Innovative agro-engineering solutions in design of drills for sugar and fodder beet

Full Text

На современном этапе развития агротехнологий большие надежды возлагаются на технологии точного земледелия, элементы которых интенсивно разрабатывают и осваивают в разных странах [1-3]. Важнейшая операция в технологии возделывания сахарной и кормовой свеклы - посев. От его качества зависит конечный результат - урожайность и сахаристость сахарной свеклы. Анализ мирового рынка сеялок для сахарной свеклы показывает, что доминируют (до 70%) универсальные сеялки для разных культур с широким диапазоном рядности - от 4-6 до 36. Установившиеся технологические параметры: ширина междурядий сахарной свеклы в Европе и США - 50-55 см, в России - 45 см; норма высева 4-8 шт. на 1 м; расстояние между семенами от 10-12 до 17-25 см. Дозирующие устройства сеялок точного высева в основном пневмомеханические, т.е. используется механический синхронный привод дозирующих устройств вакуумного типа. Также распространены (до 30%) механические дозирующие устройства разных типов: дисковые (Германия, Россия, Украина), ленточные (типа Stanhay, Англия), ложкообразные, вальцевые (страны Восточной Европы) и др. Все сеялки имеют копирующе-прикатывающие опорные обрезиненные катки с регулируемым давлением прикатывания почвы до и после высева. Приборов и указателей уровня прикатывания (уплотнения) почвы на сеялках нет. Для зарубежных и отечественных лицензионных сеялок дополнительное оборудование для внесения удобрений, микрогранулятов и средств защиты растений поставляется по отдельному заказу. Большинство современных сеялок оборудовано устройствами контроля их работы - глубины высева, интервала размещения семян, уровня семян в семенных ящиках, рабочей скорости и засеянной площади, т.е. посевными контроллерами. Показания посевного контроллера и координаты измерений могут быть занесены в электронную карту качества высева с помощью дополнительного оборудования и программного обеспечения. По оценкам продаж такого оборудования разных фирм можно предположить, что его применяют 70% фермеров. Большое значение имеют показатели качества высева. В Германии [4] оптимальной считается полевая всхожесть выше 80-90%, расстояние в рядке между растениями 17,5-25 см, сбор очищенного сахара не ниже 99%. При указанном размещении корнеплодов наблюдается и минимальное количество неравномерно выступающих головок, большая часть которых (58%) выступает из почвы менее чем на 3 см, что важно для уборки и снижения потерь. В США шаг высева семян составляет: 12,7-15,2 см у 68,3% фермеров; 11,4-12,7 см у 23,2% фермеров; 7,6-11,4 см и более 15,2 см у 2,5% фермеров. Единого стандарта не предусмотрено, так как сахарная компания определяет шаг высева для фермера исходя из сортовых, почвенно-климатических условий и результатов работы компании за ряд лет. В среднем шаг высева составляет около 10 см, т.е. 178 тыс. семян на 1 га при ширине междурядий 56 см. Семена высеваются на глубину около 3 см при скорости 3,2-6,4 км/ч, что позволяет получить к уборке около 89 тыс. шт. корнеплодов на 1 га, или примерно 500-590 шт. на 100 м. Данные РосНИИТиМа по сравнительным испытаниям отечественных и зарубежных сеялок позволили установить следующее. 1. Дробление семян сахарной свеклы и качество их распределения зависят не только от типа дозирующего аппарата, но и от размера фракций семян. По показателю дробления предпочтительнее пневматические аппараты. 2. По скоростному режиму и высевающей способности все исследуемые сеялки соответствуют предъявляемым требованиям. Вместе с тем наибольшее отклонение (от 9 до 43,7%) фактического высева семян от заданного отмечено у сеялки ССТ-12В с механическими высевающими аппаратами. У пневматических сеялок СТВ-107, СТВ-А, СТВ-12, «Гамма плюс» и «Мультикорн» отклонение фактического высева семян от заданного не превышает 16,7%. Это обусловлено применением на современных сеялках многоступенчатых легко переключаемых редукторов. 3. Лучшие показатели распределения семян в рядке обеспечивают высевающие аппараты сеялки СТВ-А, что обусловлено незначительным крутящим моментом на приводном валу этих аппаратов. 4. По количеству растений, расположенных с требуемыми интервалами, пневматические аппараты примерно равноценны. Они предпочтительнее механических высевающих аппаратов сеялки ССТ-12В. Вместе с тем при оценке качества производственного посева пневматическими сеялками выявлена большая неравномерность размещения растений свеклы по длине рядка и размещения головок корнеплодов (рис. 1). Поэтому необходимо дальнейшее совершенствование рабочих органов сеялок. Кроме того, полевая всхожесть семян свеклы остается низкой, что приводит к пониженной густоте всходов. В ВИМе разработаны рабочие органы сеялки (рис. 2), которые можно использовать как прототип для механических и пневматических сеялок [пат. РФ № 2384992], применяемых в точной технологии [2]. Они обеспечивают более высокое