CC BY
21
МЕХАНИЗАЦИЯ
УДК 631.33
Совершенствование конструкции почвообрабатывающе-посевного агрегата АППН-2,1
Дёмшин Сергей Леонидович, кандидат техн. наук, зав. лабораторией, Черемисинов Дмитрий Анатольевич, кандидат техн. наук, научный сотрудник, Владимиров Евгений Анатольевич, кандидат техн. наук, зав. лабораторией ФГБНУ «НИИСХ Северо-Востока», г. Киров, Россия
E-mail: [email protected], [email protected]
Одним из направлений модернизации сельскохозяйственной техники для растениеводства является совмещение операций на базе многофункциональных агрегатов, способных адаптироваться к изменяющимся условиям производства сельскохозяйственной продукции путем быстрой смены рабочих органов. Для осуществления ресурсосберегающего способа предпосевной обработки почвы и посева разработан агрегат АППН-2,1, результаты испытаний которого не только показали, что его использование позволяет значительно снизить энергетические, ресурсные и трудовые затраты при более высокой продуктивности возделываемых культур, но и выявили ряд недостатков его конструкции. К ним относятся предельная при агрегатировании с тракторами тягового класса 1,4 масса агрегата и неустойчивость частоты вращения высевающих аппаратов. Для снижения массы агрегата АППН-2,1 предложено размещение культиваторных лап с уменьшенной шириной захвата в один ряд между дисками приводного ротора на минимальном расстоянии от вала приводного ротора. Это позволило снизить массу агрегата на 90 кг, или на 9% от общей массы и уменьшить его длину на 350 мм, или на 15%, что значительно повысило продольную устойчивость машинно-тракторного агрегата. Установка опорных реборд на приводном роторе агрегата обеспечила постоянную глубину его погружения в почву, что стабилизировало частоту вращения высевающих аппаратов за счёт снижения варьирования скольжения приводного ротора при изменении скорости движения или физических свойств почвы. Агротехническая оценка работы машинно-тракторного агрегата в составе трактора МТЗ-82 и агрегата АППН-2,1 показала, что внесённые изменения в конструкцию машины не повлекли каких-либо ухудшений в качестве обработки почвы и посева. Агрегат АППН-2,1 устойчиво, с соблюдением агротехнических требований выполняет технологический процесс предпосевной обработки почвы и посева, выдерживает рабочую ширину захвата и установочную глубину обработки.
Ключевые слова: предпосевная обработка почвы, посев, агрегат почвообрабатывающе-посевной, ротационные рабочие органы, лапа стрельчатая, сошник килевидный, каток прикатывающий, показатели качества обработки почвы
Согласно стратегии машинно-технологического развития сельского хозяйства России до 2020 года предусмотрен переход на интенсивные агротехнологии. В агроландшафтных условиях европейской части Северо-Востока России, как зоны, в которой величина управляемой продуктивности ограничена дефицитом тепла и переувлажнением, экономически наиболее эффективны технологии возделывания, характеризующиеся производством продукции в режиме ограничения ввода средств интенсификации: удобрений, гербицидов и т.д. [1]. При этом обязательным условием данных технологий в полеводстве является совмещение операций на базе многофункциональных машинных агрегатов, способных адаптироваться к изменяющимся условиям производства сельскохозяйственной продукции путем быстрой смены рабочих органов, что позволит сократить количество машин для производства зерна до 5-6 наименований.
Для ресурсосберегающей технологии обработки почвы и посева, заключающейся в том, что за один проход производится полосное рыхление, культивация почвы в необрабо-
танных междурядьях с внесением минеральных удобрений, фрезерование, выравнивание поверхности и посев семян с прикатыванием, разработан агрегат АППН-2,1. Основой его почвообрабатывающей части является ротационный рыхлитель, а посевной части - сеялка рядового посева с килевидными сошниками. Результаты испытаний почвообрабатывающее-посевного агрегата показали, что его использование позволяет значительно снизить энергетические, ресурсные и трудовые затраты при более высокой продуктивности возделываемых культур, но при этом выявили ряд недостатков его конструкции [2, 3].
Цель исследований - совершенствование конструкции адаптированного к почвенно-климатическим условиям Северо-Востока европейской части России многофункционального почвообрабатывающе-посевного агрегата и оценка эффективности изменений, внесённых в его конструкцию.
Материал и методы. Анализ результатов испытаний почвообрабатывающе-посев-ного агрегата АППН-2,1 выявил основные не-
достатки его конструкции: предельную при агрегатировании с тракторами тягового класса 1,4 массу агрегата (при установке противовесов массой 230 кг) и неустойчивость частоты вращения высевающих аппаратов.
