CC BY
24
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ ENGINEERING SCIENCE: PROCESSES AND MACHINES OF AGRO ENGINEERING SYSTEMS
УДК 631.334 DOI 10.24412/2078-1318-2021-1-178-190
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ СНИЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ ПРИ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ МАШИН ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ КАРТОФЕЛЯ
Доктор технических наук Андрей Борисович Калинин (федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»,
e-mail: andrkalinin@yandex.ru) РИНЦ SPIN-код: 6759-2761 ORCID:http://orcid.org/ 0000-0002-6301-5758 Кандидат технических наук Игорь Зиновьевич Теплинский (федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», e-mail: teplinskij.igor.zinovevich@gmail.com)
РИНЦ SPIN-код: 5967-8078 ORCID:http://orcid.org/ 0000-0003-4464-066Х 196601, Российская Федерация, Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2
Аспирант Теймур Ширван-оглы Теймуров (ИАЭП - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, e-mail: shagdigsxr@yandex.ru) ORCID:http://orcid.org/ 0000-0001-8293-2722 196620, Российская Федерация, Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское шоссе, д. 3
Дата поступления в редакцию 01.02. 2021 г. Дата принятия в печать 24.02.2021 г.
Аннотация. Нормальное развитие продукционного процесса растений при возделывании картофеля в условиях повышенной интенсификации и получение экологически безопасной продукции во многом обусловлено качеством функционирования применяемых технологических систем, которые формируют в определенных почвенно-климатических условиях требуемое почвенное состояние и водный режим, а также обеспечивают безопасное применение средств химизации. Одним из перспективных направлений развития картофелеводства является переход на биологизированные методы производства, позволяющие улучшать структуру, фитосанитарные условия произрастания, а также уменьшение количества проходов машинно-тракторных агрегатов по полю. Поэтому при разработке экологически безопасных технологий предложено использовать комбинированные машины, совмещающие в одном технологическом процессе несколько операций. На основе проведенного анализа было установлено, что ключевым моментом успешного применения биологизированной технологии является процесс посадки картофеля, при которой формируются условия роста и развития, а также эффективного выполнения уборочных работ. Поэтому с целью совершенствования методов и средств снижения технологических рисков, возникающих при функционировании машин для возделывания картофеля, предложено разработать многофункциональный картофелепосадочный комплекс, применение которого способно успешно заменить несколько машин, используемых в распространенной в нашей стране европейской технологии. В данном картофелепосадочном комплексе наравне с базовой
операцией по посадке семенных клубней могут функционировать дополнительные технологические системы, осуществляющие за один прием различные почвообрабатывающие операции, агрохимические и фитосанитарные работы, а также внесение гранулированных влагоудерживающих препаратов. Изготовление макетного образца картофелепосадочного комплекса и его проверка в производственных условиях показала эффективность его применения за счет минимизации рисков влияния антропогенного воздействия, обеспечения экологической безопасности при использовании средств химизации, а также улучшения режима влагообеспечения растений.
