CC BY
19АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.314 (470.331)
ТРУБЧАТЫЙ КАТОК ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПОЧВЫ ПОД МЕЛКОСЕМЕННЫЕ КУЛЬТУРЫ
Алдошин Н.В., доктор технических наук, профессор,
Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева;
Васильев А.С., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент; Голубев В.В., доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия».
Цель работы - изучить влияние разработанного трубчатого катка на структурно агрегатный состав, плотность дерново-подзолистой почвы и полевую всхожесть мелкосеменных культур при использовании в системе предпосевной обработки. В процессе исследований была изготовлена эффективная конструкция трубчатого катка, которая позволяет осуществить качественную подготовку почвы к посеву мелкосеменных культур. В ходе проведенных опытовуста-новлено существенное воздействие на структурно-агрегатный состав почвы при обработке трубчатым катком: доля агрономически ценной фракции возрастает на 5,7 - 9,8 % при одновременной оптимизации плотности поверхностного почвенного слоя, что повысило всхожесть исследуемых се-
TUBULAR ROLLER FOR
PREPARING THE SOIL FOR SMALL-SEEDED CROPS
Aldoshin N.V., Doctor of Technical Sciences, Professor;
Russian State Agrarian University -Timiryazev Moscow agricultural Academy;
Vasilyev A.S., Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor; Golubev V.V., Doctor of Technical Sciences, Professor,
FSBEI HE «Tver State Agricultural Academy».
The purpose of the work is to study the effect of the developed tubular roller on the structural aggregate composition, density of soddy-podzolic soil and field germination of small-seeded crops when used in the pre-sowing treatment system. In the process of research, an effective design of a tubular roller was made, which allows for high-quality soil preparation for sowing small-seed crops. In the course of the experiments carried out, a significant effect on the structural and aggregate composition of the soil during processing with a tubular roller was established: the share of agronomically valuable fraction increases by 5.7 - 9.8 % while optimizing the density of the surface soil layer, which increased the germination of the studied seeds by 5.1 - 7.2 %.
106
мян на 5,1 — 7,2 %.
Ключевые слова: трубчатый каток, предпосевная обработка почвы, мелкосеменные культуры, структурно-агрегатный состав почвы, полевая всхожесть.
Введение. Создание оптимального строения почвы при возделывании мелкосеменных культур играет исключительно важную роль ввиду малых размерно-массовых характеристик их семенного материала [1-3]. Кроме этого, указанное свойство определяет повышенные требования мелкосеменных культур к структурно-агрегатному состоянию поверхностного слоя почвы - зоны семенного ложа [4-6]. Добиться создания требуемого профиля и оструктурен-ности поверхности почвы можно посредством использования различных конструкций выравнивающих рабочих органов, наиболее распространёнными из которых являются ротационные [3, 4, 7]. Данный тип рабочих органов обладает значительными достоинствами, главным из которых является снижение энергоёмкости технологического процесса - уплотнения с выравниванием, за счет минимального сопротивления почвенной среды [3, 4, 7]. При этом функционирование большинства существующих катков, как правило,состоит в однотипном копировании поверхности почвы и минимизации воздействия на её структурно-агрегатный состав [3]. В этих условиях необходимы разработка и исследование новых конструкций ротационных рабочих органов, позволяющих осуществлять рациональное воздействие на почву, обеспечивая создание оптимального состояния её поверхностного слоя и повышение жизненности высеваемого семенного материала [4, 7, 8, 9].
Цель исследований — изучить воздействие разработанного трубчатого катка при использовании в системе предпосевной обработки на структурно-агрегатный состав и плотность дерново-подзолистой почвы, а также полевую всхожесть мелкосеменных культур.
Материал и методы исследований. Исследования выполнялись на базе кафедры технологических и транспортных машин и комплексов, а также опытном поле ФГБОУ ВО Тверская ГСХА.
Прикатывание в опытах проводилось непосредственно перед посевом на фоне заблаговременной культивации агрегатом КПС-4 в два следа под углом к направлению движения.
Посев мелкосеменных культур при полевых исследованиях осуществлялся сеялкой СН-16 с анкерными сошниками. Площадь одной делянки составляла 16,5 м2, повторность четырёхкратная. Общая площадь эксперимента составляет не менее 2,5 га. После полноценного наступления фазы «всходы» на каждой из засеянных делянок проводилось измерение густоты взошедших растений.
