CC BY
6
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 19 Вып. 3(100)_
УДК 631.334 DOI 10.24411/0131-5226-2019-10188
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ВЫСЕВА СЕМЯН СИДЕРАТОВ НА ПРОФИЛИРОВАННУЮ ПОВЕРХНОСТЬ
А.Б. Калинин1, д-р техн. наук; И.З. Теплинский2, канд. техн. наук;
А.А. Устроев1, канд. техн. наук; Е.А. Мурзаев1
1 Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
2Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Санкт-Петербург, России
Основной причиной возникновения эрозионных процессов в существующей технологии возделывания картофеля является отсутствие эффективных технологических приемов и технических средств, для регулирования стоков вод, а также защиты верхнего слоя почвы от выдувания. Предложена система высева семян сидератов на профилированную поверхность, которая является технической реализацией нового технологического приема упрочнения поверхности гребня с использованием посева сидеральных культур. Разработана конструкция и изготовлен экспериментальный образец распределительного устройства высева семян сидеральных культур на профилированной поверхности, которые включают в себя рамку, повторяющую профиль гребневой поверхности и два диффузора. Конструкция обеспечивает возможность регулировки параметров, влияющих на точность распределения семян сидератов - геометрические размеры диффузора, а именно его высота, угол наклона относительно профилированной поверхности и высота установки устройства относительно профилированной поверхности. Целью настоящей работы является обоснование параметров распределительного устройства высева семян сидератов на профилированную поверхность. Проведены лабораторные исследования процесса высева семян сидеральных культур на профилированную поверхность и обоснованы рациональные значения параметров распределительного устройства в следующем составе: высота диффузора B = 30см; угол наклона диффузора C = 5°. Влияние изменения высоты установки рамки относительно гребня в исследуемом интервале является незначимым. Учитывая недостаточный уровень неравномерности высева, полученный в эксперименте, необходимо совершенствование исследованной конструкции распределительного устройства.
Ключевые слова: возделывание картофеля, профилированная поверхность, эрозионные процессы, посев сидеральных культур, распределительное устройство
Для цитирования: Калинин А.Б., Устроев А.А., Теплинский И.З., Мурзаев Е.А. Обоснование параметров распределительного устройства высева семян сидератов на профилированную поверхность // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. № 3(100). С 80-88
JUSTIFICATION OF PARAMETERS OF SEED DISTRIBUTING DEVICE FOR GREEN MANURE SEEDING ON THE FORMED SURFACE
1 2 A.B. Kalinin , DSc (Engineering); I.Z. Teplinskij , Cand. Sc (Engineering);
A.A. Ustroev1, Cand. Sc (Engineering); E.A. Murzaev1
Технологии и технические средства механизированного производства продукции _растениеводства и животноводства_
'Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
2Federal state educational budgetary institution of higher education "Saint Petersburg State Agrarian University", Saint Petersburg, Russia
The main cause of erosion processes in the existing potato cultivation practice is the lack of effective technological methods, machines and equipment for the water runoff and topsoil retirement control. A system for seeding the green manure seeds on the formed surface is proposed, which is a technical implementation of a new technological method for hardening the surface of the ridge using seeding of green manure crops. An original distributing device was designed and an experimental model was manufactured, consisting of a frame, which followed the profile of the ridge surface, and two diffusers. This device controlled the parameters governing the precise distribution of green manure seeds - the geometric parameters of a diffuser, namely, its height, the level angle and installation height of the device to the formed soil surface. The process of green manure seeds sowing on the formed soil surface was tested in laboratory conditions and the rational parameters of the distributing device were defined - the diffuser height B = 30 cm and the diffuser level angle C = 5°. The effect of variable installation height of the frame relative to the ridge in the studied interval was found insignificant. Due to the insufficient seeding uniformity recorded in the experiment, the design of the distributing device needs to be improved.
Key words: potato cultivation, formed soil surface, soil erosion, green manure, seeding, distributing device
For citation: Kalinin A.B., Ustroev A.A., Teplinskij I.Z., Murzaev E.A. Justification of parameters of seed distributing device for green manure seeding on the formed surface. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstvaprodukcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019. 3(100): 80-88 (In Russian)
Введение
Важным направлением в
совершенствовании технологий
возделывания пропашных
сельскохозяйственных культур, в частности картофеля, является защита почв на профилированных поверхностях от водной и ветровой эрозии [1].
