Ориентированная посадка луковиц катушечно-вильчатым высаживающим аппаратом

Самым распространенным способом, применяемым в средней полосе и северной части Российской Федерации является выращивание лука-репки из севка [1]. Посадка луковиц лука-севка в соответствии с существующими рекомендациями [2] является лимитирующим фактором снижения себестоимости произведенной продукции [3].

Современные средства механизации посадки луковиц не отвечают агротехническим требованиям и стандарту СТО АИСТ 5.6-2010 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины посевные и посадочные»1, а именно не обеспечивают равномерность посадки луковиц и положение луковиц в борозде вешкой вверх [4].

Равномерность посадки луковиц су-ществующимипосадочнымимашинами

Р и с. 1. Зависимость урожайности репчатого лука от положения луковиц в борозде F i g. 1. The influence of bulb position during planting on onion productivity

с ленточным высаживающим аппаратом не превышает 60 %; количество луковиц, ориентированных вешкой вверх, находится на уровне 15–20 %, донцем вверх – 10–15 %, что не соответствует агротехническим требованиям к посадке луковиц и приводит к снижению урожайности.

Цель работы – повысить качественные показатели посадки лука-севка катушечно-вильчатым высаживающим аппаратом, в соответствии с предъявляемыми агротехническими требованиями (положение луковиц в борозде вешкой вверх и равномерность распределения).

Обзор литературы

Анализ существующих посадочных машин и патентно-технической литературы позволил выявить недостатки конструкции высевающих и высаживающих аппаратов машин для посадки луковиц, которые не позволяют обеспечить качественное выполнение технологического процесса посадки лука-севка [5].

В дисковом высевающем аппарате [6] с горизонтальной осью вращения (рис. 2) высевающие диски установлены 26

на вращающемся вал и образуют ячейки для захвата луковиц лука-севка. В боковинах семенного ящика имеются прорези для установки высевающего вала.

б)

а)

Р и с. 2. Дисковый высевающий аппарат: а) общий вид; б) высевающий диск

F i g. 2. Disk sowing unit: a) general view; b) sowing disk

Опишем технологический процесс посадки лука-севка дисковым высевающим аппаратом с горизонтальной осью вращения.

Луковицы из семенного ящика направляются в пространство, образованное высевающими дисками и корпусом высевающего аппарата.

При вращении высевающих дисков они увлекают и поворачивают луковицы вешкой вверх по ходу вращения барабана высевающего аппарата. Дальнейшее вращение аппарата обуславливает выпадение луковиц из ячеек в результате их вращения по часовой стрелке и разворота вешкой вверх.

К отрицательным свойствам известной конструкции высевающего аппарата следует отнести невозможность фиксации луковицы, что может привести к потере ее заданного ориентированного положения.

Одной из разновидностей дисковых высевающих аппаратов является аппарат, диск которого снабжен периферийными ячейками (рис. 3) [7].

б)

а)

Р и с. 3. Дисковый высевающий аппарат с периферийными ячейками: а) общий вид высевающих дисков; б) цилиндрический корпус

F i g. 3. Disk sowing unit with peripheral cells: a) general view of sowing discs; b) cylindrical body

Высевающий диск вращается внутри цилиндрического корпуса, на образующих которого напротив друга расположены друг высевающие отверстия для обеспечения плавного высева семян.

Недостатком данного аппарата являются повышенный уровень повреждения семян в результате их западания между высевающим диском и цилиндрическим корпусом.

Также известен дисковый высевающий аппарат, рабочими элементами которого являются лопатки, диаметрально расположенные на диске [8], установленном в нижней части семенного ящика на валу (рис. 4).

За один оборот опорно-приводного колеса обеспечивается вынос одной луковицы из семенного ящика и укладка его в раскрытую сошником борозду, что позволяет повысить равномерность распределения луковиц в борозде. Кроме того, семенной ящик указанного высаживающего аппарата является сменным для каждого вида высаживаемой продукции и его формы и приводит к снижению повреждений семенного материала.

Р и с. 4. Дисковый высевающий аппарат с диаметрально расположенными лопатками F i g. 4. Disk sowing unit with diametrically located blades

Также известна конструкция аппарата с дозирующей системой (рис. 5), выполненной в виде пакета установленных пластин и щеток, имеющих на своей поверхности треугольные канавки [9].

