CC BY
27
issledovaniya v sovremennom mire. 2018. No. 3-2 (35): 179-184 (In Russian)
9.Sidorova A.V., Sidorov M.V. Tekhnologicheskii modul' dlya traktorov tyagovogo klassa 1,4 [Technology module for tractors of 1.4 drawbar category]. Sovremennye avtomobil'nye materialy i tekhnologii (SAMIT-2019) [Modern automotive materials and technologies Proc. XI Int. Sci. Prac. Conf.] 2019: 322-325 (In Russian)
10.Arzhenovskii A.G. Razrabotka i komplektovanie izmeritel'no-vychislitel'nogo kompleksa dlya opredeleniya dinamicheskikh i toplivno-ekonomicheskikh pokazatelei MTA [Development and packaging of a measuring and computing complex for determining the dynamic and fuel and economic indicators of tractor/implement system]. Vestnik agrarnoi nauki Dona. 2018. No. 2 (42): 26-33 (In Russian)
11.Dzhabborov N.I., Dobrinov A.V., Eviev V.A., Dzhabborov P.N. Optimizatsiya shiriny zakhvata MTA na stadii proektirovaniy [Optimization of the working width of a tractor/implement system at the designing stage]. Traktory i sel'skokhozyaistvennye mashiny, 2008, No. 10: 30-31(In Russian)
12.Dzhabborov N.I., Dobrinov A.V., Dementev A.M. Nauchnye printsipy
prognozirovaniya ekspluatatsionnykh
pokazatelei i raschet konstruktivnykh parametrov pochvoobrabatyvayushche-
posevnykh agregatov na stadiyakh proektirovaniya i ekspluatatsii [Scientific principles for forecasting the operational indicators and calculating the design parameters of tillage and seeding units at the designing and operation stages]. Ekologiya i sel'skokhozyaistvennaya tekhnika. Materialy 6-i mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Ecology and Agricultural Machinery. Proc. 6th Int. Sci. Prac. Conf.]. 2009. Vol. 1: 72-79 (In Russian)
13.Dzhabborov N.I., Dobrinov A.V., Semenova G.A. Opredelenie energotekhnologicheskikh parametrov dinamichnykh pochvoobrabatyvayushchikh agregatov [Determination of energy technological parameters of dynamic soil tilling units]. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2017. No. 4 (49): 252-259. (In Russian)
14. Ksenevich I.P. Nazemnye tyagovo-transportnye sistemy: perspektiva primeneniya bortovykh istochnikov energii s elektricheskim tyagovym privodom [Ground traction and transport systems: the prospect of using onboard energy sources with an electric traction drive]. Privodnaya tekhnika, 2000, No. 2(24): 30-36 (In Russian)
УДК 631.332.7
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СОШНИКОВОЙ ГРУППЫ КАРТОФЕЛЕПОСАДОЧНЫХ МАШИН В БИОЛОГИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ КАРТОФЕЛЯ
1 2 А.Б. Калинин , д-р техн. наук; А.Н. Перекопский , канд. техн. наук;
Т.Ш. Теймуров2
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Санкт-Петербург, Россия
2Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
В статье представлены результаты выбора вариантов сошниковой группы картофелепосадочных машин в биологизированных технологиях возделывания картофеля. Одним из путей решения проблемы устойчивого развития картофелеводческих предприятий является их переход на биологизированные технологии производства картофеля. Биологизация производства картофеля заключается в активном использовании сидеральных культур в качестве предшественника. Требуется применение картофелепосадочных машин, способных работать в жестких почвенных условиях по сравнению с традиционными технологиями из-за отсутствия предпосадочной обработки и наличия растительных остатков. Цель исследования - совершенствование сошниковой системы для обеспечения требуемого качества выполнения технологической операции по параметру глубины посадки клубней независимо от уровня насыщения верхнего слоя растительными остатками. Для этого предложены схемы установки рыхлительных лап перед сошниками картофелепосадочной машины: базовый вариант килевидного сошника и два варианта с рыхлительной лапой на пружинной стойке и стрельчатой лапой на жесткой стойке. Установка рыхлительных лап перед сошниками картофелепосадочной машины обеспечивает стабилизацию процесса размещения семенных клубней по глубине. Использование рыхлительных лап на пружинной стойке не обеспечивает стабильность процесса глубины посадки из-за вибрации рабочего органа при движении посадочной машины. Наиболее высокое качество посадки картофеля обеспечивается при установке перед сошниками посадочной машины стрельчатой лапы на жесткой стойке. Коэффициент вариации глубины посадки - 7,8%, а в базовом варианте -23,7%. Дальнейшие работы будут направлены на исследование условий функционирования данной комбинации рабочих органов картофелесажалки, качество выполнения технологической операции по параметру соблюдения заданной глубины посадки, а также выбора и обоснования рационального типа почвообрабатывающего рабочего органа применительно к работе в условиях высокого содержания растительных остатков в поверхностном слое.
