ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИЙ КАТОК ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ПОДГОТОВКИ ПОЧВЫ Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

Вестник АПК

Ставрополья

№ 2(18), 2015

Агроинженерия

45

УДК 631.331.5

Курдюмов В. И., Шаронов И. А., Зыкин Е. С., Прошкин Е. Н., Прошкин В. Е., Егоров А. С.

Kurdymov V. I., Sharonov I. A., Zykin E. S., Proshkin E. N., Proshkin V. E., Egorov A. S.

ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИЙ КАТОК ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ПОДГОТОВКИ ПОЧВЫ

THE SOIL CULTIVATING ROLLER FOR THE PRESEEDING SOIL PREPARATION

Разработан почвообрабатывающий каток, обеспечивающий выполнение агротехнических требований, снижение эксплуатационных затрат и повышение урожайности возделываемых культур. В результате экспериментальных исследований были оптимизированы параметры и режимы работы катка, при которых обеспечивается требуемое качество подготовки почвы к посеву.

Ключевые слова: прикатывание, почвообрабатывающий каток.

плотность почвы,

Developed a highly effective soil compactor capable of meeting agrotechnical requirements, reduce operational costs and improve productivity of crops. The results of experimental studies are optimized parameters and modes of tillage roller, which provide the required quality of soil preparation for sowing.

Key words: rolling, soil compactness, soil cultivating roller.

Курдюмов Владимир Иванович -

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой

Безопасность жизнедеятельности и энергетика

ФГБОУ ВПО Ульяновская ГСХА им. П. А. Столыпина

г. Ульяновск

Тел.: 8(8422) 55-95-95

E-mail: [email protected]

Шаронов Иван Александрович -

кандидат технических наук, доцент кафедры

Безопасность жизнедеятельности и энергетика

ФГБОУ ВПО Ульяновская ГСХА им. П. А. Столыпина

г. Ульяновск

Тел.: 8-927-816-67-72

E-mail: [email protected]

Зыкин Евгений Сергеевич -

кандидат технических наук, доцент кафедры Безопасность жизнедеятельности и энергетика ФГБОУ ВПО Ульяновская ГСХА им. П. А. Столыпина г. Ульяновск Тел.: 8-905-348-65-14 E-mail: [email protected]

Прошкин Евгений Николаевич -

кандидат технических наук, доцент кафедры Эксплуатация мобильных машин и технологического оборудования

ФГБОУ ВПО Ульяновская ГСХА им. П. А. Столыпина

г. Ульяновск

Тел.: 8-902-005-23-21

E-mail: [email protected]

Kurdyumov Vladimir Ivanovich -

Doctor in Technical Sciences, Professor, head of

Department Safety and energy

FSBEI HPE Ulyanovsk SAA named after P. А. Stolypin

Ulyanovsk

Теl.: 8(8422) 55-95-95 E-mail: [email protected]

Sharonov Ivan Аlexandrovich -

PhD in Technical Sciences, associate professor Safety and energy

FSBEI HPE Ulyanovsk SAA named after P. А. Stolypin Ulyanovsk

Теl.: 8-927-816-67-72 E-mail: [email protected]

Zykin Evgeny Sergeevich -

PhD in Technical Sciences, associate professor «Safety and energy»

FSBEI HPE Ulyanovsk SAA named after P. А. Stolypin Ulyanovsk

Теl.: 8-927-816-67-72 E-mail: [email protected]

Proshkin Evgeny Nikolaevich -

PhD in Technical Sciences, associate professor of the department

Operation of mobile machines and technological equipment

FSBEI HPE Ulyanovsk SAA named after P. А. Stolypin Ulyanovsk

Теl.: 8-902-005-23-21

E-mail: [email protected]

Прошкин Вячеслав Евгеньевич -

студент 5 курса инженерного факультета

ФГБОУ ВПО Ульяновская ГСХА им. П. А. Столыпина

г. Ульяновск

Тел.: 8-902-005-23-21

E-mail: [email protected]

Proshkin Vyacheslav Evgenyevich -

5th year student of the engineering faculty

FSBEI HPE Ulyanovsk SAA named after P. А. Stolypin

Ulyanovsk

Теl.: 8-902-005-23-21

E-mail: [email protected]

