Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ технологий и технических средств для обработки и посева, применяемых в условиях северо-востока европейской части РФ 15
1.1 Региональные условия возделывания сельскохозяйственных культур. 15
1.2 Общая характеристика технологий обработки почвы и посева в Северо-Восточном регионе европейской части России 16
1.2.1 Технологии основной обработки почвы 16
1.2.2 Технологии предпосевной обработки почвы и посева 21
1.2.3 Технологии повышения продуктивности естественных кормовых угодий 24
1.2.4 Перспективные направления повышения эффективности технологий обработки почвы и посева 27
1.3 Анализ технических средств для основной обработки почвы 29
1.4 Анализ конструкций почвообрабатывающе-посевных агрегатов.
1.4.1 Конструктивно-технологические схемы почвообра-батывающе-посевных агрегатов 33
1.4.2 Сошники и сошниковые группы сеялок и почвообрабатывающе-посевных агрегатов 41
1.5 Технические средства для улучшения естественных кормовых угодий 45
1.5.1 Агрегаты для ускоренного залужения естественных кормовых угодий 45
1.5.2 Технические средства для прямого посева семян трав в дернину 49
1.5.3 Анализ туковысевающих устройств посевных и посадочных машин 56
1.6 Краткий обзор теоретических исследований по теме диссертационной работы 60
1.7 Состояние проблемы и задачи исследования 70
2 Теоретические предпосылки к обоснованию конструктивно-технологических схем многофункциональной техники для обработки почвы и посева 73
2.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы орудия для основной обработки почвы со сменными рабочими органами 73
2.1.1 Устойчивость движения орудия со сменными рабочими органами для безотвальной обработки почвы в продольно-вертикальной плоскости 76
2.1.2 Устойчивость движения орудия со сменными рабочими органами для безотвальной обработки почвы в горизонтальной плоскости 83
2.1.3 Обоснование конструктивно-технологической схемы многофункционального агрегата для безотвальной обработки почвы 87
2.2 Обоснование конструктивно-технологической схемы почвообрабатывающе-посевного агрегата 90
2.2.1 Определение оптимальной ширины захвата почвообрабатывающе-посевного агрегата 93
2.2.2 Определение основных параметров измельчающего ротора ротационного рыхлителя
почвообрабатывающе-посевного агрегата 100
2.2.3 Определение основных параметров сошниковой группы почвообрабатывающе-посевного агрегата 104
2.3 Обоснование конструктивно-технологических схем машин для полосного посева семян трав в дернину и их рабочих органов 118
2.3. 1 Обоснование технологической схемы сеялки полосного посева семян трав в дернину 118
2.3.2 Обоснование конструктивно-технологической схемы фрезерного сошника сеялки полосного посева 123
2.3.3 Совершенствование сеялок полосного посева семян трав 130
2.3.4 Обоснование конструктивно-технологической схемы туковой сеялки комбинированного дернинного агрегата.. 133
2.3.5 Моделирование движения частиц почвы по поверхности Г-образного ножа фрезерного сошника сеялки полосного посева 136
3 Программа и методика экспериментальных исследований 144
3.1 Программа экспериментальных исследований 144
3.2 Экспериментальные установки, приборы и оборудование 146
3.3 Объекты исследования 146
3.4 Методика определения основных физико-механических свойств почвы 165
3.5 Методика определения затрат энергии на обработку почвы 167
3.6 Методика определения жёсткости пружины кручения сошниковой группы почвообрабатывающее-посевного агрегата 168
3.7 Методика определения глубины заделки семян 169
3.8 Методика определения параметров бороздообразования 170
3.9 Методика определения нормы высева семян и удобрений 172
3.10 Методика определения параметров полосы, профрезерованной в дернине 173
3.11 Методика определения энергоёмкости фрезерования полосы дернины 174
3.12 Методика определения показателей качества высева удобрений 174
4 Разработка и результаты экспериментальных исследований технических средств для основной обработки почвы 177
4.1 Разработка и результаты исследований универсального орудия для основной обработки почвы для тракторов класса 14 кН 177
4.1.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы плуга-плоскореза ППН-3-35/2-70 177
4.1.2 Определение оптимальных параметров плоскорезных лап 180
4.1.3 Определение оптимальных параметров и режимов работы орудия с плоскорезными лапами и дисковой секцией 184
4.1.4 Исследование совместной работы плоскорезных лап и дисковой секции 187
4.1.5 Оценка эффективности функционирования плуга-плоскореза ППН-3-35/2-70 191
4.2 Разработка и результаты исследований орудия для основной обработки почвы со сменными рабочими органами для тракторов класса 30 кН 195
4.3 Разработка и результаты исследований многофункционального агрегата для безотвальной обработки почвы 201
4.3.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы много-функционального почвообрабатывающего агрегата КПА-2,2 201
4.3.2 Оценка эффективности работы многофункционального почвообрабатывающего агрегата КПА-2,2 203
5 Разработка и результаты исследований почвообрабатывающе-посевного агрегата 207
5.1 Результаты исследований по определению конструктивно технологических параметров почвообрабатывающей части агрегата 207
5.1.1 Сравнительные исследования рабочих органов машин для предпосевной обработки почвы 207
