CC BY
20
ИЗВЕСТИЯ ОРЕНБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2020 • № 4 (84)
In the regions of the country where it is impossible to prepare fields for sowing in the autumn due to the late end of harvesting, early frosts and high snow cover, in the spring it is necessary to carry out soil cultivation in an extremely short time. At the same time, given the higher productivity of harrowing units, in contrast to arable ones, disking and harrowing are most often used. When processing heavy soils, it becomes necessary to use ballast weights to increase the processing depth and improve soil mixing, which increases the weight of the agricultural implement. To eliminate this drawback, a device is proposed that redistributes the adhesion weight, which makes it possible to change the weight load of the harrow depending on the operational need. The article presents the results of the study of the harrow unit with the installed proposed device of the original design.
Key words: tractor, redistribution, coupling weight, disc harrow, soil, processing quality, efficiency -♦-
УДК 631.53:631.67
Эффективность сеялок с цифровым управлением дифференцированной нормой высева на полях с орошением круговыми дождевальными машинами (Фрегат, Reinke, BAUER, Valley и др.)
В.А. Милюткин1, д-р техн. наук, профессор; В.Э. Буксман2, доктор-инженер;
В.А. Шахов3, д-р техн. наук, профессор; А.В. Калашников4, руководитель отдела;
Дион Ахметх5, аспирант
1 ФГБОУ ВО Самарский ГАУ
2 «AMAZONEN-WERKE», г. Хасберген, Германия; АО «Евротехника», г. Самара, Россия
3 ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
4 ООО «AMAZONE», г. Подольск
5 ФГАОУ ВО РУДН
Для осуществления комплекса ирригационных мероприятий в сельском хозяйстве используют дождевальные машины. При поливе от 10 до 100 га и более наиболее эффективными с точки зрения удельных затрат и эффективности полива признаны дождевальные машины кругового действия. Существенной проблемой при поливе дождевальными машинами кругового действия являются неполивные зоны по углам участка. Проблема решается за счёт компьютерной автоматизации процесса дозирования посевного материала в процессе работы. Учитывая высокую стоимость семян, целесообразно норму высева на неполитых участках снижать, что решает дооборудованная сеялка Primera DMC. При этом модернизируется основной механизм дозирования семян сеялки: механический привод дозирующих катушек от приводного и опорных колёс сеялки с обеспечением одинакового вращения катушек и одинаковых норм высева каждым сошником заменяется на гидромеханический за счёт гидромотора. Он изменяет свои обороты по команде управляющих воздействий бортового компьютера, в который закладывается карта увлажнения с выделением поливных и неполивных зон почвы на поле и алгоритм изменения норм высева в зависимости от наличия влаги в почве. Дальнейшее совершенствование агротехнологий и прежде всего посева сельскохозяйственных культур возможно за счёт дифференцированного посева с цифровизацией процесса управления нормой высева и распределения семян с оснащением сеялок специальным оборудованием, в частности сервоприводом высевающих аппаратов и системой автоматического регулирования высевающих аппаратов сеялки. Это обеспечит снижение затрат на семена при обеспеченной высокой урожайности с созданием благоприятных условий при производстве сельхозпродукции с получением дополнительной прибыли.
Ключевые слова: орошение, посев, норма высева, дифференцированность, сеялка, эффективность.
Значительные территории сельхозугодий Российской Федерации располагаются в зонах недостаточного увлажнения, что значительно снижает урожайность и валовые сборы сельхозкультур. К тому же эксперты прогнозируют в ближайшем будущем глобальное потепление, что также потребует расширения мелиорируемых искусственным орошением земель. По статистике, почти половину всей сельскохозяйственной продукции собирают с орошаемых земель, так как орошение снижает температуру приземного слоя, увеличивает его влажность и улучшает снабжение корней растений влагой. В России площадь орошаемых земель составляет не более
10 %, в аграрно развитых странах эта цифра значительно выше.
