CC BY
15
ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ
УДК 631.31
Д.Е. КУЗЬМИН, Д.В. РОЗБАХ, А Н. ШМИДТ, А С. СОЮНОВ, В В. МЯЛО
Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина
ПЕРСПЕКТИВА ВНЕСЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПОСЕВНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ ОТЕЧЕСТВЕННОГО И ЗАРУБЕЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА. АНАЛИЗ
С ростом населения планеты потребность в большем по масштабам производстве пищи увеличивается. Достигнуть этого увеличения можно несколькими путями, один из которых - модернизация процесса производства. Для производства необходимого количества качественной продукции сельского хозяйства требуется модернизировать и совершенствовать процессы производства, а также минимизировать затраты. В сельском хозяйстве в первую очередь эта модернизация касается обработки почвы, для чего разрабатываются новые технологии и орудия. Современный рынок отечественных посевных комплексов представлен большим количеством посевной техники. Эффективность технологий возделывания зерновых культур, являющихся основой сельскохозяйственного производства в большинстве развитых стран, в значительной степени зависит от агротехнических показателей и сроков посева. Существуют перспективные направления развития посевных комплексов отечественного производства, необходимо произвести анализ данных направлений, а также эффективности использования посевных комплексов. Важно учесть такие показатели, как производительность, ширина захвата агрегатов, производительность на 1 метр ширины захвата агрегата. Обзор представленных комплексов показывает, что машины и орудия модульного типа получили широкое применение в климатических зонах с недостаточным увлажнением, с водной и ветровой эрозией. Существуют особенности применения полосовой технологии обработки почвы с учетом природно-климатических особенностей отдельно взятого региона. Каждая почвенная и климатическая зона требует адаптации как процессов производства, так и орудий для проведения обработки почвы. Из-за неправильно подобранного орудия и самой технологии могут последовать потеря урожайности, увеличение затрат на топливно-смазочные материалы, а также нерациональный расход посевных материалов и удобрений, что повлечет финансовые потери при производстве и отразится на себестоимости готовой продукции.
Ключевые слова: полосовая обработка, посевные комплексы, технология стриптилл, Strip-till, точное земледелие, обработка почвы.
Введение
Современный рынок представлен большим количеством посевной техники [1] с определенными особенностями. На выбор посевных агрегатов влияет множество факторов: тип почвы, технология возделывания, климатическая зона и др. [2].
На отечественном рынке комбинированных посевных машин представлены сеялки серии FEAT, производимые на территории Республики Алтай [3]. Сравнительные характеристики линейки данных сеялок даны в табл. 1.
© Кузьмин Д.Е., Розбах Д.В., Шмидт А.Н., Союнов А.С., Мяло В.В., 2019
Методы исследований и результаты
Компания из Свердловской области производит многофункциональные комбинированные агрегаты «Урал» (ПК-9), «Чародейка» (МПП) и «Союз» (КА-6/8). За один проход они выполняют обработку почвы с выравниванием и мульчированием поверхностного слоя растительными остатками, с одновременным высевом зерновых и зернобобовых культур, с полосным распределением семян и прикатыванием посевов (табл. 2) [4].
Таблица 1
Сравнительные технические характеристики посевных комплексов серии FEAT (по данным предприятий-производителей)
Показатель 540МБ 850МБ 1080МБ
Производительность, га/ч 5,4-6 8,5-9,5 10,8-12
Ширина захвата, м 5,4 8,5 10,8
Количество дисковых сошников, шт. 36 56 72
Ширина сеялки в рабочем положении, м 5500 8700 11000
Потребляемая мощность, кВт 155 260 350
Цена производителя, тыс. руб. 4990 5990 7050
Таблица 2
Техническая характеристика комбинированных агрегатов, выпускаемых свердловским заводом
(по данным предприятия-производителя)
Показатель «Урал» ПК-9 «Чародейка» МПП-6 «Союз» КА-8
Производительность, га/ч 11 7,2 9,5
Ширина захвата, м 9 6 8
Рабочая скорость, км/ч до 12 до 12 до 12
Масса, кг 8500 5500 10500
Для прямого высева по минимальной технологии возделывания компания из Республики Татарстан выпускает специальные механические посевные комплексы серии Agrator [5]. За один проход они выполняют полную разделку стерни, основную и предпосевную обработку, подготавливают семенное ложе, производят посев семян и внесение удобрений полосой 12-15 см. Посевной материал заделывается мульчей, после чего осуществляется боронование и прикатывание полосы высева. Технические характеристики посевных комплексов серии Agrator DK представлены в табл. 3.