5.1.2 Обоснование конструктивно-технологической схемы почвообрабатывающей части агрегата 209
5.1.3 Определение оптимальных параметров и режимов работы почвообрабатывающей части агрегата
5.1.3.1 Определение оптимальных параметров почвозацепов приводного ротора 211
5.1.3.2 Определение оптимальных параметров и режимов работы приводного ротора 219
5.1.3.3 Сравнительные исследования фрезерного и тросового измельчающего ротора 221
5.1.3.4 Определение оптимальных параметров и режимов работы тросового измельчающего ротора 224
5.1.4 Сравнительные исследования почвообрабатывающей части агрегата с фрезерным и тросовым измельчающими роторами... 226
5.2 Результаты исследований по определению конструктивно технологических параметров посевной части агрегата 229
5.2.1 Сравнительные исследования сошников различного типа 229
5.2.1.1 Сравнительные исследования сошников по качеству бороздообразования 229
5.2.1.2 Сравнительные исследования сошников по качеству посева... 234
5.2.2 Определение оптимальных параметров сошниковой группы... 237
5.3 Результаты исследований конструктивно-технологической схемы почвообрабатывающе-посевного агрегата 243
5.4 Оценка эффективности работы почвообрабатывающе-посевного агрегата АППН-2,1 249
5.5 Оценка эффективности работы почвообрабатывающей части
АППН-2,1 как агрегата для предпосевной обработки почвы 254
6 Разработка и результаты исследований технических средств для полосного посева семян трав в дернину 258
6.1 Оценка конструктивно-технологической схемы сеялки для прямого полосного посева семян трав в дернину 258
6.2 Совершенствование фрезерного сошника сеялки полосного посева семян трав в дернину 261
6.2.1 Исследование фрезерного рабочего органа с предварительным надрезанием краев полосы 262
6.2.1.1 Результаты исследования влияния кинематического режима работы фрезы на степень крошения почвы и энергоёмкость фрезерования 262
6.2.1.2 Влияние предварительного надрезания краев полосы на энергоёмкость фрезерования 264
6.2.1.3 Влияние предварительного надрезания краев полосы на показатели стабильности ее ширины 266
6.2.1.4 Влияние предварительного надрезания краев полосы на степень крошения почвы 269
6.2.2 Исследование двухдискового фрезерного рабочего органа 271
6.2.2.1 Оценка эффективности обработки почвы двухдисковым фрезерным рабочим органом 271
6.2.2.2 Сравнительные исследования фрезерных сошников дернинных сеялок 274
6.2.3 Исследование фрезерного сошника с пластинчатыми ножами 276
6.2.3.1 Оценка эффективности работы фрезерного сошника с пластинчатыми ножами 277
6.2.3.2 Определение оптимальных параметров и режимов работы фрезерного сошника с пластинчатыми ножами 281
6.2.4 Исследование предохранительно-демпферного устройства фрезерных рабочих органов сеялки полосного посева 284
6.2.4.1 Определение параметров предохранительно-демпферного устройства фрезерного сошника 284
6.2.4.2 Оценка эффективности работы предохранительно-демпферного устройства фрезерного сошника 287
6.3 Обоснование технологической схемы, параметров и режимов
работы туковой сеялки дернинного агрегата АДК-2,8 291 6.3.1 Сравнительные исследования катушечно-штифтового и спирально-шнекового туковысевающих аппаратов 291
6.3.2 Определение конструктивно-технологических параметров спирально-шнекового туковысевающего аппарата 295
6.3.3 Оценка эффективности работы туковой сеялки комбинированного дернинного агрегата АДК-2,8 299
7 Оценка эффективности использования разрабо танной техники для обработки почвы и посева 302
7.1 Оценка эффективности использования разработанной техники для основной обработки почвы 303
7.1.1 Оценка эффективности работы орудия для основной обработки почвы со сменными рабочими органами - плуга-плоскореза ППН-3-35/2-70 303
7.1.2 Оценка эффективности работы многофункционального агрегата для безотвальной обработки почвы КПА-2,2 308
7.2 Оценка эффективности работы почвообрабатывающе-посевного агрегата АППН-2,1 311
7.3 Оценка эффективности полосного посева семян трав с использованием дернинных сеялок и комбинированного агрегата
7.3.1 Эффективность технологии возделывания трав с использованием сеялки прямого полосного посева СДК-2,8 314
7.3.2 Эффективность применения дернинного агрегата АДК-2,8 319
7.4 Производство сеялок для посева семян трав в дернину СДК-2,8 320
Основные выводы 323
Литература
- Технологии повышения продуктивности естественных кормовых угодий
- Обоснование технологической схемы сеялки полосного посева семян трав в дернину
- Методика определения основных физико-механических свойств почвы
- Определение оптимальных параметров и режимов работы орудия с плоскорезными лапами и дисковой секцией
Введение к работе
Актуальность темы. Среди существующих технологий производства
кормов находит все более широкое применение способ экструдирования. При
экструзии зерновой материал подвергается комплексному воздействию
давления, температуры и сдвиговых деформаций. В результате происходят
глубокие биохимические превращения питательных веществ: декстринизация
крахмала до глюкозы, изменяется структура клетчатки, нейтрализуются
антипитательные вещества, происходит стерилизация корма, улучшаются
вкусовые качества. Применение кормов, полученных способом
экструдирования, способствует повышению усвояемости, переваримости и более полному использованию питательных веществ организмом животных.
