CC BY
9
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Успенский Иван Алексеевич, заведующий кафедрой «Техническая эксплуатация транспорта» Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева (РФ, 390044, г. Рязань, ул. Костычева, 1), доктор технических наук, профессор тел. 89036400593, e-mail: ivan.uspenckij@yandex.ru.
Эвиев Валерий Андреевич, профессор кафедры «Агроинженерия» Калмыцкого государственного университета имени Б.Б. Городовикова (РФ, 358000, Респ. Калмыкия, г. Элиста, ул. А. С. Пушкина, 11), доктор технических наук, профессор, тел. (84722) 4-10-05, e-mail: uni@kalmsu.ru Голиков Алексей Анатольевич, доцент кафедры технической эксплуатации транспорта Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева (390044, г. Рязань, ул. Костычева, 1), кандидат технических наук, тел. 89155988347, e-mail: golikov.rgatu@yandex.ru
DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-53 CONDITIONS FOR PLACING THE HEELS OF THE COULTER ON THE DEVELOPED SECTION OF THE SEEDERS FOR SOWING SEADS OF SOYBEANS AND MELON
V. A. Tseplyaev, A. M. Magomedov
Volgograd State Agrarian University, Volgograd Received 16.03.2022 Submitted 25.04.2022
Abstract
Introduction. The use of artificial hydrogel granules promotes improved plant development. Granules introduced into the soil absorb moisture, thereby concentrating sources of moisture in the immediate vicinity of the seeds. However, for the rational use of granules, it is necessary to study the issue of introducing hydrogel into the soil. This is directly affected by the placement of the heels on the upgraded coulter. Materials and methods. For the introduction of enriched granules into the soil, we have developed a section of a seed drill for sowing soybean and melon seeds together with hydrogel. The introduction of granules into the soil is provided by a modernized polozovidny coulter with two heels installed on it for the sowing seeds and the introduction of hydrogel into the soil. Mathematically, the conditions for the competent installation of the toe, both in the longitudinal direction and in the transverse direction, were determined. Results and conclusions. According to the results of the study, the conditions for the rational placement of two coulter feet were obtained.
Keywords: seeder section, precision seeding drill, seed sowing, vegetable crops, melons, hydrogel, hydrogel granules, coulter, placement of coulter heels, coulter heels.
Citation. Tseplyaev V.A., Magomedov A.M. Conditions for placing the heels of the coulter on the developed section of the seeder for sowing seeds of soybeans and melon. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2022. 2(66). 430-438 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-53.
Author's contribution. All the authors of this study were directly involved in the planning, execution or analysis of this study. All the authors of this article have read and approved the submitted final version.
Conflict of interest. The authors declare that there is no conflict of interest.
УДК 631.33.024.2
УСЛОВИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ПЯТ СОШНИКА НА РАЗРАБОТАННОЙ СЕКЦИИ СЕЯЛКИ ПРИ ПОСЕВЕ СЕМЯН СОИ И БАХЧЕВЫХ КУЛЬТУР
В. А. Цепляев, кандидат технических наук, доцент А. М. Магомедов, аспирант
Волгоградский государственный аграрный университет, г. Волгоград
Дата поступления в редакцию 16.03.2022 Дата принятия к печати 25.04.2022
Актуальность. Использование искусственных гранул гидрогеля способствует улучшенному развитию растений. Гранулы, внесенные в почву, впитывают в себя влагу, тем самым концентрируя источники влаги в непосредственной близости от семян. Однако для рационального использования гранул необходимо изучить вопрос внесения гидрогеля в почву. На это напрямую
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
влияет размещение пят на модернизированном сошнике. Цель работы - изучение вопроса правильного размещения пят на модернизированном полозовидном сошнике. Материалы и методы. Для внесения обогащенных гранул в почву нами была разработана секция сеялки для посева семян сои и бахчевых культур вместе с гидрогелем. Внесение гранул в почву обеспечивается модернизированным полозовидным сошником с установленными на нем двумя пятами для посева семян и внесения гидрогеля в почву. Математически определялись условия установки пят как в продольном направлении, так и в поперечном. Результаты и выводы. По результатам исследования были получены условия рационального размещения двух пят сошника.
Ключевые слова: секции сеялки, сеялки точного высева, посев семян овощных культур, гранулы гидрогеля, сошники, пяты сошника.
Цитирование. Цепляев В. А., Магомедов А. М. Условия размещения пят сошника на разработанной секции сеялки при посеве семян сои и бахчевых культур. Известия НВ АУК. 2022. 2(66). 430-438. DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-53.