качество высева сахарной свеклы [6]: высокую равномерность размещения семян в посевной борозде, снижение дробления семян, устранение забивания почвой выгрузного пространства за сошником, повышение полевой всхожести при неоднородной плотности и влажности почвы в посевной борозде, низкую засоренность рядка в начальные фазы развития свеклы. Так, способ и устройство для высева пропашных культур [пат. РФ № 2219694] обеспечивают обработку почвы около рядка свеклы, что сдерживает рост сорняков в первый период развития всходов. При этом предпосевная культивация проводится полосно, что сокращает расход топлива и снижает засоренность посевов до 30% (табл. 1). Таблица 1 Показатели засоренности защитных зон в посевах сахарной свеклы на безгербицидном фоне (ВИМ, Льговская ОСС) Варианты опыта Засоренность в защитных зонах при полных всходах, шт/м2 Относительная засоренность, % Ширина культивации почвы в защитных зонах при посеве, см Контроль С применением сеялки-культиватора 392 271,5 - -30,7 - 3-4 Сеялка для пропашных культур [пат. РФ № 2328104], обеспечивающая повышение равномерности распределения семян, отличается тем, что ее высевающий аппарат снабжен коробообразным направителем, установленным за сошником между щечками и под носиком выталкивателя. Он снижает высоту хаотичного падения семян до 2 см. Рабочая поверхность выталкивателя вогнутая, а за ним в торцевой части щечек установлен пластинчатый клапан, препятствующий забиванию щечек почвой и свободному высеву семян. Способ и устройство [пат. РФ № 2369065] обеспечивают работу по точной технологии в режиме прямых измерений (offline) и повышение полевой всхожести семян. Они реализуются с использованием датчиков влажности, температуры и электросопротивления почвы (один из методов определения неоднородности влажности почвы), высева семян, вращения высевающего диска, контроллера и дополнительных новых элементов для введения и омагничивания жидкости (растворов). Устройство производит (рис. 3, б): - измерение влажности почвы в слое 0-10 см перед проходом сошника с помощью емкостного датчика, установленного на комкоотводе сеялки; - нарезание сошником посевной борозды и высев в нее семян с одновременной регистрацией соответствующими датчиками высева семян, температуры и электросопротивления почвы в зоне высева; - введение активированной электролизом жидкости (катодной, рН 7-8, экспозиция 15 мин), прошедшей через поле магнита тороидального типа с индукцией 0,06-0,07 Тл, - через патрубок на высеянные семена, порциями, если влажность почвы меньше оптимальной; - заделку семян почвой (методом обрушения почвы в посевной борозде ободом прикатывающего бороздкового колеса) после внесения жидкости и уплотнение семян в борозде прикатывающим бороздковым колесом с давлением в пределах 350-700 г/см2, меньшее значение которого принимается, если влажность почвы больше оптимальной; - прикатывание почвы с семенами с уплотнением посевной борозды по оси рядка и в защитных зонах задним катком с давлением, не превышающим 35-50 г/см2, и последующей заделкой полосы шлейфом. Управление процессами измерения влажности почвы и подачи жидкости должно производиться устройствами, например компьютером FL-Mikro, с платой расширения, выходные каналы которой соответствуют числу посевных секций сеялки. В результате полевых опытов установлено положительное влияние нового способа высева на показатели всходов и биологической урожайности сахарной свеклы (табл. 2). Таблица 2 Показатели всходов и биологической урожайности сахарной свеклы в опытах (СКС ВИМ, Краснодарский край, г. Армавир) Варианты опыта Масса 100 растений, г Вес корнеплодов, т/га Вес ботвы, т/га Густота растений на 1 га, тыс. шт. Контроль (высев серийной сеялкой) 290 27,6 5,2 69,7 Обработка семян магнитным полем 0,06-0,07 Тл 335 34,7 6,3 84,6 Увлажнение семян в борозде активированной электролизом жидкостью, прошедшей через магнитное поле 0,06-0,07 Тл, и прикатывание 372 41,2 8,1 87,3 Масса 100 растений перед прорывкой (1-2 пары листьев) увеличилась на 28% за счет повышения силы роста по сравнению с контролем (посевом по существующей технологии). Биологическая урожайность корнеплодов повысилась в 1,5 раза, а густота - до 25%, что обеспечивает расчетный экономический эффект 7-9 тыс. руб. с 1 га. В технологической и конструкционной схемах сеялки можно использовать любую серийную сеялку, например ССТ (см. рис. 3, а), с ресурсосберегающим высевающим аппаратом, комкоотводом на независимой подвеске, передним и задним прикатывающими катками, килевидным сошником, выталкивателем и емкостным датчиком высева семян, совмещаемым с семяпроводом. Сеялку необходимо дооборудовать элементами для нового способа высева: волновым датчиком влажности почвы (см. рис. 3, в), устанавливаемым в днище комкоотвода; датчиками измерения электрического сопротивления и температуры почвы в посевной борозде, устанавливаемыми на сошнике; поводком подвески прикатывающего бороздкового