Книги, научные публикации
Pages: | 1 | ... | 2 | 3 | 4 | 5 | РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ ЕВРО-АЗИАТСКАЯ АССОЦИАЦИЯ СИГР СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ...
-- [ Страница 4 ] --На основании данных энергооценки [8] и справочных материалов примем удельное сопротивление дисковых рабочих органов равным 5 кН/м, а прикатывающих катков - 1,3 кН/м. В отличие от предыдущего варианта, толкающее усилие ротора плу га превосходит суммарную силу сопротивления (включая силу сопротивления каче нию) во всём диапазоне возможных рабочих скоростей агрегата (рисунок 5, б, штрихо вые линии).
Для уменьшения энергоёмкости фрезерования почвы и соблюдения силового ба ланса (10) при номинальной скорости vн = 1,5 м/с, впереди ротора необходимо устано вить рыхлящие лапы на глубину 5,5 см. Требуемая ширина захвата ротора в агрегате на базе трактора Беларус-1221 составляет bф = 1,74 м.
Несмотря на то, что чистая производительность первого агрегата на 20% выше второго (вследствие большей ширины захвата), выводы об их эффективности могут быть сделаны только с учётом совмещения операций, выполняемых вторым агрегатом.
Следует отметить также возможное улучшение качества обработки вторым агрегатом, вследствие более интенсивного крошения почвы при уменьшении подачи на нож.
Ранее были определены количество ножей и радиус ротора почвенной фрезы при обработке почвы на глубину 10см ( n = 3, R = 0,15 м). Технология обработки почвы с использованием фрезерования предусматривает её одновременное рыхление на глу бину 16Е18 см с прикатыванием.
Если пассивные рабочие органы (стрельчатые лапы) поместить впереди ротора, то его движущая сила оказывается недостаточной для преодоления сил сопротивления - на почве, предварительно взрыхленной лапами, фреза не тянет (рисунок 6, пунктирные линии).
При расположении пассивных рабочих органов сзади ротора, номинальное зна чение скорости агрегата 1,5м/с достигается при ширине его захвата bф = 2,16 м (рисунок 6, сплошные линии). При такой схеме следы, оставляемые стойками культи ваторных лап, заравниваются следующими сзади катками. Качество обработки почвы повышается также за счёт разрушения лапами гребней на дне борозды. Отметим, что при расчёте тягового сопротивления лап, расположенных сзади ротора, следует учиты вать, что оно определяется не глубиной их установки аз, а величиной разности = аз - аф.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Fx, Fx, Fc, Fc, кН кН 40. 80. 1 1.5 2 2. v, м/с 1 1.5 2 2. v, м/с а) б) Рис 5. Соотношение движущих сил и сил сопротивления ротационных плугов движителей при различных величинах подачи на нож и числа ножей ( R = 0,375 м;
аф = 25см а) S = 0,25 и n = 3 ;
б) S = 0,25 и n = Fx, Fc, кН 20. 1 1.5 v, м/2. с Рис. 6. Соотношение движущих сил и сил сопротивления в агрегате с фрезой - движителем ( R = 0,15 м:
аф = 10 см;
ал = 18 см;
S = 0,10 м) ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
Результаты проведённого анализа могут быть сведены в таблицу:
Техноло- Операция Тип рабо- Распо- Параметры рабочей машины гия обра- чей маши- ложение движителя ботки ны- пассив- глубина количе- по- ши почвы движителя ных ра- обра- ство дача рина бочих ботки ножей на захва органов ротора, на дис- нож, та ро см ке м тора, м I Вспашка Впереди 25 3 0,25 2, Ротацион Вспашка, дис- ный плуг Впереди 25 5 0,20 1, кование и при- и сзади катывание II Фрезерование, Почвенная Сзади 10 3 0,10 2, рыхление и фреза прикатывание Предлагаемая методика выбора основных параметров ротационных машин движителей может быть использована в различных вариантах технологий возделыва ния сельскохозяйственных культур.
ЛИТЕРАТУРА 1. Ксеневич И.П., Соловейчик А.А., Орлов Н.М., Шевцов В.Г. Экологические и ресурсоосберегающие аспекты создания машинно-тракторных агрегатов с совмещени ем функций рабочей машины и движителей. -ЦПриводная техника, № 2. - 2005. - С. 14-26.
2. Синеоков Г.Н., Панов И.М. Теория м расчет почвообрабатывающих машин. - М.: Машиностроение, 1977. - 328 с.
3. Сохт К.А. Машинные технологии возделывания зерновых культур. - РАСХН, Краснодарский НИИ сельского хозяйства им. П.П. Лукьяненко. Краснодар, 2001.- 271с.
4. Машиностроение. Энциклопедия. Том IV-16. Сельскохозяйственные машины и оборудование /Под ред. И.П.Ксеневича, 1998. - 720с.
5. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. Том 2. М.: Машино строение, 1967. - 830с.
6. Далин А.Д., Павлов П.В. Ротационные грунтообрабатывающие и землеройные машины. - М.: Машгиз, 1950. - 258с.
7. Матяшин Ю.И., Гринчук Н.И., Егоров Г.М. Расчет и проектирование ротаци онных почвообрабатывающих машин. - М.: Агропромиздат, 1988. - 176с.
