Исследования равномерности распределения семян зерновых культур комбинированным сошником

УДК 631.312.024

Е. В. ДЕМЧУК А. С. СОЮНОВ В. В. МЯЛО П. В. ЧУПИН

Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина

№

ИССЛЕДОВАНИЯ РАВНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР КОМБИНИРОВАННЫМ СОШНИКОМ

При совместном высеве семян сельскохозяйственных культур с удобрениями появляется риск солевого эффекта и токсичного воздействия удобрения (химический ожог). Для исключения этого риска предложен комбинированный сошник с раздельным внесением удобрений глубже высева семян. Проведены исследования равномерности распределения семян зерновых культур при посеве комбинированным сошником с моделированием процесса распределения семян по площади питания. Установлены рациональные конструктивные параметры комбинированного сошника.

Ключевые слова: комбинированный сошник, разноуровневый посев, равномерность распределения семян.

Посев является наиболее сложной операцией в сельском хозяйстве. Важнейшей задачей развития механизации посева зерновых культур является разработка и освоение высокопродуктивных, ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий возделывания. Для роста и развития культурных растений необходимо определенное количество питательных веществ, влаги, света и тепла.

Внесение удобрений при посеве слишком близко к семенам, может повлечь за собой риск солевого эффекта и токсичного воздействия удобрения (химический ожог). Наиболее благоприятным является раздельное внесение удобрений и семян — это позволяет корням растений развиваться в направлении источника питания, образуя мощную разветвлённую корневую систему [1—3].

При совместном высеве семена ложатся на уплотненное ложе, созданное сошником и перемешиваются с удобрением (рис. 1а). В течение 24 часов, лента аммиака (ИИ3) и аммония (ИИ4) увеличивается до 7,5 см в диаметре. При высеве на разную глубину семена находятся на безопасном расстоянии от воздействия азота, когда он пребывает в форме аммиака (ИИ3) и аммония (ИИ4) (рис. 1б) [4].

После двух недель, в результате внешней диффузии азота, лента расширяется от 10 до 12,5 см. Примерно от 50 до 60 % азота представлено полезной формой нитрата (Ы03), концентрация азота значительно снижается. Некоторые проростки гибнут, в результате солевого эффекта вызванного концентрированным азотом, что приведет к сокращению количества ростков культуры. Токсичное воздействие азота и солевой эффект замедляют развитие культуры (рис. 2а).

Постепенное восприятие нитрата (рис. 2б) способствует ускоренному развитию корневой системы.

Внесённые удобрения на данном этапе обладают меньшей концентрацией и представляют меньший риск для проростков. Корневая система развивается лучеобразно для получения нитрата, который распространяется от центра ленты азота.

После четырех недель ширина ленты увеличивается от 15 до 20 см. Концентрация азота значительно снижается, около 90 % принимает форму полезного нитрата (Ы03), что значительно ослабляет воздействие солевого эффекта на растение. Многие растения гибнут в период токсичного воздействия удобрения и солевого эффекта, оставшиеся растения начинают поправляться (рис. 3а). При высеве на разную глубину (рис. 3б) корни культуры врастают в ленту внесенного азота, корневая система значительно развивается по направлению к доступному нитрату. Обычно за четырехнедельный интервал развития растение получает 20 % азота от полной нормы, требуемой на всем цикле роста [4].

Следует отметить, что для получения высокого урожая необходимо, чтобы площадь питания каждого растения была оптимальной. Установлено, что наилучшей формой площади питания растений должен быть круг или квадрат со стороной 4x4 или 4,5x4,5 см. Создание оптимальных условий для произрастания растений (внесение удобрений ниже уровня семян и рациональная площадь питания) зависят прежде всего от рабочих органов сеялки и в большей степени от конструкции сошников [3].