Ключевые слова: сошник, биологизированные технологии, возделывание картофеля, картофелепосадочная машина
Для цитирования: Калинин А.Б., Перекопский А.Н., Теймуров Т.Ш. Совершенствование сошниковой группы картофелепосадочных машин в биологизированных технологиях возделывания картофеля // АгроЭкоИнженерия. 2021. №1(106). С.62-70
IMPROVEMENT OF THE COULTER GROUP IN POTATO PLANTING MACHINES USED IN BIOLOGY-BASED POTATO CULTIVATION TECHNOLOGIES
1 • 2 A.B. Kalinin , DSc (Engineering) T. Sh. Teimurov
A. N. Perekopskiy1, Cand. Sc. (Engineering)
1Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
9
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Saint Petersburg State Agrarian University
The article presents the results of choosing a coulter group option for potato planting machines used in biology-based potato cultivation technologies. One of the ways to address the challenge of sustainable development of potato-growing enterprises is their transition to relevant biology-based technologies. This practice includes the active use of green manure as a preceding crop. It requires the potato planters that are capable to work in hard seedbed conditions compared to traditional technologies due to the lack of pre-planting tillage and the presence of plant residues. The study aimed to improve the coulter system to ensure the required quality of the technological operation in terms of the planting depth of tubers regardless of the amount of surface plant residues. Three schemes were proposed for the coulters in potato planting machines being preceded by a soil and residue cutting device: a basic option with a shoe-type tine opener and two options with a ripper on a spring stand and a duck-foot ripper on a rigid stand. Installation of rippers in front of the coulters in a potato planting machine ensures the stable placing of seed tubers in depth. The ripper on a spring stand failed to perform this task due to the working tool vibration when the planting machine was travelling. The best potato planting quality was ensured by a duck-foot ripper installed in front of the coulters in the planting machine on a rigid stand. The planting depth variation coefficient was 7.8% while in the basic option it was 23.7%. The future investigations will aim to identify the operating conditions of such a combination of working tools of a potato planter, the quality of the technological operation in terms of compliance with a given planting depth, as well as the choice and substantiation of a rational type of tillage working tool adjusted to a high plant residue content in the surface soil layer.
Key words: coulter, biology-based technology, potato cultivation, potato planter
For citation: Kalinin A.B., Perekopskiy A. N., Teimurov T. Sh. Improvement of the coulter group in potato planting machines used in biology-based potato cultivation technologies. AgroEkoInzheneriya. 2021. No. 1(106): 62-70. (In Russian)
Введение
В последнее десятилетие
специализированные картофелеводческие хозяйства, которые используют интенсивные технологии производства картофеля с применением современной техники, встречаются с вызовами ряда природных явлений (избыточные осадки, недостаток влаги, экстремально высокие температуры и т.п.), приводящим к значительному снижению урожайности клубней и ухудшение их качества. Следствием таких явлений является резкое снижение рентабельности производства картофеля и отказ многих хозяйств от производства данной культуры. Например, в 2017 году по данным Картофельного союза России отмечалась отрицательная рентабельность производства картофеля -11%, что привело к
последующему отказу хозяйств от производства данной культуры и сокращению площадей под ней на 4,5%.
Современные технологии
производства картофеля предусматривают интенсивное воздействие на почву со стороны машинотракторных агрегатов в осенний и весенний периоды [1], которые приводят к значительному ухудшению почвенного состояния и возникновению эрозионных процессов [2]. Поэтому необоснованное применение таких технологий делает специализированные предприятия зависимыми от влияния неблагоприятных погодных явлений, когда внешние условия обуславливают не только финансовую стабильность хозяйств, но и сохранность почв - основного
производственного ресурса для
растениеводства в целом [3].