8. Протокол №33-28-81 о результатах испытаний опытного образца ротационно го плуга ПР-2,7. Южно-Украинская МИС, Херсон, 1981.
Получено 25.05.2005.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
A.A. Solovejchick All-Russia Research Institute for Mechanization of Agriculture (VIM), Moscow, Russia PERFORMANCE OF ROTARY SOIL TILLING MACHINE SERVING ALSO AS A PROPULSION DEVICE IN THE MOBILE UNIT Summary Combination of operational functions of a tilling tool and a propulsion device in the mobile soil tilling unit offers a number of ecological and resource-saving advantages against the commonly used teaming patterns.
The analysis has shown the rototiller of direct rotation (unit traveling-wise direction) - or its modification, a rotary plow - to be the most suited for application as a combined work ing tool and a propulsion device. Rotary plows are less active in crushing and mixing the soil, but considerably less energy consuming against the rototillers proper.
Rotary tool and propulsor is attached in the place of a tractor withdrawable rear axle that also provides combination of driving functions of the tilling unit running system and ac tive working tools.
The working parameters of the tilling unit with rototilling propulsion device were cal culated on the basis of the power saving criterion with due consideration for technological restrictions.
The results of analytical investigations are presented in Table 1. The offered calcula tion technique of the key parameters of a rotary tool-propulsor may be applied in various op tions of crop growing practices.
Qing Yang, Shaoping Xue, Reixiang Zhu & Huilan Xue College of Mechanical & Electronic Engineering, Northwest Science & Technology University of Agriculture and Forest, China DEVELOPMENT OF CONSERVATION TILLAGE IMPLEMENT FOR DRYLAND AREA IN NORTHWESTE CHINA Abstract. This paper reports on the experiment design and performance of related conservation tillage implements for dryland area in Northwest China, which have been devel oped and patented by our research groups. These implements have been demonstrated as well as in different conservation tillage treatments comparing with conventional tillage at several experiment sites in Shaanxi province of China. Two years test results show that crop yield increased by 53%, average soil water storage increased by1 % to 1.2 % at different depth and organic matter increased by 1% to 2 % for the conservation tillage system with residues cover compared with conventional bare soil plowing. Moreover the efficiency of yield increasing and water storage for deep soil loosening was higher than for deep plowing;
and no-till seed ing of corn on high stubble mulching was better than seeding on low stubble. Finally, conser vation tillage system resulted in great economic returns than convention tillage system.
Keywords. Conservation tillage, implements, no-till, residue coverage, mechanized patterns ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
INTRODUCTION China is one of the many countries in short of water resources in the world. The aver age quantity of water holding for everyone only is 1/4 of the world level. There are 53 % of the national arable lands in the dryland area of north China, in which accounts for about 75% of farmland under no irrigation installation, the rainfall annually is only 300-500mm with high seasonal variations and in which only about 150mm is during the plant growing seasons.
In other hand the annual evaporation is as high as 1400-1600 mm, and the use efficiency of rainfall precipitations is only 37.6%. Moreover, owing to excessive tillage and bare soil under the traditional moldboard plowing in the long years past, it resulted a lot of serious problems, heave water and wind erosion, soil degrading, ecology environment deteriorating, poor and unstable yield and low income of farmers. These factors have greatly restricted the sustainable development of agriculture and economy in this region.
Sustainable development for agriculture is regarded one of the main issues in the world nowadays. Conservation tillage farming system integrates the essential technologies of no Цtill or reduced-tillage, residue coverage on farmland, biologic pest control and crop rota tion for maximum soil protection and soil water storage. Many practices results from different countries have shown that the conservation tillage technique could maintain surface protection from wind and water erosion, increase the soil moisture, fertilize the soil, improve the soil structure, and protect the environment. Therefore it is considered as one of the important measures for agricultural sustainable development and especially suitable for the dry land ar eas.
Research on conservation tillage system started in middle 1990Тs in china. Over the past 10 years, the research work has obtained initial achievements and the experiment results have proved the feasibility to apply conservation tillage technology in China. In order to fur ther extend this new technology in China, there is necessary to develop various implements suitable for the actual conditions in according with different regions, crops and farming styles.
This paper reports on the experiment design and performance of related conservation tillage implements for dryland area in Northwest China, which have been developed and patented by our research groups.
MATERIAL AND METHODS Design of conservation tillage implements Development of Implements suitable for requirement of variety planting treatment is important to realize conservation tillage system. Since 2000 our research groups have devel oped and patented five types of related conservation tillage implements.
1. 2BFSЧ3 No-tillage corn planter (Fig.1) This implement is mainly used for summer corn no-till planting in dry land as well as for cultivating, depth loosening, and fertilizing after a little adjustment. The interplant spac ing, seed depth, seed discharge can be adjusted according to requirements. This implement is powered by medium-size wheel tractor (such as Shanghai-50, Tianniu-50), and five functions can be achieved at one operation such as opening a furrow, placing the seed, drop the water, fertilizing, and covering the seeds with soil.