Изменения, происходящие в экструдируемом сырье, зависят от режимов процесса экструзии, которые определяет возникающее в этом случае комплексное физико-механическое воздействие на материал. Однако в литературных источниках практически отсутствует информация о зависимости кормовых качеств зерновых продуктов от воздействий, оказываемых на них в процессе экструзии.
Исследование влияния физико-механических воздействий,
присутствующих при экструзии (интенсивность сдвига, температура, давление) на кормовые качества крахмалсодержащего сырья является актуальной задачей, решение которой позволит целенаправленно выбирать конструктивные параметры экструдера и технологические режимы с учетом показателей кормового качества.
Степень разработанности. Весомый вклад в исследование и
оптимизацию процесса экструдирования внесли Г. Шенкель, Э. Бернхард,
З. Тадмор, Дж.Мейз, Р.В. Торнер и др. Последующее развитие теория экструзии
получила в работах M.L. Booy, Ch.I. Ching, B. Elbirly, J.T. Lindt, H. Potente,
J. Martin, В.А. Силина, В.И. Янкова, М.Л. Фридмана, С.Н. Михайлова,
Д.М. Мухаметгалеева, В.С. Кима, В.В. Скачкова, А.А. Татарникова,
Е.В. Славнова, О.И. Скульского, Т.А. Дидык, А.Н. Острикова, О.В. Абрамова, А.С. Рудометкина Т.М. Зубковой, В.П. Ханина, К.А. Фисенко, В.А. Сысуева, Л.И. Кедровой, В.Д. Кобылянского и других исследователей. Изучив труды ученых, можно сделать вывод, что метод экструзионной обработки зерновых продуктов позволяет получить хорошо усвояемые, термостерилизованные, с улучшенными вкусовыми свойствами кормовые продукты. Однако в работах не оценивается влияние параметров на кормовые качества обрабатываемого зернового материала, то есть, нет связи технологических параметров процесса экструдирования с критериями требуемого качества экструдата.
Цель исследований. Целью диссертационной работы является повышение эффективности процесса экструзии путем определения зависимости кормового качества продукта от комплексного физико-механического воздействия (скорости сдвига, температуры, давления).
В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи исследований:
-
Предложить математическую модель, позволяющую определять зависимости скорости сдвига, температуры и давления, воздействующих в процессе экструзии на перерабатываемый материал, от режимов экструзии, геометрических параметров экструдера и вязких свойств сырья.
-
Обосновать и разработать конструктивно-технологическую схему и конструкцию установки физико-механического воздействия на обрабатываемый материал, методику и метод ее использования для определения эффективных режимов воздействия на обрабатываемый материал, повышающих питательность продукта.
-
Исследовать влияние и установить зависимости кормовой ценности зернового материала от параметров физико-механического воздействия в процессе экструзии. Определить эффективные параметры физико-механического воздействия, повышающие кормовую ценность экструдата дерти ржи.
-
Проверить работоспособность экструдера при обоснованных режимах воздействия на дерть ржи.
-
Определить эффективность применения экструдированного зерна озимой ржи в качестве кормового продукта.
Научная новизна:
математическая модель процесса экструзии зерновых продуктов в интегральных характеристиках (среднее по сечению давление, средняя массовая по сечению температура, объемный расход - аналог средней по сечению скорости сдвига) на основании решения задачи неизотермического течения материала с вязкостью, зависящей от скорости сдвига и температуры;
метод и установка определения качественных показателей продукта в результате воздействия на него сдвигом, температурой и давлением. Способ и устройство защищены патентом на изобретение №2408883 РФ
закономерности изменения показателей качества экструдата (содержание свободных глюкозы и аминоазота) от скорости сдвига, температуры, давления и времени их воздействия;
результаты сравнительного анализа исходного зерна и экструдированного зерна озимой ржи, полученные методом атомно-силовой микроскопии на нанометрическом уровне.