Таблица 3
Техническая характеристика посевных комплексов серии Agrator БК
Показатель 2400 3200 5400 6600 7200 8500 9800
Производительность, га/ч 2,4 3,2 5,4 6,6 7,2 8,5 9,8
Ширина захвата, м 2,4 3,2 5,4 6,6 7,2 8,5 9,8
Потребляемая мощность, л.с. 82 120 200 220 250 300 400
Масса, кг 1100 1600 2400 2900 3300 3700 3900
Для проведения адекватного сравнения посевных комплексов будут выделены три подгруппы по показателям ширины захвата: 5-7 м, 7-9 м, 9-12 м. Соответственно в первой подгруппе сравнение будет проходить между сеялками Feat 540МБ, а также посевными комплексами Agrator DK 5400 и 6600. Результаты сравнения представлены графически (рис. 1). Во второй подгруппе представлены посевные комплексы с шириной захвата 7-9 м (Feat 850МБ; «Чародейка» МПП-6; Agrator DK 7200 и 8500) (рис. 2).
В третьей подгруппе - широкозахватные сеялки «Союз» КА-8 (8 м); «Урал» ПК-9 (9 м); Feat 1080МБ (10,8 м); Agrator DK 9800 (9,8 м) (рис. 3).
Feat 540МБ Agrator 5400 Agrator 6600
Рис. 1. Сравнительная характеристика посевных комплексов 1-й подгруппы
(ширина захвата 5-7 м)
Feat 850МБ Agrator 8500
Рис. 2. Сравнительная характеристика посевных комплексов 2-й подгруппы
(ширина захвата 7-9 м)
Feat 1080МБ Agrator 9800 "Урал" ПК-9 "Союз" КА-8
Рис. 3. Сравнительная характеристика посевных комплексов 3-й подгруппы
(ширина захвата 9-12 м)
Feat 850МБ "Чародейка" МПП-6 "Союз" КА-8 "Урал" ПК-9
Рис. 4. Сравнительная характеристика посевных комплексов по производительности на 1 м ширины захвата
На основе сравнительных данных, представленных на рис. 1, 2, 3, были отобраны агрегаты с наибольшими показателями производительности (рис. 4).
Обсуждение результатов Обзор представленных комбинированных посевных комплексов отечественного производства показывает, что машины и орудия модульного типа получили широкое применение в климатических зонах с недостаточным увлажнением, с водной и ветровой эрозией. Применительно к условиям Сибири, в частности Омской области, наиболее подходящим является посевной комплекс «Урал» ПК-9. Использование такой техники способствует накоплению, сбережению и рациональному расходованию почвенной влаги, экономии затрат труда и топливно-смазочных материалов на 10-15% по сравнению предшествующими технологиями. Можно добиться повышения урожайности зерновых и зернобобовых культур на 5-7%. Большего роста урожайности можно достигнуть путем применения полосовой технологии обработки почвы.
Общее направление, которого придерживаются все производители орудий для реализации полосовой обработки почвы, заключается в агрегатировании нескольких секций рабочих органов, идущих друг за другом и выполняющих несколько операций на каждой обрабатываемой полосе. Следует учитывать и местные природно-климатические особенности, свойства почвы при выборе того и иного рабочего органа [6]. Все рабочие органы крепятся на одной раме, чтобы каждый ряд работал по своей полосе. Орудия для полосовой обработки почвы стриптилл имеют свои особенности в зависимости от возможности повтора контура почвы. Несущая рама связана через тяговый элемент с трактором и позволяет устанавливать на ней кроме рабочих органов бункеры для посевного материала либо удобрений.