Ключевые слова: биологизированная технология, картофелепосадочный комплекс, уплотнение почвы, экологическая безопасность, влагообеспечение
IMPROVEMENT OF METHODS AND MEANS OF TECHNOLOGICAL RISKS REDUCING WHEN OPERATING MACHINES FOR POTATO PRODUCING
Doctor of Technical Science Andrei Borisovich Kalinin (Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Saint Petersburg State Agrarian University, e-mail: andrkalinin@yandex.ru) RSCI SPIN-code: 6759-2761 ORCID:http://orcid.org/ 0000-0002-6301-5758 Candidate of Technical Science Igor Zinovyevich Teplinsky (Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Saint Petersburg State Agrarian University, e-mail: teplinskij.igor.zinovevich@gmail.com) RSCI SPIN-code: 5967-8078 ORCID:http://orcid.org/ 0000-0003-4464-066X 196601, Russian Federation, Saint Petersburg, Pushkin, Petersburgskoye shosse, 2 Postgraduate Student Teymur S. Teymurov (Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production - Branch of Federal State Budgetary Scientific Institution Federal Scientific Agroengineering Center VIM,
e-mail: shagdigsxr@yandex.ru) ORCID:http://orcid.org/ 0000-0001-8293-2722 196620, Russian Federation, Saint Petersburg, Tyarlevo, Filtrovskoe shosse. 3
Received 01/02/2021 Submitted 24/02/2021
Abstract. The normal development of the production process of plants during the growing of potatoes with high intensity and the obtaining of ecological products is largely due to the quality of functioning of the applied technological systems, which form the required soil state and water regime in certain soil and climatic conditions, and also ensure the safe use of chemicals. One of the perspective directions for the development of potato growing is the transition to biologized production methods, which allow improving the structure, phytosanitary growing conditions, as well as reducing the number of passes of farm machinery across the field. Therefore, when developing ecological technologies, it is proposed to use combined machines that fulfil several operations during one pass. Based on the analysis, it was found that the key point in the successful application of biologized technology is the planting potatoes when are formed conditions for plants growth and development, as well as the effective harvesting. Therefore, in order to improve methods and means of reducing technological risks potato growing, it was proposed to develop a multifunctional potato-planting complex, the use of which can successfully replace several machines used in the European technology widespread in our country. In this planting complex, along with the basic operation for planting seed tubers, additional technological systems can function, carrying out in one-step various tillage operations, agrochemical and
phytosanitary work, as well as the introduction of granular water-retaining materials. The production of a prototype of a potato-planting complex and its testing in the farm conditions showed the effectiveness of its use by minimizing the risks of anthropogenic impact, ensuring environmental safety when using chemicals, and improving the regime of moisture supply to plants.
Keywords: biologized technology, potato planting complex, soil compaction, environmental safety, soil moisture
Введение. Решение проблемы экологически безопасного производства картофеля в условиях повышенной интенсификации во многом определяется качеством функционирования применяемых технологических систем, формирующих в различные периоды вегетации растений требуемые для нормального протекания продукционного процесса почвенное состояние и водный режим, а также применение средств химизации [1]. Под качеством функционирования таких систем будем понимать степень их приспособленности к выполнению своего назначения с минимальными технологическими рисками.
При интенсификации технологических процессов возделывания картофеля применяются тяжелые энергонасыщенные машинно-тракторные агрегаты, многочисленные проходы которых по полю приводят к существенным антропогенным воздействиям на почву, вызывающим ее переуплотнение в корнеобитаемом слое. Величина этих переуплотнений порой достигает критических значений, составляющих для картофеля по показателю твердости 4,5 МПа [2].
Это показывает, что при разработке экологически безопасных технологий следует широко применять методы биологизации производства картофеля, позволяющие улучшать структуру, режим питания и фитосанитарные условия произрастания, а также стремиться к уменьшению количества проходов машинно-тракторных агрегатов по полю за счет применения комбинированных машин, совмещающих в одном технологическом процессе несколько операций.
Одним из важнейших технологических процессов, во многом определяющим количество и качество получаемой продукции, является посадка семенного материала картофеля, для выполнения которой в интенсивном производстве применяются комбинированные картофелепосадочные машины.
Современная картофелепосадочная машина представляет собой многофункциональный технологический комплекс, в котором наравне с основной посадочной технологической системой, согласно принятой технологии, могут функционировать дополнительные технологические системы, осуществляющие за один прием различные почвообрабатывающие операции, агрохимические и фитосанитарные работы, а также внесение гранулированных влагоудерживающих препаратов.
Цель исследования - совершенствование методов и средств снижения технологических рисков, возникающих при функционировании машин для возделывания картофеля за счет создания многофункционального картофелепосадочного агрегата.
Материалы, методы и объекты исследований. Широко используемая в России европейская технология возделывания картофеля первоначально дала очевидное повышение эффективности производства клубней за счет снижения общего числа технологических операций и более интенсивного использования природных ресурсов. Однако при этом повсеместно стали отмечаться негативные последствия такого интенсивного воздействия на почву, при котором отмечаются более яркое проявление эрозионных процессов и увеличение глубины уплотняющего воздействия на корнеобитаемый слой. Такую оценку возможно получить, используя методы статистической динамики сельскохозяйственных агрегатов [3].
