Обоснование конструкции косилки для I-II этапов селекционных работ

Полный текст

Введение Комплексная механизация селекционно-опытных работ позволяет существенно увеличить объемы получения семян высокого качества и повысить эффективность всей селекционной деятельности. Работы по созданию средств механизации для селекции, сортоиспытаний и первичного семеноводства сельскохозяйственных культур были начаты в ВИМ в начале шестидесятых годов прошлого века. За тридцать лет было изготовлено более 30 тысяч единиц машин и оборудования для этих целей. Однако с 1993 года в стране практически полностью прекращена разработка и приостановлено производство селекционно-семеноводческой техники для семеноводческих хозяйств. Имеющаяся в настоящее время в селекционно-семеноводческая техника выработала амортизационные сроки и нуждается в обновлении. Решить проблему механизации процессов в селекции, сортоиспытании и первичном семеноводстве в России закупкой машин за рубежом не удается из-за высоких затрат на их приобретение и эксплуатацию, а также необходимости создания специальной системы сервисного обслуживания техники. В сложившихся условиях наибольшую перспективу в решении вопросов механизации селекционно-семеноводческих работ имеет доработка и возобновление производства отечественных селекционных машин для основных технологических процессов, а также разработка нового поколения машин с учетом достигнутого технического уровня и конструктивных решений [1]. Многообразие размеров опытных селекционных делянок и различный объем уборочного материала не позволяют разработать единую технологию и технические средства уборки урожая с опытных делянок на всех этапах селекционно-семеноводческих работ, поэтому уборка растений в разных питомниках осуществляется различными способами [2, 3]. Можно выделить несколько видов питомников, относящихся к первичным этапам селекции и семеноводства (цифры приведены усредненные): - питомники размножения гибридных популяций (РГ). Отбирают с делянок колосья (метелки), срезая их ножницами, примерно по 100 колосьев с каждой делянки: примерно 250 делянок - всего 2500 колосьев; - питомник 1-й селекционный. Всего высевают 2500-3000 номеров на делянках длиной 1 м. Каждая делянка - 1 или 2 рядка. С каждой делянки убирают сноп примерно из 50 растений. После браковки остается 25-30 % сно- пов от общего количества делянок (т.е. 700- 1000 снопов). Растения срезают серпом; - коллекционный питомник. Убирают до 250 номеров, высеянных кассетной сеялкой (1-2 рядка длиной 1 м). Уборка сплошная (срез серпом) в снопы (примерно 250 снопов по 50-60 растений ); - 1-й питомник испытания потомств (ПИП-1). Высевают не менее 300 элит (300 потомств одного растения) на делянках по 1 рядку длиной 1 м. Каждая лаборатория ведет семеноводство, как минимум, по 3-4 сортам. Каждую делянку убирают в сноп. Получается примерно 1200 снопов, которые тоже нужно высушить и обмолотить; - выставочные и апробационные снопы. Готовят 5-6 выставочных снопов (не обмолачивают); апробационные - по 2 снопа с каждого поля, занятого репродукцией конкретного сорта. В этих снопах по 500 растений перекрестного самоопыления (рожь) или по 1500 растений самоопыляющихся (пшеница, ячмень, овес, тритикале); - питомники конкурсного сортоиспытания. Растения не скащивают, а убирают вместе с корневой системой. Для наглядности объемов уборки на различных этапах, в таблице приведена технология селекционно-семеноводческих работ в ФГБНУ Владимирский НИИСХ (сейчас Верхневолжский ФНАЦ), г. Суздаль. Отсюда можно сделать два вывода, формирующих социальный заказ на новый вид технического средства для селекционных работ: - на первом этапе селекции и первичного семеноводства зерновых культур уборку производят вручную, срезая растения с делянок серпом и увязывая их в пучки или снопики. Ежедневно собирают до 5000 шт. номеров в пучках и до 1500 шт. в снопиках. Общий вес собранного за день урожая находится в пределах 500 кг; - на втором и, частично, на третьем этапах растения срезают серпом и увязывают в снопы. С делянок длиной более 1 м урожай собирают селекционно-семеноводческим комбайном со сбором урожая в отдельные мешочки - по 2-5 кг в каждый. Ежедневно убирают от 120 до 1500 шт. номеров общей массой до 3000 кг в мешочках и до 200 кг в снопах. Цель исследования Обоснование конструкции уборочного средства для выполнения селекционно-семеноводческих работ, требующих высокого качества и точности выполнения, на делянках и сортоучастках площадью от нескольких квадратных