Одним из путей решения вышеуказанной проблемы устойчивого развития картофелеводческих предприятий является их переход на биологизированные технологии производства картофеля. Биологизация производства картофеля в данном случае заключается в активном использовании сидеральных культур в качестве предшественника [4]. Применение целого ряда сидеральных культур улучшает биологические характеристики почвы, например, биологическая активность, микробная биомасса и т.п. [5]. Кроме этого применение сидератов улучшает физические свойства почвы, повышает уровень их плодородия и сокращает количество патогенов и вредителей в зоне формирования клубней нового урожая. Таким образом, использование сидератов, как предшественника при возделывании картофеля дает не только быстрый экономический эффект [6], но и сохраняет почву от деградации при использовании интенсивных технологий.
Биологизация производства
картофеля позволяет обеспечить
благоприятные условия для развития растений и получения клубней нового урожая высокого качества путем заделки измельченной массы в верхний слой почвы и последующего безотвального рыхления при выполнении зяблевой подготовки почвы. Такие мероприятия способствуют активному действию природных факторов на улучшение почвенного состояния в зимний период [7] и позволяют исключить предпосадочную подготовку почвы при возделывании картофеля.
В связи с вышесказанным биологизация производства картофеля требует применения картофелепосадочных машин, способных работать в жестких почвенных условиях по сравнению с традиционными технологиями из-за отсутствия предпосадочной обработки. Необходимо также отметить, что при неглубокой заделке сидератов в верхнем слое накапливается значительный объем растительных остатков, которые могут
влиять на качество выполнения посадочных работ.
Проведенный патентный поиск, обзор конструкций широко распространённых картофелепосадочных машин и анализ литературных источников [8-12] показал, что конструкция сошниковой системы картофелесажалок большинства
производителей не позволяет обеспечить надлежащее качество посадки при наличии в почве значительных объемов растительных остатков.
Цель исследования -
совершенствование сошниковой системы для обеспечения требуемого качества выполнения технологической операции по параметру глубины посадки клубней независимо от уровня насыщения верхнего слоя растительными остатками.
Материалы и методы
С целью обеспечения стабильного размещения семенных клубней по глубине необходимо создать условия для устойчивого хода сошников
картофелесажалки за счет установки перед ними почвообрабатывающих рабочих органов. Для этого предложена схема установки рыхлительных лап перед сошниками картофелепосадочной машины. Данный рабочий орган должен иметь возможность регулировки по высоте на специальных кронштейнах таким образом, чтобы обеспечить глубину рыхления почвы на 1 -2 см ниже настроечного значения глубины посадки семенных клубней. Кроме этого, рабочие органы, устанавливаемые перед сошниками, необходимо оснастить системой защиты от поломок при на наезде на препятствия. Установка рабочих органов на жесткой стойке обеспечивает более стабильную глубину обработки почвы по сравнению с пружинной стойкой. Тип рабочего органа зависит от почвенных условий и содержания растительных остатков в верхнем слое.
Варианты сошниковых групп:
1. Килевидный сошник на параллелограммной подвеске (базовый вариант картофелесажалки);
2. Рыхлительная лапа на пружинной 3. Стрельчатая лапа на жесткой
стойке + килевидный сошник на стойке + килевидный сошник на параллелограммной подвеске (рис.1); параллелограммной подвеске (рис.2).
Рис. 1. Схема сошниковой группы картофелепосадочной машины (вариант 2): 1 -сошник, 2 - рыхлительная лапа на пружинной стойке
Рис. 2. Схема сошниковой группы в составе - стрельчатая лапа на жесткой стойке + килевидный сошник (вариант 3)
Результаты и обсуждение
Таким образом для повышения качества выполнения посадочных работ в
возделывания картофеля была предложена схема сошниковой группы, состоящая из комбинации почвообрабатывающего
рабочего органа и сошника
биологизированной технологии картофелепосадочной машины (см. рис.3).
