The characteristic of innovations of working bodies for sowing in technology of soil-free tillage and sowing



Cite item

Full Text

Abstract

The science-intensive resource-saving technology of sowing seeds of various agricultural crops with simultaneous non-contact application of seeds and fertilizers in conditions of insufficient moistening with the use of created controlled system blocks to sowing and tillage machines and aggregates has been developed. Seeds and fertilizers are placed at different depths of the embankment with the creation of a compacted soil bed for seeds, performed in the subsoil horizon in accordance with agrotechnical requirements. To reduce energy processes in soil cultivating and sowing machines, electrical or electronic analogs are introduced or completely replaced in mechanical devices, control of which is provided by subsystems of frequency control of working processes adapted to the properties of seeds and the conditions of operation of the units. In the process of sowing, the seeds, fertilizer and prepared seedbed with the given agro-technical conditions are exposed to a frequency field that changes both the boundary and the bulk forces that arise in the modes of technological processes. The working hypothesis is taken that the uniformity of the simultaneous sowing of seeds and fertilizers with different sowing rates can be achieved by bringing the density of materials to the identical view in the field of vibration, providing a stable flow of velocity of the material and the uniformity of its mass flow rate. Certain parameters of the working organs that perform agrotechnical processes with the vibration of technical systems during the sowing of materials and the creation of a compacted bed for seeds are determined. Certain parameters of the working bodies that perform agrotechnical processes with the vibration of technical systems during the sowing of materials and the creation of a compacted bed for seeds are determined. There are presented variants of the developed technological devices, both newly created and retrofitted existing batteries with spherical disks equipped with hydropneumatic cylinders, providing damping of vibrations of working elements to reduce uniformity of the seedbed. The levels of compliance of the indicators of technological processes performed by the developed devices, to agrotechnical requirements for sowing are shown.