Теоретическая и практическая значимость работы:
методика и устройство комплексного физико-механического воздействия на зерновой материал могут использоваться при определении влияния этих воздействий на другие биопродукты, а также при иных способах их обработки. Патент на изобретение №2408883 РФ;
содержащиеся в диссертации научные положения и выводы позволяют на стадии разработки обосновать конструктивные и технологические параметры работы экструдеров для переработки зернового материала;
материалы диссертации используются в учебном процессе ФГБОУ ВО Пермская ГСХА;
рекомендации по производству экструдированного зерна озимой ржи, утвержденные Министерством сельского хозяйства Пермского края;
предложенный способ экструдирования фуражного зерна, позволяет экономить энергию, затрачиваемую на сушку свежеубранного зерна и исключить операции измельчения и увлажнения зерна перед экструдированием. Патент на изобретение № 2429712 РФ.
Методология и методы исследований. В работе использованы методы инженерной реологии, методы системного исследования, методы математической статистики и моделирования, методы планирования и обработки результатов эксперимента, методы определения качества зерновых кормов, методы биохимических исследований кормов.
Объект исследования: технологический процесс экструдирования зерновых продуктов на одношнековом экструдере, с учетом физико-механических воздействий, характеризующих этот процесс.
Положения, выносимые на защиту:
-
Математическая модель процесса экструзии зерновых продуктов в интегральных характеристиках, полученная на основании решения задачи неизотермического течения материала с вязкостью, зависящей от скорости сдвига и температуры.
-
Метод и установка, моделирующие физико-механические воздействия на материал в процессе экструзии определения качественных показателей продукта в результате воздействия на него сдвигом, температурой и давлением.
-
Математические модели, описывающие зависимость кормовых качеств увлажненной дерти озимой ржи от комплексного физико-механического воздействия (скорость сдвига, температура, давление).
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: LXVIII, LXXIII, LXXIV, LXXV Всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодежная наука: технологии, инновации». (г. Пермь - 2008, 2013, 2014, 2015 гг.). XIII Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей «Знания молодых: наука, практика и инновации». (г. Киров - 2014 г). II Всероссийской конференции «Технологии послеуборочной обработки зерна в зонах рискованного земледелия» (г. Пермь -2014г.) LV Международной научно-практической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству» (г. Челябинск - 2016 г).
По основным положениям диссертации опубликовано 14 статей, в том числе три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК. Разработаны рекомендации по производству и скармливанию зерна озимой ржи, рекомендованные Министерством сельского хозяйства Пермского края. Получено 2 патента РФ на изобретение.
Работа выполнена на кафедре технологического и энергетического оборудования в соответствии с планом научно-исследовательской работы
ФГБОУ ВО Пермская ГСХА и является разделом темы №15 «Создание высокоэффективных и безопасных технологий и технических средств для производства пропашных культур, подготовки кормов, семенного материала и продукции животноводства в условиях Западного и среднеуральского региона России» (номер государственной регистрации 01201151685).
Исследования проводились на базе специализированной лаборатории Института механики сплошных сред УрО РАН и Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН.
Производственные исследования по скармливанию полученного на лабораторном экструдере экструдированного зерна озимой ржи проводились в ООО «Семеновское» Агрохолдинга «Ашатли» Очерского района Пермского края при участии сотрудников отдела животноводства Пермского НИИСХ.
Структура и объемы работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 158 страниц, включает 122 страницы основного текста, 39 рисунков, 19 таблиц и 7 приложений.
Технологии повышения продуктивности естественных кормовых угодий
Основная обработка почвы является фундаментальной базой земледелия. Урожайность сельскохозяйственных культур на четверть зависит от качества обработки почвы. При этом на основную обработку почвы приходится до 40% расхода ГСМ и 35% трудовых затрат от общего объёма затрат энергии и труда в растениеводстве [35, 145].