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении или анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились с представленным окончательным вариантом и одобрили его.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Введение. Одним из факторов повышения урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур является их влагообеспеченность [12]. Волгоградская область с засушливым климатом и бедными по питательному составу почвами находится в зоне рискованного земледелия. Соответственно, проблема обеспечения сельскохозяйственных культур влагой для их развития является актуальной для нашего региона.
Влажность почвы влияет на растение на всех этапах его развития, а поскольку в развитии растений появляются засушливые периоды, то необходимо внести в почву средство, удерживающее влагу [3, 7, 13]. Использование влагосорбирующих сополимеров, внесенных в почву, помогает решить вопрос влагообеспеченности растения [1, 2, 14]. Корневая система развивающихся растений достигает насыщенные влагой гранулы, внесенные в непосредственной близости от семени [8, 10, 11].
Материалы и методы. Для механизации процесса внесения гранул в почву вместе с посевом семян сои и бахчевых культур на кафедре «Технические системы в АПК» Волгоградского государственного аграрного университета была разработана секция сеялки для посева семян сои и бахчевых культур одновременно с насыщенным гидрогелем [6].
В конструкции секции сеялки предусмотрен полозовидный сошник, который был модернизирован для внесения гранул гидрогеля путем установки второй пяты, регулируемой по глубине относительно первой.
Рисунок 1 - Модернизированный полозовидный сошник для одновременного посева семян сои и бахчевых культур и внесения гранул гидрогеля (вид справа)
Figure 1 - Upgraded polozovidny coulter for simultaneous sowing of seeds of soybean and melon crops and the introduction of hydrogel granules (right view)
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 2 - Устройство секции сеялки для одновременного посева и внесения гидрогеля: 1 - бункер для семян; 2 - бак для жидких удобрений; 3 - насос; 4 - катушка; 5 - заслонка; 6,7 - регулировочные болты; 8 - пята для гидрогеля; 9 - пята для семян; 10 - активатор; 11 - тяга; 12 - бункер для гидрогеля; 13 - пружина
Figure 2 - Device of the seeder section for simultaneous sowing and hydrogel application: 1 - seed hopper; 2 - tank for liquid fertilizers; 3 - pump; 4 - coil; 5 - flap; 6,7 - adjusting bolts; 8 - heel for hydrogel; 9 - heel for seeds; 10 - activator; 11 - thrust; 12 - hopper for hydrogel; 13 - spring
Рисунок 3 - Расположение пят модернизированного сошника (вид сзади) Figure 3 - Location of the feet of the upgraded coulter (rear view)
432
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Результаты и обсуждение. Расстояние между бороздообразующими пятами сошника должно обеспечивать формирование некоторой разделительной почвенной стенки, а кроме того, исключать перемешивание почвы вдоль направления движения пят сошника [4].
Рисунок 4 - Схема расположения пят полозовидного сошника для посева семян одновременно
с гидрогелем (вид сзади): 1 - пята для формирования бороздки под гидрогель; 2 - пята для формирования бороздки под семена
Figure 4 - Diagram of the location of the heels of the polozovidny coulter for sowing seeds simultaneously with hydrogel (rear view): 1 - a heel for forming a groove for hydrogel; 2 - a heel for forming a groove for seeds
Деформация почвы от воздействия пят сошника будет приводить к образованию двух бороздок, но при этом плоскости деформации могут пересечься, что приведет к разрушению почвенной стенки и смещению почвы по направлению движения [5, 9]. Рассмотрим это явление на рисунке 5:
Рисунок 5 - Схема деформации почвой пятами сошника Figure 5 - Diagram of soil deformation by coulter heels
433
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Определим предельно допустимое расстояние Ь1 из треугольника АВС:
bl=a^z[f-(f + f)]. (1)
Соответственно:
*=»,•*[§—( f + |)]; (2) » = ^ = ^4i—(!+?)]+°kf—(!+?)]■ (3)
где аг - глубина сформированной бороздки для семян, м; а - глубина заделки гидрогеля, м; В -угол клина, град; ю - угол трения почвы о почву, град.
Отсюда предельно допустимое расстояние между вершинами пят (т. В и т. В1), в окончательном виде запишется:
b>2(a1 + a)-tg[f-(^)]. (4)
При этом условии образование стенки между пятами сошников гарантировано. Расстояние D — D1 будет зависеть в основном от конструктивных особенностей сошника, но из треугольников B1AD1 и B-^E-^D-^:
d2 = a1- tg — a1-tgl=a1(tg-^ + ^ — tg-^ = a1-tg-^. (5)
Соответственно, по аналогии из треугольников ВЕА и BED:
di = a- tgw/2. (6)
Следовательно, общее расстояние у основания пят определяется:
d = d1 + d2 = (a + a1) ■ tg ■ (7)
На основе методики построения зон деформации почвы при воздействии клина на почву рассмотрим три возможных случая их расположения.