Для осуществления разноуровневого высева семян и удобрений нами разработан комбинированный сошник (рис. 4). При посеве рабочие элементы 1 благодаря заостренным носкам врезаются в почву. Подрезанная с двух сторон почва перемещается вдоль рабочих элементов. В образовавшиеся бороздки через туконаправители 3 и рабочие

Рис. 1. Размещение семян и удобрений через 24 часа после посева: а — совместный высев; б — высев на разную глубину

Рис. 2. Размещение семян и удобрений через две недели после посева: а — совместный высев; б — высев на разную глубину

Рис. 3. Размещение семян и удобрений через четыре недели после посева: а — совместный высев; б — высев на разную глубину

Рис. 4. Комбинированный сошник: 1 — рабочий элемент, 2 — пустотелая стойка, 3 — туконаправитель, 4 — семянаправи-тель, 5 — кронштейн, 6 — вырез с углом схождения у, 7 — вырез нижней кромки

элементы 1 подаются минеральные удобрения. Поскольку рабочие элементы и стойки расположены под углом атаки а, происходит смещение почвы к оси симметрии сошника, одновременно, благодаря наличию у стоек угла крена в, почва поднимается вверх и в разрыхленном состоянии перемещается по боковым внутренним плоскостям рабочих элементов [5, 6].

При переходе почвы с рабочих элементов на стойки происходит частичное осыпание почвы и заделка минеральных удобрений. Далее подрезанная не осыпавшаяся почва проходит в межстоечное пространство. Одновременно с деформацией почвы нижние внутренние кромки стойки формируют дно борозды, образуя уплотненное ложе, на которое через семянаправители 4 и стойки 2 подаются семена

и укладываются на дно бороздки. Почва при выходе из межстоечного пространства осыпается и засыпает засеянные бороздки.

Предлагаемый сошник позволяет получить двух-ленточный посев при этом минеральные удобрения располагаются ниже уровня семян основной культуры и засыпаются влажным слоем почвы, что устраняет прямой контакт семян и удобрений, а, следовательно, химический ожог семян. Семена укладываются на уплотненное ложе, равномерно по площади питания и глубине заделки, сверху засыпаются влажным слоем почвы [5, 6].

Качество распределения и заделка семян зерновых культур зависят от характера движения их в системе: семяпровод — сошник — почва. Для определения равномерности распределения семян по площади питания необходимо определить точки встречи их с поверхностью почвы.

На участках полёта зерна в воздушной среде закон движения описывается следующей системой дифференциальных уравнений [7, 8]:

х/ = V, у/ = Уу, = У,

тУх = , тУу = 8уУу , тУ, = -8- тд,

в некоторый момент времени, когда семена достигают нижней кромки сошника.

В результате теоретических изысканий была получена система для определения скорости движения и координат зерновки:

V'+ 1 =

X

V'+1 =

z

1 -

1 -

1-

Ы • к • ^

т • IV'I

А1 • к • ^ т • V'

Ы • к • ^ т • IV'I

• V; + - • R' ^ т дх

• у; +^ • ^

у т

дР' ду

• V + А.• ^ •Р

т дх

ОХ+1 = ох +м  у, о;+1 = о; +м  У; , о+1 = о- +м  у:,

где т — масса зерна, кг; 5х, 5у, 5^ — коэффициенты, изменения направления движения зерен в семяпроводе и стойке (начальные их значения 5^=5^ = 5^=1), д — ускорение свободного падения, м/с2; х, у, z — перемещение зерновки в системе координат, м; V — скорость зерновки, м/с.

В полете при столкновениях зерновок между собой или со стенками семяпровода происходит изменение их траектории движения, поток семян разбивается на определенное количество хаотично движущихся зерновок, для которых необходимо определить точки встречи с поверхностью почвы

где к — коэффициент трения; Я' — величина, характеризующая силу реакции поверхности, направ-

дР' дР' дР'

ленную вдоль нормали, Н; -;-;- — ком-

дх ду д2

поненты вектора нормали к поверхности в точке (х. у. и.), м; А — промежуток времени перемещения зерновки, с; Q' — положение зерновки до перемещения, м; Q'+1 — положение зерновки в пространстве в процессе перемещения, м.

Рассмотренные связи и зависимости движения зерен позволяют представить общую схему движения полёта семян (рис. 5) в системе семяпровод-сошник-почва после столкновения: друг с другом, со стенками семяпровода, с почвой и определить их координаты размещения на почве.

№

V'+1 =

у

Рис. 5. Схема движения зерна в системе «семяпровод—сошник—почва»

Рис. 6. Программа для вычисления равномерности распределения семян: а — базовые параметры; б — варьируемые параметры, в — графика; г — таблица расчетная

Рис. 7. Теоретические зависимости равномерности распределения семян ПР = Г (а,р) при Ь = 50 мм: а — по длине бороздки; б — по ширине бороздки

По описанной методике составлена программа для ПЭВМ (рис. 6), позволяющая производить имитационные опыты посева семян зерновых культур комбинированным сошником, учитывая различные варианты поведения посевного материала в системе семяпровод—сошник —почва. Также данная программа позволяет производить изменения в конструкции сошника с целью определения его рациональных параметров [8].