Технология возделывания картофеля предусматривает формирование
мелкокомковатой структуры почвы в гребнях для обеспечения оптимальных условий развития растений [2-5]. Такая структура подвержена интенсивному воздействию эрозионных процессов и требует упрочнения поверхности гребней с помощью специальных технологических приемов. Проведенный патентный поиск [6] и анализ литературных источников [7-9] показал, что существует несколько приемов,
направленных на упрочнение
профилированных поверхностей поля. Наиболее перспективным является комбинированный способ упрочнения гребней картофеля с помощью посева сидеральных культур на их поверхность с последующим прикатыванием
профилированными прутковыми катками [10].
Семена сидератов будут вноситься при формировании полнообъемных гребней пропашным культиватором с пассивными рабочими органами непосредственно после посадки картофеля [11].
Благодаря быстрому вегетационному периоду сидераты способны наращивать большое количество зеленой массы и развивать мощную корневую систему.
Сидеральные культуры, посеянные на профилированную поверхность, быстро
прорастают, тем самым упрочняют своей корневой системой верхний слой почвы, в том числе и боковую поверхность гребней.
Растительный покров, создаваемый сидеральными культурами, оказывает высокое воздействие на эрозионные процессы, предохраняя почву от смыва или выдувания, снижая слой стока и скорости стекания [12-14].
Высев сидеральных культур на профилированную поверхность рационально выполнять с использованием
пневматических высевающих модулей, входящих в состав комбинированных почвообрабатывающих и посадочных агрегатов. Ввиду того, что стандартные распределительные системы таких модулей предназначены для работы по гладкой поверхности, то для повышения качества распределения семян по профилированной поверхности и снижения влияния внешних факторов нами разработана оригинальная конструкция и изготовлен
экспериментальный образец
распределительного устройства высева семян сидеральных культур на профилированной поверхности (рис. 1) [15].
Он состоит из рамки 1, повторяющей профиль гребневой поверхности 3, которая имеет регулировку угла наклона боковой поверхности и регулировку высоты положения относительно имитатора гребня 3. На рамку устанавливаются диффузоры 2 с различными геометрическими параметрами, к которым подводятся семяпроводы от пневматического высевающего устройства.
Рис. 1. Экспериментальный образец распределительного устройства высева семян сидератов на профилированную поверхность
В настоящей работе представлены результаты лабораторных исследований процесса высева семян сидеральных культур на профилированной поверхности, направленных на обоснование
конструктивных и настроечных параметров распределительного устройства. Материалы и методы
С целью обоснования рациональных конструктивных и настроечных параметров распределяющей системы сидератов на профилированной поверхности разработан стенд для лабораторных исследований процесса высева, представленный на рисунке 2.
Рис. 2. Стенд для проведения лабораторных исследований 1 - Рама; 2 - Транспортер; 3 - Электродвигатель; 4 - Редуктор; 5 - Пневматическое высевающее
устройство Р8 300 М1; 6 - Семяпроводы; 7 - Направляющая; 8 - Компьютер; 9 - Домкрат; 10 - Кронштейн
Стенд состоит из рамы 1, на которой установлен транспортер 2, приводимый в действие с помощью управляемого электропривода, состоящего из
электродвигателя 3 и редуктора 4, который позволяет изменять скорость перемещения транспортера. Под действием воздушного потока, создаваемым пневматическим высевающим устройством РБ 300 М1 5, управляемого компьютером 8, семена поступают по семяпроводам 6 к диффузорам, установленным на рамке, которая смонтирована на направляющей 7.
На транспортерную ленту
устанавливается имитатор гребня, покрытый пленкой с клейким материалом и специальной рамкой с ячейками 50*50мм (рис. 3).
Рис. 3. Имитатор гребня с рамкой
Скорость движения транспортерной ленты устанавливается 5 км/ч, что соответствует скорости междурядной обработки пропашным культиватором. При помощи компьютера пневматического высевающего устройства включается
вентилятор, а затем высевающий вал. После этого приводится в действие транспортерная лента, тем самым способствуя прохождению имитатора гребня под распределенным рамкой с диффузорами семенным потоком.
Критерий эффективности процесса -неравномерность высева (коэффициент вариации У). Методика определения неравномерности высева в соответствии с ГОСТ 31345 - 2007 "Сеялки тракторные. Методы испытаний".
Основными параметрами, влияющими на точность распределения семян сидератов, являются:
- геометрические параметры диффузора, а именно его высота ;
- угол наклона диффузора относительно профилированной поверхности;
- высота установки распределительного устройства.
Для определения рациональных параметров распределительного устройства используем математическую модель, отражающую зависимость неравномерности высева от параметров устройства в виде полиномиального уравнения регрессии вида у = Ь0 + Ъ1Х1 + Ъ2 X + ¿з хз + Ь12 X X +
+ +\хХх + ъ22X2 + Ъ^х^
Для получения коэффициентов регрессии, описывающей поведение функции в интересующий нас области изменения факторов, проведен эксперимент по полному факторному плану типа 33 в трехкратной повторности.