Для снижения опрокидывающего воздействия на трактор от навесного агрегата необхо-
Неустойчивость частоты вращения высевающих аппаратов из-за варьирования глубины погружения почвозацепов приводного ротора, которое происходит при изменении механических свойств почвы, предложено устранить посредством установки на приводном роторе агрегата опорных реборд. Это обеспечит постоянную глубину погружения приводного ротора в почву, что стабилизирует частоту вращения высевающих аппаратов, а также снизит нежелательное варьирование скольжения приводного ротора при изменении физических свойств почвы или скорости движения агрегата. Размеры, количество и расположение опорных реборд на приводном роторе агрегата защищено патентом РФ №2477036 [4].
Для оценки возможности использования в качестве привода высевающих аппаратов приводного ротора агрегата проведены исследования по определению скольжения привод-
димо уменьшить массу машины или её длину. В связи с этим предложена конструктивно-технологическая схема агрегата (рис. 1), при которой культиваторные лапы с уменьшенной шириной захвата расположены в один ряд, между дисками приводного ротора на минимальном расстоянии от вала приводного ротора.
Рис. 1. Модернизированный почвообрабатывающе-посевной агрегат АППН-2,1: а - вид сбоку; б - схема размещения рабочих органов: 1 - рама; 2 - ротор приводной; 3 - почвозацепы; 4 - реборды опорные; 5 - цепная передача;
6 - лапы культиваторные;
7 - тукопроводы; 8 - зернотуко-вый ящик; 9 - коробка перемены передач; 10 - ротор измельчающий; 11 - кожух защитный; 12 - семяпроводы; 13, 16 - механизмы регулировки глубины обработки и посева; 14 - каток; 15 - выравниватель; 17 - брус крепления сошников; 18 - сошники килевидные
ного ротора с опорными ребордами и без них. Исследования проводились при агрегатировании с трактором МТЗ-82 в интервале скоростей движения от 0,95 до 1,7 м/с. Влажность легкой супесчаной почвы в слое до 0,10 м составляла 10,3%, плотность почвы в слое до 0,1 м - 1,11 г/см3, в слое от 0,1 до 0,2 м -1,18 г/см3. Предшественник - пар, предшествующая обработка - вспашка ПЛН-3-35, греб-нистость - 68 мм. Установочная глубина погружения приводного ротора в почву - 0,15 м, измельчающего - 0,06-0,07 м. Выбор легких супесчаных почв для проведения исследований обусловлен их более низким тяговым сопротивлением по сравнению с другими типами почв, а также наименьшей несущей способностью, что позволило получить данные по влиянию опорных реборд на скольжение и стабильность частоты вращения приводного ротора в наиболее тяжёлых условиях работы.
Диапазон скоростей объясняется значительным буксованием ведущих колес трактора при движении по пашне на супесчаной почве.
Для оценки изменений, внесённых в конструкцию агрегата, проведены ведомственные испытания, в ходе которых осуществлялась предпосевная обработка среднесугли-нистой дерново-подзолистой почвы с посевом овса. Предшественник - зяблевая вспашка. Влажность почвы в слое до 0,10 м составляла 15,6%, твёрдость - 1,25 МПа, плотность почвы в слое до 0,10 м -1,12 г/см3, гребнистость -26,8 мм. Оценка качества обработки почвы включала определение показателей ее крошения, плотности, твердости, гребнистости поверхности; оценка качества посева - определение средней глубины заделки семян и их равномерности распределения [5, 6].
Результаты и их обсуждение. В соответствии с предложенными техническими ре-
шениями в конструкцию почвообрабатываю-ще-посевного агрегата АППН-2,1 внесены изменения: на крайних дисках приводного ротора смонтированы опорные реборды, культива-торные стрельчатые лапы с уменьшенной шириной захвата установлены в один ряд, высев семян и минеральных удобрений осуществляется килевидными сошниками (рис. 2). Это позволило снизить массу агрегата на 90 кг, или на 9% от общей массы и уменьшить его длину на 350 мм, или на 15% (табл. 1), что значительно повысило продольную устойчивость машинно-тракторного агрегата при работе с трактором МТЗ-82 (масса противовесов 230 кг).
Согласно полученным данным эксперимента по определению скольжения приводного ротора с опорными ребордами и без них построены графики изменения скольжения приводного ротора ¿пр.р (%) от скорости V (м/с) движения агрегата (рис. 3).