Основную обработку почвы проводят с целью обеспечить оптимальные почвенные условия для посева семян, их прорастания и дальнейшего развития растений, а также создать предпосылки для эффективной работы МТА на последующих технологических операциях. Основной задачей вспашки является рыхление пахотного слоя с оборотом пласта и перемешиванием его частей, полная заделка дернины или пожнивных остатков с вносимыми органическими или минеральными удобрениями. Различают следующие виды отвальной обработки: основную (зяблевую) вспашку, весновспашку и пахоту паров. Зяблевая вспашка имеет большое значение в борьбе с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур, в ходе неё питательные вещества, вынесенные влагой в более глубокие слои почвы, доставляются к поверхности [323]. Агротехнические требования, предъявляемые к вспашке [32, 38, 115, 162]: а) вспашка должна проводиться в установленные агротехнические сроки при физической спелости почвы; б) глубина вспашки должна быть равномерной. Отклонение фактической глу бины пахоты от требуемой на выровненных полях и участках не более +1 см, а на участках с неровным рельефом - не более +2 см. Глубина вспашки под свальными проходами должна быть не менее половины заданной; в) поверхность пашни в ширине захвата плуга и между смежными проходами должна быть слитной. Гребнистость поверхности не должна превышать 7 см; г) оборот пласта должен быть полным, без образования пустот, с полной задел кой пожнивных остатков, сорняков и удобрений; д) не допускаются разрывы между смежными проходами, скрытые и открытые огрехи, а также незапаханные клинья; е) при вспашке почвы с оптимальной влажностью вспаханный слой поля дол жен быть мелкокомковатым с преобладанием комков поперечным сечением не более 5 см. Количество глыб крупнее 10 см не должно превышать 15-20%. При этом отвальная обработка почвы имеет существенные недостатки: ускоряется разложение органического вещества в почве, на дне борозды формируется слой почвы повышенной плотности («плужная подошва») и усиливается эрозия почвы [124, 146, 184].
Эти негативные последствия постоянного применения вспашки возможно сгладить, используя в качестве основной обработки почвы безотвальные обработки. Безотвальная и плоскорезная обработка почвы сформировались как почвозащитный приём обработки в середине ХХ века. Согласно требованиям, предъявляемым к ней, после прохода орудия на поверхности поля должна максимально сохраниться комковатость верхнего слоя почвы, повреждение стерни и заделка других пожнивных остатков должны быть минимальна, рыхление пласта рабочие органы выполнятся без его оборота и перемешивания слоёв [129, 130]. Благодаря этому возможность ветровой и водной эрозии сводится к минимуму. На дерново-подзолистых почвах безотвальная обработка почвы способствует накоплению в верхнем слое пахотного горизонта органического вещества, улучшают водный режим, снижают энергозатраты на основную обработку почвы, но при их ежегодном применении увеличивается засорённость полей, снижается плодородие почвы в нижнем слое пахотного горизонта [145, 285].
К приёмам безотвальной обработки относят глубокое рыхление почвы плугами с вырезными корпусами (по методу Мальцева Т.С.) или безотвальную обработку корпусами СибИМЭ, плоскорезная обработка, чизелевание, а также обработку тяжёлыми стерневыми культиваторами [3, 23, 117, 272]. Различие между безотвальной по методу Т.С. Мальцева и плоскорезной обработками состоит в том, что вырезные корпуса плуга, в отличие от плоскорезных лап, поднимают отрезанный пласт на высоту до 12 см и одновременно сдвигают нижний слой пласта в горизонтальной плоскости вперёд до 15 см и вправо по ходу до 25 см [27]. За счет этого достигается более сильное рыхление подпокровного слоя, но при этом из-за меньшей ширины захвата плужных вырезных корпусов снижается количество неповреждённой стерни.
Агротехнические требования, предъявляемые к проведению безотвальной и плоскорезной обработкам почвы, состоят в следующем [171, 206, 303]: а) сохранение комковатости верхнего слоя почвы. После обработки не должно возрастать количество эрозионноопасных частиц размером менее 1 мм; б) при оптимальной влажности почвы (60% от максимальной влагоёмкости) основную массу должны составлять фракции почвы размером: при глубине рыхления до 16 см – 30-50 мм, от 23 до 30 см – 30-100 мм. Объём комков, раз мером свыше 100 мм, не должен быть более 20% от всей массы; в) после обработки на поверхности участка должно оставаться более 74% стерни. Допустима потеря не более 10-15% стерни за один проход при глубине обработки менее 16 см и 15-25% при глубине до 30 см; г) возможное отклонение глубины обработки от требуемого при глубине рых ления менее 16 см - до +1 см, менее 30 см - до +2 см. Колебания ширины за хвата не должны превышать 4-5 см; д) подрезание сорных растений в зоне движения рабочих органов - полное; е) величина перекрытия между смежными проходами МТА в пределах 20 см; ж) после обработки на стыках проходов и рабочих органов допускаются вали ки высотой не более 5 см, а в местах прохождения стоек - борозды шириной поверху до 15-20 см при глубине менее 5 см.
Обоснование технологической схемы сеялки полосного посева семян трав в дернину
Для придания почве оптимальной структуры пассивные рабочие органы устанавливают в несколько рядов либо применяют несколько рядов рабочих органов разного вида, что увеличивает размеры машины и снижает манёвренность машинно-тракторного агрегата. В этом аспекте орудия с рабочими органами активного типа обладают рядом достоинств: компактность конструкции, высокое качество крошения почвы [187, 326].
