Комбинированный сошник для мелкосеменных культур

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к рабочим органам посевных машин, и предназначена для равномерной и раздельной по глубине заделки в почву минеральных удобрений и семян сельскохозяйственных культур, преимущественно мелкосеменных, например льна, рапса и трав.
Сельскохозяйственное производство - важнейшая отрасль народного хозяйства нашей страны. Одной из главных задач сельскохозяйственного производства является совершенствование технологии и технических средств выращивания мелкосеменных сельскохозяйственных культур, таких как овощные и кормовые культуры.
Одним из важнейших этапов возделывания мелкосеменных культур в технологиях производства продукции растениеводства является посев семян. Посев должен создать наиболее благоприятные условия для прорастания семян и дальнейшего развития растений, способствовать увеличению полевой всхожести и урожайности высеваемых культур.
Анализируя технологический процесс посева существующих посевных машин отечественного и зарубежного производства, следует отметить, что показатели качества высева находятся в непосредственной зависимости от конструктивно-технологических элементов сеялки. Насколько надежно и четко выполняется технологическая операция посева, настолько в такой же степени зависит равномерность распределения семян в рядке, заделка их на требуемую глубину и, наконец, обеспечение нормы высева. Поэтому разработка высокоэффективных, простых по конструкции и надежных в эксплуатации рабочих органов посевных машин является одной из главных задач механизации сельскохозяйственного производства.
Известно множество технических решений, посвященных разработке новых способов посева семян сельскохозяйственных культур и устройств для их осуществления (патент РФ №2284094, кл. А01С 7/00, 2003; А.с. СССР №820695, кл. А01С 7/00, 1978; А.с. СССР №1340626, кл. А01С 7/20, 1985; А.с. СССР №93243, кл. А01С 7/00, 1952; А.с. СССР №1676485, кл. А01С 7/00, 1989; А.с. СССР №1445590, кл. А01С 7/20, 1986; А.с. СССР №540592, кл. А01С 7/20, 1975; А.с. СССР №614761, кл. А01В 49/04, 1975; А.с. СССР №498926, кл. А01С 7/20, 1968; А.с. СССР №1683533, кл. А01С 7/20, 1989; А.с. СССР №1812924, кл. А01В 49/04, 1991; А.с. СССР №917750, кл. А01С 7/20, 1980; А.с. СССР №677703, кл. А01С 7/20, 1978; патент РФ №2378816, кл. А01С 7/20, 2006; Рекламный проспект фирмы Nibe- Verken (Швеция) - универсальная сеялка для точного высева, 1971 и др.).
Известные технические решения, направленные на достижение качественного посева семян, зачастую не отвечают агротехническим требованиям, предъявляемым при возделывании мелкосеменных культур. Недостатками известных устройств являются внесение минеральных удобрений вместе с семенами в одну бороздку (например, А.с. СССР №917750; А.с. СССР №1683533), что приводит к угнетению корешков молодых ростков от соприкосновения с удобрениями; бороздка, образуемая сошником, не имеет уплотненного семенного ложа, а на почвах, засоренных растительными остатками, происходит сгруживание и налипание почвы на рабочие органы: бороздоделатели, комкоудалители и др. (А.с. СССР №93243; А.с. СССР №1340626; А.с. СССР №1676485; А.с. СССР №917750; А.с. СССР №614761; Рекламный проспект фирмы Nibe- Verken (Швеция) - универсальная сеялка для точного высева, 1971 и др.), что приводит к неравномерной заделке семян по глубине пахотного горизонта, неравномерной полевой всхожести семян и низкой урожайности высеваемых культур; наличие долота, расширителей увеличивает металлоемкость и энергоемкость конструкции сошника (А.с. СССР №1445590; А.с. СССР №540592; патент на полезную модель №183148); некоторые технические решения отличаются сложностью конструкции, результатом чего является невысокая эксплуатационная надежность, что влечет за собой низкое качество выполнения процесса посева и, как следствие, невысокую урожайность возделываемых мелкосеменных культур.
Наиболее близким к заявленному является сошник полозовидный комбинированный (патент РФ №2378816, кл. А01С 7/20, 2006, прототип). Сошник содержит полоз лыжеобразной формы, бороздообразователь-туконаправитель, ложеобразователь-семянаправитель и стойку для подвески. Бороздообразователь-туконаправитель трубчатого сечения выпущен сквозь полоз ниже его плоскости скольжения на расстояние, превышающее глубину заделки семян. Ложеобразователь-семянаправитель трубчатого сечения выпущен сквозь полоз ниже его плоскости скольжения на расстояние, равное глубине заделки семян. В нижней части бороздообразователь-туконаправитель и ложеобразователь-семянаправитель имеют косой срез выходного отверстия и изогнуты для создания рабочей поверхности для формирования уплотненного ложа. Бороздообразователь-туконаправитель и ложеобразователь-семянаправитель имеют возможность вертикального перемещения. В передней части полоза жестко закреплен нож. На рабочей поверхности полоза закреплены две вертикальные пластины, установленные под углом к направлению движения сошника, которые обеспечивают закрытие борозд почвой.
