CC BY
19
УДК 631.331.5.022.6
ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ КАТКА-ГРЕБНЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
В. И. Курдюмов, доктор техн. наук, профессор; Е. С. Зыкин, канд. техн. наук
ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА», т. 8-905-348-65-14, e-mail: evg-zykin@yandex. ru
Предложен способ посева пропашных культур, позволяющий на 20...24 % увеличить их урожайность. Дано описание конструкции сеялки-культиватора и агрегатируемых с ней катков-гребнеобразователей. Применение указанных средств механизации посева позволяет формировать гребни требуемой высоты и с плотностью почвы, соответствующей агротехническим требованиям.
Ключевые слова: гребень, сеялка-культиватор, каток.
Одним из приемов минимизации обработки почвы является гребневая технология возделывания пропашных культур. Она позволяет исключить ряд технологических операций, проводимых в весенний период. Главный эффект от применения гребневой технологии заключается в значительном сокращении эксплуатационных затрат при возделывании сельскохозяйственных культур.
Для осуществления гребневого способа посева [1] по энергосберегающей технологии нами разработан комбинированный посевной агрегат, состоящий из сеялки-культиватора (рис. 1) и агрегатируемых с ней катков-гребнеобразователей (рис. 2) [2-4].
При данном способе посева операции предпосевной культивации, высева семян и прикатывания посевов, с образованием на поверхности рядка рыхлого мульчированного слоя почвы - гребня - выполняют за один проход комбинированным агрегатом. Это сокращает вредное уплотняющее воздействие колес агрегатов на почву и снижает расход топлива на выполнение технологических операций.
Посев пропашных культур с использованием предлагаемой конструкции катка-гребнеобразователя осуществляют следующим образом. При движении посевного агрегата лапы-сошники 6 и стрельчатые лапы 7, 8 с приваливающими перьями, ус-
Рис. 1. Схема сеялки-культиватора, оснащенной катками-гребнеобразователями:
1 - рама сеялки; 2 - опорно-приводное колесо; 3 - редуктор; 4 - семенной ящик; 5 - грядиль; 6 - лапа-сошник; 7, 8 - стрельчатые лапы соответственно с правым и левым приваливающими перьями; 9 - каток-гребнеобразователь
Рис. 2. Каток-гребнеобразователь в почвенном канале: а - формирование гребня почвы; б - поперечный разрез гребня
тановленные с перекрытием 3 см, рыхлят почву и подрезают сорные растения. При этом лапы-сошники высевают семена на глубину 1,5...2 см. Стрельчатые лапы 7, 8 с приваливающими перьями присыпают семена рыхлым и прогретым слоем почвы, сдвигаемой из междурядий, образуя над семенами бугорок почвы, а следом идущий каток-гребнеобразователь 9 уплотняет бугорок почвы с трех сторон. При этом прикатывающие кольца катка-гребнеобразовате-ля уплотняют вершину бугорка почвы, а сферические диски, установленные выпуклой стороной внутрь рамы катка, уплотняют боковые стороны бугорка и окончательно формируют гребень высотой 6.8 см. Высота гребня компенсирует уменьшение глубины заделки семян от уровня поверхности почвы.
Плотность почвы в центральной части гребня, которая по агротехническим требованиям должна составлять 1200 ± 100 кг/м3, можно регулировать изменением скорости движения, усилия сжатия пружины катка-гребнеобразователя и установкой сферических дисков к направлению движения агрегата.
Оптимальные конструктивные параметры катка-гребнеобразователя и режимы его работы определяли путем лабораторных исследований, которые проводили в почвенном канале (рис. 2) при скоростях движения агрегата v = 1,2; 1,6 и 2 м/с. Варьируемыми факторами процесса являлись также усилие сжатия пружины катка-гребнеобразователя Рпр и угол установки сферических дисков к направлению движе-
ния агрегата (угол атаки) а. Лабораторные исследования катка-гребнеобразователя выполняли при влажности почвы 19.23 % по стандартной методике согласно действующему ОСТ.
В ходе лабораторных исследований были определены диапазоны варьирования основных независимых факторов процесса уплотнения почвы. Скорость движения изменяли от 1,2 до 2 м/с с интервалом 0,4 м/с. Усилие сжатия пружины катка-гребнеобразователя - от 0 до 240 Н с интервалом 80 Н. Угол установки сферических дисков к направлению движения агрегата (угол атаки) - от 0 до 30 градусов с интервалом 5 градусов. В качестве критерия оптимизации принята плотность почвы в центральной части гребня.
После реализации опытов и обработки их результатов с помощью программ для ПЭВМ «^аИБИса-б» и «Оег1уе-5» были получены математические модели процесса уплотнения почвы в гребне в натуральных и кодированных значениях факторов.
Уравнение поверхности отклика от взаимодействия скорости движения агрегата и усилия сжатия пружины катка при угле атаки сферических дисков а =10° имеет следующий вид:
р = 984б6613 + 258б109у + 0,3982Рпр -- 79,8874^ - 0,1696 V Рпр - 0,0004Рпр, (1)
где р - плотность почвы в гребне, кг/м3; V -скорость движения агрегата, м/с; Рпр - усилие сжатия пружины катка, Н.
Поверхность отклика, соответствующая уравнению (1), представлена на рис. 3.
Нива Поволжья № 1 (14) февраль 2010 45
пружины катка-гребнеобразователя (х1 и х2), а наименьшее - усилие сжатия пружины (х2). Из нелинейных членов уравнения на параметр оптимизации значительно влияет скорость агрегата во второй степени.
Двухмерное сечение поверхности отклика представлено на рис. 4.