Full Text

Введение В состав инноваций входят универсальные высевающие системы вибродискретного действия, ряд устройств для создания плотного ложа между семенами и удобрениями и подсистемы частотного управления рабочими процессами, адаптированными к свойствам семян и условиям функционирования. Для синтеза рабочих органов использована теория регулирования, позволяющая заменить механические устройства на электрические и электронные аналоги с целью снижения энергопроцессов в почвообрабатывающих и посевных машинах. Цель исследования Целью исследования является разработка наукоемкой ресурсосберегающей технологии посева семян различных сельскохозяйственных культур с одновременным неконтактным внесением семян и удобрений в условиях недостаточного увлажнения с использованием созданных управляемых системных блоков к посевным и почвообрабатывающим машинам и агрегатам. Материалы и методы Высев семян и удобрений осуществляется универсальной высевающей системой вибродискретного действия (рис. 1). В основе создания вибрационного аппарата принято положение о том, что сыпучее тело при истечении из бункера находится под воздействием дополнительных вибрационных внешних сил, изменяющих как граничные, так и объемные силы этого тела. В частности, плотность высеваемого материала изменяется по величине и направленности [1]. Поэтому была предпринята рабочая гипотеза о том, что равномерность одновременного высева семян и удобрений с различными нормами высева может быть достигнута путем приведения динамического веса материалов к идентичному виду в вибрационном поле, обеспечивающем устойчивое протекание скорости истечения материала и равномерности его массового расхода. При воздействии на истекающий поток материала из бункера дополнительными ускорениями j тело приводится в некоторое новое поле тяготения, как бы отличное от поля тяготения Земли. Плотность g сыпучего тела в этом поле тяготения будет меньше, чем обычно, ее принято называть его динамическим объемным весом gd [2-4], который определяется по зависимости: где g - плотность, кг/м3; j - внешнее ускорение, придаваемое сыпучему телу, м/с2; q - ускорение свободного падения, м/с2. Практически изменение плотности достигается изменением силы и направленности внешнего ускорения вибратором аппарата вибродискретного действия [1]. Приводя плотности различных тел к однозначным динамическим, можно решить задачу создания единого универсального высевающего аппарата для любых сельскохозяйственных культур и удобрений [5]. Было установлено, что расширение технологических возможностей высевающей системы достигается в результате динамического равновесия между давлением семян, накопленных в дозаторе, и упругими силами затвора. Частота колебаний затвора зависит от частоты датчика скорости движения сеялки, а длительность постоянного импульса определяет амплитуду отключения затвора. Определены границы устойчивости режима истечения семян различных культур и видов удобрений, обеспечивающих заданные нормы высева. Равномерность высева заданной нормы высева семян и удобрений в соответствии с агротехническими требованиями рассматривалась в постоянстве (устойчивости массового расхода высеваемого материала в единицу времени). Масса выделенного элемента, кг: где S - площадь основания выгрузного отверстия, м2; Dh - высота элементарного объема высеваемого материала, м; g - плотность, кг/м3. Среднее значение напряжения sср на пластину вибратора: где - гидравлический радиус отверстия: . Здесь f - коэффициент внутреннего трения. На рис. 2 представлено среднее значение теоретического давления на пластину-вибратор для семян пшеницы, льна и удобрений (селитры). Из графика видно, что среднее значение давления на пластину выпускного отверстия для семян пшеницы с высотой слоя растет незначительно, а для удобрений давление возрастает почти в два раза, т.к. коэффициент трения f у селитры составляет 0,85…1,0, а для пшеницы 0,47…0,73; плотность селитры составляет 800…1000 кг/м3, а пшеницы 650…810 кг/м3. Коэффициент подвижности материала определяется по соотношению , или С. Следовательно, при большом коэффициенте трения подвижность материала и скорость его истечения снижаются. Поэтому образование сводов в слое высеваемых частиц удобрений происходит быстрее. Скорость истечения материалов может быть получена по зависимости [2]: , где l - коэффициент истечения (l = 0,67 - для пшеницы; l = 0,44 - для суперфосата). Результаты исследования Нами аналитически и практически установлено, что все виды сельскохозяйственных культур в вибрационном поле приобретают собственные скорости истечения из бункеров, зависимые не от механических размеров, а, скорее, от физических свойств: плотности gд; коэффициента трения f; начального сопротивления сдвигу t0 [1]. Исходя из полученных результатов исследований установлено, что физические свойства семян и удобрений следует разделять по принципу их скоростей истечения из бункеров. Полученные по представленным зависимостям данные показали, что скорости истечения находятся в пределах зерновых культур: 3,15…3,66 м/с; ячменя 4,37…5,16 м/с; гречихи и льна 5,16 м/с; проса 5,3 м/с; риса 4,7 м/с; льна 5,16 м/с. Для высева удобрений эти значения следующие: для суперфосфата 3,5 м/с; селитры 4,19 м/с. Поскольку изменить физические свойства материалов невозможно, то технически вполне допустимо реальное изменение динамического объемного веса при обеспечении соотношения j/q в заданном направлении. Согласно нашим исследованиям, для сельскохозяйственных культур соотношение j/q не превышает 1,3…2,0. В конкретном случае это соотношение достигается при частоте вибратора 6 Гц. Посев семян и удобрений в условиях недостаточного увлажнения почвы сопровождается просыпанием семян в поры к удобрениям, что приводит к обжиганию проростков в агрессивной среде. Агротехническими требованиями предусмотрена необходимость величины подпочвенной прослойки между семенами и удобрениями не менее 5 см. В пересушенной почве семена ищут необходимую