В опытах использовались репродукционные семена таких культур, как рапс яровой сорта Викрос, лён-долгунец сорта Тверской, райграс однолетний
Keywords: tubular roller, pre-sowing tillage, small-seeded crops, structural and aggregate composition of soil, field germination.
107
сорта Рапид, клевер луговой сорта ВИК 7, тимофеевка луговая сорта ВИК 9. Все культуры высевались в чистом виде, многолетние травы - беспокровно.
Все исследования в опытах реализовывались в соответствии с хорошо апробированными и проверенными методиками [10-12].
Результаты и обсуждение. Для решения задачи по повышению качества предпосевной обработки почвы под мелкосеменные культуры был разработан опытный образец катка с экспериментальными ротационными рабочими органами (рис. 1) [13].Экспериментальный каток включает в себя внутренний приводной пустотелый барабан с установленной на нём обоймой на которой смонтированы трубчатые элементы-цилиндры, осуществляющие в процессе работы равномерное уплотнение и горизонтальное профилирование верхнего слоя пахотного горизонта почвы на глубине 0.. .100 мм. Кроме этого, применение в конструкции приводного пустотелого барабана позволяет изменять кинематический режим работы в зависимости от исходных характеристик почвы.
Рисунок 1. Устройство трубчатого катка А - исходное состояние почвенного профиля; Б - почвенный профиль после
прохода трубчатого катка; 1 - рама катка; 2 - обойма трубчатого катка; 3 - цилиндрический трубчатый элемент; 4 - приводной пустотелый барабан
Для определения энергетических характеристик разработанного трубчатого катка предлагается схема приложения внешних сил, создаваемых в процессе воздействия трубчатым почвообрабатывающим катком на почву (рис. 2). При проведении энергетических расчётов, в соответствии с предложенной схемой приняты следующие обозначения: Р б - движущая сила, приложенная к оси пустотелого барабана 4; Огб - усилие пустотелого барабана, воздействующее на обойму 2; Мр - крутящий момент, необходимый для создания требуемого кинематического режима работы X цилиндрических трубчатых элементов 2;
108
А - произвольная точка контакта цилиндрического трубчатого элемента 2 с наружной поверхностью гладкого барабана 4, положение которой определяется углом а, как отклонение оси трубчатого элемента-цилиндра от горизонтали.
Расчёт сил, действующих непосредственно на поверхности контакта трубчатого элемента-цилиндра с почвой, выполнен в соответствии со схемой, представленной на рисунке 2, посредством применения положения теории движения центра масс. В этом случае уравнения в общем виде запишутся следующим образом
где т- масса трубчатой обоймы, кг;
,гг - значение ускорения по оси х, м/с2; X - сумма проекций рассматриваемых сил на ось х, Н;
ус - значение ускорения по оси у, м/с2; у у - сумма проекций рассматриваемых сил на ось у, Н;
инерционные силы от моментов, созданных рассматриваемыми силами, Н;
X тс(Р,) - сумма моментов, созданных рассматриваемыми силами, Н м.
На основании теоретических и рекогносцировочных исследований был разработан и изготовлен экспериментальный натурный образец трубчатого катка, который был исследован в полевых условиях. Для полноты эксперимента оценка рабочей эффективности разработанного ротационного органа проводилась в сравнении с широко применяемыми гладким и прутковым катками. В результате оценки состояния поверхностного слоя почвы было уста-
109
новлено превалирование применения экспериментального трубчатого катка (табл. 1). Так, доля агрономически ценной фракции почвы возрастала по сравнению с контрольным вариантом на 22,8, с гладким катком на 9,8, прутковым катком на 5,7 %, что свидетельствует о достаточно высоком крошащем эффекте трубчатого катка. При этом отмечался рост уплотняющего воздействия на поверхностный (0.. .10 см) слой пахотного горизонта (рис. 3), что способствовало лучшему снабжению зоны семенного ложа капиллярной влагой, оптимизируя условия для прорастания семенного материала.
