубины заделки семян посевной секцией зер нотуковой сеялки показала, что с увеличением скорости движения агрегата от 1,75 до 2,33 м/с отклонение от заданной глубины посева 0,07 м не превы шает ±0,005 м при среднеквадратическом отклонении 0,0022 м.
Экспериментальным путем установлено, что при скорости движения равной 2,33 м/с тяговое сопротивление секции при ширине захвата 0,33 м не превышает 1 кН.
Сравнительная оценка густоты стояния всходов озимой пшеницы при посеве двухдисковыми сошниками и разработанной посевной секцией суще ственных различий не выявила, что указывает на возможность и целесооб разность внедрения в производство предложенного способа и устройства для его осуществления.
Результаты полевого опыта показали, что урожайность при использо вании предложенной посевной секции на склоновых землях (склон 2-3) по зволяет получить прибавку урожая озимой пшеницы до 2,2 ц/га.
В пятой главе «Эффективность применения разработанного способа посева зерновых культур на склоновых почвах» установлено, что примене ние предлагаемого способа посева зерновых и устройства для его осуществ ления в сравнении с традиционной технологией позволяет снизить приведен ные затраты на 1 542 руб./га и повысить урожайность на 2,2 ц/га. Годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований при исполь зовании одного агрегата составит 1,77 млн. руб.
Общие выводы Предложен способ посева зерновых культур на склонах (патент 1.
России № 2 350 064), позволяющий снизить энергетические затраты на обра зование посевного ложа за счет сокращения объема почвы с нарушенной структурой, а также посевная секция зернотуковой сеялки (патент России № 2 415 539), реализующая предложенный способ и включающая стойку, дисковый нож, комбинированный сошник на базе стрельчатой лапы, катки ограничители и прикатывающий каток.
Разработаны аналитические модели:
2.
- взаимодействия конструктивных элементов комбинированного сош ника посевной секции зернотуковой сеялки с почвой, позволяющая опреде лить расстояние между лапой и посевным ложем, ее ширину в месте верхне го изгиба, конструктивную ширину с учетом перекрытия смежных проходов в зависимости от ширины междурядья, глубины посева, угла естественного откоса почвы;
- движения зерна по семятукопроводу и за его пределами в подлаповом пространстве, учитывающая длину и угол наклона гофрированного участка, радиус кривизны и ширину открытого участка нижнего конца семятукопро вода, позволяющая определить скорость движения зерновки на каждом уча стке семятукопровода и дальность ее полета до контакта с посевным ложем.
3. Установлено, что с увеличением глубины посева объем почвы с на рушенной структурой уменьшается, а с увеличением угла естественного от коса - возрастает. При глубине посева 0,07 м и среднем угле естественного откоса 42,2 объем почвы с ненарушенной структурой равен 20%. Потенци альный объем накопления воды в борозде уменьшается как при увеличении угла склона поля, так и при росте угла естественного откоса почвы. На одном гектаре при угле склона 4 потенциальный объем накопления воды в борозде достигает 200 т.
4. Выявлено, что расстояние между стрельчатой лапой и посевным ложем зависит от ширины междурядья, длины и угла наклона гофрированно го участка семятукопровода, радиуса кривизны и угла схода зерновки с его нижнего конца. В диапазоне длин гофрированного участка 0,20,8 м, углов его наклона 4080, углов схода зерновки 520, радиусе кривизны нижнего конца семятукопровода 0,025 м, ширине междурядья 0,15 м расстояние меж ду лапой и посевным ложем колеблется в интервале от 0,033 до 0,053 м.
5. Для принятой (на основании анализа геометрических размеров зер на пшеницы) ширины открытой части нижнего конца семятукопровода, рав ной 0,004 м, угол схода зерновки равен 10. При длине гофрированного уча стка 0,6 м, угле его наклона 60, вертикальной части семятукопровода 0,5 м, ширине открытой части его нижнего конца 0,004 м расстояние между лапой и посевным ложем равно 0,04 м, ширина лапы в месте ее верхнего изгиба 0,245 м.
6. Экспериментальными исследованиями установлено, что минималь ная глубина борозды после прохода посевной секции 0,017 м достигается при расстоянии от носка стрельчатой лапы до оси катков-ограничителей равном 0,42 м и удалении их друг от друга на 0,32 м.