This implement has certain advantages such as simple construction, low cost, high adaptability, and high efficiency as well as protecting seedlings, and it is especially suitable for working on the field with high stubble condition, which is an ideal no-till planter for dry land in North China.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Fig.1. Overall construction of 2BFS-3 No-tillage Planter Fig..2 Overall construction of 1K-1800 Subsoiler 2. 1K-1800 Subsoiler (Fig.2) This implement is powered by small-size wheel tractor (36.8~40 kW) and is used to beak up deep (more than 35cm) compacted layers of soil on no-till field with residue cover.
The main advantage of this implement has V type frame for arranging the shanks in staggered location to prevent from the residue block during machine working on the field with heavy residue conditions. The experiment results show that subsoilling operation can great improve the soil structure and their internal drainage, so it is more efficient for water storage, roots growth as well as to reduce moisture evaporation due to without disturbing surface residue cover and soil layer.
3. 9QBF-150/8 No-till planter with straw pulverizing and covering (Fig.3) This implement is powered by small-size wheel tractor (36.8~40 kW), and five opera tions can be finished at one procedure including straw lifting from the field, straw pulverizing, residue covering on the field, fertilizing, and no-till planting, which is an new ideal multifunc tional implement for conservation tillage. The main innovation for this implement is to leave the clean surface for no-till planting at moment the straw lifting from surface and pulverizing, after that, the pulverized residues through the out-channel of machine immediately fall down and cover on the field which has been seeded. Thereby it is effectively to solve the residue block problem during implement seeding on the field with surface residue cover.
Fig.3. Overall construction of 9QBF-150/8 No-till planter with straw pulverizing and covering 4. 2MBFL-2/6 Wheat furrow planter with ridge-covering (Fig. 5) ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
This machine is designed to meet the requirement of new agronomic wheat planting pattern- Уthree rows close and one row wide plantingФ in dry land, namely, three rows wheat are planted in one furrow (60cm width), and one ridge, as wide as furrow, is covered with plastic film. Six rows are planted within the 1.2m operating width (4 rows only for common planter of this type). Therefore the rate of field utilization can be improved by 30. This ma chine integrates several operations in one procedure such as ridge making, plastic film cover ing, fertilizing, furrow seeding as well as seed covering with soil and pressing and is mainly used for wheat and other millets both for one crop within one year and for two crops within one year.
Testing results show that this new technology has certain advantages in rainfall col lecting, water storage and soil temperature increasing. therefore it is especially suitable for dry-land and low temperature regions in North China.
Fig.4 Overall construction of 2MBFL-2/6 Wheat furrow planter with ridge-covering Fig.5 2MBF-6 No-tillage planter wheat 5. 2MBF-6 No-tillage wheat planter This implement is especially designed for no-tillage wheat planting on the field with wheat straw coverage condition. It can finish several operations including straw cutting, fertil izing and planting at same position with different depth, and pressing after seeding through the field with straw coverage. This implement has certain advantages such as simple structure, light and handy body and reliability of performance, it is one of better implements for extend ing conservation tillage system in china at present.
Site description The Experiment and Demonstration Sites for above-mentioned conservation tillage implements was set up at Yangling, Huangling and Qian county etc. in Shaanxi province of China. Yangling district located at Guanzhong Plain in middle of Shaanxi Province. This is a typical semi-humid region with supplementary irrigation in North China. Annual rainfall is around 600mm, with about 70% occurring during June to August. Winter wheat and summer ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
corn two crops within one year are main crops. Qian County located at North of Wei River residual tableland area of Loess Plateau, Winter wheat is a main crop. Huangling County lo cated at hill and donga area of Loess Plateau, and spring corn is a main crop in one year. An nual rainfall is 400~ 480 for both Qian and Huangling CountyExperiment design The field experiments of conservation tillage at Yangling Site were conducted from 2001. The total area is two hectare. Ten small sections for no-till or reduced-tillage comparing with conventional tillage was designed. The map based on GPS and GIS is shown Fig.6.
Fig.6 Small section map of the different pattern based on GPS &GIS In this area, summer corn is planted in first June immediately after harvest of the win ter wheat and is harvested in middle September, the winter wheat is planted in first October and is harvested in first June next year. The planting treatments for different individual ex periment patterns are described as following:
Pattern 1 :No-till seeding of summer corn (NTC) / conventional rotary tillage (CR) af ter harvest of corn / conventional seeding of winter wheat (CW);
Pattern 2 : No-till seeding of summer corn on field with high stubble mulching (NTCH) /no-till seeding of winter wheat (NTW);
Pattern 3 : No-till seeding of summer corn (NTC)/ subsoilling and conventional rotary tillage after harvest of corn (SCR)/ conventional seeding of winter wheat (CW);
Pattern 4: No-till seeding of summer corn on field with high stubble mulching (NTCH)/ subsoilling after harvest of corn (S) / no-till seeding of winter wheat (NTW);
Pattern 5: No-till seeding of summer corn on field with low stubble mulching (lower than 15mm)(NTCL) / no-till seeding of winter wheat (NTW);
Pattern 6: No-till seeding of summer corn on field with low stubble mulching (lower than 15mm)(NTCL) / subsoilling after harvest of corn (S) / no-till seeding of winter wheat (NTW);
Pattern 7 : No-till seeding of summer corn (NTC) / straw pulverizing and covering on field after harvest of corn (PZ) / conventional plow and rotary tillage (CPR) / conventional seeding of winter wheat (CW);
Pattern 8 : No-till seeding of summer corn (NTC) / conventional plow and rotary till age (CPR) after harvest of corn / plastic film covering on ridge and side- furrow seeding of winter wheat (SWFC);
Pattern 9 : No-till seeding of summer corn (NTC) / straw pulverizing and covering on field after harvest of corn (PZ) / no-till seeding of winter wheat (NTW)Т;
Pattern 10 : No-till seeding of summer corn (NTC) / conventional plow and rotary till age (CPR) / conventional seeding of winter wheat (CW).
