Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОЛОСНО-РАЗБРОСНОГО ПОСЕВА СЕМЯН ТРАВ В ДЕРНИНУ
Специальность 05.20.01 - Технологии и средства
механизации сельского хозяйства
Мяленко Василий Владимирович
Новосибирск - 2010
Работа выполнена в Государственном научном учреждении Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии)
Научный руководитель:
доктор технических наук Нестяк Вячеслав Степанович (ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии)
Официальные оппоненты:
член-корреспондент Россельхозакадемии, доктор сельскохозяйственных наук Домрачев Виктор Андрианович (ГНУ СибНИИСХ Россельхозакадемии)
кандидат технических наук, заслуженный инженер РФ Пыльник Петр Андреевич (ООО «Сибирский Агропромышленный дом»)
Ведущее предприятие
ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»
Общая характеристика работы
Актуальность темы. В развитии животноводства особая роль принадлежит кормопроизводству, на долю которого приходится более 70% земельных ресурсов. Затраты на корма при этом составляют 45-60% от себестоимости продукции животноводства.
Кормовые угодья, площади которых в Сибири исчисляются миллионами гектаров, характеризуются изреженным, зачастую выродившимся травостоем с урожайностью сена 2,5 - 6,5 ц/га, а срок пользования сеяными многолетними травами нередко переходит за 10 - 15 и более лет. Между тем, с таких угодий при улучшении их с помощью соответствующих приемов обработки и посева многолетних трав можно получать кормовой массы больше минимум в 2 - 4 раза.
Согласно «Концепции машинно-технологического обеспечения растениеводства на период до 2010 г.» приоритетным принципом восстановления лугового кормопроизводства является улучшение объектов за счет малозатратных и доступных технологий и агротехнических мероприятий. Следовательно, разработка ресурсосберегающих технологических процессов и технических средств, позволяющих повысить продуктивность лугов, остановить прогрессирующую деградацию травостоев и снижение плодородия почв, является актуальной народнохозяйственной задачей.
Настоящая работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ГНУ СибИМЭ по теме: «Разработать эффективную наукоемкую машинную технологию ускоренного залужения выродившихся травостоев, обеспечивающую восстановление их продуктивности». Номер государственной регистрации 01201000896.
Цель исследования - повышение продуктивности старовозрастных лугов за счет улучшения равномерности распределения семян по площади питания при полосно-разбросном способе посева трав в дернину.
Объект исследования - технологический процесс полосно-разбросного посева семян многолетних трав.
Предмет исследования - закономерности процессов бороздообразования и распределения семян по ширине полосы и глубине заделки при полосно-разбросном посеве трав в дернину.
Методы исследования. При проведении исследований были использованы методы активного планирования эксперимента, метод испытаний сельскохозяйственной техники с использованием стандартных и частных методик с последующей обработкой результатов методами математической статистики. Применялся также метод научного прогнозирования с использованием анализа и обобщения материалов литературных источников.
Научную новизну представляют:
Способ полосно-разбросного посева трав, обеспечивающий требуемую глубину заделки семян за счет снятия надпосевного дернового слоя почвы.
Конструктивно-технологическая схема сошниковой группы, позволяющая реализовать полосно-разбросной способ посева семян трав в дернину.
Конструктивно-технологические параметры рабочих органов сошниковой группы, обеспечивающей устойчивый процесс бороздообразования и равномерность распределения семян при полосно-разбросном посеве.
Новизна технических и технологических решений защищена четырьмя патентами Российской Федерации.
Научные положения, выносимые на защиту:
- результаты исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы сошниковой группы для полосно-разбросного посева семян трав;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию конструктивно-технологических параметров рабочих органов сошниковой группы;
- результаты эксплуатационно-технологической и агротехнической оценки экспериментального образца машины, реализующего новый способ полосно-разбросного посева трав.
Практическая значимость работы.
1. Применение предлагаемого устройства для полосно-разбросного посева семян трав обеспечит повышение эффективности механизированного процесса восстановления продуктивности кормовых угодий, в том числе:
- повышение урожайности кормовых угодий в 2 - 4 раза в сравнении с исходным травостоем;
- повышение качества (питательной ценности) получаемой продукции;
2. Предложенная конструкция сошниковой группы обеспечит:
- возможность использования серийных модулей типа стерневых зернотравяных сеялок СЗС-2,1 и СКП-2,1, СЗС-2,8 при производстве универсальных машин для полосно-разбросного способа посева трав;
- увеличение сезонной загрузки базового модуля за счет комплектования его различными сменными рабочими органами.
Реализация результатов исследования.
Машина для полосно-разбросного посева трав прошла экспериментальную проверку в Новосибирской области (ЗАО «Пригородное» Новосибирского района), а также ПОПХ «Чуйское» Майминского района Республики Алтай.
Материалы исследования рассмотрены и одобрены, а исходные требования на сеялку для полосно-разбросного посева трав утверждены НТС департамента АПК Новосибирской области.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы рассмотрены и одобрены на научно-практических конференциях: АГАУ (Барнаул, 2008 г.), «АГРО-СИБИРЬ» (Кемерово 2008 г.) и Ученом Совете ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии (Краснообск, 2006-2009 гг.)
Научный доклад на секции «Инновационные процессы в агроинженерии» на VI международной научно-практической конференции «Влияние приоритетного национального проекта - государственной программы «Развитие АПК» на сельское хозяйство Сибири» в рамках международной выставки - ярмарки «АГРО-СИБИРЬ 2008» отмечен дипломом II степени.
Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертации, опубликованы в 6 печатных работах, в числе которых 2 патента РФ на изобретение, 1 статья в издании, указанном в «Перечне ведущих рецензируемых научных журналов и изданий….», рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 5 глав, общие выводы, список литературы из 109 наименований, в том числе на иностранном 3, и 10 приложений. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 18 таблиц.
Содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы, ее научная и практическая новизна, сформулирована цель исследований, а также основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса, обоснование цели и задачи исследования» дан краткий анализ современного состояния кормопроизводства в Сибири, рассмотрены основные технологические приемы повышения продуктивности лугопастбищных угодий. Отмечено, что, хотя большая часть лугопастбищных угодий требует коренного или поверхностного улучшения, одним из путей решения проблемы может служить внедрение малозатратных технологий, базирующихся на принципах минимального воздействия на почву при полосно-разбросном посеве непосредственно в дернину. При этом целесообразно минимизировать отрицательное воздействие на луговые угодья, так как дернина - уникальный природный горизонт, где сосредоточены ценные биоорганизации и её нецелесообразно уничтожать фрезерованием, гербицидами, пестицидами и т.п. с целью сохранения структуры почвы, рационального использования органических веществ.
Основным недостатком существующих отечественных посевных машин (стерневые сеялки: СЗС-2,1, СТС-2,1, СКП-2,1, агрегаты: СПФ-3,6, МПТД-3,8, МД-3,6, АПП-2,8, СДК-2,8, СДКП-2,8 и др.) является нестабильная равномерность заделки семян по глубине и распределение по площади питания. Кроме того, они не позволяют реализовать требование оптимального воздействия на дернину, узок диапазон их использования (эффективно они могут быть использованы лишь на ряде лугов и пастбищ), высока их энергоёмкость и мала производительность. При прямом посеве с помощью фрезерования высеянные семена перемешиваются со слоем обработанной почвы, что неудовлетворительно сказывается на времени появления всходов и дальнейшем их развитии.
Анализ конструкций зарубежных сеялок (Huard SD 300 (Франция); SIMA-2000 фирма Kuhn-Huard; фирма Gaspardo (Италия); фирма Amazonen Werke (Германия); фирма John Deere (США) и др.) показывает, что, несмотря на их достоинства, они не полностью соответствуют нашим агротребованиям в части ширины междурядий, агрегатирования с тракторами различного класса тяги. Кроме того, существенным препятствием для оснащения указанными машинами отечественных сельхозпроизводителей является их высокая стоимость.
Теоретическое обоснование подсева трав без вспашки как приёма поверхностного улучшения лугопастбищных угодий сделано ещё в 30 - 50х годах советскими луговодами А.Н. Раменским и Т.А. Работновым. Положительные результаты по подсеву семян трав в дернину природных лугов были получены в опытах ВИК, Башкирского НИИСХ, Казахского НИИ лугопастбищного хозяйства и других НИУ в различных природно-климатических зонах. Однако широкое применение улучшения лугов путём подсева длительное время сдерживалось из-за отсутствия приемов и технических средств, обеспечивающих в условиях сильной конкуренции в отношении света и элементов питания подавление аборигенной растительности.
Изысканию перспективных экологически безопасных способов посева и разработке конструкций рабочих органов машин для прямого посева трав посвящены работы С.Л. Демшина, В.П. Косьяненко, О.С. Марченко, В.А. Домрачеева, Л.Э. Попова, А.Д. Кормщикова, Г.Д. Портнова, А.С. Кабаченко, В.Е. Хоронженко, А.Е. Мордуховича, А.М. Дмитриева, В.В. Мызгаева, В.А. Сысуева, М.Ф. Синина, А.П. Шевченко, В.А. Бахмутова, В.А. Любчич и др.
Несмотря на многочисленные работы, выполненные в этом направлении, вопросы создания благоприятных условий прорастания для подсеваемых культур остаются по-прежнему актуальными. Важнейшими задачами при прямом посеве являются обеспечение приживаемости подсеваемых сельскохозяйственных культур, за счет максимальной защиты их от конкуренции со стороны аборигенного травостоя, и оптимальное распределение подсеваемых культур по площади питания, что ослабит их взаимную конкуренцию, обеспечит всходам наилучшие условия для выживания и благоприятно скажется на дальнейшем их развитии. Целью настоящего исследования является повышение продуктивности старовозрастных лугов за счет улучшения равномерности распределения семян по площади питания путем совершенствования полосно-разбросного способа посева непосредственно в дернину.
В качестве рабочей гипотезы в нашей работе принято предположение о том, что равномерность распределения семян трав в дернину можно улучшить за счет полосно-разбросного посева лаповым сошником с последующим снятием верхнего надпосевного слоя дернины на требуемую глубину.
Для достижения поставленной выше цели необходимо решить следующие задачи исследований:
1. Обосновать конструктивно-технологическую схему сошниковой группы для полосно-разбросного способа посева семян трав.
2. Обосновать основные параметры рабочих органов сошниковой группы и режимы работы машины для полосно-разбросного посева семян трав.
3. Определить агротехнические и эксплуатационно-технологические показатели работы машины для полосно-разбросного посева трав.
4. Определить основные показатели эффективности технологии улучшения малопродуктивных кормовых угодий с использованием сеялки для полосно-разбросного посева трав.