В зависимости от типа посевной части различают технические средства индивидуального и централизированного высева, с пневматическим и механическим транспортированием семян к сошникам [67].
Первоначально в качестве одного из способов совмещения обработки почвы и посева применялось эшелонированное размещение однооперационных орудий, при котором отдельные машины соединялись последовательно. В 70-е годы ХХ века в Белорусском НИИ земледелия создан агрегат из последовательно соединённых культиватора КПС-4, борон БЗСС, прикатывающего катка и зерновой сеялки СЗ-3,6. Ширину захвата культиватора за счёт демонтажа крайних лап согласовывали с шириной захвата сеялки. Каток шарнирно крепился под сницей СЗ-3,6. По подобной схеме выполнено большое число агрегатов, состоящих из различного типа культиваторов, борон, выравнивателей и зернотуковых сеялок. Однако, несмотря на кажущуюся простоту, такие агрегаты не получили широкого применения вследствие громоздкости, низкой маневренности и несогласованности ширины захвата почвообрабатывающих и посевных машин [28]. В те же годы распространение получили агрегаты, созданные путем объединения комбинированных почвообрабатывающих машин и сеялок. Примером такой схемы является агрегат из РВК–3,6 и сеялки СЗ-3,6. Типичным агрегатом данного типа на основе полевых фрез служит агрегат КА-3,6 (СССР), состоящий из фрезерного культиватора КФГ-3,6, сеялки СЗ-3,6, катков и осуществляющий одновременно сплошное фрезерование, посев, внесение стартовой дозы туков, прикатывание [122, 274]. Сходной конструктивно-технологической схемой обладает почвообрабатывающе-посевной агрегат (Италия, «Техномеха-ника-Корреджезе»), который выполнен на базе навесного фрезерного культиватора и зерновой сеялки прицепного типа и который вследствие меньшей ширины захвата существенно проигрывает в производительности агрегату КА-3,6.
К данному типу агрегатов относятся посевные комплексы, скомпонованные в единую машину из отдельных сеялок-культиваторов и бункеров для семян и туков, оборудованных механизмом высева, которые совместно осуществляют операции по культивации, боронованию, внесению минеральных удобрений, прикатыванию и посеву. Примером может служить отечественный посевной комплекс «Кузбасс» (ЗАО «Агро»), состоящий из прицепных культиватора-сеялки и бункера с дозирующей и пневмотранспортирующей системой для семян и туков. Культиватор-сеялка снабжена сошниками в виде стрельчатых лап на С-образных стойках с междурядьем 0,3 м. Послепосевное прикатывание выполняется двумя рядами пневматических колес [113]. К недостаткам данного вида техники следует отнести высокую стоимость и металлоёмкость, составляющую 750-910 кг/м. Их применение эффективно в хозяйствах, обладающих большими посевными площадями и парком энергонасыщенных тракторов.
К почвообрабатывающе-посевным агрегатам, рабочие органы которых объединены общей рамой, относится агрегат АКПП-3,6 (СССР, НИПТИ-МЭСХ). Его основой служит рама сцепки, опирающаяся спереди на навесную систему трактора и сзади на сницу сеялки СЗ-3,6 [28, 103, 142]. На общей раме крепятся культиватор со стрельчатыми лапами, выравниватель почвы и прикатывающий каток. Новые технологии в сельскохозмашиностроении и применение современных материалов существенно уменьшили металлоёмкость техники, что позволило разработать агрегаты на базе почвообрабатывающих орудий, на которых посредством гидрофицированной сцепки монтируется посевная часть. К таким машинам относятся агрегаты для почвообработки и посева семейства АПП (РБ, ОАО «Брестский электромеханический завод»), составленные посредством монтажа сеялок СПУ на раме почвообрабатывающего орудия АКШ (рис. 1.5).
Данная компоновочная схема почвообрабатывающе-посевных агрегатов широко распространена в ЕС. Классическим образцом служат агрегаты Lemken (ФРГ), имеющие ширину захвата 4,0-6,0 м и образованные посредством навешивания сеялки Solitair на почвообрабатывающие орудия Korund или Smaragd., что позволяет использовать их раздельно на обработке почвы и на посеве, увеличивая тем самым годовую загрузку машин [137, 309]. Негативным моментом является усиленная рама орудия и механизм навески, обусловленная повышен ной нагрузкой на них со стороны устанавливаемых сеялок.
Методика определения основных физико-механических свойств почвы
К сеялкам прямого полосного посева с вертикальной осью вращения фрезы относится сеялка АПВ-3,6 (Кировоградский ПКИ "Почвопосевмаш"). Сеялка осуществляет высев семян в профрезерованные бороздки с одновременным подрезанием сорняков в зоне высева, внесением удобрений и прикатыванием. Активный рабочий орган сеялки АПВ-3,6 выполнен в виде фрезы с вертикальной осью вращения, с расположенным на оси фрезы культиваторным диском с отогнутыми краями, которые прорезают в дернине бороздки шириной 32-35 мм с междурядьями 150 мм. Далее на дно бороздок подаются семена и туки, засеянные бороздки прикатываются катками. Для устойчивости движения агрегата соседние фрезы имеют противоположное направление вращения [201].