Известно, что создание благоприятных почвенных условий обеспечивает проникновение корневой системы картофеля на глубину до 130 см и распространение в ширину до 90 см [4]. Проведенные исследования показали, что интенсивность развития корневой системы картофеля существенно зависит от степени уплотнения почвы. При значениях твердости почвы в переделах от 0 до 1 МПа наблюдаются нормальные условия для развития корневой системы картофеля, что гарантирует получение клубней правильной формы. При повышении твердости почвы от 1,1 до 2,5 МПа формируется зона среднего уплотнения, в которой отмечается замедленная динамика развития корневой системы растений, а при значениях 2,64,5 МПа в зоне высокого уплотнения требуются значительные затраты энергии растениям на проникновение их корней вглубь почвенного горизонта.
Изменение параметров почвенного состояния при взаимодействии с рабочими органами и ходовыми системами происходит согласно закономерностям, полученным при построении реологической модели почвы [5]. Анализ данной модели показал, что изменение почвенного состояния происходит под воздействием нормальных и касательных напряжений, возникающих на границе элементарного почвенного массива. Данные закономерности подтверждены результатами натурных экспериментальных исследований реологических процессов, имеющих место в корнеобитаемом слое, после взаимодействия с почвой рабочих органов машин и орудий, применяемых при реализации европейской технологии возделывания картофеля.
Перед началом выполнения экспериментальных исследований на опытном поле осенью была проведена безотвальная обработка почвы на глубину 35 см, которая позволила оставить на поверхности поля растительные остатки. Оценка почвенного состояния проводилась после каждого технологического процесса, предусмотренного исследуемой технологией.
Твердость почвы
1,0 2,0 3,0 4,0 Т, МПа 6,0
2 - оценки твердости почвы после проведения предпосадочной подготовки почвы
На рисунке 1 представлены изменения случайного процесса твердости почвы по глубине, построенные на основании вычисления статистически достоверных оценок математического ожидания данного параметра через каждые 5 см по 100 точкам с шагом 1 м. Кривая 1 отображает почвенное состояние опытного поля до начала проведения весенне-полевых работ, а кривая 2 - состояние этого участка после выполнения предпосадочной обработки. Анализ этих данных показал, что ниже глубины обработки, равной 15 см,
отмечается увеличение оценок математического ожидания исследуемого параметра. Отсюда следует, что проход почвообрабатывающего агрегата, выполняющего предпосадочную обработку поля, привел к созданию рыхлой структуры верхнего горизонта, однако при этом сократился объем корнеобитаемого слоя, соответствующий зоне нормального развития корневой системы растений. Таким образом, проведенные исследования показали, что при совершенствовании распространенной технологии производства картофеля возможно исключение операций предпосадочной обработки почвы.
В предлагаемой технологии для обеспечения нормальных условий функционирования картофелепосадочной машины используется локальный способ обработки почвы, при котором перед сошником с помощью стрельчатых универсальных лап, установленных на жесткой стойке, обрабатывается только узкая полоса [6]. Для обеспечения устойчивого хода сошника по глубине ширина захвата этих лап выбирается в зависимости от его конструктивных параметров. Это дает возможность картофелепосадочной машине обеспечить стабильную глубину посадки семенных клубней.
Для оценки технологических рисков, возникающих при работе картофелепосадочной машины, были проведены натурные исследования почвенного состояния, сформированного в результате ее функционирования в реальных полевых условиях.