Материал, методы и результаты исследования. Для осуществления комплекса ирригационных мероприятий в сельском хозяйстве используют дождевальные машины, которые предназначены для полива зерновых, кормовых, технических и овощных культур. В промышленных масштабах при поливе от 10 до 100 га и более наиболее эффективными с точки зрения удельных затрат и эффективности полива признаны во всём мире дождевальные машины кругового действия (рис. 1). Оросительную технику следует применять для проведения
влагозарядковых, предпосевных, вегетационных, освежительных, посадочных, противозаморозко-вых поливов, а также для внесения минеральных удобрений и микроэлементов с поливной водой. Специальные дождеватели (спринклеры) свисают к земле на гибких шлангах по всей длине трубопровода. Сам трубопровод закреплён на нескольких самоходных (колёсных) тележках, приводимых в движение.
Технология полива дождевальной машины кругового действия обеспечивает полив главным образом по кругу (рис. 1 Б), а в сложных ситуациях и половины круга, % и % части круга (рис. 2)
Существенной проблемой при поливе дождевальными машинами кругового действия явля-
ются неполивные зоны по углам участка, хотя фирмы и поставляют для этого дополнительное оборудование, однако в производстве этот недостаток (неполивные участки) существует. На неполивных зонах в углах орошаемых участков из-за недостатка влаги полевые культуры развиваются неинтенсивно, со снижением урожайности и сбора продукции, и это естественно. Расчёт урожайности по влагообеспеченности посевов равен:
100-ЕГ
У дву _ ~ '
где Удву - урожай абсолютно сухой биомассы, ц/га;
Ж - продуктивная влага, мм; К - коэффициент водопотребления, мм га/ц.
Рис. 1 - Общий вид дождевальной машины кругового действия (А) для орошения по кругу (Б)
©
Рис. 3 - Сеялка PRIMERA DMC
Величина урожайности по влагообеспеченно-сти рассчитывается по среднемесячному содержанию влаги в слое 0 - 100 см, что существенно влияет на вегетацию культуры. В целом норма высева зависит от цели возделывания культуры (на зерно, силос, зелёный корм и др.), плодородия почвы, условий увлажнения, способов посева. В засушливых условиях, к которым относятся неполивные зоны, норму высева культур уменьшают, в зонах достаточного увлажнения почвы на орошаемых участках - увеличивают на 10 - 15 %.
Решение данной проблемы применительно к технологии возделывания сельхозкультур обеспечивается созданием и поставкой по заявке специального оборудования - широко распространённой в АПК России сеялки Primera DMC (АО «Евротехника», компания «AMAZONEN-Werke») (рис. 3) для работы в системе GPS для дифференцированной нормы высева. Модернизация сеялок Primera DMC посредством специального оборудования для дифференцированного посева сельскохозяйственных культур главным образом решает эффективное управление посевом в зависимости от плодородия почвы с разной нормой высева [1], так как поле, как правило, имеет неравномерное, причём значительное, изменение плодородия, влияющего на урожайность сельхозкультур. Эту проблему решает точное земледелие, исследованию эффективности которого посвящено много научных работ, в том числе и учёных Самарского ГАУ [1 - 12].
Принцип
функционирования
Аналогичная ситуация характерна и для участков поля с различным увлажнением при искусственном орошении круговыми дождевальными машинами. Как и в предыдущем случае, проблема решается за счёт компьютерной автоматизации процесса дозирования посевного материала в процессе работы. Многочисленными научно-производственными данными доказывается, что при высоком плодородии почв целесообразно увеличивать норму высева сельхозкультур для повышения урожайности и качества продукции, а при низком плодородии почв - уменьшать по сравнению с оптимальными рекомендуемыми зональными нормами. Также при неравномерной влагообеспеченности доказано, что при недостатке влаги в период вегетации посевы с повышенной нормой развиваются гораздо менее интенсивно по сравнению с посевами при достаточном почвенном увлажнении. Учитывая высокую стоимость семян, например сои, целесообразно норму высева на неполитых участках снижать, что и решает дооборудованная сеялка Primera DMC. При этом модернизируется основной механизм дозирования семян сеялки, т.е. механический привод дозирующих катушек от приводного и опорных колёс сеялки с обеспечением одинакового вращения катушек (рис. 4) и одинаковых норм высева каждым сошником заменяется на гидромеханический за счёт гидромотора, меняющего свои обороты по команде управляющих
Раздаточный бункер на С-вариантах Primera DMC
Распределительная Распределительная головка головка
Турбина
Посевной материал Удобрения Сжатый воздух
Долотовидный сошник Рамочный каток
Рис. 4 - Схема распределения технологического материала
Система дозирования с инжектором
воздействий бортового компьютера, в который закладывается карта увлажнения - с выделением поливных и неполивных зон почвы на поле и алгоритм изменения норм высева, в зависимости от наличия влаги в почве.