плотность почвы 1…1,2 г/см3 для укоренения, что резко снижает равномерность их первоначальной глубины посева от заданной до 2…2,5 см. В связи с этим появляется «недогон» растений в массе посева, когда более заглубленные семена появляются на дневную поверхность позже остальных, что резко снижает как готовность растений к уборке урожая, так и их продуктивность. Повышение качества посева одновременного внесения семян и удобрений на различную глубину достигается совершенствованием способа посева, включающего вибрационное создание почвенной прослойки между семенами и удобрениями с разработкой конструкций, способных выполнять такой процесс. В соответствии с полученными результатами теоретических исследований и выводами для реализации в сельское хозяйство предложены два устройства для бесконтактного посева семян и удобрений: первый на основе батареи со сферическими дисками и второй - электровибратор с упругим вибратором, предназначенный для комбинированных почвообрабатывающе-посевных агрегатов, у которых предполагается проведение одновременной предпосевной обработки почвы, неконтактного внесения семян и удобрений (рис. 3 и 4). Для реализации в сельское хозяйство предлагается устройство для бесконтактного посева семян и удобрений на основе батареи со сферическими дисками. Недостатком сферических дисков является неравномерное подрезание дна борозды с оставлением желобков и гребней. Предлагается вносить удобрения в желобки дна борозды, а на гребнях дна борозды сеять семена при этом на гребни воздействует демпфирующие устройства для обеспечения необходимой плотности почвы (рис. 3). Поставленная задача решается тем, что устройство, содержащее вал со сферическими дисками, включает рессоры с сошниковой секцией, а рама сеялки снабжена гидропневмоцилиндром, обеспечивающим демпфирование колебаний устройства. Устройство для бесконтактного посева семян и удобрений (см. рис. 3) работает следующим образом. Сферические диски 2, врезаясь в землю, создают бороздки, куда из тукопроводов 3 попадают удобрения. Сошники 5 обеспечивают высев семян между бороздками, образуемыми сферическими дисками 2. Второй вариант устройства для бесконтактного посева семян и удобрений предназначен для комбинированных почвообрабатывающе-посевных агрегатов, у которых предполагается проведение одновременной предпосевной обработки почвы, внесения семян и удобрений, в частности для сеялки СЗД-4У (рис. 4 и 5). Устройство (см. рис. 4), предназначенное для одновременного бесконтактного посева семян и удобрений, создания уплотненной почвенной прослойки между семенами и удобрениями, включает в себя лаповый сошник, состоящий из стойки 2 и тукопровода 3, виброустройство в виде С-образной пластины-ложеопроазователя 4 и электропривода 5 с дополнительным грузом 6. Кроме того, посредством соединительных кронштейнов к раме тележки 1 жестко закреплен семяпровод 7. В процессе работы С-образная пластина-ложеобразователь 4 погружается на заданную глубину посева позади и сверху лапового сошника; режимы и параметры колебаний пластины обеспечивают оптимальную плотность подпочвенной прослойки между семенами и удобрениями в диапазоне 1,0…1,2 г/см3. Лабораторные исследования проведены на лабораторном посевном передвижном агрегате с виброэлектроприводом с насыпным почвенным грунтом, механизмом привода колебательного режима пластины-ложеобразователя и регистрирующего устройства. В ходе экспериментальных исследований по прошествии двух недель была определена равномерность глубины посева с вибрацией и без нее (рис. 6). Зависимости равномерности глубины заделки семян с вибрацией полностью выполняют агротехнические требования, а без вибрации семена могут проникать в ложе на глубину от 2 до 6 см. Визуально отмечен «недогон» растений до 30 % (± 2 см) в опытах без применения вибрации, что совершенно недопустимо. Из анализа уравнений регрессии показателя плотности почвы при использовании двух рессор следует, что при эксцентриситете в 5 мм для достижения заданной плотности почвы необходимо увеличить частоту вращения дебаланса до 50 Гц, а при отклонении на 8 мм - достаточна частота вибрации в 40 Гц. При этом значение массы груза существенно не изменяется, а сам показатель плотности почвы при отклонении эксцентрика до 8 мм менее зависит от внешних возмущений. Выводы Исполнительные подсистемы макетных (пилотных) образцов многофункциональных сеялок для реализации созданной технологии выполнены с использованием новых принципов их работы, позволяющих управлять режимами технологических операций микроэлектронной системой управления, которая обеспечивает повышение производительности труда в 1,6…1,8 раза, снижение удельной энергоемкости до 45 % и материалоемкости до 40 %.
×

About the authors

N. M Bespamyatnova

The Federal State Budget Scientific Institution «Agrarian Science Center «Donskoy»

Email: kambulov.s@mail.ru
DSc in Engineering

Yu. A Bespamyatnov

The Federal State Budget Scientific Institution «Agrarian Science Center «Donskoy»

Email: kambulov.s@mail.ru

A. A Kolin'ko

The Federal State Budget Scientific Institution «Agrarian Science Center «Donskoy»

Email: kambulov.s@mail.ru

References

  1. Беспамятнова Н.М. Колебания и вибрации в технологических процессах почвообрабатывающих и посевных машин и агрегатов. Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 2008. 224 с.
  2. Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980. 404 с.
  3. Вильсон У.К. Вибрационная техника. М.: Машгиз, 1963. 415 с.
  4. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. М.: Машиностроение, 1964. 216 с.
  5. Беспамятнова Н.М., Беспамятнов Ю.А., Реутин В.В. Методология создания единого вибровысевающего аппарата для семян и удобрений // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2015. № 113 (09). С. 56-69.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2017 Bespamyatnova N.M., Bespamyatnov Y.A., Kolin'ko A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 81900 выдано 05.10.2021.