колеса и механизмом регулирования жесткости пружины подвески; патрубком, который устанавливается между сошником и прикатывающим бороздковым колесом и соединяется рукавом, пропущенным через тороидальный постоянный магнит, с электроклапаном и электронасосом, соединенным с емкостью для жидкости. Функционально вышеуказанные существующие и новые элементы сеялки должны взаимодействовать между собой по определенной схеме и управляться автономным бортовым компьютером (см. рис. 3, г) по специальной программе. Компьютер с USB-портом может быть использован как для высева, так и для аналогичных функций в других процессах в режиме online в системе точного земледелия. В связи с тем, что новый способ высева сахарной свеклы помимо основной операции высева предусматривает также подачу активированной жидкости в посевную борозду на высеянные семена, принципиальная схема посевного агрегата может быть классифицирована как комбинированная. Анализ схем комбинированных агрегатов указанного функционального назначения показал, что рабочие органы (блок жидкостного оборудования) могут быть размещены на одной раме с сеялкой или на передней навеске трактора. Раздельная навеска сеялки и рабочих органов предпочтительна, так как не нарушает параметры посевного агрегата и позволяет использовать серийное оборудование опрыскивателей с минимальной модернизацией. Установлено, что предельный расход активированной жидкости для высева по новому способу может составить до 1,152 м3/га. Введение в формулу коэффициента Кн неоднородности влажности почвы по длине рядка, что характерно для любого поля, может существенно снизить расход активированной жидкости. Тогда с учетом объема вводимой жидкости на одно семя Qc, мм3/шт., нормы высева семян Нв, шт/га, сменной производительности посевного агрегата Wc, га/ч, и планируемой длительности работы агрегата без заправки в смену Тц, ч, объем Qo, м3, баков оборудования для активированной жидкости составит: Qo = Кн Qc Hв Wc Tц · 10-6 , где 10-6 - переводной коэффициент, м3/мм3. Расчеты показали, что при средних полевых условиях (Qc = 5,184 мм3/шт.) для 12-рядной сеялки достаточно иметь баки емкостью 250-300 л. Это обеспечит цикличность их заправки не менее одной в час. При средних расстояниях транспортировок в хозяйствах 3 км один заправщик активированной жидкости с емкостью до 3,6 м3 (ГАЗ-53 АЦ) может обеспечить до десяти заправок в час как отдельного агрегата, так и их группы. Технические характеристики предлагаемого посевного агрегата Тип …………………………………………………………………... навесной Агрегатирование с тракторами ………………………………….. МТЗ / ХТЗ Ширина захвата сеялки, м …………………………………………... 2,7-10,1 Рядность ………………………………………………………………….. 6-24 Скорость движения на основной операции, км/ч - рабочая ………………………………………………………………….. до 8 - транспортная …………………………………………………………... до 25 Место установки форсунок для подачи жидкости …….. в щечках сошника или после бороздкового колеса Количество форсунок, шт. ……………………………………………… 6-24 Неравномерность подачи жидкости по ширине захвата, % ………… ±7-10 Ширина лент внесения жидкости, см …………………………………... до 2 Общая вместимость баков агрегата, дм3 …………………………….. до 300 Пределы регулирования расхода жидкости (раствора), кг/га ……. до 6 (до 150) Способ внесения жидкости ……………………………………….. полосный Привод подающего насоса ……………………… от электродвигателя 12 В Давление, бар ……………………………………………………………. 1,5-5 Расход жидкости, л/мин ……………………………………………….. 12-10 Габаритные размеры блока для жидкости, мм - длина …………………………………………………………………… 1421 - ширина …………………………………………………………………. 1170 - высота …………………………………………………………………… 880 Обслуживающий персонал …………………………..………... тракторист Оборудование для подачи активированной жидкости к сеялке универсальное и состоит из рамы, емкостей, серийного насоса, распределителя, трубопроводов и форсунок с электроклапанами [5]. Привод насоса осуществляется от бортовой сети энергосредства. Оборудование навешивается на трактор спереди. Оно прошло приемочные испытания в составе комбинированного агрегата МПТД-12 для полосного подсева трав в дернину. Таким образом, дальнейшее совершенствование как механических, так и пневматических сеялок для сахарной свеклы и других культур должно осуществляться в направлении повышения урожайности, равномерности высева семян и технического уровня за счет внедрения новых технологических приемов повышения полевой всхожести семян, инновационных рабочих органов и применения элементов и оборудования точного земледелия.

About the authors

V. V Mikheyev

All-Russian Research Institute of Agricultural Mechanization

Email: miheev-vim@mail.ru

N. I Kusova

All-Russian Research Institute of Agricultural Mechanization

M. S Savelyeva

All-Russian Research Institute of Agricultural Mechanization

N. T Goncharov

All-Russian Research Institute of Agricultural Mechanization

A. A Grishin

All-Russian Research Institute of Agricultural Mechanization

References

Supplementary files