Известный сошник обеспечивает повышение урожайности за счет равномерности заделки в почву семян по глубине на уплотненное ложе и внесения удобрений на глубину, превышающую глубину заделки семян. Однако данный сошник не в полном объеме удовлетворяет агротехническим требованиям на посев мелкосеменных культур по следующим причинам:
при движении сошника нож, расположенный в вертикальной плоскости по ходу движения полоза отводит почвенные комки в междурядья, не кроша их, тем самым нарушается агротехническое требование к гребнистости при посеве мелкосеменных культур;
нижняя изогнутая часть бороздообразователя-туконаправителя, имеющего трубчатое сечение, предназначена для создания рабочей поверхности для формирования уплотненного ложа; следуя сразу за ножом, на нее оказывают действие большие силы сопротивления и трения со стороны почвы, в результате не исключены деформация нижней части бороздообразователя-туконаправителя, приводящая к поломке выходного отверстия и забиванию его почвой, особенно при изменении погодных условий;
необходимость соблюдения агротехнических требований к посеву семян мелкосеменных культур по равномерной заделке семян на одинаковую глубину в рядке достигается, в том числе, и равномерным давлением полоза на почву, что является повышенным требованием к конструкции подвески опоры на раму сошника, а также взаимному расположению ее, бороздообразователя-туконаправителя и ложеобразователя-семянаправителя.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке сошника для мелкосеменных культур, простого по конструкции и надежного в эксплуатации, характеризующегося оптимальными конструктивными параметрами, способствующими качественному посеву мелкосеменных культур.
Технический результат заключается в повышении качества посева мелкосеменных культур на основе разработки простого по конструкции и надежного в эксплуатации сошника и обоснования его оптимальных конструктивных параметров, отвечающего агротехническим требованиям, предъявляемым при возделывании мелкосеменных культур, благодаря чему повышается урожайность сельскохозяйственных культур: овощных культур, трав, льна, рапса, удовлетворяя потребностям пищевой, текстильной, фармацевтической промышленности, кормопроизводства и др.
2
Поставленная полезной моделью задача решена тем, что в комбинированном сошнике для мелкосеменных культур, содержащем полоз лыжеобразной формы с установленной на его дневной поверхности в продольно-вертикальной плоскости по оси симметрии стойкой, на которой закреплены в продольно-вертикальной плоскости по оси симметрии полоза справа и слева от стойки с возможностью перемещения в вертикальной плоскости с последующей их фиксацией бороздообразователь-туконаправитель и ложеобразователь-семянаправитель, при этом бороздообразователь-туконаправитель и ложеобразователь-семянаправитель имеют трубчатое сечение по всей их длине, выпущены сквозь полоз ниже его опорной поверхности, причем основание бороздообразователя-туконаправителя расположено ниже основания ложеобразователя-семянаправителя, а ложеобразователь-семянаправитель изогнут в нижней части под прямым углом, выполнен с косым срезом выходного отверстия и рабочей поверхностью для формирования уплотненного ложа, кроме того, в передней части полоза в продольно-вертикальной плоскости по оси симметрии жестко закреплен нож, нижняя точка режущей кромки которого расположена ниже основания бороздообразователя-туконаправителя, а на опорной поверхности полоза по разные стороны от оси его симметрии жестко закреплены две вертикальные пластины разной высоты, установленные под углом к направлению движения сошника, причем одна из них установлена за бороздообразователем-туконаправителем, а другая - за ложеобразователем-семянаправителем, стойка представляет собой многоточечную опору с длиной основания не меньше 1/4 длины опорной поверхности полоза, при этом полоз имеет прямоугольную форму носа, рабочие грани которого выполнены выпуклыми с кривизной, определяемой уравнением второй степени у=kx, где k=0,4, а минимальное расстояние S от центра бороздообразователя-туконаправителя в продольно-вертикальной плоскости сошника до центра ложеобразователя-семянаправителя равно:
где L - длина опорной поверхности полоза;
R - радиус бороздообразователя-туконаправителя;
r - радиус ложеобразователя-семянаправителя,
кроме того, бороздообразователь-туконаправитель в нижней его части снабжен жестко закрепленным на нем бороздкообразователем, выполненным в виде двух вертикально расположенных под углом друг к другу и жестко соединенных между собой пластин, образующих клин, угол раствора которого равен 25°. Многоточечная опора выполнена в виде жестко установленной на полозе по оси его симметрии скобы, в поперечном сечении имеющей форму трапеции.