тяговому усилию, развиваемому почвозацепа-ми приводного ротора.
25
а б
Рис. 2. Почвообрабатывающе-посевной агрегат АППН-2,1 (а) и его приводной ротор с опорными ребордами (б)
Установка опорных реборд (рис. 2, б) обеспечила постоянную глубину погружения приводного ротора в почву, что стабилизировало частоту вращения высевающих аппаратов за счёт снижения варьирования скольжения ротора при изменении скорости движения или физических свойств почвы. При наличии опорных реборд увеличение скорости движения от 1,0 до 1,7 м/с приводит к снижению скольжения приводного ротора от 7 до 5,2%, а при их отсутствии от 21 до 13% соответственно.
Снижение величины скольжения, а одновременно с этим повышение стабильности частоты вращения приводного ротора объясняется тем, что поверхность реборд за счет сил трения создает тяговое усилие в дополнение к
\р.р, %
15 10 5
0
2
А ~ _ А
1
—Л- —^ - •
0,95
1,10
1,25
1,40 V, м/с 1,70
Рис. 3. Влияние скорости движения V (м/с) на скольжение 6 прр. (%) приводного ротора: 1 - с опорными ребордами, 2 - без опорных реборд
Таблица 1
Техническая характеристика модернизированного агрегата АППН-2,1
Показатель Значение
Производительность за час основного времени, га/ч 1,4...1,8
Рабочая скорость, км/ч до 10
Рабочая ширина захвата, м 2,1
Глубина обработки почвы, мм: - приводным ротором 120.150
- стрельчатыми лапами 60.100
- измельчающим ротором 40.80
Объём бункера для туков/семян, дм3 120/250
Габаритные размеры орудия, мм: - длина 2300
- ширина 2600
- высота 1750
Масса конструкционная, кг 1020
Агротехническая оценка работы машинно-тракторного агрегата в составе трактора МТЗ-82 и агрегата АППН-2,1 показала (табл. 2), что внесённые изменения в конструкцию машины не повлекли каких-либо ухудшений в качестве обработки почвы и посева.
Таблица 2
Агротехнические показатели работы модернизированного агрегата АППН-2,1
Забивания культиваторных лап при их установке в один ряд растительными остатками в процессе работы не наблюдалось вследствие того, что происходит их самоочищение почвозацепами приводного ротора.
Показатель Значение
Культура Овёс
Скорость движения агрегата, м/с 2,2
Установочная глубина обработки, м
- почвозацепами приводного ротора 0,12
- культиваторными лапами 0,08
- измельчающим ротором 0,06
Содержание фракций почвы, %: - менее 3 мм 39,6
- свыше 3 до 10 мм 23,9
-свыше 10 до 25 мм 19,7
-свыше 25 до 50 мм 14,8
- свыше 50 мм 2,0
Равномерность глубины заделки семян в рядке:
- средняя глубина, мм 36,3
- среднее квадратическое отклонение, мм 3,7
- коэффициент вариации, % 10,4
Равномерность глубины заделки семян по ширине захвата:
- средняя глубина, мм 35,5
- среднее квадратическое отклонение, мм 6,0
- коэффициент вариации, % 16,9
Высота гребней после прохода агрегата, мм 8,7
Плотность почвы в слое 0-0,1 м, г/см3 1,23
В целом результаты испытаний показали, что агрегат АППН-2,1 после внесения изменений в конструкцию устойчиво с соблюде-
нием агротехнических требований выполняет технологический процесс предпосевной обработки почвы и посева, выдерживает рабочую
ширину захвата и установочную глубину обработки. При этом благодаря уменьшению длины и массы машины машинно-тракторного агрегата при агрегатировании с тракторами тягового класса 1,4 значительно более управляем в транспортном положении.
Список литературы
1. Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года. Ю.Ф. Лачуга и др. М.: ФГНУ «Ро-синформагротех», 2009. 80 с.
2. Дёмшин С.Л., Черемисинов Д.А. Разработка и результаты исследований почвообрабаты-вающе-посевного агрегата АППН-2,1 // Достижения науки и техники АПК. 2012. №10. С. 68-70.
3. Черемисинов Д.А, Носкова Е.Н., Дёмшин С.Л. и др. Оценка эффективности использования комбинированного агрегата для предпосевной обработки почвы и посева // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. №1 (32). С. 60-64.
4. Агрегат для предпосевной обработки почвы и посева: пат. 2477036 Рос. Федерация. №2011128464/13; заявл. 08.07.2011; опубл. 10.03.2013. Бюл. №7, 2013.