7. Сравнительная оценка густоты стояния всходов озимой пшеницы при посеве двухдисковыми сошниками и разработанной посевной секцией на склоне 2-3 существенных различий не выявила. Урожайность на опытных делянках, где посев осуществляли разработанной посевной секцией, выше на 2,2 ц/га, чем на делянках, засеянных двухдисковыми сошниками. Проведен ная технико-экономическая оценка показала, что предложенный способ по сева зерновых на склоновых почвах при использовании одного агрегата по зволяет экономить в год 1,77 млн. рублей.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ 1. Мерецкий С.В. Противоэрозионная сеялка [Текст] / С.В. Мерецкий // Сельский механизатор. – 2010 г. – № 4. – С. 7.
2. Мерецкий С.В. Способ посева зерновых на склонах [Текст] / С.В. Мерецкий, А.Н. Скурятин, Н.Ф. Скурятин // Техника в сельском хозяй стве. – 2010 г. – № 2. – С. 49-50.
3. Скурятин Н.Ф. Посевная секция зернотуковой сеялки [Текст] / Н.Ф. Скурятин, С.В. Мерецкий, А.В. Бондарев // Достижения науки и техни ки АПК. – 2008 г. – № 9. – С. 48-50.
Изобретения и полезные модели 4. Патент № 2 350 064 России. Способ посева зерновых культур с вне сением минеральных удобрений и устройство для его осуществления. [Текст] / Н.Ф. Скурятин, С.В. Мерецкий, А.Н. Скурятин (Россия). По заявке № 2007135158/12 от 21.09.2007 г. Опубл. 27.03.2009, Бюл. № 9.
5. Патент № 2 415 539 России. Посевная секция. [Текст] / Н.Ф. Скуря тин, С.В. Мерецкий, А.С. Новицкий, А.Н. Скурятин (Россия). По заявке № 2009143463/21 от 24.11.2009 г. Опубл. 10.04.2011, Бюл. № 10.
6. Патент № 2 384 039 России. Посевная секция зернотуковой сеялки.
[Текст] / А.Н. Скурятин, Н.Ф. Скурятин, А.П. Плешков, С.В. Мерецкий (Россия). По заявке № 2008130341/12 от 22.07.2008 г. Опубл. 20.03.2010, Бюл. № 8.
7. Патент № 2 415 543 России. Посевная секция зернотуковой сеялки.
[Текст] / Н.Ф. Скурятин, С.В. Мерецкий, А.С. Новицкий, С.В. Еремин, А.Н. Скурятин (Россия). По заявке № 2009143461/21 от 24.11.2009 г. Опубл.
10.04.2011, Бюл. № 10.
8. Патент № 2 405 296 России. Способ распределения удобрений од новременно с посевом и устройство для его осуществления. [Текст] / Н.Ф. Скурятин, А.Н. Скурятин, С.В. Мерецкий, О.В. Кувардин, А.С. Новиц кий (Россия). По заявке № 2009121372/05 от 04.06.2009 г. Опубл. 10.12.2010, Бюл. № 34.
Статьи в сборниках научных трудов и в отраслевых журналах 9. Мерецкий С.В. Способ посева зерновых на склоновых почвах [Текст] / С.В. Мерецкий, Н.Ф. Скурятин // Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения / Материалы XII ме ждународной научно-производственной конференции. – Белгород, 2008. – Издательство Белгородской ГСХА. – 422 с. - С. 242.
10. Мерецкий С.В. Противоэрозионный способ посева зерновых на склоновых почвах [Текст] / С.В. Мерецкий, Н.Ф. Скурятин // V-й Междуна родный форум молодежи «Молодежь и сельскохозяйственная техника в XXI веке». Сборник материалов форума. – Харьков: ХНТУСХ, 2009. - 230 с. - С.
22, 11. Скурятин Н.Ф. Энергосбережение при возделывании зерновых культур на склонах [Текст] / Н.Ф. Скурятин, С.В. Мерецкий // Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их реше ния / Материалы XIV международной научно-производственной конферен ции 17-20 мая 2010 г. – Белгород, 2010. – Издательство Белгородской ГСХА.
– 365 с. - С. 196.
12. Скурятин Н.Ф. Рациональный способ посева зерновых на эродиро ванных почвах [Текст] / Н.Ф. Скурятин, С.В. Мерецкий // Аграрная наука – сельскому хозяйству: сборник статей: в 3 кн. / VI Международная научно практическая конференция (3-4 февраля 2011 г.). Барнаул: Изд-во АГАУ, 2011. Кн. 2. 602 с. - С. 459-463.
Подписано в печать 03.02.2012.
Гарнитура Times. Усл. п.л. 1. Тираж 115 экз.
ООО «Оскольская типография»
309514, Белгородская обл., г. Старый Оскол, ул. Калинина, 2а.