На рисунке 2 показано изменение оценок параметров почвенного состояния по следу опорно-приводного колеса картофелепосадочной машины. Из характера представленных кривых видно, что уплотнение почвы, вызванное воздействием ходовых колес машины, уже на глубине 20 см достигает величины, соответствующей зоне высокого уплотнения. Таким образом, в уплотненных междурядьях исключается свободное развитие корневой системы растений и отсутствуют условия для усвоения влаги в связи с уменьшением объема порового пространства. Аналогичная картина отмечается в междурядьях, по которым перемещаются колеса трактора (рис. 3). При этом почвенное состояние в гребне по следу сошников картофелепосадочной машины до глубины 25 см изменяется незначительно. На рисунке 4 кривая 1 отображает оценки средних значений твердости почвы по глубине перед посадкой картофеля, а кривая 2 - после прохода картофелепосадочной машины.
Твердость почвы
ю с
1,0
2,0
10
20
30
40
50
а.
см
60
H
NI \
ч
\
X
///// С.У.
3,0 4,0
I 1 I
2\
-V.
V/'
>--51
Т, МПа 6,0
I 1 I
ТПУ7
Рис.2. Оценки твердости почвы в корнеобитаемом слое до начала посадки и после посадки в междурядье по следу колеса картофелепосадочной машины: 1 - оценки твердости почвы перед посадкой; 2 - оценки твердости почвы в междурядье по следу колеса картофелепосадочной машины
Твердость почвы
1,0 2,0 3,0 4,0 T, МПа 6,0
Рис.3. Оценки твердости почвы в корнеобитаемом слое до начала посадки и после посадки в междурядье по следу колес трактора: 1 - оценки твердости почвы перед посадкой;
2 - оценки твердости почвы в междурядье по следу колес трактора
Анализ полученных данных показал, что работа картофелепосадочной машины приводит к возникновению технологических рисков, приводящих к сокращению зоны распространения корневой системы растений и ухудшению режима их влагообеспечения. Для устранения этих негативных последствий технологией предусмотрено выполнение междурядной обработки почвы с помощью пропашных культиваторов с рабочими органами активного и пассивного типов. Однако такая обработка проводится через 10-14 дней после посадки [7], что приводит к потере состояния физической спелости почвы. Поэтому для устранения переуплотнений почвенных горизонтов в междурядьях предлагается усовершенствовать технологический процесс работы картофелепосадочной машины путем совмещения посадки картофеля с глубоким рыхлением уплотненных зон.
Твердость почвы
1,0 2,0 3,0 4,0 Т, МПа 6,0
Рис.4. Оценки твердости почвы в корнеобитаемом слое до начала посадки и после посадки в центре гребня: 1 - оценки твердости почвы перед посадкой; 2 - оценки твердости почвы в центре гребня
Как уже отмечалось, для получения высоких урожаев картофеля необходимо создать оптимальный в сложившихся почвенно-климатических условиях водный режим, который зависит от интенсивности и периодичности выпадения осадков. Управление водным режимом можно осуществлять за счет выбора приемов, формирующих почвенное состояние, с учетом закономерностей перемещения влаги в корнеобитаемом слое под действием температурного градиента ДТ. Результаты исследований показали, что перемещение влаги по почвенным капиллярам внутри корнеобитаемого слоя происходит в направлении низких температур [8] (рис. 5). Интенсивность перемещения влаги по капиллярам зависит от величины градиента температур. Структура почвы, сформированная из мелких частиц, плотно прилегающих друг к другу, обладает большей теплопроводностью. Поэтому температурный градиент, характерный для такой структуры почвы, имеет более высокое значение, которое влияет на интенсивность перемещения влаги.
Мониторинг погодных условий, проведенный в течение ряда лет с использованием цифрового метеорологического комплекса, показал, что во время вегетации картофеля наблюдаются периоды отсутствия осадков, вследствие чего растения испытывают стресс, что сказывается на продукционном процессе.
Ti
Рис. 5. Схема движения почвенной влаги в капиллярном канале под действием градиента температур
Для исключения стрессов, связанных с рисками временного отсутствия осадков, применяются влагоудерживающие полимерные материалы, которые дозированно укладываются в почву на семенное ложе вместе с клубнями с помощью аппликаторов для применения гранулированных пестицидов. Норма расхода гранул строго согласовывается с густотой посадки картофеля. Влагоудерживающие полимерные материалы способны впитывать из почвы свободную влагу в объемах, превышающих свою массу в сотни раз, превращаясь в гель, через который свободно проходят корни растений [9]. Таким образом, корни растений постоянно подпитываются легкодоступной влагой.