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
RESULTS AND DISCUSSION Test results Field experiments of winter wheat and spring corn within one year were continuously conducted from 2001 to 2003 at Yangling Site. Water storage data of soil at different depth are listed in Table 1 for both convention and conservation tillage.
Table Average water storage of soil at different depth (2001.12.19) Conservation till Convention till age Residue cover Depth (cm) age Bare soil ing (Section 11) (Section 10) 6-10 17.00 % 18.60 % 11-20 18.10 % 18.90% 21-30 18.20 % 19.20 % 31-40 18.10 % 19.70 % 41-50 19.40 % 20.10 % According to the test results, average soil water storage increased by 1 % to 1.2 % at different depth and organic matter increased by 1% to 2 % for conservation tillage with resi due cover compared with conventional bare soil plowing. Wheat yield increased by 53%, and spring corn yield increased by 25 % for the conservation tillage system with wheat resi dues cover and no-till seeding of corn immediately after wheat harvest, compared with con ventional tillage pattern. Moreover the efficiency of yield increasing and water storage for deep soil loosening was higher than for conventional plowing;
and no-till seeding of corn on high stubble mulching was better than seeding on low stubble at same cropping treatment conditions.
Discussion The common cost for different mechanized planting operation in China is listed in ta ble 2.
Table Different plant operation cost (Yuan)/ (hm 2) Residue Film Rotary till- No-till pulverizing Plowing Seeding Subsoiling cover and age seeding and cover seeding 270 375 270 150 270 375 The benefit analyzing for main conservation tillage including No-tillage with residue cover, No-tillage with subsoiling and rotary tillage comparing with conventional moldboard plowing for both winter wheat and summer corn are listed in Table 2 to Table 3.
and 2 respectively Table Results analyzing for winter wheat in main plant treatment in ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Grain Production Operation Relative Returns yield income cost returns (yuan) (hm Plant treatment Note:* T/(hm (yuan) / (yuan) / 2) (yuan) (hm 2) (hm 2) (hm 2) 2) (NTC)/ (CPR) / Calculation 5.04 6051 795 5256 of wheat (CW) section prices ac (NTC)/ (PZC) / cording to (CPR) / 6.80 8161.5 1065 7096.5 1840. 1.2(yuan)/kg (CW) section (NTCH)/ (S) /(NTW) (section 6.28 7521 645 6876 5) (NTC)/(CR)/(CW) 5.58 6696 420 6276 (section 2) Table Results analyzing for spring corn in main plant treatment in Grain Production Operation Relative Returns yield income cost returns (yuan) Plant treatment (yuan) / (yuan) / (yuan) (hm 2) T/(hm 2) (hm 2) (hm 2) (hm 2) (NTC)/ (CPR) / (CW) 5.78 5781 420 5361 section (NTC)/ (PZC) / (CPR) 8.17 8169 375 7794 / (CW) section (NTCH)/ (S) /(NTW) 6.42 6420 375 6045 (section 5 ) (NTC)/(CR)/(CW) 4.62 4618.5 375 4261.5 -1099. (section 2) Note: * Calculation of wheat prices according to 1.2(yuan)/kg;
**The height of the stubble leaving the field is about 35cm and 15cm in section 5 and 2 respectively CONCLUSION Through two years yield experiment for mechanized conservation tillage technique comparing with conventional moldboard plowing tillage;
some initial conclusion could be ob tained:
1. The conservation implements developed by our research group are suitable for the actual natural and economic conditions and as well as the farmerТs science and technology levels in rural areas of China.
2. Surface residue cover was more efficient in increasing soil moisture and fertilizing soil comparing with conventional moldboard plowing tillage.
3. Conservation tillage system resulted in great economic returns than convention tillage system due to greater yields and low production costs resulting from reduced tillage.
4. Yields increasing and water storage for deep soil loosening was higher than for conventional plowing, therefore subsoilling could be the best way instead of conventional plowing.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
5. At same cropping treatment, No-tillage seeding of corn with high stubble mulching was better than with low stubble mulching.
6. The conservation tillage patterns discussed in this paper are suitable for double crops within one year in semi-humid regions, as well as suitable for one-crops within one year, such as whiter wheat and spring corn in try-land area in North China.