Анализ научной литературы показал, что на первоначальном этапе разработка машин для полосовой технологии велась по более простому пути. Существовавшие в то время машины для рядовой обработки почвы дорабатывались и адаптировались под полосовую технологию. Такие машины использовались только для пропашных культур (кукуруза, соя, подсолнечник и др.) [7]. Заимствовались рамы орудия, а на них устанавливались соответствующие рабочие органы. Дальнейшая модернизация была направлена на повышение точности копирования рельефа почвы, а также улучшение характеристик технологического процесса [8]. При этом разрабатывались способы перемещения по глубине отдельных рабочих органов. Если классифицировать существующие машины по данному параметру, то можно выделить три типа:
Тип I. Разрезающие и рыхлящие рабочие органы жестко закреплены на раме по всей ширине захвата и одновременно заглубляются, благодаря регулированию опорных колес, на одинаковую глубину. Расчищающие, гребнеобразующие и измельчающие рабочие органы, благодаря особенностям конструкции, способны копировать рельеф почвы. Модели машин, производимые фирмами Unverferth, Carrotech, Schlagel, John Deere и Blue Jet (рис. 5), получили достаточно широкое распространение в сельском хозяйстве.
Тип II. На каждой секции машины установлен подрамник, на котором крепятся рабочие органы. За счет более точного копирования почвенного рельефа каждой отдельной секцией этот тип имеет преимущества. На подрамнике сменные рабочие органы могут быть установлены и отрегулированы индивидуально (рис. 6). Производителями машин подобной конструкции являются: Strip-Cat, Orthman, B&H manufacturer, Bigham Brothers, Hiniker, Carter, Yetter, Kongskilde и Sunflower / Agco. Такая модель является самой популярной на рынке из представленных.
Рис. 5. Схема секции рабочих органов машины Рис. 6. Машина Twin Diamonds Industries LLC [9] для полосовой обработки почвы Carrotech [9]
Тип III. Фирма Kuhn / Krause на основе системы Gladiator разработала машину, у которой, как и у орудий типа I, разрезающий рабочий орган закреплен на раме. Рабочий орган, предназначенный для рыхления (техника фирмы Krause), крепится к раме машины параллелограммом (как у машин типа II), а измельчающий рабочий орган удерживает орудие на требуемой глубине обработки (рис. 7). Такой функциональный принцип и есть отличительная особенность моделей третьего типа. Соответственно, измельчающие рабочие органы должны быть выполнены из износостойких материалов. Исключение из секции измельчающего рабочего органа приведет к изменению устойчивого заглубления рыхлящего рабочего органа, что усложнит процесс поддержания необходимой глубины обработки отдельной секцией машины.
Рис. 7. Рабочие органы машины Row Unit Gladiator фирмы Kuhn / Krause [9]
Машины всех трех типов выполняют необходимые операции: расчистку поверхности от пожнивных остатков, разрезание верхнего слоя почвенного пласта, рыхление, образование гребней, измельчение [9]. Машины для полосовой обработки почвы Strip-till разрабатывались на основе орудий для рядового внесения удобрений и нарезки рядков.
В полосовой обработке почвы при возделывании рапса можно выделить два направления (по раздельному и комбинированному принципам) [10]. Ярким представителем для первого случая (раздельный принцип) является техника для полосовой обработки почвы компании AMAZONE. Полосовая обработка почвы ведется с возможностью внесения минеральных удобрений, непосредственное внесение семян идет отдельной операцией. Второго принципа придерживается компания HORSCH, производимая ею техника позволяет вести комплексные работы, т.е. за один рабочий цикл осуществляется обработка почвы, внесение удобрений и высев семян. Преимущества данных принципов представлены в табл. 4.