Заявленный комбинированный сошник для мелкосеменных культур имеет простую конструкцию. Надежная его работа обеспечивается, благодаря заявленной конструкции рабочих органов: бороздообразователя-туконаправителя, сочетанию прямоугольной формы носа с рабочей гранью выпуклой кривизны и ножа, установленного в продольно-вертикальной плоскости по оси симметрии полоза, и оптимального взаимного расположения бороздообразователя-туконаправителя и ложеобразователя-семянаправителя относительно многоточечной опоры сошника. В результате гребнистость поверхности почвы не превышает предельно допустимого значения при возделывании мелкосеменных культур, что является непременным условием осуществления качественного посева и получения высокого урожая возделываемых сельскохозяйственных культур, и, кроме того, снижения себестоимости возделываемой культуры. Равномерная заделка семян на одинаковую глубину в рядке достигается и равномерным давлением полоза на почву, что способствует соблюдению агротехнических требований к посеву семян мелкосеменных культур по равномерной заделке семян на одинаковую глубину в рядке.
Полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 изображен комбинированный сошник для мелкосеменных культур, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сверху.
Комбинированный сошник для мелкосеменных культур состоит из полоза 1, выполненного из стали, с вертикальной стойкой 2 для его подвески, жестко установленной на дневной поверхности в продольно-вертикальной плоскости по оси симметрии полоза 1, представляющей собой многоточечную опору. Многоточечная опора выполнена в виде скобы из листовой стали, в поперечном сечении имеющей форму трапеции, сочетает в себе функции крепления и равномерного распределения давления воздействия полоза 1 на почву по всей его опорной поверхности.
2
Полоз 1 выполнен в виде пластины лыжеобразной формы с прямоугольной формой носа, рабочая грань 3 которого выполнена выпуклой с кривизной, определяемой уравнением второй степени - параболой: у=kx. При k=0,4 рабочая грань полоза обеспечивает максимальное крошение почвенных комков. Форма рабочей грани 3 полоза 1 и соответствующий ей коэффициент к подобраны из условия крошения комков до 4 см без сгруживания почвы перед рабочим органом и подтверждены экспериментальным путем в результате проведения многочисленных экспериментов. Такая форма рабочей грани 3 полоза 1 не сдвигает почвенные комки, а деформирует и разрушает их, исключая сгруживание почвенных комков перед полозом 1, тем самым повышая надежность работы сошника в целом и качественное выполнение технологического процесса уплотнения поверхности почвы, позволяя с успехом достигать гребнистости почвы, отвечающей агротехническим требованиям при посеве мелкосеменных сельскохозяйственных культур.
2
max
n
р
n
р
В передней части полоза 1 в продольно-вертикальной плоскости по оси симметрии жестко закреплен нож 4, нижняя точка режущей кромки которого расположена на расстоянии от плоскости скольжения полоза 1, равном максимальной глубине высева удобрений. Нож 4 служит для отвода крупных почвенных комков, встречающихся на пути сошника, которые, благодаря прямоугольной форме носа с рабочей гранью 3, выполненной выпуклой с кривизной, определяемой уравнением второй степени у=kx, где k=0,4, подвергаются максимальному крошению до достижения ими размера не более 4 см без отвода их в междурядья и сгруживания почвы перед рабочим органом, что соответствует агротехническим требованиям при посеве мелкосеменных культур, а также начального формирования бороздки с целью снижения нагрузки на расположенные за ним по ходу движения сошника рабочие органы. Режущая кромка ножа 4 выполнена в виде плоской кривой - дуги окружности, обеспечивая угол вхождения ножа в почву μ=45°, исходя из условия: μ<90° -Ψ (Ψ или Ψ), где Ψ и Ψ - углы трения почвы о сталь и растительных остатков о сталь соответственно (Машиностроение: Энциклопедия. - М.: Машиностроение, 1998. - Т. 4-16. - с. 115). Сочетание прямоугольной формы носа с рабочей гранью 3 выпуклой кривизны и ножа 4, установленного в продольно-вертикальной плоскости по оси симметрии полоза 1, исключает сгруживание почвенных комков в междурядья, соответствуя выполнению агротехнического требования к гребнистости при посеве мелкосеменных культур.