Математическое ожидание, Среднеквадратическое Коэффициент вариации, уа, та, см отклонение, оа, см %
= Базовый вариант сошниковой группы
Г Рыхлительная лапа на пружинной стойке + сошник на параллелограммной подвеске ^ Стрельчатая лапа на жесткой стойке + сошник на параллелограммной подвеске
Рис. 3. Оценки статистических исследуемых сошниковых групп
характеристик процесса глубины посадки
Все сошниковые группы достаточно точно (см. рис.3) выдерживают среднюю глубину посадки семенного материала та, однако среднеквадратическое отклонение оа и коэффициент вариации, уа в базовом варианте достаточно высоки, что свидетельствует о нестабильности выполнения технологической операции посадки картофеля (глубины посадки в частности).
Выводы
1. Установка рыхлительных лап перед сошниками картофелепосадочной машины обеспечивает стабилизацию процесса размещения семенных клубней по глубине. Использование рыхлительных лап на пружинной стойке не обеспечивает стабильность процесса глубины посадки из-за вибрации рабочего органа при движении посадочной машины.
2. Наиболее высокое качество посадки картофеля обеспечивается при установке перед сошниками посадочной машины стрельчатой лапы на жесткой стойке. Коэффициент вариации глубины посадки - 7,8%, а в базовом варианте -23,7%.
3. Дальнейшие работы будут направлены на исследование условий функционирования данной комбинации рабочих органов картофелесажалки, качество выполнения технологической операции по параметру соблюдения заданной глубины посадки, а также выбора и обоснования рационального типа почвообрабатывающего рабочего органа применительно к работе в условиях высокого содержания растительных остатков в поверхностном слое.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шпаар Д., Быкин А., Дрегер Д. и др. Картофель. М.: Агродело, 2007. - 458 с.
2. Kalinin A., Kalinina V., Teplinsky I., Ruzhev V. Selection and justification of potato inter row tillage systems based on development of dynamic model of heat and moisture transfer between soil layers. Proceedings of the 19th International Scientific Conference "Engineering for rural development", Jelgava, Latvia. 2020. С. 819-825.
3. Maksimov D.A., Minin V.B., Ustroev A.A., Murzaev E.A., Melnikov S.P. The effect of biologized methods of potato cultivation in organic farming on its yield. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Proceedings of AgroCON-2019, Kurgan, Russia. 2019. С. 012088.
4. Бублик Б. А., Гридчин В. Т. Манна с небес - в огород. Всемогущая сидерация. - Казань, 2012. 96 с.
5. Stalham M.A., Allen E.J., Herry F.X. CUF Effects of soil compaction on potato growth and its removal by cultivation. Research Review. British Potato Counsel: Oxford. 2005. 60 p.
6. Новиков М.Н., Тужилин В.М., Тысленко А.М. и др. Технология использования сидератов и средоулучшающих культур в севооборотах Нечерноземной зоны России. -Владимир, 2008. - 144 с.
7. Kalinin A.B., Teplinsky I.Z., Ustroev A.A., Kudryavtsev P.P. Selection and substantiation of cultivator adjustment parameters for differential soil treatment on potato based on the rheology state of soil horizons. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. 516. С. 012025. DOI: 10.1088/1757-899X/516/1/012025.
8. Романовский Н.В., Перекопский А.Н. Повышение эффективности механической обработки междурядий в органическом земледелии / Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. № 1 (98). С. 101-107.
9. Устроев А.А., Калинин А.Б., Мурзаев Е.А. Оценка эффективности технологических операций в процессах основной обработки почвы и ухода за посадками в органической технологии возделывания картофеля // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 3 (96). С. 66-73.
10. Ружьев В.А., Теплинская О.Н., Ловкис
B.Б., Теймуров Т.Ш. Снижение экологических рисков в технологии возделывания картофеля за счет совершенствования рабочего процесса картофелепосадочной машины /Сборник научных статей Международной научно-практической конференции «Техническое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве». Минск: БГАТУ, 2020.
C. 73-73.
11.Калинин А.Б., Теплинский И.З., Калинина В.А. Методы и средства снижения энергозатрат на разуплотнение почвы в технологии производства картофеля / Известия Международной академии аграрного образования. 2020. № 52. С. 11-14.