Таблица 1. Структурно-агрегатный состав дерново-подзолистой супесчаной
почвы при воздействии разными ротационными рабочими органами
Почвенные фракции, мм Контроль -без обработки катком Гладкий каток Прутковый каток Трубчатый каток
<3 6,7 6,0 5,6 4,2
3.5 13,0 15,6 19,4 21,8
5.10 29,3 40,4 41,1 45,8
10.20 33,6 29,6 27,5 23,0
20.30 13,0 7,1 5,6 4,7
>30 4,4 1,3 0,8 0,5
Коэффициент структурности, ед. 0,96 1,63 2,24 2,55
г/см3 1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Контроль - без Гладкий каток Прутковый каток Трубчатый каток обработки катком
Условные обозначения □ Слой 0-10 см 0 Слой 10-20 см
Рисунок 3. Влияние агрегатов для предпосевной обработки почвы
на ее плотность
По большей части выявленные зависимости подтверждаются данными учёта полей всхожести семян различных мелкосеменных культур (табл. 2), представленными в сравнении с другими вариантами воздействия на почву. Рост жизненности семян различных сельскохозяйственных растений при предпосевной обработке экспериментальным трубчатым катком относительно контроля составлял от 12,4 до 16,6, гладкого катка - 6,6 до 8,4, пруткового кат-
110
ка - от 3,7 до 6,5 %,. Наибольшие прибавки повышения полевой всхожести отмечались у рапса ярового (соответственно 16,6, 8,4, 6,5 %) и льна-долгунца. Таблица 2. Полевая всхожесть мелкосеменных культур при предпосевной обработке разными ротационными рабочими органами, %
Культура Контроль - без обработки катком Гладкий каток Прутковый каток Трубчатый каток
Рапс яровой (Brassica napus L. sspoleifera (Metzg.) Sinsk) 57,7 65,9 67,8 74,3
Лен-долгунец (Linumusitatissimum L. f. elongata) 62,3 70,1 71,4 77,6
Райграс однолетний (LoliummultiflorumLam. var. westerwoldicumWitm.) 59,4 65,5 67,8 72,1
Клевер луговой (Trifoliumpratense L.) 39,6 45,4 48,3 52
Тимофеевка луговая (Phleumpratense L.) 45,2 51,9 54,1 59
Трубчатые ротационные рабочие органы могут также эффективно применяться в системе компоновки комбинированных почвообрабатывающих агрегатов, что, например, представлено на рисунке 4, где на общей раме первым рядом рабочих органов смонтированы рыхлящие культиваторные лапы, а вторым - разработанные трубчатые катки.
Рисунок 4. Использование экспериментальных секций трубчатого катка в составе комбинированного почвообрабатывающего агрегата Выводы. В результате комплексных исследований была разработана и изготовлена эффективная конструкция трубчатого катка, позволяющего осуществить при использовании в системе предпосевной обработки почвы её качественную подготовку к посеву мелкосеменных культур. В частности, выявлено существенное воздействие на структурно-агрегатный состав почвы, доля агро-
111
номически ценной фракции в котором относительно контроля увеличивалась на 22,8, гладкого катка - на 9,8, пруткового катка - на 5,7 %. Кроме этого, отмечалось повышение действенности создания оптимальной плотности в поверхностном слое почвы, определяющей средоулучшение зоны семенного ложа, что особенно ценно для растений, характеризующихся малыми размерно-массовыми параметрами семян. Оптимизация характеристик почвенной среды способствовала усилению полевой всхожести семян всех исследуемых в опыте культур (рапс яровой, лен-долгунец, райграс однолетний, клевер луговой, тимофеевка луговая) в среднем относительно других исследуемых ротационных рабочих органов на 5,1 - 7,2 %.
На следующих этапах исследований планируется осуществить отработку кинематических режимов работы трубчатого катка в зависимости от исходных характеристик почвы (влажности, механического состава, задернелости и др.), а также продолжить работы по интеграции трубчатых ротационных рабочих органов в структуру комбинированных почвообрабатывающих агрегатов.
Список использованных источников:
1. Алдошин Н.В. Инновационные технологии заготовки высококачественных кормов / Н.В. Алдошин, АС. Васильев, В.А. Тюлин, В.В. Голубев, В.И. Сыроватка [и др.] // - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2020. -92 с.
