Обоснование прямого комбайнирования зерновых культур с образованием высокостерневой кулисы в колее комбайна

Обоснование прямого комбайнирования зерновых культур с образованием высокостерневой кулисы в колее комбайна

А.П. Ловчиков, д.т.н., В.П. Ловчиков, к.т.н., Е.А. Поздеев,

аспирант, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ

Современная практика и наука в последнее время обращают внимание на ресурсосберегающие технологии: уборка зерновых культур, которая включает в себя биологизацию земледелия и направлена на восстановление плодородия почв, сохранение водных ресурсов за счёт снегозадержания и уменьшения испарения влаги из почвы, повышение урожайности и сохранение материально-технических ресурсов [1—6].

Материал и методы исследования. Исследование проводили с целью обоснования технологических параметров процесса прямого комбайнирования зерновых культур с образованием высокостерневой кулисы в колее комбайна. В процессе исследования решались следующие задачи: обоснование дифференциации высоты стерни зерновых культур при уборке урожая прямым комбайнированием с образованием высокостерневой кулисы в колее комбайна; выявление закономерностей, характеризующих снегозадерживающую способность высокостерневой кулисы на поле; установление взаимосвязи между параметрами, характеризующими технологические свойства высокостерневой кулисы.

Исследование базируется на общепринятых методологических положениях общелогического подхода, формализованного метода и математического анализа.

Результаты исследования. В ходе уборки зерновых культур прямым комбайнированием с образованием высокостерневой кулисы в колее комбайна образуется дифференциация высоты стерни за счёт различной высоты среза стеблей, которая представлена на рисунке 1.

По рисунку видно, что ширина захвата жатки при прямом комбайнировании зерновых культур с образованием высокостерневой кулисы в колее комбайна определяется как сумма:

Вж _ 2Внс + 2Вшк + Ввск>

где Вж — ширина захвата жатки комбайна, м;

Внс — ширина полосы стерни нормального среза

стеблей зерновых, м;

Вшк — ширина колеса комбайна, м;

Ввск — ширина высокостерневой кулисы в колее

комбайна.

Дифференциацию стерни зерновых по высоте можно охарактеризовать двумя параметрами: Нст — высота стерни при нормальном срезе стеблей зерновых, м; Наст — максимально допустимая высота среза стеблей зерновых культур при прямом комбайнировании, м. Величину параметра стерни Наст можно представить как сумму двух составляющих (Нст и Н), где Н — длина стебля, которая должна быть удалена дополнительными режуще-измельчающими устройствами комбайновой жатки, м. Исходя из этого на полосах Внс стерня высотой Наст должна быть уменьшена на величину К, что можно выразить зависимостью:

Кт _ Ндст - ^

Для последующего определения соотношения между параметрами (Внс, Вк, Ввск) и анализа взаимосвязи между параметрами Наст и Ввск высокостерневой кулисы в колее комбайна найдём площадь образованной стерни при проходе комбайна с

жаткой, которая равна:

о _ в . Н

ст ж дст'

где Бст — площадь стерни, образованной при проходе комбайна с жаткой, м2.

На основе выражения (1) с учётом Нст и Н найдём общую площадь 8ст стерни, которая равна: о _2 В • Н + В • Н + 2 В • Н

ст нс дст вск дст шк дст'

Площадь (м2) стерни участка Внс состоит из двух составляющих:

Внс  Ндст _ Внс • Кт + Внс '

Поскольку в колее комбайна образуется высокостерневая кулиса, тогда площадь участка Внс должна быть записана как:

Бст _ 2Внс •

Площадь (м2) стерни участка Вшк равна:

о _2 В • Н

шк шк дст'

Площадь (м2) высокостерневой кулисы в колее комбайна равна:

Рис. 1 - Дифференциация высоты стерни при уборке зерновых прямым комбайнированием с образованием высокостерневой кулисы в колее

о _ в • Н

вск вск дст V5/

На основе выражений (3—5) найдём соотношение полос стерни зерновых по ширине захвата жатки Вж, которое равно:

2Внс • (Ндст - К) _

Н дст •

2 • В • Н

шк дст

Н дст •

В • Н

вск дст

Ндст •

= 1,0. (6) стью [8-10]:

Кк _ 0,5 • Ввск • Ндст ,

где УС1С — объём задерживаемого снега, м3;

Ввск — ширина высокостерневой кулисы на поле, м;

Наст — высота стеблей стерневой кулисы, м.

По выражению (7) видно, что снегозадерживающая способность высокостерневой кулисы зависит от параметров Ввск и Наст. Так, высота снежного покрова на поле прямо пропорциональна высоте стерни зерновых и определяется зависимо -

Из выражения (6) можно найти соотношение между площадью удаляемой стерни зерновых и высотой кулисы:

2Внс • (Ндст - К) _

Н,

дст '

2 • В • Н

шк дст

Н

дст

•

После преобразования можно записать:

2В

в„„

Нд

Ндст - h

2В„

Н

дст

Вв

Ндст h

Нсп = a • Ндст - C,

Соотношение длины полос стерни зерновых между Веск и Вшк можно найти из равенства:

В 1

Ввск • Ндст _ 2 • Вшк • Ндсш или _—.

