Анализ технологий земледелия и систем машин для их реализации
Земледелие, химизация и агроэкология / 02 апреля 2012
Цель исследования – установление закономерностей связывающих величины затрат и энергоресурса в системах технических средств земледелия для обеспечения интенсификации продуктивности возделываемых культур, что позволит в целом снизить энергоёмкость и трудоёмкость антропогенных процессов полеводства.
Цель исследования – установление закономерностей связывающих величины затрат и энергоресурса в системах технических средств земледелия для обеспечения интенсификации продуктивности возделываемых культур, что позволит в целом снизить энергоёмкость и трудоёмкость антропогенных процессов полеводства.
Объект исследования – технологические процессы и технические средства для их реализации в земледелии.
Методы исследования – приемы вербального моделирования структуры и состава технических средств производства, формирующихся на определенном этапе технического прогресса для наращивания продуктивности возделываемых культур в земледелии, путём выделения принципиальных различий, обуславливающих переход на качественно новый уровень роста объёма и качества урожая.
Научная гипотеза – оптимизация систем машин путем формирования комплексов машин и орудий, предназначенных для выполнения полного объема всех механизированных работ с наименьшими затратами труда в оптимальные агротехнические сроки, применима к технологиям земледелия, обладающим равным селекционным потенциалом возделываемых культур.
Система машин для органического земледелия принята нами как система машин первого поколения. Семена высеваемых культур классифицируются сортом. Основные технологические операции выполняются в агрегате с гусеничным трактором. Мощность двигателя гусеничного трактора не превышает 60 лошадиных сил на один метр захвата плуга, для других орудий на метр захвата она меньше. Технологические операции выполняются на скоростях 2 м/с (7,2 км/ч) в соответствии с календарными сроками.
Ограничения по скорости движения посевной машины первого поколения критичны с позиции выполнения технологического процесса если скорость превышает 2 м/с. Аналогия по ограничениям связанным с нарушением технологического процесса при повышении скорости движения свойственна всем машинам первого поколения включая зерноуборочный комбайн.
Основу минеральной системы земледелия, использующей систему машин второго поколения, составили озимые гибриды, формы более продуктивные, чем яровые сорта культурных растений. Динамичное воздействие в период фенологической фазы развития растений потребовало единовременно выполнять несколько технологических операций на рабочих скоростях 3 м/с (10,8 км/ч). Система машин второго поколения состоит из машинно-тракторных агрегатов мощность двигателя колёсного трактора, в которых составляет от 90 лошадиных сил и более, на метр захвата почвообрабатывающей или почвообрабатывающе-посевной машины.
Принципиальным отличием машин второго поколения от машин первого поколения является рабочая скорость 3 м/с (10,8 км/ч). Для выполнения агротехнических требований по укладке высеваемых семян на равную глубину заделки в почву, исключая условие «рикошета семени» при контакте с почвой, применяют пневматическую подачу высеваемых семян.
Система биотехнологического земледелия начала формирование в конце 70-х годов XX века. Главное преимущество системы биотехнологического земледелия это переход на генетически модифицированные культуры, обладающими в сравнении с сортами или гибридами, максимальными продуктивностью и качеством урожая. Использование трансгенных растений сильно (кратно в сравнении с сортами) повышает урожайность. Принципиальным отличием, характеризующим использование технологии No-Till от иных технологий в производстве – наличие генетически модифицированных, выдерживающих воздействие гербицидов сплошного действия (типа раундап) культур, в севообороте.
Принципиальным отличием машин третьего поколения от машин второго и первого поколения является рабочая скорость 4 м/с (14,4 км/ч), требующая наличия мощности двигателя не менее 130 лошадиных сил на метр захвата. Для выполнения агротехнических требований по укладке высеваемых семян на равную глубину заделки в почву, исключая условие «рикошета семени» при контакте с почвой, применяют принципиально другую пневматическую подачу высеваемых семян. Повышение скорости подачи пневматическим потоком достигается за счёт отсутствия «делительных головок». Увеличение скорости пневматического потока и высокая стоимость генетически модифицированных культур, как и гибриды не дающих во втором поколении закрепления биологических свойств по качеству и урожайности, требуют дражирования семян в многослойную защитную оболочку с наличием химических или биологических ускорителей роста и развития.
Зерноуборочные комбайны для биотехнологического земледелия, относимые к машинам третьего поколения, используют молотильно-сепарирующее устройство роторного типа. Опрыскиватели для внесения гербицидов и баковых смесей применяют только самоходные имеющие клиренс позволяющий ухаживать за возделываемыми культурами на протяжении всего периода вегетации.
Система биотехнологического земледелия на основе технологии No-Till общепринято ассоциировать как систему использования почвы в её равновесном состоянии с плотностями 1,1 … 1,3 г/см3. Заблуждение может развеять рисунок, на котором показан рыхлитель, используемый для разуплотнения почв после многократных проходов посевных комплексов, опрыскивателей и зерноуборочных комбайнов, а также для внесения стимулирующих и питательных веществ в корнеобитаемый слой почвенного горизонта.
Научная проблема состоит в необходимости увеличения рабочей скорости машин для обработки почвы до рабочих скоростей других технических средств используемых в технологии No-Till. Увеличение рабочей скорости до 4 м/с (14,4 км/ч) приводит к росту буксования трактора, нарушению структуры поверхности почвы его ходовыми системами, и, как следствие, к невозможности использования всей мощности двигателя в рабочем процессе почвообрабатывающей машины.
Нами предлагается использование энергии вибровозбудителя (вибратора) для снятия части энергии двигателя и её передачи в почву.
Традиционные приёмы передачи энергии от вибратора в почву непригодны. По данным исследователей занимающихся передачей энергии вибрации в почву при увеличении скорости движения значительно увеличивается тяговое сопротивление и энергетические затраты возрастают до величин превышающих затраты на работу пассивных рабочих органов. Нами установлено, что основные затраты энергии вибрации направлены, при росте тягового сопротивления, на негативное воздействие на корпус трактора. Применение эластичных, демпфирующих элементов в этом случае не решает проблему.
Нами предлагается изменить конструкцию вибровозбудителя с возможностью управления частотой и амплитудой колебаний. Данный подход позволяет менять направление импульса в зависимости от выполняемых задач.
Предварительно выполненные расчёты показывают действенность предлагаемого способа разрушения переуплотнённой почвенной структуры на скоростях до 4 м/с (14,4 км/ч).
Нами ведется работа по патентованию технологии обработки почвы с использованием энергии вибрации и устройства для её реализации.
Выводы
1. Органическое, минеральное и биотехнологическое земледелие имеют чётко очерченные критерии, принципиально разделяющие их, в соответствии с этим весь парк технических средств выпускаемых в мире классифицирован нами на машины первого, второго и третьего поколения.
2. Система биотехнологического земледелия на основе технологии No-Till предполагает использование рыхлителей для разуплотнения почв и внесения внутрипочвенных препаратов.
3. Применение вибровозбудителя рабочего органа позволяет повысить рабочую скорость почвообрабатывающих орудий до рабочей скорости машин третьего поколения (4 м/с).
М.А. Нагайка., С.Г. Щукин, ФГБОУ ВПО Новосибирский Государственный Аграрный Университет
Источник: BORONA.net