Снижению экологических рисков, связанных с химическим загрязнением почвы, способствует применение внутрипочвенного способа внесения минеральных удобрений. В настоящее время получило широкое распространение внутрипочвенное дозированное внесение жидких минеральных удобрений, совмещенное с посадкой картофеля. Для этой цели
используются специальные приспособления к посадочной машине, подающие рабочую жидкость в зону укладки семенных клубней. Контроль и управление дозированием производится в режиме реального времени на основе цифровых карт поля с использованием специального алгоритма.
Дозированная обработка пестицидами семенных клубней и борозды в зоне их размещения с помощью двухконтурной системы внесения жидких агрохимикатов с последующим укрытием почвой обработанных клубней и очагов размещения распыленных жидких препаратов также обеспечивает экологическую безопасность применения средств химизации.
Объектом исследования является комбинированный агрегат, совмещающий предпосадочную подготовку почвы, посадку семенных клубней, применение средств химизации и влагоудерживающих препаратов, а также междурядную обработку, выполненный на базе картофелепосадочной машины.
Результаты исследований. На основе приведенных результатов исследований, полученных при оценке параметров почвенного состояния, сформированного рабочими органами машин, применяемых в технологии возделывания картофеля, и их ходовых систем, разработан многофункциональный технологический комплекс, выполненный на базе картофелепосадочной машины, позволяющий снизить количество проходов по полю машинно-тракторных агрегатов. Его схема показана на рисунке 6.
Основная технологическая система комплекса (посадочная) представляет собой стандартную картофелепосадочную машину. Для полосовой обработки почвы перед сошниками используется технологическая система, состоящая из стрельчатых универсальных лап 1, закрепленных на жестких стойках, которые монтируются в передней части рамы картофелепосадочной машины. Положение лап по высоте регулируется перестановкой их стоек в держателях в зависимости от установленной глубины посадки. Обработка почвы лапами производится на 3-5 см глубже хода сошников. Это позволит исключить формирование крупных комков в зоне последующего хода лемехов картофелеуборочной машины.
•••• Гранулированный гидрогель Зона распределения жидких пестицидов
_ на клубень мшшЗона внесения жидких удобрении _
СЗ Зона распределения жидких пестицидов ^^^ Переуплотненный слой на дно борозды
Рис. 6. Схема многофункционального технологического комплекса для посадки картофеля: 1 - стрельчатая универсальная лапа на жесткой стойке; 2 - сошник картофелепосадочной машины; 3 - аппликатор гранулированных препаратов; 4 - высаживающий аппарат картофелепосадочной машины; 5 - дефлекторный распылитель; 6 - щелевой распылитель; 7 - подкормочная трубка; 8 -дисковый загортач; 9 - опорно-приводное колесо картофелепосадочной машины; 10 - глубокорыхлитель; 11 - окучивающий корпус; 12 - профилированный прутковый каток
Как уже отмечалось, ходовая система 9 посадочной машины и трактора формируют уплотнение почвы в междурядьях. Это также приводит к образованию крупных комков в зоне хода подкапывающих лемехов картофелеуборочных машин. Поэтому для разуплотнения почвы в междурядьях и восстановления мелкокомковатой структуры используем технологическую систему в виде гребнеобразующего устройства, состоящего из глубокорыхлителя 10, выполненного в виде рыхлительной лапы, установленной на массивной стойке, окучивающего корпуса 11, смонтированного на этой стойке с возможностью регулировки высоты гребня, а также диаболического пруткового катка 12, используемого для упрочнения гребневой поверхности путем формирования локальных уплотненных поперечных полосок, соответствующих шагу установки прутков. Это снижает интенсивность разрушения гребней под действием меняющихся погодных условий в период вегетации растений. С целью минимизации энергозатрат при работе глубокорыхлителя гребнеобразующего устройства предложена методика настройки глубины хода рабочих органов, изложенная в работе [10]. Кроме этого функционирование данной технологической системы обеспечивает восстановление объема порового пространства для снижения рисков влияния неблагоприятных погодных условий.
