CC BY
51
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.331: 635.61
МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ СОШНИКА ДЛЯ РАЗНОГЛУБИННОЙ ЗАДЕЛКИ СЕМЯН ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР
М.Н. Шапров, доктор технических наук, профессор И.С. Мартынов, кандидат технических наук, доцент
Волгоградский государственный аграрный университет
В статье рассмотрены условия, необходимые для прорастания семян пропашных культур, и проблемы, которые могут возникнуть при их посеве. Предложена технология и средства механизации, позволяющие получить устойчивые всходы и гарантированные урожаи в почвенно-климатических условиях с резко континентальным климатом, а также приведена теория процесса взаимодействия сошника с почвой.
Ключевые слова: способ посева, заделка семян, разноглубинный посев, сошник, высевающий аппарат, пропашные культуры.
Известно, что успешное прорастание семян пропашных культур после посева может быть при температуре почвы не менее 8-12 °С. Почва достигает такой температуры в первую декаду мая. Но при этом верхний слой почвы на глубину 2-3 см сильно иссушается и влажность в нем не превышает 8-9 %. Естественно, заделка семян пропашных культур в этом случае должна проводиться на большую глубину, а это, безусловно, снижает всхожесть, ухудшает развитие растений и, как следствие, приводит к неравномерности появления всходов, снижению урожайности. Также урожайность пропашных культур во многом зависит от природно-климатических условий, которые в разные годы в Нижнем Поволжье могут очень сильно колебаться. Для весны в Нижнем Поволжье характерны песчаные бури, а в середине мая могут быть заморозки, поэтому возникает необходимость в проведении подсева после гибели части всходов [3].
Поэтому с целью исключения дополнительных затрат и обеспечения наилучшего сочетания «температура - влажность», разработана технология разноглубинного посева семян, а для ее проведения сконструирована посевная секция, состоящая из корпуса с семенным ящиком, ленточного высевающего аппарата, вставки с семяпроводами, сошника, загортачей, прикатывающего колеса, шлейфа и соединенная с рамой посредством четырехзвенной шарнирно-рычажной системы [1, 3].
Посев осуществляется пунктирно-гнездовым способом, причем заделка в гнезде производится на разную глубину: 4, 6 и 8 см. При таком способе семена располагаются в почве вытянутыми вдоль оси рядка гнездами длиной 0,25-0,35 м. Количество семян в гнезде 3 штуки. Это позволяет обеспечить хотя бы для одного семени оптимальные условия для развития растения.
Для проверки данной технологии были проведены опыты в лабораторных условиях, которые показали, что использование сошника с наральниками, имеющими клинообразное соединение их с центральными щеками, способствовало забиванию его почвой, повышению сопротивления и получению неравномерной глубины заделки семян.
С целью устранения вышеперечисленных недостатков проведено усовершенствование конструкции сошника (рис. 1), состоящего из щек 1, 2, 3, 4, между которыми размещены наральники 5, 6, 7, причем левый и правый наральники 5, 7 выполнены со скосом в сторону центрального наральника 6, расположены на разной высоте по сравнению с нижним срезом центрального наральника 6 и закруглены в месте соединения с центральными щеками 2, 3. За наральниками 5, 6, 7 размещены направляющие 8, 9, 10. Щека 2 имеет срез до уровня щеки 1, а щека 3 -до уровня щеки 4 [2].
Рисунок 1 - Схема сошника:
1, 2, 3, 4 - щеки; 5, 6, 7 - наральники; 8, 9, 10 - направляющие
Высоту дополнительных наральников 5, 7 выполняют, соответственно, на два и четыре сантиметра меньше нижнего среза основного наральника 6.
а) б) в)
Рисунок 2 - Схема заделки семян
Заделка семян сошником производится следующим образом. Семена из высевающего аппарата падают в соответствующий семяпровод и далее по направляющим 9, 10, 8 укладываются поочередно за наральниками 6, 7, 5. Семя, поданное в бороздку, образованную наральником 6 (рис. 2а), закрывается влажным слоем почвы, обрушенным наральником 7. По этому слою подается второе семя (рис. 2б), которое таким же образом закрывается наральником 5. Далее подается третье семя (рис. 2в), которое закрывается сначала влажной почвой за счет косого среза сошника, а затем загортачами (рис. 2г). Присыпанный слой почвы уплотняется прикатывающим колесом (рис. 2д), а поверхность поля мульчируется шлейфом (рис. 2е).
Для определения параметров сошника рассмотрим его взаимодействие с почвой.
Сошник в виде клина погружен в почву и движется в ней на постоянной глубине и с постоянной скоростью V. Клин в каждой точке соприкосновения с почвой давит на ее частицы по нормали (рис. 3).
Для обеспечения скользящего перемещения почвы по поверхности щеки сошника максимальное значение угла установки направителя у, должно быть меньше 90 - ф, где ф - угол трения почвы о сталь, который зависит от состояния и типа почв. При условии у > 90 - ф произойдет сгруживание почвы перед сошником.