Acknowledgments This study was supported by Chinese Science & technology Ministry, under 863 Pro gram No.2002AA6Z3121 and No.2004AA2Z4120, and by Chinese Agriculture Ministry, un der key program УMechanized technology system for high efficient use or rainfall in dry farmland of Shaanxi loess plateau, and by Farm Machinery Administration Bureau of Shaanxi Province, under project УYangling Experiment and Demonstration Site for Mechanized New Technique and MachineryФ References Gao Huanwen, Li Wenying, Li Hongwen,2003, Conservation tillage technology with Chinese characteristics, Trans CSAE 19(3): 1- James R Smart and Joe M. Bradford, 1995, Conservation Tillage Corn Production for a Semiarid, Subtropical Environment John E. Morrison.2000, Development and future of conservation tillage in America, Proceedings of China international conference on dryland and water-saving farming, 26- J R Murray, 2003,An Overview of Mechanisation for Conservation Cropping in Aus tralia, Proceedings of Chinese and Australia conservation tillage conference, Lanzhou,China Yang Qing, Xue Shaoping, Zhu Reixiang, 2001,Integrated technique systems for dry land and water-saving farming and mechanization in China, Trans CSAE 17(1): 69- Yang Qing, Xue Shaoping, Zhu Reixiang, Conservation Tillage Technologies for Double-crop Regions in North China, Conservation Tillage &Sustainable Farming :7 12,2004,China Agricultural Scienc3 &Technology Press, Beijing, China Yang Qing, Xue Shaoping, Zhu Reixiang, 2004, Mechanized technology system for high efficient use or rainfall in dry farmland of Shaanxi loess plateau, Trans CSAE 19(supplement): 49- Yang Qing, Xue Shaoping, Zhu Reixiang, Development and Application of Mobile Water-saving Irrigation and Field Multifunctional water-collection and conservation Imple ments, Proceeding of conference У Science & Technology for Water-saving Agriculture in China Ф, 345-349, 2004.11, Taigu, Shanxi province, China.
Кинг Янг, Шаопинг Шуе, Рейшианг Жу, Гуилан Шуе Колледж машиностроения и электронной техники, Северо-Западный Университет сельского и лесного хозяйства, Китайская Народная Республика РАЗРАБОТКА ОРУДИЙ ДЛЯ ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ СЕВЕРО-ЗАПАДА КИТАЯ Резюме ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
В докладе представляются почвообрабатывающие орудия для защитной обра ботки противоэрозионной обработки засушливых почв на Северо-Западе Китая, кото рые были разработаны и запатентованы учеными колледжа. На экспериментальных площадках в округах Yangling, Huangling and Qian в провинции Shaaxi, Китай, были проведены испытания этих орудий в различных видах противоэрозионной обработки почвы в сравнении с обычной отвальной вспашкой на одной или двух культурах в те чение одного года. Механизированные технологии противоэрозионной почвообработки сравнивали с обычной обработкой почвы. Результаты двухлетних опытов показывают, что урожайность увеличилась в среднем на 53%, влагоемкость почвогрунта повысилась на 1-1,2% в зависимости от глубины, содержание органического вещества возросло на 1-2% при противоэрозионной обработке почвы при сохранении стерни пшеницы по сравнению с обычной вспашкой оголенной земли. Кроме того, повышение урожайно сти и влагоемкости было больше при глубоком рыхлении почвы по сравнению с глубо кой вспашкой, а посев кукурузы после нулевой обработки в высокую мульчированную стерню дал лучшие результаты, чем посев в низко срезанную стерню. Наконец, в ре зультате применения системы противоэрозионной обработки почвы была получена большая экономическая прибыль по сравнению с обычной обработкой почвы благодаря высоким урожаям и низким производственным затратам вследствие сокращенной об работки почвы.
Получено 12.05.2005.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
Цзян И-юань, проф.
Северо-восточный с.-х. университет, Акад. Китайская академия инженерии Хэ Ти, старший инженер (соответствующий профессору) Хэйлунцзянская академия науки по с.-х. машинам Хао Хен-цань;
Шу Циун-линь, профессор У1-ого АвгустаФ с.-х. университет ПРОГРЕСС В МЕХАНИЗАЦИИ КОНСЕРВАЦИОННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР И РИСА - ЭФФЕКТИВНАЯ МЕРА СБЕРЕЖЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ ОТ ЭРОЗИИ НА СЕВЕРО-ВОСТОКЕ КИТАЯ В статье излагаются технологический принцип и конструкция комбинированно го культиватора-сеялки разного типа для точного и пунктирного посева сои и кукурузы в гребневом культивировании и пропашного фрезерования для риса в ленточном куль тивировании.
В статье также кратко излагается конструкция приспособления - плавающий и гибкий режущий аппарат низкого среза для уборки сои, навешиваемый на хедер зерно вого комбайна, применение которого позволит получить значительный экономический эффект за счет прироста урожайности сои, производительности машин и уменьшения потерь урожая.
ВВЕДЕНИЕ Хэйлунцзянская провинция является главной базой производства сои, кукурузы и риса в Китае. Естественные и агрономические условия её определяют необходимость посева сои и кукурузы на гребнях на полях большей части провинции, т. к. гребневая поверхность дает возможность повысить температуру почвы гребня ранней весной, способствует осушению земли в дождливый период осенью и снизить ветровую эрозию почвы. Ленточное культивирование в рисоводстве позволяет снизить затраты энергии и повысить урожайность риса. Более того, первоначальные испытания показали, что если производится междурядное ленточное глубокое фрезерование и обмолот риса очесыва нием на корню, причем растительные остатки оставляют на поле без среза, то возраста ет эффективность, т. к. сокращается операция заделки растительных остатков в почву.