Ввск 2

В случае, когда высота Ндст на участке Вшк равна Нст, то после преобразований получим:

Из вышеизложенного следует, что соотношение технологических параметров стерни в случае прямого комбайнирования зерновых культур с образованием высокостерневой кулисы в колее комбайна определяется прежде всего высотой стерни (Наст и Нст) и шириной колеи Веск. Параметры высокостерневой кулисы на поле Наст и Веск в последующем будут определять её снегозадерживающую способность, которая характеризует как задержание, так и накопление снега на поле зерновых культур.

Снегозадерживающая эффективность высокостерневой кулисы на поле во многом определяется и шириной снегоспособной площади между полосами кулис (межкулисным расстоянием), которая учитывается посредством коэффициента редукции Кр. Данный коэффициент Кр, характеризует объём снегопереноса при различной ширине захвата прилегающих снегоспособных площадей. Поскольку расстояние между высокостерневыми кулисами равно ширине захвата жатки комбайна, которая изменяется от 6,0 до 8,0 м, что намного меньше 100 м, то величину коэффициента редукции Кр можно принять равной нулю [7]. Тогда снегозадерживающая способность высокостерневой кулисы на поле может быть определена по зависимости [8]:

где Нсп — высота снежного покрова на поле, м; Нйст — высота стерни зерновых культур, Нйст е (0,15—0,7) м;

а и с — коэффициенты пропорциональности, определяемые на основе экспериментальных данных, а = 0,995; с = 0,01.

Запас влаги (мм) в почве зависит от высоты стерни зерновых культур и изменяется согласно выражению:

Звл = а1 • Ндст - ^

где а1 и с1 — коэффициенты, пропорционально определяемые на основе экспериментальных. Установлено, что а1 = 315,629; с1 = 4,472.

Из выражений (8) и (9) следует, что с увеличением высоты стерни кулисы Нйст наблюдается повышение снежного покрова и запаса почвенной влаги, что в последующем положительно скажется на урожайности зерновых культур.

При этом необходимо иметь в виду, что наличие рельефа стерни и ветра приводит к неравномерности снежного покрова на поле из-за образования горизонтального переноса снега, который может быть описан зависимостью [7]:

П = c • v],

где inc — интенсивность горизонтального переноса снега, м3/пог. -м- с;

c — коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от плотности снега в сугробах. с = 0,00026 для условий Урала и Сибири [7];

V — скорость ветра на высоте флюгера, м/с.

В работе Ю.А. Шекихачева [11] отмечается, что перенос снега происходит всю зиму при скорости ветра больше 2—4 м в сек., что актуально для степных зон Южного Урала.

Количество переносимого снега V^ за время t действия естественного ветра определённого направления равно (м3):

Vп = i • t

' ск 1пс

Тогда объём снега, накапливаемого высокостерневой кулисой на поле зерновых культур, равен:

Осн = vn • К3с • Lвск,

где Кзс — коэффициент задержки снега высоко -стерневой кулисой на поле; LecK — длина высокостерневой кулисы на поле зерновых культур, м.

Из выражения (10) видно, что объём снега, накапливаемого на поле, в основном зависит от коэффициента задержки снега Кзс, который характеризует процесс снегозадержания и накопления снега на поверхности поля.

Снегозадерживающая и накапливающая способность высокостерневой кулисы на поле определяется не только высотой стерни Наст и шириной Ввск, но и густотой стеблестоя Лст в кулисе. Параметры Наст и Лст кулисы образовывают площадь (м3) сопротивления, которая может быть определена по зависимости:

0вск _ Nст ' ^ст ' Ндст,

где — количество стеблей на одном метре длины высокостерневой кулисы шт.; Лст — диаметр стебля зерновых культур (пшеница), Лст =0,002 м [2, 5].

Тогда N1^ _ _ 500 шт. — высокостерневую

кулису можно рассматривать как сплошную непроницаемую заградительную (защитную) полосу.

В действительности высокостерневая кулиса не может быть сплошной заградительной полосой, поскольку ширина кулисы Ввск характеризуется наличием определённого количества рядов стерни, количество (шт.) которых можно найти по формуле:

В

N_„ = -

рек р

где RM — межрядковое расстояние между срезаемых зерновых культур, определяемое способом посева, м.

Помимо этого стебли растений в ряду расположены хаотично (случайно) по длине между собой. Поэтому высокостерневая кулиса, расположенная на поле, будет характеризоваться проницаемостью. Для этого введём коэффициент проницаемости кулисы, который характеризует способность стерни зерновых культур пропускать сквозь себя воздушный поток, а следовательно, и снег. Рассчитать коэффициент проницаемости кпр высокостерневой кулисы на поле можно по формуле:

кпр = 1 -

Nе

N1

где Лст — текущее значение густоты стеблестоя зерновых культур, шт/м2; NCт — максимально возможная густота стеблестоя зерновых культур, при которой высокостерневая кулиса непроницаема, N'тi =2500 шт/м2.