Таблица 4
Основные преимущества раздельного и комбинированного принципов реализации
полосовой обработки почвы
Раздельный принцип Комбинированный принцип
Выбор оптимального времени для внесения семян Экономия трудозатрат
Скорость высева не зависит от скорости процесса обработки почвы Меньшее потребление энергии
Обработка почвы может проводиться круглосуточно, посев в дневное время Отсутствие необходимости использования системы подруливания КТК-вР8
Тяжелые почвы (глина > 10%) могут понизить влажность перед посевом Исключение влияния погодных условий между обработкой почвы и посевом
Орудия для полосовой обработки почвы, распространенные на территории Российской Федерации: Orthman (1tRIPr), KRAUSE (Gladiator), а также их отечественный аналог компании «ДорАгроМаш» орудие «Орлик» дорогостоящие, что сказывается на окончательной цене готовой продукции.
Заключение
Представленные орудия не позволяют осуществлять одновременное внесение минеральных удобрений, это приводит к необходимости применения дополнительной операции, увеличивает расход топливно-смазочных материалов, количество затрачиваемого времени и существенно отражается на себестоимости единицы продукции [11]. Поэтому оптимизация технологий обработки почвы и возделывания сельскохозяйственных культур является актуальным направлением для исследований. Из отечественных разработок орудий для полосовой обработки почвы, получивших распространение, можно выделить орудие «Орлик» компании «ДорАгроМаш». Оно представлено в нескольких вариантах, имеет меньшую стоимость по сравнению с зарубежными аналогами. Данное орудие металлоемко, сложно по конструкции, что затрудняет обслуживание и эксплуатацию. Разработка орудий для полосовой обработки почвы более простой конструкции и отвечающих всем агротехническим требованиям, а также адаптация технологии стриптилл для природно-климатической зоны Омской области являются актуальными.
D.E. Kuz 'min, D. V. Rozbakh, A.N. Schmidt, A.S. Soyunov, V. V. Myalo Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk
Outlooks of the Introduction of Sowing Machines with Mineral Fertilizers of Domestic
and Foreign Production. An Analysis
As the world's population is growing, the need for food production on a bigger scale increases. This i n-crease can be achieved in several ways, one of which is the modernization of the production process. In order to produce the required quantity of high quality agricultural products, it is necessary to modernize and improve the
production processes, as well as to minimize costs. In agriculture this modernization concerns at first tillage, and new technologies and tools are being developed for this purpose. The current market of domestic sowing machines is represented by a vast range of sowing equipment. The effectiveness of the technologies for the cultivation of grain crops, which are the basis of agricultural production in most developed countries, largely depends on the agro-technical parameters and on the timing of their sowing. Promising trends can be observed in the development of sowing machines of domestic production, thus it is necessary to analyze them, as well as the effectiveness of their use. It is important to take into account different parameters such as productivity, coverage of the units, productivity per meter of coverage of the unit. The review of the proposed sowing machines shows that machines and tools of modular type are widely used in climatic zones with insufficient moisture, as well as water and wind erosion. Peculiarities regarding the application of strip-till technology in tillage taking into account climatic features of each separately taken region are present. Each soil and climatic zone requires adaptation both of production processes and tools for tillage. The choice of the wrong tool and the technology itself can be followed by a loss in the yielding capacity, an increase in the cost of fuel and lubricants, as well as an irrational consumption of sowing materials and fertilizers, which entails financial losses in production, and may affect the cost of finished products.
Keywords: strip-tillage, sowing machines, strip-till technology, strip-till, precision farming, tillage.
Список литературы
1. Механизация растениеводства : учеб. пособие / А.Ю. Головин [и др.]. - Омск : Изд-во ФГБОУ ВО ОмГАУ им. П.А. Столыпина, 2017. -198 с.
2. Демчук Е.В. Пути повышения урожайности зерновых культур / Е.В. Демчук, М.С. Чекусов, Д.А. Голованов // Научное и техническое обеспечение АПК, состояние и перспективы развития : матер. регион. науч.-практ. конф., посвящ. 65-летию образования факультета ТСВ АПК (мехфак). -Омск, 2016. - С. 11-13.