Вышеизложенную технологию можно отнести к категории консервационного культи вирования (Conservation Tillage).
В прошлом в большинстве совхозов урожайность сои была низкой - 1.68 t/hm2.
Применение вышеизложенной технологии в последние годы обеспечило повышение урожайности сои до 2.62 и 3.00 t/hm2, макс. 3.45 t/hm2, а урожайность кукурузы достиг ла 6-9 t/hm2.
За последние годы в Хэйлунцзянской провинции разработали и серийно произ водят новую технику, в том числе:
1. Комбинированный культиватор-сеялка марки 2BJGL-6 для точного пунктир ного посева пропашных культур (особенно для сои и кукурузы) на гребнях, разрабо танный сельскохозяйственным университетом л1-го Августа и Хэйлунцзянской ака демией наук по с.-х. машинам (ХАНСХМ).
2. Пневматическая пунктирная сеялка 2BJQ-6/7/8/9, разработанная ХАНСХМ.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
3. Без вспашки (No-Tillage) - сеялка точного высева марки 2BJM-6, разработан ная ХАНСХМ.
4. Ленточное фрезерование междурядий риса с оставленными стеблями риса, обмолоченного очесыванием на корню, как будущее (в следующем году) мульча удобрение. Эта техника разработана Харбинским научно-исследовательским институ том механизации сельского хозяйства.
5. Приспособление - плавающий и гибкий режущий аппарат для уборки сои, на вешенный на хедер зернового комбайна, разработанное ХАНСХМ.
КРАТКОЕ ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ТЕХНИКОЙ КОНСЕРВАЦИОННОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ 1. Комбинированный культиватор-сеялка марки 2BJGL-6 для точного пунктирного посева пропашных культур (особенно для сои и кукурузы) на гребнях, разработанный Сельскохозяйственным университетом л1-го Августа и Хэйлунцзянской академией наук по сельскохозяйственным машинам (рис.1).
Рис. 1. Схема комбинированного культиватора-сеялки 2BJGL- Комбинированный культиватор-сеялка 2BJGL-6 снабжен долотообразными ла пами (1) для глубокого рыхления (до 30 см) нижнего слоя почвы под будущим гребнем.
Перед ними установлен дисковый нож (2) для срезания стерни и препятствующий за биванию долотообразной лапы растительными остатками. Эти лапы могут обрабаты вать существующие гребни посредине или рыхлить дно борозд перед формированием нового гребня сбоку идущими окучниками (4) (см. рис.1). На стойке долотообразной лапы закреплен двухрукавный тукопровод (3), через него две струи удобрения подают ся в почву на 6 см сбоку и 10 и 15 см ниже уровня расположения семян. Формирование гребня рекомендуется производить сразу после глубокого рыхления.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
Операции рыхления, внесения удобрения и формирования гребней обычно вы полняются осенью после уборки культур (рис.2). Посев сои на гребни производится весной следующего года (рис.3).
Рис. 2. Технология посева сои на гребнях:
(А) - операция выполняется предыдущей осенью;
(Б) - операция выполняется те кущей весной Рис. 3. Технология посева сои на гребнях и внесение стартовой дозы удобрения Высевающий аппарат ячеисто-катушечного типа (рис.4) обеспечивает точ ный посев сои и кукурузы. Над ячейкой-катушкой расположен щеточный отражатель, который отбрасывает излишние семена от ячейки.
Результаты полевых испытаний показывают, что 53-68% всходов имеют удовле творительное расстояние между семенами в ряде при скорости движения машины 7,9 км/час.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
На долотообразном сошнике (5), идущем по гребню, установлен тукопровод для внесения стартовой дозы удобрения. За ним следует двухдисковый сошник (6), посред ством которого осуществляется нарезка двух бороздок, куда подаются семена высе вающим аппаратом через семяпроводы и располагаются с равным расстоянием друг от друга в ряду (рис.5).
Рис. 4. Схема высевающего аппарата 2. Пневматическая пунктирная сеялка 2BJQ-6/7/8/9. Навесная пневматиче ская пунктирная сеялка может быть шести-, семи-, восьми- и девятирядной (см. рис.5).
Сеялка выполняет пунктирный посев сои, кукурузы и других пропашных культур.
Впереди в каждом ряду идет долотообразный рыхлитель (1) на стойке которого укреплены две тукотрубки (2) для внесения удобрения в почву на разные глубины.
Башмаковидный очиститель (3) употребляется для удаления растительных остатков от рядка посева.
Разрежение, создаваемое вентилятором (на рисунке не показан) через воздухо провод (4) передается в камеры разрежения высевающих аппаратов (5). Зерна, находя щиеся в камере питания (5) (рис.6), присасываются к отверстиям высевающего диска (2) и выносятся им из зоны вакуума вниз в зону атмосферного давления, где отстают от диска и падают на дно борозды, проделанной двухдисковым сошником (6) (см. рис.5), который делает две бороздки для более равномерного распределения питательных пло щадок.