Processes and machines of agroengineering systems

а)

б)

Р и с. 5. Дисковый высевающий аппарат: а) общий вид; б) технологическая схема

F i g. 5. Disc sowing unit: a) general view; b) flow chart

Функциональное назначение пакета пластин и щеток заключается в поштучном дозировании семян в соответствии со схемой посева, а также удалении лишних семян с высаживающего барабана с целью предупреждения появления двойников при всходах.

Была разработана и исследована конструкция ленточного высаживающего аппарата (рис. 6).

б)

Р и с. 6. Ленточный высевающий аппарат: а) общий вид; б) технологическая схема

F i g. 6. Belt sowing unit:

a) general view; b) flow chart

Разработка данного аппарата была вызвана необходимостью снижения повреждений посадочного материала в результате более «мягкого» (по сравнению с дисковым высевающим аппаратом) режима работы и уменьшения взаимодействия со вспомогательными рабочими органами – пластинами и щетками.

Анализ технических средств механизированной посадки лука-севка показал, что использование посадочных машин с механическими высевающими аппаратами не обеспечивает соблюдение агротехнических требований по равномерности распределения луковиц вдоль рядка (данный показатель редко превышает 60 %), а также ориентированию луковиц в борозде вешкой вверх (наибольшее значение – 20 %).

Материалы и методы

Анализ современных конструкций высевающих аппаратов показал, что к наиболее отрицательным факторам современных лукопосадочных машин следует отнести невозможность единичной подачи луковиц аппаратом, что приводит к нарушению агротехнических требований посадки луковиц.

Для ориентированной посадки луковиц был разработан катушечно-вильчатый высаживающий аппарат [10].

Данный аппарат (рис. 7) состоит из корпуса 1 и установленной на валу катушки 2 с желобками, образованны-

Р и с. 7. Схема катушечно-вильчатого высаживающего аппарата: 1 – корпус; 2 – катушка с желобками; 3 – стержень

F i g. 7. The scheme of forked-roller sowing unit:

1 – body; 2 – reel with grooves; 3 – kernel

ми вильчатыми захватами в виде стержней 3² .

Катушка 2 размещена в корпусе 1 , в боковых стенках которого выполнены прорези таким образом, чтобы напротив прорези располагался сектор катушки размером не менее 90°. При этом расстояние С между верхними концами стержней вильчатых захватов и крышкой корпуса больше минимального диаметра и меньше максимального диаметра высаживаемых луковиц, а расстояние D между торцами катушки и боковыми стенками корпуса меньше минимального диаметра высаживаемых луковиц.

Катушка предназначена для поштучной подачи луковиц в семяпровод. Вильчатые захваты катушки выполнены в виде стержней, расположенных под острым углом друг к другу, причем расстояние B между стержнями у основания меньше диаметра высаживаемых луковиц.

Расстояние А между вильчатыми захватами, измеренное по касательной, проведенной к основанию катушки 2 , больше диаметра высаживаемых луковиц.

Данная конструкция позволяет осуществлять поштучный отбор и подачу луковиц в семяпровод независимо от фракции высаживаемых луковиц.

Р и с. 8. Общий вид лукопосадочной машины, оснащенной катушечно-вильчатым высаживающим аппаратом (вид справа): 1 – рама; 2 – опорно-приводное колесо;

3 – бункер; 4 – семяпровод с сошником

F i g. 8. The general view of onion sowing unit with a forked-roller sowing unit (right view): 1 – frame; 2 – support wheel;

3 – bunker; 4 – seed conductor with opener

Для решения поставленных задач программа экспериментов включала полевые исследования опытного образца посадочной машины, оборудованного катушечно-вильчатым устройством.

Для проведения лабораторных исследований в полевых условиях фирмой ООО «Агроинженерия» (г. Пенза) была разработана и изготовлена посадочная машина, оснащенная катушечно-вильчатым высевающим устройством (рис. 8–9). Лукопосадочная машина включает в себя также раму 1 , опорные колеса 2 , которые служат приводом для высаживающего аппарата, бункер 3 , семяпровод 4 с сошником 5 и заделывающие диски 6 .