Технологическая система, обеспечивающая минимизацию рисков при временном отсутствии осадков, выполнена в виде аппликатора 3 гранул влагоудерживающих материалов, дозатором которого является катушечный высевающий аппарат. Функционирование данного аппликатора под управлением цифровой автоматизированной системы обеспечивает равномерное распределение влагоудерживающих материалов независимо от изменения скорости технологического комплекса для посадки картофеля.
Технологическая система для выполнения работ, связанных с внесением агрохимикатов, представляет собой многоконтурный модуль по внесению жидких препаратов в виде пестицидов и удобрений. Отличительной особенностью этих модулей являются рабочие органы для распределения рабочих жидкостей.
Для обработки семенных клубней и окружающей их почвы применяются гидравлические распылители 6 щелевого и центробежного типов, а для внесения пестицидов для обеззараживания дна борозды устанавливаются дефлекторные распылители 5, исключающие попадание рабочей жидкости на семена. Распределение жидких удобрений внутри почвы производится подкормочными трубками 7, подающие рабочую жидкость непосредственно на семенные клубни.
Рис. 7. Макетный образец картофелепосадочного технологического комплекса на базе посадочной
машины GL 32Е
Для исследований эффективности функционирования предложенной схемы технологического комплекса в производственных условиях при реализации биологизированной технологии с применением сидеральных культур использовался макетный образец, выполненный на базе навесной картофелепосадочной машины GL 32Е (рис. 7), который сравнивался с базовым комплексом машин.
Исследования показали, что установка стрельчатых лап на жесткой стойке перед сошниками картофелепосадочной машины в условиях наличия в почве значительного количества растительных остатков после заделки сидеральных культур в верхний слой обеспечила их стабильную работу по глубине (табл. 1). Так, оценки коэффициентов вариации случайного процесса глубины хода сошников в экспериментальном варианте составляют 7,8%, что значительно меньше, чем при их работе в базовой конструкции.
Использование предлагаемого гребнеобразующего устройства позволило устранить уплотнение почвы в междурядье, вызванное воздействием ходовых систем посадочной машины и трактора (рис. 8). Из приведенных графиков видно, что применение гребнеобразующего устройства с глубокорыхлителем позволило устранить уплотнение почвы на глубине до 25 см и создать приемлемые условия для развития корневой системы картофеля.
Таблица 1. Оценки статистических характеристик случайного процесса глубины хода
сошников
Технология Показатель Значение
Базовый вариант Математическое ожидание, та, см 18,25
Среднеквадратическое отклонение, оа, см 4,33
Коэффициент вариации, У а, % 23,7
Экспериментальный вариант Математическое ожидание, та, см 18,58
Среднеквадратическое отклонение, оа, см 1,46
Коэффициент вариации, У а, % 7,8
Твердость почвы
1,0 2,0 3,0 4,0 Т, МПа 6,0
Рис.8. Оценки твердости почвы в корнеобитаемом слое до посадки картофеля и после глубокого рыхления междурядий картофелепосадочным технологическим комплексом: 1 - оценки твердости почвы после проведения предпосадочной подготовки почвы; 2 - оценки твердости почвы в междурядье по следу колеса трактора
Сформированная внутри гребня структура почвы с помощью пассивных рабочих органов, установленных в предлагаемом гребнеобразующем устройстве, по сравнению с фрезерным культиватором-гребнеобразователем, используемым в базовой технологии, обеспечила более высокие запасы влаги в корнеобитаемом слое (табл. 2). Это связано с тем, что используемые пассивные рабочие органы формируют более крупную структуру почвы в верхнем слое, которая замедляет перемещение влаги из корнеобитаемого слоя.