Сеялки прямого высева "Seedmatic" (Новая Зеландия) оснащены вибрационными сошниками в виде Т-образных чизельных сошников, установленных на индивидуальных вибростойках. Каждая из стоек совершает возвратно-поступательное движение с частотой до 30 Гц и амплитудой в 10-20 мм. Под действием вибрирующих стоек чизельные сошники заглубляются в дернину и рыхлят почвы. Семена высеваются в почву щелевым семянаправителем, перед которым установлены распыливающие наконечники для гербицидов [37].
Посевной агрегат "Rottepa" (Голландия) отличается от вышеприведенных сеялок с вертикальной осью вращения сошников тем, что они совершают вра-щательно-колебательное движение. Работа выполняется следующим образом: рабочие органы в виде двойной кольцевой фрезы, вращаясь и вибрируя, рыхлят почву на заданную глубину. Далее пассивные сошники вскрывают бороздки, куда поступают семена. Заделка семян осуществляется загортачами.
При полосном посеве семян трав в дернину высев проводится в механически обработанные полосы шириной более 50 мм, без применения гербицидов. Бороздные сеялки "Gibs Slot Seeder" (Великобритания) осуществляют высев семян в обработанные полосы дернины шириной до 80 мм с оставлением необработанных междурядий. Они оснащены дисковыми ножами, надрезающими края обрабатываемых полос дернины, и долотообразным сошником-бороздовскрывателем, сдвигающим верхний слой дернины на необрабатываемое междурядье и высевающим семена на дно борозды [37].
К сеялкам полосного посева с фрезерными сошниками относятся сеялки "Hanter Roterу Strip Sider" (Великобритания), которые оснащены 4 секциями автономных рабочих органов, приводимых в движение ВОМ трактора, каждая из которых снабжена двумя дисковыми фрезами с Г-образными ножами. Каждая секция имеет фиксируемый полозок, как механизм регулировки глубины обработки почвы и сошник. Ножи фрезы прорезают в дернине бороздку шириной 76 мм глубиной 30-40 мм. Дисковые фрезы измельчают дернину в зоне нарезаемой полосы, семена из семенного ящика посредством семяпроводов и сошника подаются во взрыхленный слой почвы позади фрез. Для предотвращения разбрасывания почвы фрезами по поверхности луга фрезерные рабочие органы закрыты сзади общим для всех защитным кожухом [37]. В заключение необходимо отметить, что сеялки с активными рабочими
органами в виде фрез при всех имеющихся недостатках: высокие энергозатраты на обработку почвы и сложность конструкции - наиболее качественно подготавливают почву для посева семян, что создает благоприятные условия для прорастания и развития всходов. Кроме того, этот тип сеялок прямого высева наиболее эффективно работает на сильнозадернелых почвах и может быть быстро адаптирован к агротехническим условиям различных травостоев лугов и пастбищ (необходимая ширина профрезерованной полосы) за счет смены Г-образных ножей.
При возделывании сельскохозяйственных культур наибольшую отдачу от применения минеральных удобрений возможно получить при внесении их стартовой дозы во время посева, что обеспечивает прибавку к урожаю до 40-50% [66]. Для внесения минеральных удобрений в сеялках и посевных агрегатах используют туковысевающие аппараты механического или пневматического типа. Механические туковысевающие аппараты имеют более простую конструкцию, надёжны в работе и значительно дешевле, что обусловило их широкое распространение. Для работы в составе посевной части сеялки или агрегата прямого полосного посева их конструкция наиболее приемлема, учитывая относительно небольшую ширину захвата данной техники и сравнительно небольшие дозы внесения туков на единицу площади.
Туковысевающие аппараты должны обеспечивать норму высева гранулированных минеральных удобрений при допустимой действующими стандартами влажности в пределах 50-750 кг/га с равномерностью и устойчивостью высева согласно агротехнических требований на внесение удобрений [104].
Среди механических высевающих аппаратов подразделяют следующие типы аппаратов: планчато-барабанные, катушечно-штифтовые, черпачные, вибрационные и шнековые (спиральные).
Наибольшее распространение в сеялках получили катушечно-штифтовые туковысевающие аппараты, которые состоят из штампованного корпуса, штиф 58 товой катушки, подвижного донышка, укрепленного на общем вале (рис. 1.18).