метров до 100 га. Материалы и методы Уборка растений с делянок первого этапа производят вручную путем срезания растений серпом, ножницами или выдергиванием с корневой системой. Количество образцов, требующих анализа, за сезон исчисляется многими тысячами; например, только в питомниках отбора готовят по каждой культуре до 15-20 тыс. штук растений [3]. Это самая трудоемкая операция в селекции. Уборку растений с однорядковых делянок второго этапа производят также ручным способом. Ручной способ уборки однорядковых делянок является основным в технологии уборки и применяется во многих селекционных учреждениях. Количество делянок на II этапе достигает несколько тысяч штук для каждой культуры. Опыты проводились на делянках тритикале второго этапа. С одной стороны уборка шла вручную, а с другой стороны, для уборки применялась новая машина, разработанная и изготовленная ВИМ. Количество делянок, участвующих в опытах, составило 300 единиц. Результаты и их обсуждение Попытка механизировать уборку однородных делянок на I-II этапах как в России так и за рубежном пока не дала результатов для массового и эффективного применения. В 1978 году ЦОПКБ ВИМ совместно с отделом механизации Краснодарского НИИСХ под руководством проф. Н.Н. Ульриха начали разработку конструкции однорядковой самоходной жатки-сноповязалки. Привод механизмов осуществлялся от бензинового двигателя «Дружба-4». Производительность машины - до 200 метровых делянок в час. В 1984 году в ЦОПКБ ВИМ были подготовлена конструкторская документация и изготовлен опытный образец новой машины для уборки урожая зерновых с однорядковых делянок. Машина, в целом, справлялась со свое задачей, однако распространения не получила из-за сложности конструкции, значительной массы (около 90 кг), неподходящих для работы габаритов и наличия бензинового двигателя в непосредственной близости от оператора-машиниста. Для I-II этапов селекционных работ в России так и не было создано никаких средств механизации, и до сих пор применяется ручной труд. В связи с этим в ВИМ с 2011 года начата разработка нового отечественного технического средства для проведения уборки зерновых колосовых культур на I-II этапе селекционных работ с целью снижения затрат на выполнение технологического процесса в первичном семеноводстве с использованием элементов косилки фирмы GARDENA (Германия). По разработанным исходным требованиям и техническому заданию в конструкторском бюро ВИМ были разработаны конструктивно-компоновочная схема триммера и конструкторская документация для изготовления макетного образца. Макетный образец под маркой ТС-0,2 был изготовлен МЗОК ВИМ (рис. 1) [4]. Рис. 1. Общий вид триммера селекционного ТС-0,2: 1 - колесный ход; 2 - регулятор угла наклона режущего аппарата; 3 - каток опорный; 4 - режущий аппарат; 5 - стеблеподъемник-делитель; 6 - ручка-поводок; 7 - регулятор длины поводка; 8 - кнопка включения/выключения режущего аппарата В качестве привода режущего аппарата триммера использован электромотор с питанием от литий-ионного аккумулятора. Продолжительность работы на одном аккумуляторе - 60 минут. В сезон уборки (июль-август 2011 г.) опытный образец триммера проходил полевые испытания на селекционных участках Владимирского НИИСХ и получил положительные отзывы. При срезании растений в рядке триммер устойчиво работал при скорости перемещения по рядку до 0,5 м/сек. Рабочий процесс срезания растений в рядке осуществлялся со скоростью перемещения триммера 0,25 м/сек. Делители триммера хорошо отделяли растения срезаемого рядка от соседних и формировали пучок при незначительной полеглости растений. Если полеглость была значительной и стебли соседних рядков были перепутаны, растения в рядках разделял помощник оператора. Производительность оператора с помощником составляла 154 рядка в час, на прямостоящих растениях - 220 рядков в час, при этом помощник оператора вынимал пучок срезанных растений из уловителя, обвязывал бечевкой и прикреплял этикетку и укладывал пучок на поле. Высота срезания растений от 8 до 15 см регулировалась рукой оператора через рукоятку управления. После срезания стеблей в выбранном рядке оператор переносил его в другой рядок на выбранную делянку. Размеры триммера обеспечивали его размещение в межделяночных дорожках без повреждения стеблестоя соседних делянок. Предлагаемая конструкция триммера ТС-0,2 устойчиво обеспечивала формирование и резание прямостоящих растений злаковых культур (пшеница, ячмень, овес, тритикале). Время срезания пучка до 10 растений - 3-4 сек. При многих положительных качествах триммера были выявлены и его недостатки: перемещению триммера в рядке оказывали значительное сопротивление комья земли размером более 5 сантиметров, что вынуждало оператора менять траекторию движения или приподнимать триммер; недостаточная высота делителя приводила к тому, что делянки с полеглыми растениями, крупными и особенно высокими растениями, требовали предварительной подготовки рядков; емкость стандартного аккумулятора 1,6 Ач оказалась недостаточной для полноценной работы в течение дня. Несмотря на недостатки использование триммера ТС-0,2 вместо серпа и ножниц значительно облегчало труд оператора на уборке делянок и сокращало время уборки в 2 раза. Опытный образец триммера был показан участникам Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы развития АПК в Верхневолжье», которая состоялась во Владимирском НИИСХ 28-29 июня 2011 г., а также и демонстрировался на международной специализированной выставке сельхозтехники 6-9 октября 2011 г. в Москве. С учетом накопленного опыта при изучении работы триммера ТС-0,2 в 2017 году в ВИМ проведены работы по его модернизации. Помимо устранения недостатков в конструкцию внедрены дополнительные элементы для улучшения работы, в том числе стол-настил для срезанных стеблей и ряд других. Технические параметры триммера обоснованы исходя из физико-механических, размерных и морфологических свойств и характеристик стеблестоя селекционных посевов, размера селекционных делянок и размещения стеблей в рядке [3, 5]. Сейчас в производственном подразделении ВИМ находится опытный образец нового триммера (рис. 2). Его испытания планируется также проводить на селекционных участках Владимирского НИИСХ и Рязанского НИИСХ. При получении заявок селекционных станций, центров, ВИМ может наладить серийное производство триммеров ТС-0,2М. Рис. 2. Триммер селекционный ТС-0,2М: 1 - передние опорные колеса, 2 - задние опорные колеса, 3 - наклонная секция стола-настила, 4 - зажим ручки управления, 5 - ручка управления, 6 - держатели решетки, 7 - решетка-сборник стеблей, 8 - режущий аппарат, 9 - защитные щиты механизма привода режущего аппарата Вывод Разработано новое скашивающее устройство для I-II этапов селекционных работ. Новый триммер повышает производительность скашивания растений и формирование пучка в 2-3 раза и исключает травмирование оператора. К сожалению, его производство не может носить массовый характер, что не позволяет организовать серийное производство. Тем не менее, производственное подразделение ФНАЦ ВИМ смогла бы освоить производство новых триммеров ТС-0,2М ВИМ на основе конкретных заявок селекционеров. Таблица Объемы и способы уборки семян на различных этапах селекционных работ в ФГБНУ Владимирский НИИСХ, г. Суздаль Этап Способ уборки Объект уборки Объект сушки Число культур Число номеров по культуре Время уборки Время сушки зерна Ежедневн. поступление Вес ед. Влажн. зерна исходн. % Общий вес I. Питомник исходного материала Вручную Колос Растение Пучок Сноп 6 6 До 25 тыс. Х = 12 тыс. До 3,5 тыс. Х = 1,5 тыс. Июль- сентябрь Не ограничено До 5 тыс.ед. До 1,5 тыс.ед. До 2,5 г Х = 1,2 г До 80 г Х = 50 г Сухое Сухое 0,5 т II. Питомник первого года Вручную Селекционный комбайн Делянка L = 1 м S = 0,2 м2 Сноп Мешок 6 6 До 1500 Х = 800 “-“ Не ограничено Вслед за поступлен. До 1500 ед. Х = 600 ед. До 200 кг Х = 120 кг 50-180 г Х = 80 г До 5 кг Х = 2 кг Сухое 12-22 Х = 18 2 т III. Питомник второго года Вручную Селекционный комбайн Делянка L = 3-10 м Сноп Мешок 6 6 До 1500 Х = 400 “-“ Не огранич. вслед за поступлен. До 120 ед. Х = 50 ед. До 400 ед. Х = 120 ед. 0,8-1,8 кг Х = 1,5 кг Сухое 12-22 Х = 18 2,5 тыс. номеров 3 т IV. Конкурсное сортоискание Селекционносеменоводческий комбайн “-“ L = 3-10 м S = 8-25 м2 Мешок 6 до 400 Х = 160 “-“ Вслед за поступлен. До 400 ед. Х = 120 ед. 2-20 кг Х = 18 12-26 1000 номеров 4 т Селекцион. размножение 1 года Делянки размнжения 1 и 2 года Селекционносеменоводческий или семеноводческий комбайн L = 3-10 м S = 0,2-10 га Х = 4 га Мешок Ворох из бункера 6 До 6 Х = 3 “-“ “-“ До 1500 кг в мешках До 48 т насыпью До Х = 600 кг Х = 8000 кг 12-32 Х = 18 320 т Примечание Число номеров и параметры делянок могут варьировать в зависимости от применяемой методики селекции; S - возможная площадь делянки; Х - средняя величина; L - длина делянки.

Об авторах

А. В Подзоров

ФГБНУ Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ

Email: alexvp900@yandex.ru

Список литературы

Дополнительные файлы