К вопросу создания инновационных конструкций и технологических схем сошников для посевных агрегатов

УДК 635.65:631.35.024.3

К ВОПРОСУ СОЗДАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ СОШНИКОВ ДЛЯ ПОСЕВНЫХ АГРЕГАТОВ

В. Р. ПЕТРОВЕЦ, Н. И.ДУДКО, С. В. КУРЗЕНКОВ, Д. В. ГРЕКОВ

УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия» г. Горки, Могилевская область, Беларусь, 213407

При возделывании зерновых культур научно установлено и практикой подтверждено, что их урожайность во многом зависит от качества предпосевной обработки почвы и посева. Качество выполнения этих операций определяется выбором технологических средств, их техническим состоянием, настройкой и регулировкой, а также соблюдением всех агротехнических требований. В последнее время с учетом перехода на точечное земледелие зарубежные и отечественные посевные машины оборудуются, как правило, одно- или двухдисковыми комбинированными сошниками, которые могут работать на различных типах почв. Они хорошо заглубляются на мульчированной почве, прорезают в ней бороздки на заданную глубину, не нарушая технологичности процесса укладки и заделки семян. Эти агрегаты позволяют комбинировать операции подготовки почвы, внутрипочвенного внесения стартовой дозы фосфорных удобрений и посева сельскохозяйственных культур. Однако существующие сошники имеют ряд недостатков, поэтому совершенствование существующих конструкций и разработка принципиально новых дисковых сошников является весьма актуальной задачей. Требуется теоретическое и экспериментальное обоснование их параметров с целью равномерной укладки и более равномерного распределения семян по площади питания с последующей их заделкой и одновременным внутрипочвенным внесением стартовой дозы фосфорных удобре6ний, уменьшение их металлоемкости и тягового сопротивления. В данной статье приводится обзор перспективных конструкций и технологических схем дисковых сошников, разработанных авторами статьи. Демонстрируются их конструктивные особенности, принципы работы и достоинства по отношению к имеющимся аналогам. Приведенные конструкции сошников отражают современные тенденции в развитии этого рабочего органа.

Ключевые слова: точное земледелие, посевные агрегаты, зерновые культуры, урожайность, дисковые сошники.

When cultivating cereal crops, we have scientifically established and confirmed by practice that their yield depends to a large extent on the quality of pre-sowing tillage and sowing. The quality of these operations is determined by the choice of technological means, their technical condition, adjustment and regulation, as well as compliance with all agro-technical requirements. Recently, taking into account the transition to precise farming, foreign and domestic sowing machines are equipped, as a rule, with one- or two-disc combined coulters that can work on different types of soils. They are well buried on mulch soil, cut grooves into it at a given depth, without disrupting the technological process of seeds sowing and covering. These aggregates allow you to combine the operations of soil preparation, intrasoil application of the starting dose of phosphorus fertilizers and the sowing of agricultural crops. However, existing coulters have a number of drawbacks, so perfecting existing designs and developing fundamentally new disc coulters is a very urgent task. Theoretical and experimental justification of their parameters is required with the aim of uniform sowing and more even distribution of seeds in the area of nutrition, followed by their covering and simultaneous intrasoil application of a starting dose of phosphorus fertilizers, to decrease their metal consumption and traction resistance. This article provides an overview ofpromising designs and technological schemes of disc coulters developed by the authors of the article. We have demonstrated their design features, principles of operation and advantages in relation to existing analogues. These coulter designs reflect modern trends in the development of this working organ.

Key words: precision farming, sowing units, cereals; productivity, disc coulters.

Введение

Современное сельское хозяйство работает по тем же принципам, что и любой бизнес - постоянное стремление снижать себестоимость единицы продукции и повышать производительность в расчете на единицу затраченных ресурсов. На протяжении всего XX века достигать этих целей позволял классический инструментарий - использование все более экономичных сельхозмашин, продуктивных сортов растений, эффективных удобрений, рациональных агротехнологических приемов. Сегодня эти инструменты по-прежнему актуальны, но их потенциал практически достиг предела, возможного при современном уровне технологий. В настоящее время появились новые инструменты, недоступные прежде. В частности, спутниковые и компьютерные технологии, ставшие общедоступными. Одной из самых актуальных технологий современности является точное земледелие.

Точное земледелие - это система управления продуктивностью посевов, основанная на использовании комплекса спутниковых и компьютерных технологий.

После того как на основе спутниковых и лабораторных данных составляется точная карта поля с указанием характеристик каждого его участка, имеется возможность более рационально распределять ресурсы между ними. Таким образом, удается избежать перерасхода ресурсов там, где они прежде использовались в избытке, и повысить продуктивность тех участков поля, которые ранее недополучали в удобрениях, вспашке или поливе. При достаточно большом масштабе такой подход позволяет снизить расходы на производство единицы продукции и повысить отдачу с каждого квадратного метра земли. Эта технология открывает дополнительные возможности для повышения качества продукции и в глобальном масштабе снижает нагрузку на окружающую среду.