Р и с. 9. Общий вид лукопосадочной машины, оснащенной катушечно-вильчатым высаживающим аппаратом (вид сзади): 1 – рама; 2 – опорно-приводное колесо; 3 – бункер; 4 – семяпровод; 5 – сошник;

6 – заделывающий диск

F i g. 9. The general view of onion sowing unit with a forked-roller sowing unit (back view):

• 1    – frame; 2 – support wheel; 3 – bunker; 4 – seed conductor; 5 – opener; 6 – embedding disk

Результаты исследования

Исследования по определению оптимального значения скорости VМ машины для посадки луковиц проводились при неизменных высоте падения луковицы HA = 0,12 м и частоте вращения высева- ющего барабана nБ = 0,47 c-1. Рабочую скорость посадочной машины меняли в интервале от 0,8 м/с до 1,2 м/с с шагом 0,1 м/с.

Полученные данные позволили построить графические зависимости доли луковиц, высаженных вешкой вверх ( К , %), и равномерности посадки ( Р , %) от рабочей скорости лукопосадочной машины (рис. 10–11).

Уравнения регрессии доли луковиц, высаженных вешкой вверх ( K , %), и равномерности посадки ( P , %) от рабочей скорости лукопосадочной машины имеют следующий вид:

K = - 65 + 235 , 8751 - V M - 121 , 4286 V M ,

P = 136 , 4 - 96 , 4286 -V M + 35 , 7143 - V M . (5)

Анализ зависимостей, представленных на графиках (рис. 12–13), показал, что максимальная доля луковиц, расположенных вешкой вверх (51 %), соответствует рабочей скорости 0,9–1,0 м/с, а наибольшая равномерность посадки достигается при наименьшей рабочей скорости лукопосадочной машины.

Таким образом, качественные показатели посадки луковиц лука-севка при значении поступательной скорости V_М движения в интервале 0,9–1,0 м/с достигают следующих значений: К = 51 %, P = 79 %. Доля поврежденных луковиц не превышала 0,9 %.

Обсуждение и заключения

Проведенные исследования позволили обосновать, разработать и запатентовать конструкцию нового катушечновильчатого высаживающего аппарата для посадки луковиц вешкой вверх.

Для проверки эффективности внедрения опытного образца разработанного устройства были проведены его сравнительные испытания по общепринятой методике в условиях ООО «Новый урожай» Пензенской обл-ти в процессе возделывания репчатого лука сорта «штутгартер ризен». Выбор ленточного высаживающего аппарата посадочной машины в качестве объекта сравнения

Р и с. 10. Влияние рабочей скорости лукопосадочной машины на долю луковиц, высаженных вешкой вверх

F i g. 10. The dependence of translational speed of onion sowing machine on number of bulbs planted by bottom down

Р и с. 11. Влияние рабочей скорости лукопосадочной машины на равномерность посадки

F i g. 11. The dependence of translational speed of onion sowing machine on distribution of bulbs along the row

Processes and machines of agroengineering systems

Р и с. 12. Графики рассеяния уровня фактора (поступательной скорости V_М движения) от количества луковиц, высаженных донцем вниз, при проведении полевых исследований лукопосадочной машины

F i g. 12. The factor dispersion scatters diagram of translational velocity V_М оf motion of number of bulbs planted by botton down during field testing of the onion sowing machine

Р и с. 13. Графики рассеяния уровня фактора (поступательной скорости V_М движения) от равномерности распределения луковиц, высаженных донцем вниз, при проведении полевых исследований лукопосадочной машины

F i g. 13. The factor dispersion scatters diagram of translational velocity VМ of motion with uniformity of distribution of bulbs planted by botton down during field testing of the onion sowing machine с катушечно-вильчатым высаживающим аппаратом обусловлен его более широкой распространенностью на производстве лука по сравнению с другими известными устройствами.

Применение катушечно-вильчатого высаживающего аппарата позволило увеличить урожайность лука-репки до 283 ц/га, что в 1,25 раза превышает показатели ленточного аппарата за счет повышения доли луковиц высаженных

MORDOVIA UNIVERSITY BULLETIN 1^1 донцем вниз на 20 %, а равномерности посадки луковиц – на 19 %.

Таким образом, равномерность посадки составила 79 %; процент луковиц вешкой вверх – 51 %, на боку – 47 %, вешкой вниз – 2 % при рабочей скорости лукопосадочной машины V_М = 0,9–1,0 м/с, высоте падения луковицы H_A = 0,12 м и частоте вращения высаживающего барабана n_Б = 0,47 c^-1.

Поступила 18.10.2017; принята к публикации 19.12.2017; опубликована онлайн 20.03.2018

Об авторах:

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Submitted 18.10.2017; revised 19.12.2017; published online 20.03.2018

All authors have read and approved the final version of the manuscript.

Processes and machines of agroengineering systems