В связи с этим на высевающем диске расположены два ряда отверстий, распре деленных на двух периферийных поверхностях с разными радиусами и равным количе ством отверстий.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
Рис. 5. Сеялка 2BJQ- Рис. 6. Пневматический высевающий аппарат ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Сравнительная характеристика равномерности высевания зерна пневматического высевающего аппарата Рабочая Теоретиче- Количество Коэффици- Количество Количество скорость ская средняя удовлетво- ент вариа- участков, на участков, на машины длина уча- рительных ции (%) которых по- которых от (км/час) стков (мм) участков (%) падались два сутствовали зерна (%) зерна (%) 6.035 65 98.5 15.77 1.00 0. 6.943 65 95.0 20.64 2.50 2. 7.941 65 97.54 18.91 1.97 0. 9.030 65 95.57 20.12 2.46 1. 9.983 64 96.12 16.41 1.94 1. 11.027 66 98.57 18.51 0.00 1. 12.025 66 93.48 18.49 2.84 3. Сумма зерен: 200 штук.
Давление в камере разрешения:
- 0,004 Мра.
Все участки, длина которых попадалась в пределах от 0,5 м до 1,5 м считаются удовлетворительными.
М - теоретическая средняя длина участков (мм).
3. Без вспашки (No-Tillage) - пунктирная сеялка марки 2BJM-6. Пунктирная сеялка марки 2BJM-6 (Рис.7) предназначена для пунктирного посева пропашных куль тур (в основном сои и кукурузы) на поле без предварительной обработки. Основная особенность машины - наличие дисковых ножей (2) с волнистой поверхностью на их периферии для среза остатков впереди двухдискового сошника (3), по сторонам кото рого расположены два катка (4), обеспечивающие установленную глубину посева.
Двухдисковый сошник (1) с тукопроводами используется для внесения минеральных удобрений перед посевом.
Рис. 7 Без вспашки (No-Tillage) - точная сеялка марки 2BJM- ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
Рис. 7-1. Комбинированная сеялка для посева на гребнях с диском для удаления стерни перед сошником Рис. 8. Вид всходов сои, высеянных двухрядным дисковым сошником на поле без предварительной обработки ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Рис. 9. Вид всходов кукурузы, высеянной двухрядным дисковым сошником на поле без предварительной обработки Рис.10 Сравнение корней всходов кукурузы и бобовых стручков сои между тра диционным посевом и посевом на поле без предварительной обработки 4. Ленточное фрезерование междурядий риса. Консервационное культивиро вание является очень важным в рисоводстве в Китае. Первоначальные опыты показали, что ленточное фрезерование междурядий пересаженного риса с бороздкой 15 см шири ной и 16 см глубиной в середине борозды повышает урожайность риса на 16% и по зволяет сократить затраты воды на 30%. При этом обмолоченные очесыванием на кор ню стебли риса, оставленные без среза, при ленточном фрезеровании измельчаются и используются как удобрение в последующем.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
Рис. 11. Ленточный фрезер для культивирования риса Рис. 12. Поперечное сечение борозды ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Рис. 13. Рисовая сажалка в работе Рис. 14. Рассада риса среди стерни Рис. 15. Сравнение корней при посеве в почву с традиционной обработкой и ленточным фрезерованием ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
Рис. 16. Рисовый уборочный комбайн с обмолотом очесыванием на корню Рис. 17. Стебли риса, травмированные гусеницами комбайна 5. Приспособление к зерновому комбайну - плавающий гибкий режущий ап парат для уборки сои. Недостатки существующего комбайна при уборке сои:
1. Потери бобовых зерен достигают 10% из-за высокого среза стерни.
2. Поверхность зерен сои пачкается комками грязи.
3. Трудность в управлении высотой среза стерни.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Изучив зарубежный опыт, Хэйлунцзянский Научно-исследовательский институ та механизации сельского хозяйства разработал новую конструкцию данного приспо собления.
На рис. 18 показана схема вышеуказанного приспособления. Это - пальцевый брус, изготовленный из пружинной полосной стали с поперечным сечением 680 мм, на котором установлены пальцы режущего аппарата. Пальцевый брус опирается на не сколько башмаков и соединяется через кронштейн с главной балкой корпуса жатки.
Рис. 18. Схема приспособления для низкого среза Пластинчатые пружины несут большую часть веса режущего аппарата, что при дает ему лучшую плавающую способность. Имеется коробка передач для привода кри вошипного вала режущего аппарата. Компенсирующая пружина уравновешивает вес коробки передач. Благодаря упругости пружины (6 мм толщины) и упругости пальце вого бруса режущий аппарат хорошо копирует поперечный рельеф поля.
На рис. 19 показан эффект применения данного режущего аппарата для сниже ния высоты стерни по результатам полевого испытания уборки рапса, посеянного рядо вым способом с междурядьем 15 см.