На стойке 2 в продольно-вертикальной плоскости по оси симметрии полоза 1 справа и слева от нее с возможностью перемещения в вертикальной плоскости с целью регулирования глубины заделки удобрений и семян с последующей их фиксацией посредством хомутов 5 и 6 закреплены соответственно бороздообразователь-туконаправитель 7 и ложеобразователь-семянаправитель 8. Бороздообразователь-туконаправитель 7 и ложеобразователь-семянаправитель 8 имеют трубчатое сечение по всей их длине, выпущены сквозь полоз 1 ниже его опорной поверхности, причем основание бороздообразователя-туконаправителя 7 расположено ниже основания ложеобразователя-семянаправителя 8 на расстояние, превышающее глубину заделки семян.
Ложеобразователь-семянаправитель 8 изогнут в нижней части под прямым углом для формирования уплотненного ложа и выполнен с косым срезом выходного отверстия под углом не менее 45° для предотвращения преждевременного осыпания почвы при высеве семян.
Бороздообразователь-туконаправитель 7 в нижней его части снабжен жестко закрепленным на нем бороздкообразователем 9, выполненным в виде двух вертикально расположенных под углом друг к другу и жестко соединенных между собой пластин, образующих клин, угол раствора δ которого равен 25°, что не превышает максимального угла трения почвы о сталь. Угол вхождения в почву δ=25° обеспечивает максимальное скольжение почвенных частиц по рабочей поверхности уплотняющей части бороздкообразователя 9, исключая возможность налипания почвы на его рабочую поверхность и сгруживание почвы перед ним в процессе работы, исходя из условия: δ<90°-Ψ, где Ψ - угол трения почвы о сталь, равный 14°…52° (Машиностроение: Энциклопедия. - М.: Машиностроение, 1998. - Т.4-16. - с. 115). Бороздкообразователь 9 предназначен для формирования бороздки для высева удобрений, а также для защиты бороздообразователя-туконаправителя 7 от повреждения. Поскольку основание бороздообразователя-туконаправителя 7 расположено ниже основания ложеобразователя-семянаправителя 8, при внесении минеральных удобрений исключен риск солевого эффекта и токсичного воздействия удобрения (химический ожог) на высеянные семена. Раздельное локальное внесение удобрений и семян является наиболее благоприятным и позволяет корням растений развиваться в направлении источника питания, образуя разветвленную корневую систему.
Известно, что многоточечная опора предназначена для обеспечения равномерного давления на опорную поверхность, в данном случае на опорную поверхность полоза 1. Чтобы обеспечить равномерное давление на опорную поверхность полоза 1, многоточечная опора выполнена в виде жестко установленной на полозе 1 по оси его симметрии скобы, в поперечном сечении имеющей форму трапеции, причем длина нижней стороны трапеции составляет не менее 1/4 длины опорной поверхности полоза, что подтверждено экспериментальным путем. Исходя из этого, минимальное расстояние S от центра бороздообразователя-туконаправителя 7 в продольно-вертикальной плоскости сошника по оси его симметрии до центра ложеобразователя-семянаправителя 8 равно:
где L - длина опорной поверхности полоза;
R - радиус бороздообразователя-туконаправителя;
r - радиус ложеобразователя-семянаправителя.
Равномерное давление полоза 1 на почву способствует равномерной заделке семян на одинаковую глубину в рядке, что является необходимым условием соблюдения агротехнических требований к посеву семян мелкосеменных культур, обеспечивающих равномерную полевую всхожесть семян, которой закладываются основы будущей урожайности.
На нижней опорной поверхности полоза 1 по разные стороны от оси симметрии сошника под углом α=25° к направлению его движения жестко закреплены вертикальные пластины 10 и 11 разной высоты, выполненные из стали и обеспечивающие закрывание бороздок с удобрениями и семенами почвой, исключая применение загортачей, шлейф-колец и иных устройств, которые являются причиной гребнистости, не отвечающей агротехническим требованиям к посеву семян мелкосеменных культур. Одна их пластин 10 предназначена для закрытия бороздки с минеральными удобрениями почвой, имеет большую, чем пластина 11, высоту и расположена за бороздообразователем-туконаправителем 7, другая 11 - бороздки с семенами и расположена за ложеобразователем-семянаправителем 8. Угол α=25° к направлению движения полоза 1 вертикальных пластин 10 и 11 выбран из условия минимального скольжения почвы о сталь, что обеспечивает небольшое тяговое сопротивление сошнику (Машиностроение: Энциклопедия. - М.: Машиностроение, 1998. - Т. 4-16. - с. 115).