2. Hakansson I., Myrbeck A., Etana A.A review of research on seedbed preparation for small grains in Sweden. Soil & Tillage Research, 2002. - 64 (12).- р. 23-40.
3. Никифоров М.В. Формирование микрорельефа почвы при возделывании льна: монография / М.В. Никифоров, А.С. Васильев, В.А. Сурайкин, А.В. Кудрявцев, В.В. Голубев // -Тверь: Тверская ГСХА, 2021. - 150 с.
4. Tolvaly-Rosca F. Work process analysis of the machines with working parts entrained, in seedbed preparation works / Tolvaly-Rosca F, Judith Pastor INMATEH // - Agricultural Engineering, 2019. - 58 (2). - р. 9-16. doi:10.35633/ INMATEH-58-01
References:
1. Aldoshin N.V. Innovative technologies for harvesting high-quality feed / N.V. Aldoshin, A.S. Vasiliev, V.A. Tyulin, V.V. Golubev, V.I. Syrovatka [and others] // - M.: FGBNU "Rosinformagrotech", 2020. - 92 p.
2. Hakansson I., Myrbeck A., Etana A.A review of research on seedbed preparation for small grains in Sweden. Soil & Tillage Research, 2002. - 64(1-2). - p. 23-40.
3. Nikiforov M.V. Soil microrelief formation during flax cultivation: monograph / M.V. Nikiforov, A.S. Vasiliev, V.A. Suraikin, A.V. Kudryavtsev, V.V. Golubev // - Tver: Tver State Agricultural Academy, 2021. - 150 p.
4. Tolvaly-Rosca F. Work process analysis of the machines with working parts entrained, in seedbed preparation works / Tolvaly-Rosca F, Judith Pastor INMATEH // - Agricultural Engineering, 2019. - 58(2). - rr. 9-16. doi:10.35633/ INMATEH-58-01.
5.ArtyushinA.A. Initial requirements
112
5. Артюшин А.А. Исходные требования на технологию возделывания льна-долгунца с учётом принципов точного земледелия / А.А. Артюшин, М.М. Ковалёв, И.В. Ущаповский // Тверь: ФГБНУВНИИМЛ, 2011. 16 с.
6. Couture S.J. Influence of seeding depth and seedbed preparation on establishment, growth and yield of fibre flax (Linumusitatissimum L.) in Eastern Canada / Couture S.J., Ditommaso A., Asbil W.L., Watson A.K. // Journal of Agronomy and Crop Science, 2004. -190(3). - р.184-190. doi: 10.1111/j.1439-037X.2004.00091.
7. Aldoshin N.V. Study of seedbed preparation with rod-type soil compaction roller / N.V. Aldoshin, A.S. Vasiliev, A.V Kudryavtsev., V.V Golubev., A.Yu. Alipichev // Agricultural Engineering, 2020. - 2 (96). - р. 9-16. (In Eng.). DOI: 10.26897/2687-11492020-2-9-16.
8. Голубев В.В. Исследование деформации почвы под действием трубчатого катка / В.В. Голубев, В.В. Сафонов // Вестник ФГОУ ВПО «МГАУ имени В.П. Горячкина». - 2006. -№ 5. - С. 85-86.
9. Aldoshin N.V. Improvement of forage lands in Central Non-Black Earth Zone of Russia by using some integrated approaches / N.V. Aldoshin, A.S. Vasiliev, A.V. Kudryavtsev, A.S. Firsov, V.V Golubev., L.Yu Vasilieva // Plant Science Today. - 2021. - 8(1). - р. 9-15. https://doi.org/10.14719/pst.202L8.L827
10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). -М.: Агропромиздат, 1985. - 350 с.
11. ГОСТ 20915 - 2011 Испытание
for the technology of fiber flax cultivation, taking into account the principles of precision farming / A.A. Artyushin, M.M. Kovalev, I.V. Ushchapovsky // Tver: FGBNUVNIIML, 2011. - 16 p.
6. Couture S.J. Influence of seeding depth and seedbed preparation on establishment, growth and yield of fiber flax (Linumusitatissimum L.) in Eastern Canada / Couture S.J., Ditommaso A., Asbil W.L., Watson A.K. // Journal of Agronomy and Crop Science, 2004. - 190(3). - pp.184-190. doi: 10.1111/j.1439-037X.2004.00091.