Таким образом, привод катушек распределения семян осуществляется сервоприводом дозирования и КОВШ-регулировкой (рис. 4),
который устанавливается по заявке на сеялки Primera DMC Amazone с шириной захвата от 3 до 12 м: DMC-3000/-C, 6000 - 2/2C, 9000 - 2/2C, 9001 - 2, 12001 - 2C (рис. 5). В Самарской области в агропредприятии КФХ Е.П. Цирулев значительная площадь сельхозугодий орошается дождевальными машинами кругового действия, особенно при возделывании сои. Проведёнными
Рис. 5 - Сервопривод дозирования и ISOBUS-регулировка Primera DMC
1. Расчёт экономической эффективности дифференцированного посева с изменяющимися нормами высева на поливных и неполивных зонах поля при орошении дождевальными машинами кругового действия
Показатель Вариант
данные 18 - 10 18 - 12
Площадь поля, га S 68,7 72
Длина гона, м D 828,9 848,5
Радиус орошаемого участка, м R 414,4 424,3
Площадь орошаемого круга, га S круга 53,9 56,5
Площадь неорошаемого участка, га S неорош. зоны 14,8 15,5
Площадь неорошаемая, % S неорош. зоны 21,5 % 21,5 %
Экономия семян при дифф. посеве
Норма высева на орошении, кг/га 160
Норма высева на богаре, кг/га 120
Расход семян без дифф. посева, кг 10 992 11 520
Расход семян на орошаемом участке, кг 8 629 9 043
Расход семян на богаре, кг 1 772 1 858
Расход семян при дифф. посеве, кг 10 401 10 901
Экономия семян, кг 591 619
Экономия семян, % 5,4 % 5,4 %
Цена семян сои, руб/кг 40
Экономия затрат на семена, руб. 23 633 24 768
Экономия затрат на семена, руб/га 344 344
Экономия затрат на семена за сезон (1000 га), руб. 1000 344 000 344 000
Стоимость оборудования стандартной сеялки ДМС 9000, € 140 800
Стоимость оборудования стандартной сеялки ДМС 9000 с системой ¡БОВиБ, € 144 440
Цена стандартной сеялки ДМС 9000, руб. 9 856 000
Цена сеялки ДМС 9000 КОВШ, руб. 10 110 800
Разница в цене, руб. 254 800
Окупаемость разницы в цене, год 0,7 года
расчётами в соответствии с опытом возделывания сои на орошении и значительным снижением урожайности в неполивных зонах дооборудованной сеялкой PRIMERA DMC рекомендуется уменьшать норму высева (табл. 1), что обеспечит сокращение затрат на семена и общую экономическую эффективность.
Таким образом, переоборудование сеялки PRIMERA ДМС 9000 системой ISOBUS для дифференцированного посева на орошаемой зоне поля при использовании круговых дождевальных машин и технологически - неорошаемых - с зональной экономически обоснованной уменьшенной нормой посева позволит сократить затраты на семена и достаточно быстро (0,7 года) окупить дополнительные расходы на переоборудование сеялки для дифференцированного посева. Также переоборудованную сеялку PRIMERA DMC при высоких технологиях в агропредприятиях целесообразно эффективно использовать при дифференцированном посеве на полях с неоднородным плодородием почвы при точном, прецизионном земледелии.
Выводы. Дальнейшее совершенствование агротехнологий и прежде всего посева сельскохозяйственных культур возможно за счёт дифференцированного посева с цифровизацией процесса управления нормой высева и распределения семян с оснащением сеялок специальным оборудованием, в частности сервоприводом высевающих аппаратов и системой автоматического регулирования высевающих аппаратов сеялки. Это обеспечит снижение затрат на семена при обеспеченной высокой урожайности с созданием благоприятных условий при производстве сельхозпродукции с получением дополнительной прибыли.