Таблица 2. Оценки параметров почвенного состояния, сформированного при различных
технологиях возделывания картофеля
Технология Тип рабочих органов Мат. ожидание темп. воздуха, m(U °C Мат. ожидание перепада темп. воздуха, ш(Ди °C Мат. ожидание темп. почвы, m(tn), °C Мат. ожидание перепада темп. почвы, ш(Ди °C Мат. ожидание суммарных запасов влаги, m(Ew), мм
Базовая Активный (фреза с горизонт. валом) 20,4 12,84 20,3 4,93 147
Экспериментальная Пассивный (рыхлит. лапы) 19,8 3,68 198
На рисунке 9 представлен сравнительный результат исследования влияния действия влагоудерживающих препаратов на урожайность картофеля, собранного с двух контрольных участков одного поля. Стабильное влагообеспечение корневой системы растений позволило повысить урожайность картофеля до 15%.
Рис. 9. Сравнительный результат применения влагоудерживающего препарата Аквасорб на посадках
картофеля
Использование внутрипочвенного способа внесения жидких агрохимикатов с автоматизированным дозированием расхода препаратов на основе цифровых карт полей по содержанию питательных веществ и фитосанитарному состоянию позволило повысить точность распределения химических средств и обеспечить минимальные риски загрязнения почв.
Выводы. На основании проведенных исследований предложены мероприятия по совершенствованию методов и средств снижения технологических рисков при функционировании машин, используемых в биологизированной технологии возделывания картофеля. По результатам работы составлен технологический комплекс, состоящий из нескольких систем, выполняющих полосовую обработку почвы, посадку картофеля, внесение
влагоудерживающих материалов, внутрипочвенное применение жидких агрохимикатов, формирование гребневой поверхности с одновременным разуплотнением корнеобитаемого слоя. Биологизированная технология обеспечивает создание необходимой почвенной структуры и устойчивость к воздействию неблагоприятных погодных условий. Применение предложенного технологического комплекса позволяет сократить число проходов по полю машинно-тракторных агрегатов, что исключает риски антропогенного воздействия ходовых систем на почву, поддерживать оптимальный режим влагообеспечения растений, а также существенно снизить риски химического загрязнения почвы.
Литература
1. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. - М.: КолосС, 1996. - 367 с.
2. Медведев В.В. Твердость почвы. - Харьков: Городская типография, 2009. - 152 с.
3. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. - М.: Колос, 1981. - 382 с.
4. Шпаар Д., Быкин А., Дрегер Д и др. Картофель / под редакцией Д. Шпаара. - Торжок: ООО «Вариант», 2004. - 466 с.
5. Калинин А.Б., Теплинский И.З. и др. Реологическая модель почвы как объекта формирования требуемой плотности почвы в заданном слое // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2012. - № 29. - С. 248-255.
6. Конкурентоспособные технологии семеноводства, производства и хранения картофеля: науч.изд. -М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2018. - 236 с.
7. Туболев С.С., Колчин Н.Н. и др. Инновационные машинные технологии в картофелеводстве России // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. - № 10. - С. 3-5.
8. Kalinin A., Teplinsky I., Ustroev A. Substantiation of tillage methods aimed at rational usage of water resources // В сборнике: Engineering for Rural Development. 17th International Scientific Conference. - 2018. - Р. 392-399.
9. Smagin, A., Sadovnikova, N. & Smagina, M. Synthetic gel structures in soils for sustainable potato farming. Sci Rep 9, 18588 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-55205-8
10. Теплинский И.З., Калинин А.Б. Алгоритм настройки чизельных плугов на глубину обработки // Тракторы и сельхозмашины. - 1997. - №2. - С. 22-24.
References
1. Kiryushin V.I. Ekologicheskie osnovy zemledeliya. - M.: KolosS, 1996. - 367 s.
2. Medvedev V.V. Tverdost' pochvy. - Har'kov: Gorodskaya tipografiya, 2009. - 152 s.
3. Lur'e A.B. Statisticheskaya dinamika sel'skohozyajstvennyh agregatov. - M.: Kolos, 1981. - 382 s.
4. SHpaar D., Bykin A., Dreger D i dr. Kartofel' / pod redakciej D. SHpaara. - Torzhok: OOO «Variant», 2004. - 466 s.
5. Kalinin A.B., Teplinskij I.Z. i dr. Reologicheskaya model' pochvy kak ob"ekta formirovaniya trebuemoj plotnosti pochvy v zadannom sloe // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2012. - № 29. - S. 248-255.