Система точного земледелия - это не строго определенный набор методик и технических средств, а скорее, общая концепция, основанная на использовании технологий спутникового позиционирования (GPS), геоинформационных систем (GIS), точного картографирования полей.

Одной из самых доступных и в то же время самых популярных технологий точного земледелия является система параллельного вождения. Она требует гораздо меньше затрат на внедрение, чем другие, а эффект заметен сразу. Данная система позволяет проводить полевые работы (вспашка, культивация, сев, внесение удобрений, уборка урожая) с максимальной точностью и минимумом «ненужных» движений. Важным ее преимуществом является возможность обработки поля ночью с той же эффективностью и точностью, что и днем. Значение такой возможности трудно переоценить, когда из-за неблагоприятных погодных условий для проведения полевых работ есть небольшое «окно» в 2-3 дня, из которых нельзя терять буквально ни одного часа. Система параллельного вождения основана на использовании сигнала спутниковой навигации. Перед сельским хозяйством Республики Беларусь стоит ряд важнейших задач по повышению объемов производства зерна. Так, в нашей стране к 2020 г. предусмотрено произвести не менее 10 млн тонн зерна [1].

Добиться необходимых результатов можно только при совершенствовании структуры посевных площадей, соблюдении технологий возделывания, внедрении инновационных технологий в производство, использовании высокопродуктивных сортов зерновых культур, а также при использовании новых рабочих органов для точного размещения семян в рядке, оптимальной площади их питания, увеличении скорости работы и производительности посевной машины, а соответственно снижении срока посева сельскохозяйственных культур [2, 3, 4]. Известно, что урожайность сельскохозяйственных культур зависит непосредственно от качества посева и только потом от других немаловажных факторов. Так, высокая урожайность напрямую зависит от равномерной глубины заделки семян и достигается при получении ровных и дружных всходов необходимой густоты.

Условиями получения ровных и дружных всходов необходимой густоты является соблюдение оптимальной технологии посева. Процесс сева зависит, прежде всего, от конструкции рабочих органов для его осуществления. Во-вторых, необходимо оптимальное размещение семян по глубине и равномерное распределение по площади, что обеспечивает им адекватный водный, тепловой и пищевой режимы, требующиеся для прорастания и формирования мощного узла кущения, вторичных корней [5]. Именно в этот период закладываются основы будущей высокой урожайности, устойчивость к полеганию, стрессовым факторам. Процесс посева, являясь важнейшим звеном в технологии возделывания зерновых и льна, зависит от конструкции рабочих органов, укладывающих семена в почву [6].

Для достижения высокой урожайности необходимо уделять внимание в первую очередь посевным рабочим органам - сошникам. Наиболее оптимальное сочетание водного, воздушного и теплового факторов отмечается именно тогда, когда семена равномерно распределены по площади поля на заданной глубине. При этом они должны быть уложены на уплотненное ложе бороздок и закрыты рыхлым слоем почвы, имеющей мелкокомковатую структуру. Несоблюдение даже одного из требований приводит к снижению урожайности [7]. Многолетний опыт различных стран мира показывает, что потери растений и колосьев на единице площади могут достигать 60 %, что связано, прежде всего, с качеством подготовки почвы и сева. Начальный период развития растений является самым критическим, они еще не имеют развитых органов питания, поэтому наиболее чувствительны к стрессам и предъявляют чрезвычайно высокие требования к качеству обработки почвы и формированию посевного слоя (семенного ложа) определенных параметров. В связи с этим важным направлением развитии сельскохозяйственного производства растениеводческой продукции является переход к дифференцированным технологиям точного земледелия. При этом открываются реальные возможности производства качественной продукции и сохранения окружающей среды. Поэтому точное земледелие рассматривается как неотъемлемая часть ресурсосберегающего экологического сельского хозяйства и открывает перед производителями новые возможности, особенно в плане обеспечения условий для получения запрограммированного объема продуктов растениеводства высокого качества.

Целью данной работы является демонстрация современных тенденций в развитии инновационных конструкций и технологических схем сошников посевных агрегатов, которые позволяют судить о том, что в сельском хозяйстве Республики Беларусь создаются предпосылки для внедрения точного земледелия.

Основная часть

На кафедре механизации и практического обучения УО БГСХА за период с 1976 по настоящее время был разработан ряд перспективных моделей сошников для посевных машин и на них получены патенты на изобретения и полезные модели.