5. ОСТ 10 4.2-2001. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для поверхностной и мелкой обработки почвы. Введ. 01.03.2001. М.: Минсельхоз России, 2001. 34 с.
6. ОСТ 10 5.1-2000. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины посевные. Методы оценки функциональных показателей. Введ. 15.06.2000. М.: Минсельхоз России, 2000. 72 с.
Perfecting of a construction of the unit for pre-sowing soil cultivation and sowing APPN-2,1
Dyomshin S.L., PhD in engineering, head of laboratory Cheremisinov D.A., PhD in engineering, researcher, Vladimirov E.A., PhD in engineering, head of laboratory
North-East Agricultural Research Institute, Kirov, Russia
One of directions of modernising of agricultural machinery for plant growing is combination of operations on the basis of the multipurpose assemblies, capable to be adapted for varying conditions of production of agricultural products by sweeping change of tools. Assembly APPN-2.1 is developed for realization the perspective technology of soil cultivation and sowing. Results of its trials displayed that its use allows to lower considerably power, resource and labour expenditures at higher productivity of cultivated crops, but also determined a row of deficiencies of its construction. There are limiting mass of the assembly and unstable stability of a rotational speed of distributors of seeds at aggregated with tractors of a class 14 kN. For lowering of mass of assembly APPN-2.1 it is offered to install cultivator tine with a diminished width of cut in one row, between disks of a power-driven rotor on minimum distance from the shaft of a power-driven rotor. It allowed to lower mass of the assembly on 90 kg and to diminish its length by 350 mm that considerably raised stability in pitch of the machine-tractor assembly. Installation of basic bearing ribs on a power-driven rotor of the assembly ensured fixed depth of its plunging in soil. It stabilized a rotational speed of distributors of seeds at the expense of lowering of a slippage variation of a power-driven rotor at change of driving speed or physical properties of soil. The agrotechnical assessment of works of the machine-tractor assembly as a part of tractor MTZ-82 and assembly APPN-2.1 displayed that the changes in a machine design did not entail any decline in the capacity of soil cultivation and sowing. Assembly APPN-2.1 with observance of agrotechnical demands resistantly executes a process of pre-sowing cultivation of soil and sowing, stands a working width of cut and adjusting depth of tillage.
Key words: pre-sowing soil cultivation, sowing, unit for cultivation and sowing, rotational working elements, cultivator tine, shoe opener, plain packer, indicators of quality of soil processing and sowing
References
1. Strategiya mashinno-tekhnologicheskoy modernizatsii sel'skogo khozyaystva Rossii na period do 2020 goda. [The strategy of machine-technological modernizing of agriculture of Russia for the period till 2020]. Yu.F. Lachuga e.a. Moscow: FGNU «Rosinformagrotekh», 2009. 80 p.
2. Demshin S.L., Cheremisinov D.A. Raz-rabotka i rezul'taty issledovaniy pochvoobraba-tyvayushche-posevnogo agregata APPN-2,1. [Design and results of investigation on soil processing-sowing aggregate APPN-2.1]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2012. no.10. pp.68-70.
3. Cheremisinov D.A, Noskova E.N., Demshin S.L. e.a. Otsenka effektivnosti ispol'zovaniya kombi-nirovannogo agregata dlya predposevnoy obrabotki pochvy i poseva. [The estimation of use efficiency of combined unit for pre-sowing soil cultivation and sow-
ing]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2013. no. 1 (32). pp.60-64.
4. Agregat dlya predposevnoy obrabotki pochvy i poseva. [The assembly for pre-sowing soil cultivation and sowing]. Patent RF, no.2477036. 2013.
5. OST 10 4.2-2001. Ispytaniya sel'skokho-zyaystvennoy tekhniki. Mashiny i orudiya dlya pover-khnostnoy i melkoy obrabotki pochvy. Vved. 01.03.2001. [Standard 10 4.2-2001 Agricultural machinery trials. Farm Machines and implements for surface soil cultivation. Methods of an estimation of functional indexes]. Moscow: Minsel'khozRossii, 2001. 34 p.
6. OST 10 5.1-2000. Ispytaniya sel'skokhozyays-tvennoy tekhniki. Mashiny posevnye. Metody otsenki funktsional'nykh pokazateley. Vved. 15.06.2000. [Standard 10 5.1-2000. Agricultural machinery trials. Machines for sowing. Methods of an estimation of functional indexes]. Moscow: Minsel'khoz Rossii, 2000. 72 p.