Интервалы варьирования и условия кодирования независимых переменных приняты на основе результатов теоретического анализа и предварительных экспериментов и представлены в таблице 1.
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал.
_ИАЭП. 19 Вып. 3(100)_
Таблица 1
Наименование и уровни варьирования факторов
Факторы Высота установки распределительного устройства относительно имитатора гребня А(Х1), см Высота диффузора B(X2), см Угол наклона диффузора относительно профилированной поверхности C(X3), °
Нижний уровень (-) 10 20 5
Основной уровень (0) 15 25 10
Верхний уровень (+) 20 30 15
Результаты и обсуждение получены средние значения
В результате статистической обработки неравномерности высева для каждого из 27 первичных экспериментальных данных варианта настройки (табл. 2).
Таблица 2
Результаты лабораторных исследований
Обозначения факторов
№ опыта (А) X, (В) X2 (С) X3 Y
1 10 30 15 103,08
2 10 30 10 108,57
3 10 30 5 106,76
4 10 25 15 109,95
5 10 25 10 105,48
6 10 25 5 108,43
7 10 20 15 118,96
8 10 20 10 116,92
9 10 20 5 118,65
10 15 20 15 116,77
11 15 20 10 117,79
12 15 20 5 109,25
13 15 25 15 122,13
14 15 25 10 112,02
15 15 25 5 114,92
16 15 30 5 103,75
17 15 30 10 110,77
18 15 30 15 117,16
19 20 30 15 107,71
20 20 30 10 106,58
21 20 30 5 106,36
22 20 25 15 109,70
23 20 25 10 116,69
24 20 25 5 116,45
25 20 20 15 126,70
26 20 20 10 107,90
27 20 20 5 105,20
С использованием пакета прикладных программ 81а1§гарЫсв построена
регрессионная модель полиноминального вида
У= 89,38 + 1,3*Х1+ 1,59*Х2+ 0,29*Х3 -0,11*Х1Л2 + 0,06*Х1*Х2+ 0,06*Х1*Х3 -0,05Х2Л2 - 0,06*Х2*Х3+ 0,04*Х3Л2
(2)
Коэффициент множественной
корреляции - Я=0,81, что свидетельствует о достаточно высоком уровне адекватности полученной математической модели.
Критическое значение критерия Стьюдента при доверительной вероятности 0,95 составляет 2,15, то есть значимыми являются коэффициенты регрессии только при факторах В и С (рис. 4).
В:Рае»г_В С:Рас!ог_С АА ВС АС АВ ВВ СС
А:Рас»г А
1
н
□
1 I
□
П +
СИ -
0 12 3 4
Рис.4 Значимость коэффициентов уравнения регрессии
После отсеивания незначимых коэффициентов регрессии сформирован окончательный вид регрессионной зависимости
У = 1257,9 - 0,74*Х2 + 0,47*Х3
Коэффициент множественной
корреляции при этом составляет 0,6, что свидетельствует об удовлетворительном уровне адекватности окончательного варианта математической модели.
Учитывая линейный характер зависимости, рациональные значения исследуемых факторов лежат на границе исследуемой области:
высота диффузора В = 30см; угол наклона диффузора С = 5°.
Неравномерность высева при этом имеет минимальное значение в исследованной области изменения конструктивных параметров распределяющего устройства и составляет 105,94%. Выводы
1 В результате лабораторных исследований экспериментального образца распределительного устройства высева семян сидеральных культур на профилированной поверхности обоснованы рациональные значения его конструктивных и настроечных параметров следующем составе: высота диффузора В = 30см; угол наклона диффузора С = 5°. Неравномерность высева при этом имеет минимальное значение в исследованной области изменения параметров и составляет 105,94%.
2 Учитывая недостаточный уровень неравномерности высева, полученный в эксперименте, необходимо совершенствование исследованной конструкции распределительного устройства.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Соколов Н.М. Стрельцов С.Б. Совершенствование технологического
процесса обработки почвы снижающего водную и технологическую эрозию // Успехи современного естествознания. 2018. №11-2. С. 299-304.
2. Калинин А.Б., Теплинский И.З., Кудрявцев П.П. Анализ параметров почвенного состояния при выполнении технологических процессов возделывания картофеля с целью выявления причин переуплотнения почвы // Научное
обеспечение развития АПК в условиях реформирования. 2015. С. 493-498.