Двухдисковый сошник (рис. 1) согласно [8] включает корпус 1, два плоских (левый и правый) диска 2 с ребордамиЗ. Диски 2 расположены вертикально, параллельно один другому к направлению движения сошника. На корпусе 1 закреплены две оси 4, на которых установлены два диска 2 с ребордами З. Они вращаются на подшипниках качения. Реборды З имеют форму усеченных конусов и закреплены с наружных сторон обеих дисков 2. На корпусе 1 также закреплены две пластины 5, к которым прикреплены семянаправители б, которые размещены за ребордами 3.

2

(

Рис. 1. Технологическая схема двухдискового сошника с внешними симметричными усеченно-конусными ребордами и нулевым углом атаки дисков: 1 - корпус; 2 - диск; З - реборда; 4 - ось; 5 - пластина;

6 - семянаправитель; 7 - семена; 8 - бороздка

Данный сошник при высеве семян зерновых, зернобобовых, трав и других сельскохозяйственных культур может обеспечить наименьшее тяговое сопротивление при работе на высоких скоростях. В связи с этим позволит значительно повысить производительность посевных машин и агрегатов. Технологическая схема работы комбинированного однодискового сошника для узкорядного посева показана на рис. 2.

однодискового сошника для узкорядного посева: 1 - плоский диск; 2 - реборда; З - бороздкообразователь; 4 - реборда;

5 - корпус; 6 - семянаправитель; 7 - чистик; 8 - ось; 9 - диск;

10 - клапан; 11,12 - ось; 1З - прикатывающий каток; 14 - чистик;

15 - ложа; 16 - семена; 17 - щель; 18 - прослойка почвы; 19 - бороздка

Плоский диск 1, свободно вращающийся на оси 8, установлен без угла атаки к направлению движения. При движении в почве он разрезает заточенной кромкой пожнивные и растительные остатки, образует узкую щель 17, а установленные на нем с внутренней и наружной стороны реборды 2 и 4 создают по обе стороны от щели 17 уплотненные под углом к горизонту ложа 15. В уплотненных ложах установленные на ребордах бороздкообразователи З с закругленными кромками выдавливают бороздки с расстоянием Ь = 62,5 мм между ними. Потоки семян направляются в семянаправители 6, из которых под силой тяжести в образованные бороздкообразователями бороздки укладываются семена 16 мелкосеменных культур, а сферические диски 9, установленные на осях 11 у основания се-

мянаправителей, создают бороздки 19 и предотвращают этим самым осыпание стенок бороздки в районе высева семян. Установленный за сошником на корпусе 5 прикатывающий каток 13 за счет приданной ему формы образует над бороздками с уложенными в них семенами прослойку почвы 18 неодинаковой плотности. Засчет установленного на поводке чистика 14, копирующего форму катка, почва не налипает на его поверхность. Образованная плоским диском тонкая щель 17 заполняется почвой рыхлой структуры, создавая тем самым небольшой запас воздуха, способствующий лучшей всхожести семян.

Двухдисковый четырехстрочный сошник (рис. 3) (согласно [9]) включает корпус 1, два плоских диска 2. На дисках 2 закреплены симметрично внутренние и внешние реборды-бороздкообразователи 3. Диски 2 с ребордами-бороздкообразователями 3 расположены вертикально, параллельно один другому и направлению движения сошника. На корпусе 1 закреплены две оси 4. На осях 4 установлены два диска 2 с внутренними и внешними ребордами-бороздкообразователями 3. Они вращаются на подшипниках качения.

б

а

Рис. 3. Технологическая схема работы двухдискового четырехстрочного сошника с усеченно-конусными ребордами и нулевым углом атаки дисков: а - вид сбоку; б - вид сверху;

1 - корпус; 2 - диск; 3 - реборда; 4 - ось; 5 - пластина; 6 - семянаправитель; 7 - семена

Реборды-бороздкообразователи 3 закреплены на дисках симметрично, имеют одинаковые диаметры и образуют к периферии диска 2 равнобедренный треугольник. Рабочие кромки внутренних и внешних реборд-бороздкообразователей имеют острый угол. На корпусе 1 также закреплены две пластины 5, к которым прикреплены семянаправители 6. Они размещены за внутренними и внешними ребордами-бороздкообразователями 3.

Применение данной конструкции однодискового сошника позволяет добиться равномерности заделки семян в почву за счет получения бороздок одинаковой формы и глубины и нарезанных щелей; устранить сгруживание и отброс почвы; исключить осыпание стенок борозд в районе высева семян и предотвратить повреждение семянаправителей за счет использования сферических дисков; повысить всхожесть семян за счет использования реборд, которые создают уплотненные ложа, привлекая тем самым влагу; снизить тяговое сопротивление за счет установки сошников без утла атаки; сделать рациональным использование конструкции при узкорядном высеве мелкосеменных культур за счет использования бороздкообразователей. Установка дисков с нулевым углом атаки и крена двухдисковых и однодисковых сошников позволяет производить посев на высоких скоростях при этом уменьшить до минимума разброс почвы в сторону, сократить расстояние между рядами сошников (при двухрядном расположении на посевных машинах и агрегатах), значительно уменьшить тяговое сопротивление, создать уплотнение ложа не только дна, но и стенок бороздок.