Егоров Алексей Сергеевич -

студент 3 курса инженерного факультета

ФГБОУ ВПО Ульяновская ГСХА им. П. А. Столыпина

г. Ульяновск

Тел.: 8-937-458-19-39

E-mail: [email protected]

Egorov Alexey Sergeevich -

3th year student of the engineering faculty

FSBEI HPE Ulyanovsk SAA named after P. А. Stolypin

Ulyanovsk

Теl.: 8-937-458-19-39 E-mail: [email protected]

\Ежеквартальный 46 научно-практическии

журнал

Одной из главных задач сельского хозяйства, направленной на решение продовольственной безопасности страны, является увеличение производства зерна. С ростом объемов производства зерна в сельском хозяйстве издержки производства возрастают, причем этот разрыв в темпах роста постоянно увеличивается. Одной из причин этого разрыва является низкое качество обработки почвы и посева в связи с увеличением сроков выполнения весенне-полевых работ, что приводит к снижению урожайности возделываемых культур из-за разрыва между технологическими операциями. Это связано с недостатком у сельскохозяйственных товаропроизводителей высокоэффективных, ресурсосберегающих средств механизации посева и обработки почвы.

Необходимость повышения рентабельности растениеводства приводит к тому, что почвообрабатывающие агрегаты оснащают приспособлениями для обеспечения требуемой структуры почвы за один проход. Прикатывание способствует ускоренному поступлению влаги к семенам, их набуханию и появлению более дружных всходов. При этом снижаются потери влаги после предпосевной обработки почвы, а также ускоряется ее прогрев.

В настоящее время при предпосевной подготовке почвы и посеве широко используют планчатые катка. Недостаток таких катков заключается в том, что часть комков почвы, попадающих между планок, вылетает из внутреннего пространства катка неразрушенными. Поэтому задача создания высокоэффективных катков, способных обрабатывать почву с требуемым качеством, является актуальной и важной.

Для обеспечения требуемого качества поверхностной обработки почвы нами разработан каток [1], выполненный в виде пустотелого цилиндра с равномерно расположенными по окружности планками 1 (рисунок 1). Планки 1 расположены по винтовой линии и соединяют вертикальные диски 2, установленные на оси 3. Вертикальные диски 2 снабжены креплениями 4 для соединения катка с почвообрабатывающим агрегатом. Внутри пустотелого цилиндра установлен гладкий цилиндр 5, диаметр которого меньше радиуса пустотелого цилиндра. Оси цилиндров расположены параллельно друг другу. Гладкий цилиндр 5 установлен на поводках с возможностью изменения расстояния I от гладкого цилиндра до планки 1 почвообрабатывающего катка. Конструкцией катка предусмотрено расположение гладкого цилиндра 5 с зазорами между его основаниями и вертикальными дисками 2 и с возможностями свободного вращения вокруг своей оси и оси 4. Кроме этого гладкий цилиндр 5 оснащен отверстием с крышкой для загрузки в него балласта.

Рисунок 1 - Почвообрабатывающий каток (обозначения в тексте)

При движении катка комки почвы, лежащие на ее поверхности, интенсивно крошатся планками. Комки, попадающие между планками во внутреннее пространство пустотелого цилиндра, разрушаются гладким цилиндром. При перекатывании по поверхности почвы каток уплотняет её и обеспечивает качественное поверхностное рыхление. Планки пустотелого цилиндра расположены по винтовой линии для уменьшения смещения почвенных частиц перед планками, что исключает переуплотнение почвы и интенсивное испарение влаги с ее поверхности.

На процесс обработки почвы катком влияет множество различных факторов, из которых в качестве основных независимых были выбраны следующие: V - скорость движения катка, км/ч; т - масса балласта в гладком цилиндре, кг; I - расстояние от гладкого цилиндра до планки катка, мм. При анализе способов оценки качества обработки почвы катками, а также показателей, характеризующих процесс их работы, выявлена необходимость дальнейшего совершенствования и разработки методики и критериев для определения качества прикатывания почвы. В качестве такого критерия оптимизации был принят коэффициент соответствия эталону по плотности почвы кпл, который характеризует качество прикатывания почвы с позиции соответствия плотности почвы агротехническим требованиям. Этот критерий позволяет оценить качество обработки почвы катками любого типа. При полном соответствии плотности почвы агротехническим требованиям кпл = 1.