3. Калинин А.Б., Устроев А.А. Теоретические предпосылки и практические приемы рациональной системы обработки почвы в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. №90. С. 70-78.
4. Максимов Д.А., Минин В.Б., Мельников С.П., Устроев А.А., Логинов Г.А., Мбайхолойел Э. Экспериментальные исследования по возделыванию картофеля в соответствии с требованиями органического земледелия // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. №93. С. 34-43.
5. Устроев А.А., Калинин А.Б., Логинов Г.А., Кудрявцев П.П. Оценка эффективности операции глубокого рыхления междурядий при возделывании картофеля в органическом земледелии // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. №93. с. 43-48.
6. Еникеев В.Г., Теплинский И.З., Калинин А.Б., Врублевский В.Д. Культиватор-гребнеобразователь Патент на изобретение RUS 2124824 11.06.1996.
7. Калинин А.Б., Теплинский И.З., Кудрявцев П.П. Выбор и обоснование рабочих органов и схемы их размещения на секции пропашного культиватора для минимизации экологических рисков при возделывании картофеля // Известия Санкт-
Петербургского государственного аграрного университета. 2016. №43. С. 327-330.
8. Калинин А.Б., Теплинский И.З. Выбор оптимальных режимов работы активного катка // Сельский механизатор. 2015. №5. С. 8-9.
9. Калинин А.Б., Теплинский И.З., Ружьев В.А. Мировые тенденции и современные технические системы для возделывания картофеля: учебное пособие СПб.: Проспект Науки. 2016. 160с.
10. Мурзаев Е.А. Методы и средства упрочнения профилированных поверхностей поля при возделывании картофеля // Вестник студенческого научного общества. 2018. Т.9. №2. С. 65-68.
11. Калинин А.Б., Теплинский И.З., Кудрявцев П.П., Устроев А.А. Секция рабочих органов пропашного культиватора-гребнеобразователя Патент на полезную модель RUS №169780 01.07.2016.
12. Кочетов И.С. Почвозащитная роль полевых культур // Земледелие. 2000. №3. С. 16
13. Нарциссов, В.П. Научные основы систем земледелия. М.: Колос, 1976. 336 с.
14. Демихов В.Т., Долганова М.В., Хорина Е. В., Чучин Д.И. Эрозионные свойства почв Брянской области. Монография. Брянск: ООО «Ладомир», 2015. 184 с.
15. Калинин А.Б., Устроев А.А., Теплинский И.З., Мурзаев Е.А. Экспериментальный образец устройства высева семян сидератов на профилированную поверхность // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. № 2(99). С 148-157.
REFERENCES
1 Sokolov N.M. Streltsov S.B. S overshenstvovanie tekhnologicheskogo
protsessa obrabotki pochvy snizhayushchego vodnuyu i tekhnologicheskuyu eroziyu
[Improvement of the technological process of soil treatment for decreasing water and technological erosion on slope lands]. Uspekhi
sovremennogo estestvoznaniya. 2018. No. 11-2: 299-304. (In Russian)
2 Kalinin A.B., Teplinskii I.Z., Kudryavtsev P.P. Analiz parametrov pochvennogo sostoyaniya pri vypolnenii tekhnologicheskikh protsessov vozdelyvaniya kartofelya s tsel'yu vyyavleniya prichin pereuplotneniya pochvy [Analysis of soil state parameters when performing the technological processes of potato cultivation in order to identify the causes of soil compaction]. Nauchnoe obespechenie razvitiya APK v usloviyakh reformirovaniya. 2015: 493-498. (In Russian)
3 Kalinin A.B., Ustroev A.A. Teoreticheskie predposylki i prakticheskie priemy ratsional'noi sistemy obrabotki pochvy v tekhnologiyakh vozdelyvaniya sel'skokhozyaistvennykh kul'tur [Theoretical background and practices of rational soil tillage as a part of farm crops cultivation technologies]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2016. No. 90. 70-78. (In Russian)
4 Maksimov D.A., Minin V.B., Mel'nikov S.P., Ustroev A.A., Loginov G.A., Mbaiholoyel E. Eksperimental'nye issledovaniya po vozdelyvaniyu kartofelya v sootvetstvii s trebovaniyami organicheskogo zemledeliya [Experimental studies on potatoes cultivation under requirements of organic farming]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2017. No.93. 34-43. (In Russian)
5 Ustroev A.A., Kalinin A.B., Loginov G.A., Kudryavtsev P.P. Otsenka effektivnosti operatsii glubokogo rykhleniya mezhduryadii pri vozdelyvanii kartofelya v organicheskom zemledelii [Assessment of operational effectiveness of inter-row soil loosening in organic potato cultivation]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i