При моделировании процесса распределения семян по площади питания, получена таблица координат точек приземления семян. Показатель равномерности распределения рассчитывался по длине и ширине засеваемой бороздки:

П = ^ р + t  т

Пр < 1

показатель равномерности распре-

где деления;

Хср — средняя арифметическая ряда замеров; I — коэффициент Стьюдента; т — ошибка средней арифметической.

Распределение можно считать идеальным, если показатель равномерности распределения будет равен единице [1, 3].

Ширина засеваемой бороздки, при посеве комбинированным сошником, зависит от угла атаки и длины выреза нижней кромки стойки, а характер движения семян в сошнике — от этих параметров и угла крена в, следовательно, данные параметры будут влиять на показатель равномерности распределения семян. Для определения рациональных значений параметров были приняты следующие пределы варьирования: Ь — длина выреза кромки стойки 25...75 мм, а — угол атаки в горизонтальной плоскости 5...250, в — угол крена в вертикальной плоскости 5...250.

В ходе теоретических исследований были получены зависимости равномерности распределения семян по длине и ширине засеваемой бороздки (рис. 7).

Проанализировав представленные зависимости можно сделать вывод, что равномерность распределения семян по длине и ширине засеваемой бороздки имеет отчетливо выраженную закономерность,

№

Рис. 8. Лабораторная установка: а — схема почвенного канала, б — тележка канала; 1 — электродвигатель; 2 — барабан; 3 и 7 — натяжные ролики; 4 — прямоугольная рама; 5 — тележка; 6 — желобчатые ролики; 8 — тяговый трос; 9 — стальной каркас; 10 — редуктор, 11 — рыхлительные лапы; 12 — гладкий водоналивной

каток; 13 — подвижная рама тележки; 14 — груз; 15 и 17 — рычаги; 16 — прижимной ролик; 18 — направляющая; 19 — высевающий аппарат; 20 — приводное колесо; 21 — (четырёхзвенный) механизм; 22 — комбинированный сошник

0.7 -1-.-1-.-1 а, 0,55 -I-1-1-.-,

5 10 15 20 25 5 10 15 20 25

I . Экспериментальная кривая  Теоретическая кривая

Рис. 10. Теоретические и экспериментальные зависимости равномерности распределения семян при р = 15°, Ь = 50 мм: а — по длине бороздки; б — по ширине бороздки

а наиболее высокие показатели равномерности распределения семян достигаются при следующих значениях: а = Р=12...17°, Ь = 50 мм.

Как показывает практика, результаты лабораторных исследований отличаются от полевых, следовательно, для получения более точных данных необходимо максимально приблизить условия проведения опытов в лабораторных условиях к полевым. Лабораторные исследования комбинированного сошника проводились в почвенном канале (рис. 8) факультета технического сервиса в АПК ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П. А. Столыпина [3, 9].

В результате проведения экспериментальных исследований получены зависимости равномерности распределения семян по длине и ширине засеваемой бороздки (рис. 9). Анализируя полученные зависимости, можно сделать вывод, что равномерность распределения семян по длине засеваемой бороздки имеет отчетливо выраженную закономерность. Из графиков видно, что оптимальное распределение семян наблюдается при следующих значениях варьируемых параметров: а = в = 15°; Ь = 50 мм.

Функциями эксперимента являются подтверждение или опровержение теоретических изысканий.

Для сравнения рассмотрены зависимости равномерности Пр распределения семян по длине и ширине засеваемой бороздки от угла атаки, при фиксированных значениях угла крена и длины выреза нижней кромки стойки.

Анализируя полуденные графические зависимости (рис. 10) равномерности распределения семян, можно отметить следующее: экспериментальные и теоретические кривые подчиняются одной закономерности, имеют одни и те же тенденции изменения и повторяют одни и те же закономерности, а сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований находится в пределах допустимых значений и не превышает 5 %.