Коэффициент соответствия эталону по плотности почвы:

кш = 1 -(¡Ашт ~Р3 I/Ашг ), (1)

где ропт - оптимальная плотность почвы на глубине заделки семян, установленная в соответствии с агротребовани-ями, кг/м3; рз - плотность почвы после воздействия на нее катка, кг/м3.

В процессе полевых исследований контролировали качество обработки почвы в соответствии с агротехническими требованиями [2]. При этом определяли влажность и плотность почвы, а также ее агрегатный состав. Влаж-

в

ccriiHK ЛПК

Ставрополья

№ 2(18), 2015

Агроинженерия

где

рп = m/Vn, m - масса пробы почвы, кг.

(2)

47

ность почвы измеряли влагомером резистор-ного типа GMH 3850. Результаты измерений показали, что влажность почвы на всех участках изменялась в пределах от 19,2 % до 20,5 %, что соответствует агротехнически заданному интервалу изменения влажности почвы (17...22 %) при предпосевной обработке и посеве.

Оптимальная плотность на глубине заделки семян для различных типов почв находится в пределах 1100...1400 кг/м3. При этом необходимо создать более рыхлое сложение надсе-менного слоя с плотностью 1100.1200 кг/м3 и несколько уплотненное семенное ложе (1200. 1400 кг/м3). Критическая плотность почвы, превышение которой приводит к снижению урожайности, а в некоторых случаях - к отсутствию всходов, составляет 1600 кг/м3 [3].

Плотность почвы определяли с помощью устройства для послойного определения плотности почвы [4]. Его устанавливали вертикально на поверхность почвы (рисунок 2, а), затем погружали в нее на требуемую глубину. После этого убирали почву около устройства до его нижнего торца устройства, затем вставляли разделительные заслонки и извлекали устройство из почвы вместе с находящимися в нем пробами [5, 6].

Полученные по слоям пробы почвы помещали в бюксы и взвешивали на весах с погрешностью ±0,001 г (рисунок 2, б). Для получения достоверных результатов пробы почвы брали в трехкратной повторности на одинаковом расстоянии друг от друга по всей длине участка.

Зная объем пробы почвы Уп, м3, между разделительными заслонками устройства, рассчитывали плотность п-го слоя почвы по формуле:

регрессии в натуральных значениях факторов, характеризующее влияние массы балласта и скорости движения катка на критерий оптимизации:

кпл = 0,6933 - 0,0243у + 0,0011т - 0,0015у2 +

+ 0,0004га - 0,0002т2. (3)

В кодированных значениях факторов уравнение (3) имеет вид:

кпл = 0,8198 - 0,0141х1 + 0,011 х2 - 0,0235 х12 + + 0,0177 Х1 Х2-0,0255 Х22, (4)

где Х; - скорость движения почвообрабатывающего катка; х2 - масса балласта в гладком цилиндре. Графическое изображение поверхности отклика от взаимодействия массы балласта и скорости движения почвообрабатывающего катка, а также их совместного влияния на коэффициент соответствия эталону по плотности почвы представлено на рисунке 3.

Рисунок 3 - Поверхность отклика от взаимодействия массы балласта и скорости катка

После получения математической модели и определения вида поверхности, был выполнен ее анализ с помощью двухмерных сечений (рисунок 4).

а - устройство для послойного определения плотности почвы; б - весы OHAUS ITEM PA213

Рисунок 2 - Приборы и оборудование для определения физико-механических свойств почвы

После обработки результатов проведенных опытов получены адекватные математические модели процесса прикатывания почвы почвообрабатывающим катком. Получено уравнение

Рисунок 4 - Двухмерное сечение от взаимодействия массы балласта и скорости движения катка

48

,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья

научно-практическии журнал

Аналогично провели анализ других полученных математических моделей процесса обработки почвы катком почвы, на основе которого сделали вывод, что максимальное значение коэффициента соответствия эталону кпл = 0,82 достигается при скорости движения агрегата v = 10 км/ч, расстоянии между планками и поверхностью гладкого цилиндра l = 0,2 мм, а также массе балласта m = 14,1 кг. При этих параметрах и режимах плотность почвы в зоне расположения семян составляет 1206 кг/м3. Коэффициент соответствия эталону кпл у кольчато-шпорового катка 3 ККШ-6 не превышает 0,68.