zhivotnovodstva. 2017. No. 93. 43-48. (In Russian)
6 Enikeev V.G., Teplinskii I.Z., Kalinin A.B., Vrublevskii V.D. Kul'tivator-grebneobrazovatel' [Cultivator - ridgeer]. Patent for invention RUS 2124824, 1996. (In Russian)
7 Kalinin A.B., Teplinskii I.Z., Kudryavtsev P.P. Vybor i obosnovanie rabochikh organov i skhemy ikh razmeshcheniya na sektsii propashnogo kul'tivatora dlya minimizatsii ekologicheskikh riskov pri vozdelyvanii kartofelya [Selection and justification of the working bodies and their layout on the section row-crop cultivator to minimise environmental risks in the cultivation of potatoes]. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2016. N 43: 327-330. (In Russian)
8. Kalinin A.B., Teplinskii I.Z. Vybor optimal'nykh rezhimov raboty aktivnogo katka [Choice of the optimal active tillage rink operating conditions]. Sel'skii mekhanizator. 2015. N 5: 8-9. (In Russian)
9 Kalinin A.B., Teplinskii I.Z., Ruzhev V.A. Mirovye tendentsii i sovremennye tekhnicheskie sistemy dlya vozdelyvaniya kartofelya: uchebnoe posobie [World trends and modern technical systems for potato cultivation: a training manual].Saint Petersburg: Prospekt Nauki. 2016: 160. (In Russian)
10 Murzaev E.A. Metody i sredstva uprochneniya profilirovannykh poverkhnostei polya pri vozdelyvanii kartofelya [Methods and means to make the formed field surface more erosion-resistant in potato cultivation]. Vestnik studencheskogo nauchnogo obshchestva. 2018. Vol.9. No. 2: 65-68. (In Russian)
11 Kalinin A.B., Teplinskii I.Z., Kudryavtsev P.P., Ustroev A.A. Sektsiya rabochikh organov propashnogo kul'tivatora-grebneobrazovatelya [Section of the working tools of the row cultivator - ridger]. Patent on utility model RF No.169780. 2016. (In Russian)
12 Kochetov I.S. Pochvozashchitnaya rol' polevykh kul'tur [ Soil-conserving role of field crops]. Zemledelie. 2000. No. 3 16. (In Russian)
13 Nartsissov, V.P. Nauchnye osnovy sistem zemledeliya [Scientific fundamentals of farming systems]. Moscow: Kolos, 1976: 336. (In Russian)
14 Demikhov V.T., Dolganova M.V., Khorina E. V., Chuchin D.I. Erozi-onnye svoistva pochv Bryanskoi oblasti. Monografiya [Erosion
properties of soils in Bryansk Region. Monograph]. Bryansk: OOO «Ladomir», 2015: 184. (In Russian)
15 Kalinin A.B., Ustroev A.A., Murzaev E.A., Teplinskij I.Z. Experimental model of the system for sowing the green manure seeds on the formed surface. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019. 2(99): 148-157 (In Russian)
УДК 007.52: 631.58:634.8 DOI 10.24411/0131-5226-2019-10189
АНАЛИЗ РОБОТИЗИРОВАННЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ УДОБРЕНИЙ Э.А. Папушин, канд. техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Для перехода к интеллектуальным технологиям в растениеводстве необходимо решить задачи автоматизации и роботизации наиболее трудоемких операций. В статье приведён анализ современных робототехнических средств для внесения удобрений. В нашей стране работы по роботизации технологии точного земледелия проводятся в Федеральном научном агроинженерном центре ВИМ, Всероссийском научно-исследовательском институте агрохимии имени Д.Н.Прянишникова, Институте почвоведения и агрохимии Сибирского отделения РАН, в некоторых других исследовательских центрах. За рубежом разработчики добились определённых успехов в данном направлении - созданы роботы, способные самостоятельно передвигаться, вносить удобрения, и производить посев. Однако для их широкого внедрения ещё необходимо решить ряд вопросов, связанных с особенностями сельскохозяйственного производства в целом и органического земледелия в частности. Это требует приложения совместных усилий инженеров и учёных в проведении дополнительных исследований.
Ключевые слова: робот, внесение удобрений, цифровое сельское хозяйство, интеллект, управление.
Для цитирования: Папушин Э.А. Анализ роботизированных средств для внесения удобрений // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. № 3(100). С 88-93
SURVEY OF ROBOTIC TOOLS FOR FERTILIZER APPLICATION E. A. Papushin, Cand.Sc (Engineering)