Заключение

В настоящее время в Республике Беларусь создаются условия для ведения точного земледелия, которое позволит оптимизировать (минимизировать) затраты сырья и материалов (топлива, семян, удобрений, воды и т.д.); повысить урожайность используемых полей; улучшить качество получаемой продукции; повысить качественные характеристики используемой земли; снизить негативное влияние на окружающую среду. При этом предполагается, что для достижения максимального эффекта при минимальном ущербе окружающей среде и снижении общего расхода применяемых веществ, средства обработки могут различаться в пределах отдельных участков поля. Поэтому технологическая и конструкторская база средств и агрегатов для обработки почвы Республики Беларусь должна быть разнообразной и подготовленной к этим изменениям.

С учетом этого в БГСХА разработана, запатентована и прошла практическую апробацию целая серия сошниковых групп посевных машин для разнообразных сельскохозяйственных культур. В данной статье демонстрируется их конструктивные особенности, принципы работы и достоинства по отношению к имеющимся аналогам. Новые рабочие органы (сошники) идеально вписываются в прогрессивные технологии точного земледелия при возделывании зерновых культур. Они позволяют: более равномерно распределять семена по площади питания; производить посев зерновых культур на высоких скоростях тяговых механизмов (до 25 км/ч, при конструкции сошников с нулевым (или близким к 0) углом атаки); увеличить производительность посевных машин на 50 % и более; сократить сроки сева зерновых культур при двухрядной расстановке сошников на посевных машинах и агрегатах; создать условия для равномерного и ускоренного подтягивания влаги к семенам. В совокупности вышеизложенное позволит добиться более ускоренных и равномерных всходов возделываемых культур, их равномерного созревания, а значит сократить в ходе уборки потери и повысить урожайность зерна.

ЛИТЕРАТУРА

1. Государственная программа развития аграрного бизнеса в Республике Беларусь на 2016 - 2020 гг. / Постановление совета министров РБ от 11 марта 2016 г. № 196 // Национальный правовой Интернет-портал Республики Беларусь [Электронный ресурс]. - 2016.

2. Петровец, В. Р. Современные технологии и машины для возделывания сельскохозяйственных культур / В. Р. Пет-ровец, Н. В. Чайчиц, В. С. Сергеев. - Горки: БГСХА, 2008. - 184 с.

3. Петровец, В. Р. Распределение семян по глубине двухдисковыми сошниками с нулевым углом атаки дисков с внешними усеченно-конусными ребордами-бороздкообразователями / В. Р. Петровец, С. В. Авсюкевич // Вестник БГСХА. -2012. - № 2. - С. 153-159.

4. Петровец, В. Р. Проблема равномерного высева сельскохозяйственных культур универсальными пневматическими сеялками при интенсивной технологии возделывания / В. Р. Петровец, Н. В. Чайчиц // Современные проблемы сельскохозяйственной механики. - Минск, 1999. - 4 с.

5. Петровец, В. Р. Посев зерновых культур дисковыми сошниками с усечено-конусными бороздкообразователями-уплотнителями / В. Р. Петровец, С. В. Авсюкевич, Н. И. Дудко. - Горки: БГСХА, 2015. - 217 с.

6. Петровец, В. Р. Обзор и исследование одно- и двухстрочных современных дисковых сошников / В. Р. Петровец, Н. В. Чайчиц, С. В. Авсюкевич // Вестник БГСХА. - 2009. - №1. - С. 135-137.

7. Петровец, В. Р. Посев зерновых культур при интенсивной технологии возделывания / В. Р. Петровец, Н. В. Чайчиц. - Горки: БСХА, 1998. - 50 с.

8. Пат. 5026. Республика Беларусь. МПК (2006) А 01 с 7/00. В. Р. Петровец, Н. В. Чайчиц, Н. И. Дудко, С. В. Авсюкевич / Двухдисковый сошник, заявитель и патентообладатель УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия». - №и20070865; заявл.. 04.12.2007; опубл. 28.02.2009. - 4 с.

9. Пат. 5803. Республика Беларусь. МПК (2009) А 01 с 7/00. В. Р. Петровец, Н. В. Чайчиц, Н. И. Дудко, С. В. Авсюкевич, В. И. Ильин. / Двухдисковый четырехстрочный сошник, заявитель и патентообладатель УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия». - №и20090131; заявл. 20.02.2009; опубл. 30.12.2009. - 5 с.