Библиографический список

В. В. Мяло, Ю. В. Демчук ; заявитель и патентообладатель Ом. гос. аграрн. уни-т им. П. А. Столыпина. — № 2013150638/13 ; заявл. 13.11.2013 ; опубл. 20.04.2014. - С. 1-22.

7. Демчук, Е. В. Определение качества распределения семян зерновых культур двухленточным сошником / Е. В. Демчук, Ю. В. Демчук // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2013. - № 5. - С. 41-42.

8. Демчук, Е. В. Применение программного обеспечения при определении равномерности распределения семян двух-ленточным сошником / Е. В. Демчук, А. С. Союнов // Международный научно-исследовательский журнал. - 2014. -№ 10-2 (29). - С. 19-21.

9. Демчук, Е. В. Равномерность распределения семян зерновых культур двухленточным сошником / Е. В. Демчук, И. Д. Кобяков // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2012. - № 2. - С. 21-23.

1. Демчук, Е. В. Обоснование параметров двухленточного сошника зерновой сеялки : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 / Е. В. Демчук. - Новосибирск, 2010. - 19 с.

2. Мальцев, В. В. Совершенствование технологии и средств механизации при возделывании зерновых в Западной Сибири : моногр. / В. В. Мальцев. - Омск : ОмГАУ, 2004. - 116 с.

3. Методологические основы совершенствования рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин : моногр. / И. Д. Кобяков [и др.]. - Омск : ОмГАУ, 2012. - 144 с.

4. ВОиКСЛиЬТ [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://www.bourgault.com (дата обращения: 19.02.2015).

5. Демчук, Е. В. Комбинированный сошник зерновой сеялки / Е. В. Демчук, В. В. Мяло // Вестник Омского государственного аграрного университета. - 2014. - № 1. -С. 81-83.

6. Пат. 139420 Российская Федерация, МПК А01С7/20 (2006.01). Сошник сеялки / У. К. Сабиев, Е. В. Демчук,

ДЕМЧУК Евгений Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры агроинженерии. СОЮНОВ Алексей Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры агроинженерии. МЯЛО Владимир Викторович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры агро-инженерии.

ЧУПИН Павел Васильевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры агроинже-нерии.

Адрес для переписки: as.soyunov@omgau.org

Статья поступила в редакцию 06.03.2015 г. © Е. В. Демчук, А. С. Союнов, В. В. Мяло, П. В. Чупин

Книжная полка

Гриценко, В. В. Вредители и болезни сельскохозяйственных культур : учеб. пособие / В. В. Гриценко, Н. Н. Третьяков, Ю. М. Стройков. - 4-е изд., испр. - М. : Академия, 2014. - 224 с. - ISBN 978-5-44681173-1.

В учебном пособии рассмотрены морфологические и биологические характеристики основных групп вредителей и возбудителей болезней растений. Описаны наиболее важные и распространенные вредители и болезни зерновых, бобовых культур, картофеля, овощных, плодовых и ягодных культур, а также методы и приемы защиты растений от них. Дана характеристика современных химических и биологических препаратов, применяемых для защиты растений. Приведены основные элементы организации работ по защите растений. Учебное пособие может быть использовано при освоении общепрофессиональной дисциплины ОП.01 «Биологические основы агрономии» в соответствии с ФГОС СПО для профессии «Мастер растениеводства».

Кривко, Н. П. Питомниководство садовых культур : учеб. / Н. П. Кривко, Е. В. Агафонов, В. В. Чулков. -СПб. : Лань, 2015. - 368 с. - ISBN 978-5-8114-1761-2.

Учебник составлен в соответствии с рабочей программой дисциплины «Питомниководство садовых культур» по направлению подготовки «Садоводство». В учебнике освещены особенности размножения садовых культур, обосновано безусловное преимущество вегетативного размножения над семенным, рассмотрены структуры и технологии питомников для выращивания оздоровленного посадочного материала древесных плодовых культур, ягодных растений, винограда, саженцев декоративных, рассады овощных и цветочных культур. Впервые в списке учебников для аграрных вузов издается книга, описывающая технологию выращивания посадочного материала всех основных садовых культур России. Издание адресуется студентам — бакалаврам и магистрам, обучающимся по направлению подготовки «Садоводство». Оно будет полезно для студентов всех агрономических специальностей, а также питомниководов-практиков и широкого круга любителей садоводства.