Рассмотрим частицу почвы т на дневной поверхности, которая соприкасается с точкой А поверхности клина и на которую действуют сила трения Г и сила N = -Рх, где Рх - боковое давление почвы, равное с учетом угла а укладки частиц Рх=
тЪ
2tgа
Рисунок 3 - Перемещение почвы под действием сошника
Учитывая, что РХТ = Pxtgw и Рху = Рх соз^, дифференциальное уравнение движения частицы т имеет вид
d2 х
т-
mg d2 у
——tgщ ; т—= 0
dt2 2tgа 2tgа ’ dt2
После преобразования выражения (1) и интегрирования получим
2 tgа
Отсюда перемещение частицы
2
х = К_
4 tga
После того как частица т достигнет при перемещении точки В клина, она будет двигаться вдоль щек сошника. На нее действуют увлекающая в направлении вектора скорости V сила F1 , равная F1 = Рх tgф, и сила трения F2 соседних частиц
почвы, действующая в противоположную сторону, равная F2 = Рх tgф1, (здесь ф1— угол трения между почвенными частицами), или
F = тК^КФ . р = mg tgфl
1 2 tga ’ 2 2 tga
Уравнение движения частицы по щекам сошника имеет вид (здесь ось х направлена вдоль щек)
т^ = тК^ - (2)
dt2 2 tga 2 tga
После преобразований выражения (2) получим
^х =^Г~ (^Ф - ^1 ^,
2tga
откуда найдем
К =^к— (КФ- КФ1 ) + с1. 2tga
При t = 0 перемещение вдоль щек сошника х = 0. Учитывая, что частица почвы при поступлении на щеку имела скорость вдоль щек
=цщу- соф„-¥)=шщ-ж
0 2 ^ 2 tga
найдем
Кх = -К—^КФ-КФ1)+ К^КФ _^щ)81пщ = -^[(кф-^ )+(^9-. (3) 2tga 2tga 2tga
Отсюда получим
; 2
х = -К— Ькф - КФ1) + (^Ф - ^ф)31п¥\ (4)
4tga
Исключая t из уравнений (3) и (4), найдем
хкККФ - >КФ\) + (>КФ - К'/'^п Щ
К =
х
V
(5)
Как только частица пройдет обрез щек сошника, она начнет падать вниз (рис. 4). На нее будут действовать вес тъ и сила сопротивления среды. Принимая во внимание, что начальная вертикальная скорость падения равна нулю и высота падения незначительна, не будем учитывать сопротивление среды. Тогда уравнение движения частиц записывается следующей системой уравнений
d 2х Л d2y т—- = 0; т—- = тъ. dt2 dt
/У//
б)
Рисунок 4 - Осыпание почвы: а - в борозду; б - по наклонным образующим линии укладки частиц
Решая данные уравнения, получим
откуда найдем
х = Кх0t; у =
или
, = кх_.
-к-
Подставив значение Кх0 = Кх из выражения (5) в уравнение (6), получим
У =
xtga
(^Ф - ) + (^Ф -
Теперь можно найти скорость
V =^ =
У Кх0
(%ф - КФ1) + (%ф - Кщ)з1п Щ Результирующая скорость падения частицы
(6)
(7)
(8)
к = Жхі + к; .
Частицы почвы, удаленные от граничного слоя, сползают по наклонным под углом естественного откоса a.
На частицу действуют вес, составляющая которого тк з1п a (рис. 4б) заставляет частицу перемещаться по наклонной поверхности. Этому движению противодействует сила трения р = тк cosatgф1. Уравнение движения частицы имеет вид
2
d2x „ d2 y m—— = 0; m—^ = mgsrna-mgcosa tgm,. dt2 dt2 1
После преобразований получим
x = vxot, У = 2gt2 cosa(tga - tg^ )= y = gx2 cosa(tga - tgcpx).
2 -Vx0
Теперь можно найти вертикальную составляющую скорости
gx cosa/ \
vy = -------(tga - tg^). (9)
У Vx 0
Таким образом, данная конструкция сошника исключает забивание его почвой, обеспечивает получение равномерной глубины заделки семян, а, следовательно, устойчивых всходов и гарантированных урожаев пропашных культур в почвенно-климатических условиях с резко континентальным климатом.
Библиографический список
1. Секция сеялки для разноглубинного посева семян, преимущественно бахчевых культур [Текст]: пат. 2275783 Российская Федерация, МПК7 А 01 С 7/00, А 01 С 7/20, А 01 В 49/06. / Шапров М.Н., Мартынов И.С., Цепляев А.Н., Абезин В.Г.; заявители и патентообладатели Волгоградская ГСХА. - № 2004133281/12; заявл. 15.11.2004; опубл. 10.05.2006, Бюл. № 13.
2. Сошник для разноглубинной заделки семян [Текст] : пат. 2412579 Российская Федерация А01С7/20. / Шапров М.Н., Мартынов И.С., Цепляев А.Н.., Абезин В.Г.; заявители и патентообладатели ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА. - № 2009142161/21; заявл. 16.11.2009; опубл. 27.02.11, Бюл.№ 6.
3. Шапров, М.Н. Влияние разноглубинного посева на урожайность арбузов [Текст]/ М.Н. Шапров, И.С. Мартынов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2008. - № 4 (12). - С. 193-202.
E-mail: mshaprov@bk.ru