7. Aldoshin N.V. Study of seedbed preparation with rod-type soil compaction roller / N.V. Aldoshin, A.S. Vasiliev, A.V. Kudryavtsev., V.V. Golubev., A.Yu. Alipichev // Agricultural Engineering, 2020. - 2 (96). - p. 9-16. (In Eng.). DOI: 10.26897/2687-11492020-2-9-16.
8. Golubev V.V. Study of soil deformation under the action of a tubular roller / V.V. Golubev, V.V. Safonov // Bulletin of the FGOU VPO "MGAU named after V.P. Goryachkin. - 2006. -No. 5. - p. 85-86.
9. Aldoshin N.V. Improvement of forage lands in Central Non-Black Earth Zone of Russia by using some integrated approaches / N.V. Aldoshin, A.S. Vasiliev, A.V. Kudryavtsev, A.S. Firsov, V.V. Golubev., L.Yu. Vasilieva // Plant Science Today. - 2021. - 8(1). - p. 9-15. https://doi.org/10.14719/pst.202L8.L827.
10. Armor B.A. Field experience methodology (with the basics of statistical processing of research results). - M.: Agropromizdat, 1985. - 350 p.
11. GOST 20915 - 2011 Testing of agricultural machinery. Methods
113
сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний. М.: Стандартинформ, 2020. - 26 с.
12. Усанова З.И. Методика выполнения научных исследований и курсовой работы по растениеводству: учебное пособие. - Тверь: Тверская ГСХА, 2013. - 112 с.
13. Каток почвообрабатывающий: патент№ 2233571 Российская Федерация, МПК А01В 29/04 (2000.01) / В.В. Голубев, В.В. Сафонов; заявл. 06.05.2003; опубл.10.08.2004. Бюл. № 22.
for determining test conditions. M.: Standartinform, 2020. - 26 p.
12. Usanova Z.I. Methods for performing scientific research and course work on crop production: a textbook. -Tver: Tver State Agricultural Academy, 2013. - 112 p.
13. Soil-cultivating roller: patent No. 2233571 Russian Federation, MPK A01V 29/04 (2000.01) / V.V. Golubev, V.V. Safonov; dec. 05/06/2003; published 08/10/2004. Bull. No. 22.
Сведения об авторах:
Алдошин Николай Васильевич — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой сельскохозяйственных машин ФГБОУ ВО РГАУ — МСХА имени К.А. Тимирязева, e-mail: [email protected], 127550, Россия, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49, ФГБОУ ВО РГАУ — МСХА имени К.А. Тимирязева.
Васильев Александр Сергеевич — кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, заведующий кафедрой агро-биотехнологий, перерабатывающих производств и семеноводства ФГБОУ ВО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия», e-mail: [email protected], 170904, Россия, г. Тверь, пос. Сахарово, ул. Василевского, 7, ФГБОУ ВО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия».
Голубев Вячеслав Викторович, докт. техн. наук, профессор, зав. кафедрой технологических и транспортных машин и комплексов ФГБОУ ВО
Information about the authors:
Aldoshin Nikolay Vasilyevich -Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of agricultural machinery of the Russian state agrarian University - Timiryazev Moscow agricultural Academy, e-mail: [email protected], Russian state agrarian University - Timiryazev Moscow agricultural Academy, 49, Timiryazevskaya str., Moscow, 127550, Russia.
Vasiliev Alexander Sergeevich -Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor, Head of the Department of agrobiotechnologies, processing industries and seed production of the FSBEI HE "Tver state agricultural Academy", e-mail: vasilevtgsha@mail. ru, FSBEI HE "Tver state agricultural Academy", 7, Vasilevsky str., Sakharovo v., Tver, 170904, Russia.
Golubev Vyacheslav Viktorovich -Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of technological and transport machines and complexes
114
«Тверская государственная сельскохозяйственная академия». e-mail: [email protected], 170904, Россия, г. Тверь, пос. Сахарово, ул. Василевского, 7, ФГБОУ ВО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия».
of the FSBEI HE "Tver state agricultural Academy", e-mail: vgolubev@tvgsha. ru, FSBEI HE "Tver state agricultural Academy", 7, Vasilevsky str., Sakharovo v., Tver, 170904, Russia.
115