Рисунок 6 - Схема зон деформации при их пересечении
Figure 6 - Diagram of deformation zones at their intersection
434
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 7 - Схема зон деформации при касании друг друга Figure 7 - Diagram of deformation zones when touching each other
Рисунок 8 - Схема при расположении зон деформации на некотором расстоянии Figure 8 - Diagram when the deformation zones are located at a certain distance
Наиболее рациональное их расположение, когда они находятся в одной плоскости по направлению движения. При таком расположении семена и гидрогель находятся на одной линии, что соответствует задачам данной работы. Но если расстояние между точками небольшое, то зоны деформации почвы пересекаются. Произойдёт их наложение друг на друга, что приведет к волочению почвы вдоль направления движения и смещению семян и гидрогеля относительно друг друга.
В первом варианте зоны деформации почвы от действия гидрогеля и семян пересекаются, что приводит к сгруживанию и перемещению слоя почвы по ходу движения сошника. Кроме этого, между пятами для формирования бороздок под гидрогель и се-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
мена достаточно небольшое расстояние, чтобы в последующем успешно развиваться корневой системе растений. Во втором варианте зоны деформации касаются друг друга, что обеспечивает наиболее благоприятные условия для развития корневой системы растений. В третьем варианте расстояние между семенами и гидрогелем существенно увеличено, что не позволяет успешно развиваться растениям в первоначальный момент.
Наиболее верным является второй вариант, показанный на рисунке 7. В этом случае величина зоны деформации составит:
с" = (8)
где А\ - ширина пяты для внесения семян, мм; А'\ - ширина пяты для внесения гидрогеля, мм.
Поскольку сошник, как ранее отмечалось, имеет две пяты и их расстояние в поперечной плоскости определено ранее, то далее необходимо рассмотреть условие, необходимое для установки пят вдоль направления поступательного перемещения сошника [12, 13]. Это условие должно исключать наложение плоскостей деформации внутри почвы от одной и другой пят. Для нахождения расстояния между пятами воспользуемся схемой, изображенной на рисунке 9:
Рисунок 9 - Схема размещения пят сошника для определения предельного расстояния между ними: 1 - пята для образования бороздки под семена; 2 - пята под гидрогель; X - угол наклона лезвия пят к дну борозды; at и а2 - глубина хода бороздообразующей пяты под семена и гидрогель соответственно; qx - угол трения пяты о почву; l - смещение пяты для посева семян
относительно пяты для гидрогеля
Figure 9 - The layout of the coulter's heels to determine the maximum distance between them:
1 - the heel for the formation of a groove for seeds; 2 - the heel for hydrogel; X - the angle of inclination of the blade of the heel to the bottom of the furrow; ai and a2 - the depth of the furrow-forming heel for seeds and hydrogel, respectively; q - the angle of friction of the heel on the soil; l - the displacement of the heel for sowing seeds relative to the heel for hydrogel
Рассмотрим прямоугольный треугольник ДВСЕ. Катет ВЕ = С. Тогда учитывая ранее указанные параметры запишем, что:
ВЕ = С = а2 • tgS = а2 • tg[n — (к + ф)]. (9)
Аналогично ЛВ^^Е :
В1Е1 = а1^д[п — (Х + ф)]. (10)
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Отсюда величина 1 будет равна:
1= гд[п - (Х +ф)] + (а2-а{)гд[п - (к +ф)]. (11)
Полученное выражение не позволяет установить истинную зависимость 1 от глубины заделки гидрогеля, поэтому необходимо учесть некоторые физико-механические и биологические особенности развития корневой системы растений.
После посева семян во влажную почву они начинают прорастать. Появившийся росток направляется в глубь почвы, в более влажные её слои. Соответственно гранулы гидрогеля, удерживающие влагу, должны располагаться ниже глубины посева семян. Это величина определена в некоторых исследованиях и находится в пределах (0,3...0,4)а1, то есть в среднем можно записать:
(а2 - = А= 0,35 • (12)
Отсюда общее значение расстояния между пятами сошников 1х равно:
1Х = а1• Ьд[п — (Х + ф)] + 0,35 • а1 • Ьд[п — (Х + ф)] = 1,35 • % • Ьд[п — (Х + ф)] =
кра1 • Ьд(к + ф) . (13)
Вместо конкретного числового значения введён некоторый коэффициент, учитывающий развитие ростка до его взаимодействия с гидрогелем, т.е. в формулу подставим значения Кр, который учитывает отношение фактической разности глубины внесения гидрогеля и посева семян к разности рекомендуемой агротехническими требованиями. Это отношение запишем в виде:
(14)
где Айф - фактическая разность глубины посева гидрогеля; Аао - разность, рекомендуемая агротехническими требованиями.