Величина коэффициента кпр изменяется от 0 до 1,0. При кпр =0 высокостерневая кулиса на поле характеризуется как сплошная заградительная полоса.

Соотношение Nст / Nт характеризует, по сути дела, такое свойство высокостерневой кулисы, как непроницаемость, которую можно оценить посредством коэффициента непроницаемости:

К _1,0 - к ср.

Графическая интерпретация коэффициентов кпр и кн, представленная на рисунке 2, свидетельствует о том, что с увеличением густоты стеблестоя зерновых культур проницаемость воздушным потоком, а следовательно, и снегом, высокостерневой кулисы уменьшается. Это свидетельствует о том, что кулиса начинает приобретать свойство сплошной заградительной полосы, что подтверждается увеличением коэффициента непроницаемости кпр (рис. 2), а это отражается и на снегозадерживающей способности кулисы.

Выводы. Выявленные закономерности свидетельствуют о том, что снегозадерживающая способность высокостерневой кулисы на поле определяется прежде всего такими параметрами, как Ввск — ширина кулисы и Наст — высота стерни.

В ходе установления закономерностей, характеризующих снегозадерживающую способность высокостерневой кулисы на поле, были выведены коэффициенты кпр и кн, которые отражают проницаемость и непроницаемость воздушным и снежным потоком высокостерневой кулисы. Выявлено, что величины данных коэффициентов зависят от густоты стеблестоя зерновых культур.

Технологические свойства высокостерневой кулисы во многом определяются параметром Наст, который образуется при комбайнировании

кщ.

to

0,8

0,6

ол

0,2

кпр

кн

06

ОН

02

200

300

iOO

500

бОО

700

800

N, шгп./м

Рис. 2 - Изменение коэффициентов кпр и кн в зависимости от густоты стеблестоя зерновых культур

зерновых культур. Поэтому далее необходимо рассмотреть процесс прямого комбайнирования зерновых культур с раскрытием закономерностей, обеспечивающих образование технологического параметра высокостерневой кулисы Ндст.

Литература

1. Ловчиков А.П., Летчиков В.П., Поздеев Е.А. Биологиза-ция земледелия в ресурсосберегающих технологиях возделывания зерновых культур // Международный научно-исследовательский журнал (International Researeh Journal). № 1143. 4.2, Екатеринбург, 2016. С. 44-46.

2. Ловчиков А.П. Технико-технологические основы совершенствования зерноуборочных комбайнов с большим молотильным аппаратом. Ульяновск: Зебра, 2016. 111 с.

3. Проектирование и организация эффективности процесса уборки зерновых культур / М.М. Константинов, А.П. Ловчиков, В.П. Ловчиков, П.И. Огородников. Екатеринбург: Институт экономики УрОРАН, 2011. 144 с.

4. Ловчиков А.П. К обоснованию сроков уборки зерновых культур и технической оснащённости уборочного процесса в технологии производства плющеного кормового зерна / А.П. Ловчиков, В.П. Ловчиков, С.Ш. Иксанов, A.B. Корытко, П.А. Косов // Вестник КрасГАУ. 2012. № 9. С. 177-182.

5. Ловчиков А.П., Ловчиков В.П., Поздеев Е.А. Агротехническая оценка работы измельчителей-разбрасывателей соломы комбайнов при уборке зерновых культур прямым комбай-нированием // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 2 (58). С. 55—57.

6. Константинов М.М. Оценка качественных показателей формирования хлебных валков, их подбора и обмолота при использовании порционной жатки на раздельной уборке зерновых культур / М.М. Константинов, И.Н. Глушков, И.В. Герасименко, АА. Панин, В.И. Квашенников, А.П. Ловчиков // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 6 (62). С. 68—77.

7. Рекомендации по изысканию и проектированию снегозадерживающих лесных полос вдоль автомобильных дорог. М., 1982. 113 с.

8. Способы задержания снега. [Электронный ресурс]. URL: // http:agroibfo.kz/sposoby-zaderzhama-snega/. С. 1—3.

9. Зачем задерживать снег и как сохранить влагу весной? [Электронный ресурс]. URL: // http:agroibfo.kz/zachem-zaderzliivat-sneg-kak-soxranit-vlagu-vesnoj/. С. 1—3.

10. Стерню — очесать, снег — накопить. [Электронный ресурс]. URL: // http:agroibfo.kz/steniyu-ochesat-sneg-nakopit/. С. 1-3.

11. Шекихачев Ю.А. Снегозадержание как эффективный способ повышения урожайности сельскохозяйственных культур в Кабардино-Балкарской Республике // Novainfo. Ru. 2016. № 48. С, 1-6.