Литература
1. Евстропов А.С., Артамонов В.А. Система управления производством сельскохозяйственной продукции продукции на основе информационно-инновационных технологий. Рязань: ГНУ ВНИИМС, 2009. 196 с.
2. Милюткин В.А., Буксман В.Э., Канаев М.А. Высокоэффективная техника для энерго-, влаго-, ресурсосберегающих мировых технологий Mini-Till, No-Till в системе точного земледелия России. Монография. Кинель: РИО Самарской ГСХА, 2018. 182 с.
3. Милюткин В.А.Эффективная политика аграрных машиностроительных фирм в развитии интеллектуальных технологий в земледелии (на примере совместной деятельности компании «Аmazonen-Werke» (Германия) в России - АО «Евротехника» (Самара) // Агрофорсайт. 2017. № 2. С. 1- 5.
4. Милюткин В.А., Толпекин С.А., Орлов В.В. Энерго-ресурсо-влагосберегающие технологии в земледелии и рекомендуемые комплексы машин// Стратегические ориентиры инновационного развития АПК в современных экономических условиях: матер. междунар. науч.-технич. конф. Волгоград, 2016. С. 232 - 236.
5. Милюткин В.А., Толпекин С.А., Буксман В.Э. Приоритетные конструктивные и технологические особенности опрыскивателей для защиты растений при техперевооружении агропредприятий АПК // Нива Поволжья. 2018. № 1 (46). С. 97 - 102.
6. Милюткин В.А., Буксман В.Э. Внутрипочвенное внесение удобрений агрегатом XTENDER с культиватором CENIUS при высокоэффективном влагонакоплении // Аграрная наука сельскому хозяйству: в 3-х кн. Барнаул: Алтайский государственный аграрный университет, 2017. С. 41 - 43.
7. Милюткин В.А., Буксман В.Э. Повышение эффективности опрыскивателей для внесения жидких минеральных удобрений // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 1(69). С. 119 - 122.
8. Формирование рационального состава наиболее эффективных разбрасывателей минеральных удобрений для агропредприятий / В.А. Милюткин, М.А. Канаев, В.Э. Буксман [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета.
2017. № 6 (68). С. 111 - 114.
9. Сеялка PRIMERA DMC с цифровым управлением нормы высева при дифференцированном посеве в зависимости от плодородия почвы / В.А. Милюткин, М.А. Канаев, А.В. Калашников [и др.] // Цифровая трансформация сельского хозяйства: проблемы и перспективы: матер. Всерос. науч.-практич. конф. Чебоксары, 2020. С. 50 - 57.
10. Милюткин В.А., Калашников А.В., Аметх Д. Разбрасыватели минеральных удобрений с использованием интеллектуальных цифровых технологий // Ресурсосберегающие технологии и технические средства для производства продукции растениеводства и животноводства: сб. ст. V Междунар. науч.-практич. конф. Пенза, 2020. С. 98 - 102.
11. Милюткин В.А., Калашников А.В., Диоп А. Техническое обеспечение агрохимической обработки посевов с цифровизацией опрыскивателей - дальнейшее развитие ресурсосберегающих, адаптивных и экологически безопасных технологий в земледелии // Ресурсосберегающие технологии и технические средства для производства продукции растениеводства и животноводства: сб. ст. V Междунар. науч.-практич. конф. Пенза, 2020. С. 102 - 107.
12. Милюткин В.А., Буксман В.Э. Интеллектуальный опрыскиватель нового поколения // Техника и оборудование для села.
2018. № 7. С. 10 - 12.
Милюткин Владимир Александрович, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО «Самарский государственный аграрный университет» Россия, 446442, Самарская область, г. Кинель, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2 E-mail: oiapp@mail.ru
Буксман Виктор Эммануилович, доктор-инженер, почётный профессор КубГАУ Компания «<AMAZONEN-WERKE»; АО «<Евротехника»
Amazone-Werke H. Dreyer GMBH&CO.KG.: Гзрмания, AM AMAZONENWERK 9-3, 49205, Hasbergen Россия, 443044, г. Самара, ул. Магистральная, 80 г E-mail: Dr. ViktorBuxman@amazone.de
Шахов Владимир Александрович, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет» Россия, 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев,18 E-mail: shahov-v@yandex.ru
Калашников Алексей Викторович, руководитель направления IT-Farming ООО «Amazone»
Россия, 142100, Московская область, г. Подольск, ул. Комсомольская, 1 E-mail: Alexey.Kalashnikov@amazone.ru
Дион Ахметх, аспирант
ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов» Россия, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6
Efficiency of VFD digitally controlled seeders on pivot-irrigated fields (Frigate, Reinke, BAUER, Valley, etc.)