Литература

1. Пат. 129331 Российская Федерация, МПК A 01 B 29/04. Почвообрабатывающий каток [Текст] / Курдюмов В.И., Шаронов И.А., Прошкин В.Е., Прошкин Е.Н.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» - № 2012105722/13; заявл. 17.02.2012; Опубл. 27.06.2013; Бюл. № 18. - 5 с.

2. Курдюмов В.И. Тепловая обработка зерна в установках контактного типа [Текст] // В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, Г.В. Карпенко, С.А. Сутягин. - Ульяновск: УГСХа им. П.А. Столыпина, 2013. - 290 с.

3. Фомин ГС. Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам [Текст] / Г.С. Фомин, А.Г Фомин. - М., Протектор, 2001. -304 с.

4. Пат. 149064 Российская Федерация, МПК G 01 N 33/24. Почвообрабатывающий каток [Текст] / Курдюмов В.И., Зыкин Е.С. Шаронов И.А., Курушин В.В., Прошкин В.Е., Егоров А.С.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П.А. Столыпина» - № 2014130351/15; заявл. 22.07.2014; Опубл. 20.12.2014; Бюл. № 35. - 5 с.

5. Курдюмов В.И. Экспериментальные исследования устройства для формирования гребней почвы [Текст] / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин, И.А. Шаронов, В.В. Мартынов // Известия Международной академии аграрного образования. - 2013.

- № 17. - С. 63-67.

6. Курдюмов В.И. К обоснованию угла атаки плоского диска рабочего органа гребневой сеялки [Текст] / В.И. Курдюмов, Е.С. Зыкин // Вестник Ульяновской ГСХА.

- 2012. - № 4 (20). - С. 127-130.

Следовательно, при указанных выше параметрах и режимах разработанный почвообрабатывающий каток качественно выравнивает и мульчирует поверхность почвы, обеспечивает ее оптимальную плотность, полностью удовлетворяющую агротехническим требованиям к прикатыванию. При этом удельная металлоемкость предлагаемого катка составляет 90 кг на 1 м ширины захвата, что в 3,15 раза меньше, чем у кольчато-шпорового катка 3 ККШ-6 (283,6 кг/м).

References

1. Pat. 129331 Russian Federation, IPC A 01 B 29/04. Tillage rink [Text] / Kurdyumov V.l., Sharonov, I.A., Proshkin V.E., Proshkin E.N.; applicant and patentee of FSBEI HPE «Ulyanovsk state agricultural academy» -No. 2012105722/13; Appl. 17.02.2012; Publ. 27.06.2013; Bull. No. 18. 5 p.

2. Kurdyumov V.l. Heat treatment of grain contacts type plants [Text] // V.l. Kurdyumov, A.A. Pavlishin, and G.V. Karpenko, S.A. Sutyagin. - Ulyanovsk: USAA named after P.A. Stolypin, 2013. 290 p.

3. Fomin G.S. Soil. Quality control and environmental safety according to international standards [Text] / G.S. Fomin, A.G. Fomin. - M., Protector, 2001. 304 p.

4. Pat. 149064 Russian Federation, IPC G 01 N 33/24. Tillage rink [Text] / Kurdyumov V.l., Zykin E.S., Sharonov I.A., Kurushin V.V., Proshkin V.E., Egorov A.S.; applicant and patentee of FSBEI HPE «Ulyanovsk state agricultural academy named after P.A. Stolypin» - No. 2014130351/15; Appl. 22.07.2014; Publ. 20.12.2014; Bull. No. 35. 5 p.

5. Kurdyumov V.I. Experimental study of the device for the formation of ridges of soil [Text] / V.I. Kurdyumov, E.S. Zykin, I.A. Sharonov, V.V. Martynov // proceedings of the International Academy of agrarian education. 2013. No. 17. P. 63-67.

6. Kurdyumov V.I. The justification of the angle of attack of a flat disk of the working body raised bed planter [Text] / V.I. Kurdyumov, E.S. Zykin // Herald of the Ulyanovsk state agricultural academy. 2012. № 4 (20). P. 127130.