3. Комбинированные комплексы серии Feat [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://featagro.ru/catalog/posevnyie-kompleksyi/kombini-rovannyie-posevnyie-kompleksyi-serii-FEAT-s-vyisevom-v-diskovyiy-soshnik (дата обращения: 20.12.2018).
4. Обзор отечественных посевных комплексов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.agbz.ru/articles/obzor-kombinirovannyih-po-sevnyih-kompleksov (дата обращения: 20.12.2018).
5. Агросервер [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://agroserver.ru/ (дата обращения: 20.12.2018).
6. Тиссен Р. Обоснование технологии полосовой обработки при возделывании сельскохозяйственных культур : дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 / Раймер Уве Тиссен. - Барнаул, 2017. -177 с.
7. Демчук Е.В. Разноуровневый посев семян зерновых культур / Е.В. Демчук, А.С. Союнов, В.В. Мяло // Научно-техническое обеспечение процессов и производств АПК : материалы науч.-практич. конф. с междунар. участием, посвящ. 70-летию образования Инженерного института. -Новосибирск, 2014. - С. 24-26.
8. Сравнительный анализ агротехнических характеристик посевных комплексов, оборудованных дисковыми сошниками / Е.В. Демчук [и др.] // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2017. - № 1(8). - С. 22.
References
1. Mekhanizaciya rastenievodstva : ucheb. po-sobie / A.Yu. Golovin [i dr.]. - Omsk : Izd-vo FGBOU VO OmGAU im. P.A. Stolypina, 2017. - 198 s.
2. Demchuk E. V. Puti povysheniya urozhajnos-ti zernovyh kul'tur / E.V. Demchuk, M.S. Chekusov, D.A. Golovanov // Nauchnoe i tekhnicheskoe obespe-chenie APK, sostoyanie i perspektivy razvitiya. -2016. - S. 11-13.
3. Kombinirovannye kompleksy serii Feat [Ehlektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://fea-tagro. ru/catalog/posevnyie -kompleksyi/kombinirovan-nyie-posevnyie-kompleksyi-serii-FEAT-s-vyisevom-v-diskovyiy-soshnik (data obrashcheniya: 20.12.2018).
4. Obzor otechestvennyh posevnyh kompleksov [Ehlektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://www.agbz.ru/articles/obzor-kombinirovannyih-po-sevnyih-kompleksov (data obrashcheniya: 20.12.2018).
5. Agroserver [Ehlektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: https://agroserver.ru/ (data obrashcheniya: 20.12.2018).
6. Tissen R. Obosnovanie tekhnologii poloso-voj obrabotki pri vozdelyvanii sel'skohozyajstvennyh kul'tur : dis. ... kand. tekhn. nauk: 05.20.01 / Rajmer Uve Tissen. - Barnaul, 2017. - 177 s.
7. Demchuk E.V. Raznourovnevyj posev se-myan zernovyh kul'tur / E.V. Demchuk, A.S. Soyu-nov, V.V. Myalo // Nauchno-tekhnicheskoe obespe-chenie processov i proizvodstv APK : materialy nauch.-praktich. konf. s mezhdunar. uchastiem, pos-vyashch. 70-letiyu obrazovaniya Inzhenernogo institu-ta. - Novosibirsk, 2014. - S. 24-26.
8. Sravnitel'nyj analiz agrotekhnicheskih ha-rakteristik posevnyh kompleksov, oborudovannych diskovymi soshnikami / E.V. Demchuk [i dr.] // Ehlektronnyj nauchno-metodicheskij zhurnal Omskogo GAU. - 2017. - № 1(8). - S. 22.
9. Mc Guire A. High Residue Farming under Irrigation: Strip-Till / A. Guire // Washington State University Extension EM036E, 2011.
9. Mc Guire A. High Residue Farming under Irrigation: Strip-Till / A. Guire // Washington State University Extension EM036E, 2011.