12. Грунин К.Е. Регулировки картофелесажалки GL34T фирмы Grimme / Вестник НГИЭИ. 2011. Т. 2. № 5 (6). С. 125135.
REFERENCES
1. Shpaar D., Bykin A., Dreger D. et al. 2. Kalinin A., Kalinina V., Teplinsky I., Ruzhev Kartofel' [Potato]. Moscow: Agrodelo, 2007: V. Selection and justification of potato inter row 458 (In Russian) tillage systems based on development of
dynamic model of heat and moisture transfer between soil layers. Proc. 19th Int. Sci. Conf. "Engineering for rural development", Jelgava, Latvia. 2020: 819-825 (In English)
3. Maksimov D.A., Minin V.B., Ustroev A.A., Murzaev E.A., Melnikov S.P. The effect of biologized methods of potato cultivation in organic farming on its yield. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Proc. of AgroC0N-2019. Kurgan, Russia. 2019. 012088. (In English)
4. Bublik B. A., Gridchin V. T. Manna s nebes -v ogorod. Vsemogushchaya sideratsiya [Manna from heaven - to the garden. Almighty Sideration]. Kazan', 2012: 96 (In Russian)
5. Stalham M.A., Allen E.J., Herry F.X. CUF. Effects of soil compaction on potato growth and its removal by cultivation. Research Review. British Potato Counsel: Oxford. 2005. 60 p.
6. Novikov M.N., Tuzhilin V.M., Tyslenko A.M. et al. Tekhnologiya ispol'zovaniya sideratov i sredouluchshayushchikh kul'tur v sevooborotakh Nechernozemnoi zony Rossii [Technology of using green manures and environment-improving crops in crop rotations of the Non-Black Earth Zone of Russia]. Vladimir, 2008: 144 (In Russian)
7. Kalinin A.B., Teplinsky I.Z., Ustroev A.A., Kudryavtsev P.P. Selection and substantiation of cultivator adjustment parameters for differential soil treatment on potato based on the rheology state of soil horizons. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. 516. 012025. DOI: 10.1088/1757-899X/516/1/012025 (In English)
8. Romanovskiy N.V., Perekopskiy A.N. Povyshenie effektivnosti mekhanicheskoi obrabotki mezhduryadii v organicheskom zemledelii [Improving the efficiency of between-row mechanical soil tilling in organic farming]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii
rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019. No. 1 (98): 101-107 (In Russian)
9. Ustroev A.A., Kalinin A.B., Murzaev E.A. Otsenka effektivnosti tekhnologicheskikh operatsii v protsessakh osnovnoi obrabotki pochvy i ukhoda za posadkami v organicheskoi tekhnologii vozdelyvaniya kartofelya [Efficiency assessment of technological operations of primary soil tillage and crop care in organic potato cultivation]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. No. 3 (96): 66-73 (In Russian)
10. Ruzh'ev V.A., Teplinskaya O.N., Lovkis V.B., Teimurov T.Sh. Snizhenie ekologicheskikh riskov v tekhnologii vozdelyvaniya kartofelya za schet sovershenstvovaniya rabochego protsessa kartofeleposadochnoi mashiny [Reducing environmental risks in potato cultivation technology by improving the working process of the potato planting machine]. Sbornik nauchnykh statei Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii "Tekhnicheskoe obespechenie innovatsionnykh tekhnologii v sel'skom khozyaistve" [Proc. Int. Sci. Prac. Conf. "Technical support of innovative technologies in agriculture"]. Minsk: BGATU, 2020: 73-73. (In Russian)
11. Kalinin A.B., Teplinskii I.Z., Kalinina V.A. Metody i sredstva snizheniya energozatrat na razuplotnenie pochvy v tekhnologii proizvodstva kartofelya [Methods and means of reducing energy consumption on soil decompaction in potato growing technology]. Izvestiya Mezhdunarodnoi akademii agrarnogo obrazovaniya. 2020. No. 52: 11-14. (In Russian)
12. Grunin K.E. Regulirovki kartofelesazhalki GL34T firmy Grimme [Adjustment of potato planter GL34T of Grimme company]. Vestnik NGIEI. 2011. vol. 2. No. 5 (6): 125-135. (In Russian