Значение Кр >1 гарантирует взаимодействие ростка с гидрогелем. Следовательно, аналитическое выражение будет представлено в виде:
I = Кр • • 1д[п — (А + ф)] . (15)
Выводы. Модернизированный полозовидный сошник, установленный на разработанной секции сеялки, оборудован двумя пятами, одна из которой регулируется по глубине внесения относительно другой и позволяет вносить гранулы гидрогеля одновременно с операцией посева. Сошник был разработан с учетом особенностей конструкции сеялки, обладающей некоторыми недостатками, влияющими на качественное выполнение операции посева. Исходный сошник обеспечивает посев семян сои и бахчевых культур вместе с одновременным внесением гранул. При этом пята для посева и пята для внесения гранул установлены таким образом, что при работе образуют единственную бороздку. Соответственно, семена и гранулы будут находиться в почве в одной бороздке. Однако внесение гидрогеля необходимо производить на большую глубину, чем глубина посева семян, для использования гранул корневой системой растений.
В модернизированном полозовидном сошнике пята для внесения гранул установлена таким образом, что при работе секции сеялки образуются две бороздки: одна для посева семян, а другая - для внесения гранул. Рациональное расстояние между бороздообра-зующими пятами во время выполнения технологического процесса обеспечивает образование разделительной почвенной стенки, исключающей перемешивание почвы. Плоскости деформации почвы при этом не накладываются друг на друга. Благодаря этому обеспечивается качественное выполнение технологической операции посева.
437
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Библиографический список
1. Агафонов О. М., Ревенко В. Ю. Возможности полимерного гидрогеля как накопителя почвенной влаги в зоне неустойчивого увлажнения Краснодарского края // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2017. № 10. С. 35-38.
2. Влагообеспеченность обрабатываемого слоя почвы при различных технологиях возделывания / С. И. Камбулов [и др.] // Инновации в сельском хозяйстве. 2017. № 4 (25). С. 222-227.
3. Данилова Т. Н. Регулирование водного режима дерново-подзолистых почв и влаго-обеспеченности растений при помощи водопоглощающих полимеров // Агрофизика. 2016. № 1. С. 8-16.
4. Исследование взаимодействия комбинированного сошника с почвой / А. С. Авань-кина [и др.] // Вестник НГИЭИ. 2017. № 3 (70).
5. К вопросу создания инновационных конструкций и технологических схем сошников для посевных агрегатов / В. Р. Петровец [и др.] // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 4.
6. Магомедов А. М. Разработка посевной секции для механизированного посева семян овощных культур совместно с гидрогелем // Материалы XXV региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области. Волгоград: Волгоградский государственный аграрный университет, 2021. С. 193-196.
7. Ревенко В. Ю., Агафонов О. М. Использование гидрогелей в растениеводстве // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2018. № 11 (2).
8. Результаты исследования влияния гидрогеля на формирование всходов тыквы "Волжская серая" на светло-каштановых почвах Волгоградской области / В. И. Филин [и др.] // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2018. № 3 (51).
9. Результаты лабораторного эксперимента комбинированного сошника / А. С. Фирсов [и др.] // Вестник НГИЭИ. 2020. № 5 (108).
10. Цепляев А. Н., Цепляев В. А., Магомедов А. М. Разработка и исследование секции сеялки для посева семян овощных и бахчевых культур одновременно с гидрогелем // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2021. № 1 (61). С. 380-389.
11. Цепляев А. Н., Тимошенко В. В. Сохранение плодородия почвы при использовании различных способов механизированного внесения тукообогащенного гидрогеля // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2016. № 1. С. 195-201.
12. Advanced nanomaterials in agriculture under a changing climate: The way to The future / Andreas Ioannou [et al.] // Environmental and Experimental Botany. 2020. № 176. No 104048.
13. Deficit Irrigation Scheduling and Superabsorbent Polymer- Hydrogel Enhance Seed Yield, Water Productivity and Economics of Indian Mustard Under Semi-Arid Ecologies / S. S. Rathore [et al.] // Irrigation and Drainage. 2019. № 68 (3). P. 531-541.
14. Nosevich M. Increasing yield of oil flax by improving technological process of sowing seeds together with hydrogel granules // Engineering for Rural Development. 2020. № 19. Pp. 826-832.
Информация об авторах Цепляев Виталий Алексеевич, ректор, доцент, кандидат технических наук, ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» (400002, г. Волгоград, пр. Университетский 26), тел. +7 (8442) 41-17-84.
Магомедов Абдулвагаб Магомедович, аспирант кафедры "Технические системы в АПК" ФГБОУ ВО "Волгоградский государственный аграрный университет" (400002, г. Волгоград, пр. Университетский 26), тел. +7 (8442) 41-15-10, vagabmagomedov@mail.ru.