Milyutkin Vladimir Aleksandrovich, Doctor of Technical Sciences, Professor Samara State Agrarian University
Educational St., p.g. t. Ust-Kinelsky, Kinel, 2, Samara region, 446442, Russia E-mail: oiapp@mail.ru
Buksman Viktor Emmanuilovich, Doctor-Engineer, Honorary Professor of KubSAU "AMAZONEN-WERKE' Company; JSC «<Eurotechnica»
Amazone-Werke H. Dreyer GMBH & CO.KG: Germany, AM AMAZONENWERK 9-3, 49205, Hasbergen 80G, Magistralnaya St., Samara, 443044, Russia, E-mail: Dr. ViktorBuxman@amazone.de
Shakhov Vladimir Alexandrovich, Doctor of Technical Sciences, Professor Orenburg State Agrarian University 18, Chelyuskintsev St., Orenburg, 460014, Russia E-mail: shahov-v@yandex.ru
Kalashnikov Alexey Viktorovich, Head of IT-Farming LLC «Amazone»
1, Komsomolskaya St., Podolsk, Moscow region, 142100, Russia
E-mail: Alexey.Kalashnikov@amazone.ru
Dion Akhmetkh, postgraduate
Peoples' Friendship University of Russia
6, Miklukho-Maclay St., Moscow, 117198, Russia
For the implementation of a complex of irrigation measures in agriculture, sprinklers are used. When irrigating from 10 to 100 hectares or more, pivot sprinklers are recognized as the most efficient in terms of unit costs and efficiency of irrigation. A significant problem when irrigating with circular sprinklers is non-irrigated areas at the corners of the plot. The problem is solved by computer automation of the seed metering process during operation. Considering the high cost of seeds, it is advisable to reduce the seeding rate in non-irrigated areas, which is decided by the retrofitted Primera DMC seeder. At the same time, the main mechanism for metering seeds of the seeder is modernized: the mechanical drive of the metering rollers from the drive and support wheels of the seeder, ensuring the same rotation of the coils and the same seeding rates by each opener, is replaced by a hydromechanical drive due to the hydraulic motor. It changes its speed at the command of the control actions of the on-board computer, in which a moisture map is laid out with the allocation of irrigated and non-irrigated soil zones in the field and an algorithm for changing seeding rates depending on the presence of moisture in the soil. Further improvement of agricultural technologies and, first of all, sowing of agricultural crops is possible due to differentiated sowing with digitalization of the seeding rate control and seed distribution process with equipping seeders with special equipment, in particular, a servo drive of the seeding units and an automatic control system for the seeding units of the seeder. This will ensure a reduction in the cost of seeds with a high yield provided with the creation of favorable conditions for the production of agricultural products with additional profit.
Key words: irrigation, seeding, seeding rate, differentiated, seeder, efficiency.
-♦-
УДК 621.762:669.2
Модельный процесс залечивания пор при одновременном прессовании и электроспекании порошковых изделий сельскохозяйственного назначения
Т.В. Рожкова, канд. техн. наук
ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья
Цель исследования - рассмотреть моделирование процесса залечивания пор при электроконтактном спекании порошковых изделий сельскохозяйственного назначения. Задачей исследования является изучение влияния диффузионных процессов на интенсивность залечивания пор. Исследованию подлежали спечённые электроконтактным спеканием порошковые образцы, содержащие медь и карбид кремния (или карбид вольфрама, или нитрид бора). Диаметры заготовок составляли 20,5; 13,7 и 5,7 мм, длина до прессования и спекания 25 мм. Рассмотрен в сравнительном аспекте процесс залечивания пор путём печного и электро-