6. Konkurentosposobnye tekhnologii semenovodstva, proizvodstva i hraneniya kartofelya: nauch.izd. -M.: FGBNU «Rosinformagrotekh», 2018. - 236 s.
7. Tubolev S.S., Kolchin N.N. i dr. Innovacionnye mashinnye tekhnologii v kartofelevodstve Rossii // Traktory i sel'hozmashiny. - 2012. - № 10. - S. 3-5.
8. Kalinin A., Teplinsky I., Ustroev A. Substantiation of tillage methods aimed at rational usage of water resources // V sbornike: Engineering for Rural Development. 17th International Scientific Conference. - 2018. - R. 392-399.
9. Smagin, A., Sadovnikova, N. & Smagina, M. Synthetic gel structures in soils for sustainable potato farming. Sci Rep 9, 18588 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-55205-8
10. Teplinskij I.Z., Kalinin A.B. Algoritm nastrojki chizel'nyh plugov na glubinu obrabotki // Traktory i sel'hozmashiny. - 1997. - №2. - S. 22-24.
Цитирование. Калинин А.Б., Теплинский И.З., Теймуров Т.Ш. Совершенствование методов и средств снижения технологических рисков при функционировании машин для возделывания картофеля // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2021. - №1(62). - С. 178-190. DOI 10.24412/2078-1318-2021-1-178-190
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Citation. Kalinin А.В., Teplinsky I.Z., Teymurov T.S. Improvement of methods and means of technological risks reducing when operating machines for potato producing // Izvestiya Saint-Petersburg State Agrarian University, 2021. 1(62). 178-190. DOI 10.24412/2078-1318-2021-1-178-190
Autor's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. Authors of this paper have read and approved the final version submitted. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 633.521.631.3 DOI 10.24412/2078-1318-2021-1-190-198
АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАБОТЫ ВОРОШИЛКИ ЛЕНТ ЛЬНА
Доктор технических наук, профессор Михаил Алексеевич Новиков (федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»,
e-mail: mihanov25@rambler.ru) РИНЦ SPIN-код: 2612-8574 ORCID: http://orcid.org/0000-0002-6349-1842 196601, Российская Федерация, Санкт-Петербург, г. Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2 Кандидат технических наук, доцент Сергей Борисович Павлов (Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого»,
e-mail: sergeypavlov58@yandex.ru) РИНЦ SPIN-код: 9127-0843 ORCID: http://orcid.org/0000-0003-1866-1651 173003, Российская Федерация, Великий Новгород, ул. Большая Санкт-Петербургская, д. 41
Дата поступления в редакцию 01.02. 2021 г. Дата принятия в печать 24.02.2021 г.
Аннотация. Представлен анализ траектории абсолютного перемещения конца зуба ворошилки. Получено выражение, описывающее характер абсолютного перемещения диска с зубьями с учетом колебания оси вращения. Определены пределы изменения кинематического параметра ворошилки. Установлено, что для работы ворошилки по выбранной схеме достаточно, чтобы сила трения, которую можно получить на ободьях опорно-приводных колёс, была не меньше произведения тягового сопротивления на теоретический параметр ворошилки. Для определения тягового усилия и нагруженности зубьев ворошилки в полевых условиях создана полевая установка, которая включала в себя силовое звено зуба, токосъёмники, усилитель и осциллограф. В результате полевых исследований был установлен характер изменения тяговых усилий зубьев, процесса колебания напряжений, выявлены факторы, влияющие на них. Выполнен проверочный прочностной расчет зубьев, обоснована необходимость разработки предохранительного устройства для их защиты в процессе работы.
Ключевые слова: ворошилка лент льна, льнотреста, кинематический параметр ворошилки, диск с зубьями, опорно-приводные колёса