Дифференцированием уравнения (2) определили координаты экстремума (точка 3): V = 1,42 м/с и РПр = 183,5 Н, при которых достигается максимальное значение параметра оптимизации ртах = 1204,5 кг/м3.
Таким образом, для создания оптимальной плотности почвы в гребне необходимо обеспечить скорость агрегата 5,1 км/ч, а пружину катка-гребнеобразователя сжать с усилием 184 Н.
Графические изображения полученных зависимостей плотности почвы по высоте гребня при оптимальной скорости движения агрегата представлены на рис. 5.
Анализируя рисунок 5, можно сделать вывод, что при определенной скорости движения катка-гребнеобразователя плотность почвы вершины гребня (Н = 0...4 см) уменьшается с увеличением усилия сжатия пружины катка-гребнеобразователя и несколько возрастает с увеличением угла атаки сферических дисков. Это связано с увеличением смятия почвы прикатывающими кольцами, вследствие чего больший объем почвы пересыпается между ними, дополнительно разрыхляясь. Плотность почвы вершины гребня находилась в пределах 832.1065 кг/м3, что соответствует агротехническим требованиям, предъявляемым к поверхности почвы после прохода по ней почвообрабатывающих катков.
Рис. 4. Двухмерное сечение поверхности отклика, характеризующее плотность почвы в гребне
Рис. 3. Поверхность отклика от взаимодействия скорости агрегата V и усилия сжатия пружины Рпр катка-гребнеобразователя при а - 10°:
- р = 1200 кг/м3;
- р = 1180 кг/м3
Уравнение (1) в кодированных значениях факторов имеет следующий вид:
У = 1202,1767 - 7,1514х + 2,8785х2 --12,782х2 - 8,139Цх2 - 6,1724х22
(2)
где У - плотность почвы в гребне, кг/м3; х1 - скорость агрегата; х2 - усилие сжатия пружины катка-греб-необразователя.
Коэффициенты уравнения (2) показывают, что в рассматриваемом случае наибольшее влияние на параметр оптимизации из линейных членов оказывает сочетание скорости агрегата и усилие сжатия
а
б
в
Рис. 5. Зависимости плотности почвы по высоте гребня при скорости движения агрегата V = 1,6 м/с: 1 - РпР = 0 Н; 2 - РпР = 80 Н; 3 - РпР = 160 Н; 4 - РпР = 240 Н а - угол атаки 0°; б - угол атаки 10°; в - угол атаки 20°
Нива Поволжья № 1 (14) февраль 2010 47
Рис. 6. Всходы фасоли, посеянной гладким (а) и гребневым (б) способами
На плотность почвы в центральной части гребня (Н = 4...8 см) при а = 0° основное действие оказывают прикатывающие кольца. Однако с увеличением угла атаки сферических дисков плотность почвы возрастает интенсивнее, так как в этом случае они играют, по сравнению с кольцами, большую роль в увеличении плотности почвы. При прочих равных условиях с увеличением скорости движения катка плотность почвы также увеличивается, но в данном случае скорость оказывает на плотность меньшее влияние, чем сферические диски и прикатывающие кольца.
Плотность почвы семенного ложа (Н = 8.12 см) практически не изменяется и находится в пределах 1336.1450 кг/м3, так как такая плотность задается при предварительной (основной и предпосевной) обработке почвы и окончательно формируется при проходе лапы-сошника сеялки-культиватора. Изменение конструктивно-режимных параметров катка-гребнеобразо-вателя на плотность почвы семенного ложа влияния не оказывает.
Кроме того, анализ полученных зависимостей также показал, что при прочих равных условиях с увеличением скорости движения катка-гребнеобразователя плотность почвы в вершине гребня несколько увеличивается, но особенно интенсивно почва уплотняется в центральной части гребня.
Результаты исследований предлагаемого гребневого способа посева и катков-гребнеобразователей в производственных условиях показали, что при посеве фасоли и сои гребневым способом они всходят дружнее и на 2.4 дня раньше, чем фасоль и соя, посеянные гладким способом (рис. 6).
В результате урожайность фасоли и сои, посеянных гребневым способом по предложенной нами технологии с использованием описанных выше средств механизации, оказалась на 22.24 % больше по сравнению с урожайностью этих культур на контрольных участках. Кроме того, при комбайновой уборке до 30 % снижаются потери за счет уменьшения высоты среза растений на участках, где при посеве были сформированы гребни.
Измерения, проведенные при посеве, показали, что плотность почвы в гребне, а также геометрические размеры гребней находились в пределах, определенных агротехническими требованиями.
Таким образом, реализация предлагаемого способа посева с использованием перспективной конструкции катка-гребнеобразо-вателя позволяет увеличить урожайность пропашных культур, за счет совмещения операций снизить энергоемкость технологического процесса, а также эксплуатационные затраты.
Литература
1. Патент 2265305 РФ. Способ посева пропашных культур / В. И. Курдюмов, Е. С. Зыкин. - Опубл. в Б. И. № 34, 2005.
2. Патент 2255451 РФ. Прикатывающий каток-гребнеобразователь / В. И. Курдюмов, Е. С. Зыкин, Ф. Ф. Мурзаев. - Опубл. в Б. И. № 19, 2005.
3. Патент 2281632 РФ. Прикатывающий каток-гребнеобразователь / В. И. Курдюмов, Е. С. Зыкин. - Опубл. в Б. И. № 23, 2006.
4. Патент 55244 РФ на полезную модель. Каток-гребнеобразователь / В. И. Кур-дюмов, Е. С. Зыкин, А. П. Романов. -Опубл. в Б. И. № 22, 2006.