Комбинированный сошник для мелкосеменных культур работает следующим образом.
При установившемся движении сеялки сошник перемещается в направлении движения агрегата. Полоз 1 лыжеобразной формы копирует микрорельеф поля посредством подвески стойки 2 на раме сошника. Нож 4 погружается в разрезаемую почву, контактируя с ней боковыми поверхностями, воспринимая удельное сопротивление и инерционное давление, обусловленные соответствующими силами трения. Выполняя роль режущего элемента, он обеспечивает измельчение почвы и растительных остатков, а также самоочистку боковых плоскостей. Нож 4 отводит крупные комки почвы под нос полоза 1, встречающиеся на его пути. Благодаря прямоугольной форме носа с рабочей гранью 3, выполненной выпуклой с кривизной, почвенные комки подвергаются максимальному крошению до достижения ими размера не более 4 см без сгруживания почвы перед полозом 1 и без отвода их в междурядья. Нож 4 режущей рабочей кромкой разрезает верхний слой почвы вместе с пожнивными и растительными остатками, имеющимися на поверхности почвы, в продольно-вертикальной плоскости симметрии сошника, выполняя начальное формирование бороздки. Бороздкообразователь 9, установленный в нижней части бороздообразователя-туконаправителя 7 одновременно с деформацией почвы кромками формирует в почве дно бороздки необходимой глубины, образуя уплотненное ложе, на которое беспрепятственно стекают удобрения по бороздообразователю-туконаправителю 7. Почва при сходе с бороздкообразователя 9 осыпается и засыпает засеянные бороздки мелкокомковатым влажным слоем, а вертикальная пластина 10, установленная под углом к направлению движения сошника, окончательно закрывает удобрения мелкокомковатой почвой. Ложеобразователь-семянаправитель 5, изогнутый в нижней части и имеющий косой срез, формирует в уже мелкокомковатой почве бороздку необходимой глубины, оказывая незначительное тяговое сопротивление без опасения его поломки, уплотняет семенное ложе, предотвращает преждевременное осыпание почвы и направляет на семенное ложе поток семян, а вертикальная пластина 11, установленная под углом к направлению движения сошника, закрывает семена почвой. Посев семян мелкосеменных культур и последовательное их присыпание мелкозернистыми фракциями почвы обеспечивает хороший контакт с вносимыми в борозду материалами для быстрого и дружного их развития и роста.
Конструкция заявленного сошника надежно обеспечивает направленное и равномерное внесение удобрений ниже глубины заделки семян, исключая контакт посевного материала с удобрениями. Такое ориентированное размещения удобрений относительно высеянных семян способствует развитию корневой системы в период их вегетации, обеспечивая дружность всходов и повышение урожайности.
Заявленный комбинированный сошник для мелкосеменных культур промышленно осуществим. Изготовлен его промышленный образец и испытан на опытном поле кафедры технологических и транспортных машин и комплексов инженерного факультета Тверской ГСХА для узкорядного посева семян мелкосеменных культур с шириной междурядий 7,5 см. При возделывании мелкосеменных культур, в частности льна-долгунца, глубина расположения уплотненного семенного ложа составляет от 1,5 до 3 см (Лен-долгунец. /Под ред. М.М. Труша, М.: Колос, 1976 г. с. 172…173). Расстояние между семенами в рядке, в зависимости от нормы высева (80-120 кг/га), в пределах 1,2…2,2 см.
Использование заявленного комбинированного сошника для посева льна-долгунца с одновременным внесением в почву минеральных удобрений позволило осуществить качественный посев семян с одновременной равномерной заделкой на заданную глубину с учетом агротехнических требований на возделывание мелкосеменных культур. Проведенные полевые экспериментальные исследования подтвердили рациональные параметры элементов конструкции заявленного сошника и доказали, что предложенная конструкция сошника является работоспособной, причем отличается высокой эксплуатационной надежностью. С применением заявленного сошника для посева семян льна урожайность возделываемых сельскохозяйственных культур увеличилась в среднем на 12-18% в сравнении с контролем, ожидаемое снижение себестоимости возделываемой культуры в среднем составляет 5%.
Заявленный комбинированный сошник можно рекомендовать для посева семян мелкосеменных культур, что актуально на сегодняшний день, так как сложившаяся обстановка в аграрном секторе страны требует выполнения таких задач как получение стабильных высоких урожаев, в частности овощей, технических культур, а также экономии материальных и энергетических ресурсов.