Катушки чаще всего приводятся во вращение от опорных колес машины. Штифты на поверхности катушки расположены в два ряда, при этом штифты одного ряда сдвинуты относительно штифтов второго ряда на полшага. Длина катушки постоянная. На стенке бункера установлены заслонки для регулирования размеров выпускного окна. Зазор между донышком и катушкой изменяется за счёт поворота вала катушек, его величина зависит от размеров гранул удобрения и нормы высева.
Норму высева удобрений катушечно-штифтовым аппаратом регулируют изменением частоты вращения катушек путём перемены передаточного отношения в системе привода, а точную настройку осуществляют изменением площади выходного окна и зазором между донышком и катушкой.
Определение оптимальных параметров и режимов работы орудия с плоскорезными лапами и дисковой секцией
Проведённый анализ технологий восстановления и повышения продуктивности естественных кормовых угодий и технических средств для их осуществления показал их многообразие, обусловленное, в большинстве случаев, разнообразием конкретных почвенно-климатических условий.
В современных условиях, при сложившемся дефиците у сельхозпроизводителей минеральных удобрений, посевного материала, крайней ограниченности их в энергоресурсах и в сельскохозяйственной технике, восстановление и повышение продуктивности лугов и пастбищ на площади 70-100 га в год наиболее реально осуществлять, применяя технологию прямого полосного посева семян трав в дернину. Её преимуществами является сокращение числа выполняемых технологических операций, экономия посевного материала и удобрений, снижение энергозатрат на обработку почвы и затрат труда, при этом сохраняются природные особенности травостоев и обеспечивается защита почв от эрозии. Широкое распространение данной технологии сдерживается отсутствием эффективных и надежных технических средств для ее осуществления, адаптированных к местным условиям.
При определении конструкции рабочего органа сеялки прямого посева необходимо учитывать то, что агротребования к посеву семян трав в дернину, в частности на ширину обрабатываемой полосы, во многом определяется от плодородностью почвы улучшаемых кормовых угодий. Так, при высеве семенного материала в высокоплодородную почву достаточно ширины обработанной полосы дернины в пределах 20-50 мм в зависимости от состава и густоты естественного травостоя. Снижение плодородия почвы требует увеличения площади обработанной почвы по отношению к общей площади угодья в связи с тем, что в био ценозы естественных кормовых угодий на малоплодородных почвах входят растения с сильно развитой корневой системой, которые подавляют развитие высеваемых семян. При этом неоправданное завышение ширины обрабатываемой полосы резко увеличивает энергозатраты при полосном посеве семян трав в дернину. Для создания благоприятных условий прорастания и дальнейшего развития семян клевера, высеваемых в дернину естественного пойменного луга, ширина обработанной полосы в условиях Евро-Северо-Востока России должна составлять не менее 10 см [259, 298], причём наиболее эффективен высев семян клевера примерно на 30% поверхности от общей площади луга [71, 247, 265].
Анализ конструкций комбинированных агрегатов и сеялок прямого посева [276], а также технологических процессов выполняемых ими, позволил сформулировать основные требования к конструктивно-технологической схеме сеялки для прямого посева семян трав в дернину, адаптированной к условиям европейской части Северо-Востока Российской Федерации [153, 155]: - технологический процесс прямого посева семян трав в дернину должен содержать следующие операции: предпосевную подготовку полосы почвы под посев семян в дернины, посев семян и послепосевное прикатывание; - почвообрабатывающий сошник сеялки должен выполнять предпосев ную обработку полосы почвы в дернине в соответствии с агротребованиями; - сошники сеялки должны обеспечивать посев семян в дернину согласно схеме посева, удовлетворяющей наиболее благоприятным условиям для разви тия семян, т.е. ширина подготовленной полосы не менее 100 мм при общей площади необработанных междурядий около 70%; - сеялка должна обеспечивать качественное выполнение посева семян трав в дернину при соблюдении следующих требований к конструкции: ком пактность, низкая металлоёмкость при высокой надежности, снижение затрат энергии, посевного материала и труда в сравнении с существующими техноло гиями восстановления и повышения продуктивности кормовых угодий. С конструктивной точки зрения важно выполнить фрезерный сошник сеялки таким образом, чтобы он обрабатывал две полосы дернины симметрично относительно их привода, что обеспечивает устойчивость движения фрезерной секции в горизонтальной плоскости. Расстояние между фрезерными сошниками сеялки должно соответствовать заданной пропорции обрабатываемых полос к необработанным междурядьям как соотношению 30-35% на 65-70% при глубине обработки дернины до 80 мм.
С учетом вышеизложенных требований и результатов поисковых исследований [160, 259], выполненных на лугах в пойме реки Вятки, а также выявленных преимуществ использования фрезерных рабочих органов в качестве сошников машины для полосного посева семян трав в дернину, предложена следующая схема полосного посева семян трав в дернину и конструктивно-технологическая схема сеялки для его осуществления (рис. 2.20). 700 (600)