10. Dutzi Dr.S. Strip-Till-Drilltechnik der Zukunft. Erfahrungen und Ergebnisse aus Praxisversuchen / Dr. S. Dutzi // Saaten-Union Winterforum, Vortrag, 2012.
11. Мяло В.В. Энергосберегающие технологии при обработке почвы / В.В. Мяло, В.В. Мазуров // Вестник Омского государственного аграрного университета. - Омск, 2016. - № 3(23). -С. 242-246.
10. Dutzi Dr.S. Strip-Till-Drilltechnik der Zukunft. Erfahrungen und Ergebnisse aus Praxisversuchen / Dr.S. Dutzi // Saaten-Union Winterforum, Vortrag, 2012.
11. Myalo V.V. Ehnergosberegayushchie tekh-nologii pri obrabotke pochvy / V.V. Myalo, V.V. Ma-zurov // Vestnik Omskogo gosudarstvennogo agrarno-go universiteta. - Omsk, 2016. - № 3(23). - S. 242246.
Кузьмин Дмитрий Евгеньевич, аспирант, Омский ГАУ, [email protected]; Розбах Дмитрий Викторович, аспирант, Омский ГАУ, [email protected]; Шмидт Андрей Николаевич, магистрант, Омский ГАУ, an.shmidt [email protected]; Союнов Алексей Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, Омский ГАУ, [email protected]; Мяло Владимир Викторович, канд. техн. наук, доцент, Омский ГАУ, [email protected].
Kuz'min Dmitry Evgen'evich, Postgraduate, Omsk SAU, [email protected]; Rozbach Dmitry Viktorovich, Postgraduate, Omsk SAU, [email protected]; Shmidt Andrey Niko-laevich, Student, Omsk SAU, [email protected]; Soyunov Aleksey Sergeevich, Cand. Techn. Sci., Ass. Prof., Omsk SAU, [email protected]; Myalo Vladimir Viktorovich, Cand. Techn. Sci., Ass. Prof., Omsk SAU, [email protected].
УДК 62-97/-98
В.В. МЯЛО, О.В. МЯЛО, ЕВ. ДЕМЧУК
Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, Омск
ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА КУЛЬТИВАТОРА ДЛЯ СПЛОШНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
Получение наибольшего количества продукции с наименьшими затратами труда и материальных средств в сельском хозяйстве возможно за счет создания оптимальных условий для произрастания культурных растений с использованием наиболее совершенных энергоресурсосберегающих сельхозмашин. Применяемые сегодня сельхозмашины не в полной мере отвечают агротехническим требованиям технологических операций. Качественной сплошной поверхностной обработке почвы, выполняемой противо-эрозионными культиваторами, мешает несовершенство машин, предназначенных для ее выполнения. Поэтому возникла необходимость совершенствования конструкции используемых культиваторов, в первую очередь их рабочих органов. В статье определены основные недостатки работы культиваторов с серийными рабочими органами на почвах, подверженных ветровой эрозии. На основании проведенных исследований предложена новая конструкция рабочего органа культиватора, проведены сравнительные лабораторные исследования культиваторных лап, обоснована схема нового рабочего органа на соответствие основным требованиям почвозащитного, экологически безопасного ресурсосберегающего земледелия. Установлены закономерности взаимодействия рабочих органов культиваторов с почвой для выявления их конструктивных недостатков при испытании в лабораторных условиях. Для проведения исследований рабочих органов в лабораторных условиях была использована частная методика. В результате экспериментальных исследований серийной и новой культиваторных лап в почвенном канале получены зависимости тягового сопротивления от скорости движения культиватора, глубины обработки почвы. Установлено влияние скорости движения культиватора на тяговое сопротивление, крошение почвы и сохранение стерни на поверхности почвы.
Ключевые слова: культивация, технологическая операция, ресурсоберегающие технологии, культиватор, рабочие органы, ветровая эроция, сельскохозяйственные машины.
© Мяло В.В., Мяло О.В., Демчук Е.В., 2019