Рис. 19. Равномерная высота стержней на неровном рельефе ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
Кривая представляет линию, которая проходит через высшую точку стерни ка ждого растения, находящегося в одном и том же поперечном сечении. По кривой вид но, что максимальная разница рельефа поля достигает 10 см, а высота стерни колеблет ся в пределах 5-11 см. Это значит, что высота стерни снижается на 4 см по сравнению с обыкновенным хедером. Такой же эффект был получен при уборке сои с помощью данного приспособления.
В ходе работы режущий аппарат опирается всеми своими башмаками на поле.
Передняя часть хедера часто колеблется вертикально из-за продольной изменчивости рельефа поля. Для того, чтобы вертикальное расстояние между передней частью хедера и плавающим аппаратом сохранялось в определенных пределах, использовали датчики контроля.
ВЫВОД Консервационное культивирование является перспективной технологией на Се веро-востоке Китая. В прошлом в большинстве совхозов использовали переоборудо ванные сеялки и комбайны. Урожайность сои была низкой и составляла 1,68 t/hm2.
Применение вышеуказанной технологии в последние годы обеспечило повышение урожайности до 2,62 и 3,00 t/hm2, максимально - 3,45 t/hm2, а урожайность кукурузы составляет 6-9 t/hm2. Ленточное фрезерование междурядий пересаженного риса с бо роздой 15 см ширины и 16 см глубины в середине борозды повышает урожайность риса на 16% при сокращении затраты воды на 30%.
При этом естественные условия Северо-востока Китая отличаются от условий, где успешно практикуется посев на гладкой поверхности поля.
В статье приводятся предварительные испытания рекомендуемой техники. В дальнейшем работа будет продолжена.
Получено 25.05.2005.
Jiang Yiyuan, Professor, et al.
Northeast Agricultural University (NEAU), China Agricultural Academy, PeopleТs Republic of China PROGRESS IN MECHANIZATION OF CONSERVATION CULTIVATION OF ROW CROPS AND RISE AS AN EFFICIENT SOIL EROSION CONTROL MEASURE ON THE NORTH-EAST OF CHINA Summary The paper presents the technological principles and designs of tractor/implement sys tems of various types for soil tillage, precision and single-seed planting of soybean and maize, and also flexible floating cutter bar of low cut for soybean harvesting, attached to grain com bine harvester header.
The substantial economic effect was obtained owing to the soybean yield premium, high performance of machines and equipment and lower soybean loss.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Tiansheng Hong, Professor Polytechnic College, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China, tshong@scau.edu.cn Wanzhang Wang, Associate professor Mechanical and Electrical Engineering College, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China, wzwang@263.net PESTICIDE DISTRIBUTION TEST OF THE HYDRAULIC NOZZLE FOR PROFILE MODELING SPRAY * ABSTRACT. With the aim of achieving a quality product and with consideration for the environment, the pesticide distribution test system for profile modeling spray was estab lished. The system mainly consists of the spray controller, garden spray machine, spray distri bution test stand and the conveyer. In order to increase the spray deposition in canopy, to im prove the spray coverage and to reduce the loss of pesticide out of the tree, the spray experi ments were conducted for a type of hollow cone nozzle horizontal installed to study its solution distribution model and find the spray operating parameters. The effects of the spray pressure and the travel speed on the solution distribution were investigated. Hence this paper provides the main fundamental data for profile modeling spray research.
KEYWORDS. Fruit tree, Pesticide distribution, Hollow cone nozzle, Profile modeling spray INTROUDUCTION Pesticide spraying is still the most effective and economical way of controlling the plant diseases and insect pests in the fruit tree growing. But the chemical application in or chard was considered as the problem of pollution. So there has been a trend over many years to reduce the amount of pesticide spray in fruit tree. To meet the requirements of modern plant protection as well as stricter ecological standards, the new technology of the pesticide spray must be developed to spray efficiently and safely. Orchard sprayer must ensure ade quate chemical deposition on the target with minimal spray loss. A significant contribution come from improvements in spray application technology was the ultrasonic sensor being used. Based on the ultrasonic sensor, the spray was able be controlled as the tree present, so called Selective spray. The objctive of paper is to study the pesticide distrbutin from the hydraulic nozzle to realize the most efficiciency deposition depend on the proefile modeling spray base on the ultrasonic sensor.
Proefile modeling sprayТs working principle is realizing the precise pesticide spray work according to the actual shape of fruit trees. It applies modern control and electronic informational technique to the plant protection machines. The method can increase the utility ratio of pesticide, while can minis loss of liquid pesticide and can reduce the environmental pollution and pesticide leftover on the fruit surface, so the precise spray can be realized.
For the profile modeling spray of fruit tree, the distance from the hydraulic nozzle to the treeТs canopy is the key operating parameter because of the distribution of the pesticide solution. But there are many factors that effect on pesticide distribution, such as spray pres sure;
spray ground speed etc. So a test system is built to investigate the distribution of the hydraulic nozzle selected for the profile-modeling sprayer.
* This research work supported by the National Natural Science Foundation of China (NSFC) ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
TEST SYSTEM OF THE PROFILE MODELING SPRAY The test system consists of four major parts: The garden spray machine (ZXA6, Meizhou China) with a pump (2.0-4.5Mpa) and a 500L tank, the conveyer that drive the noz zle move in different speed (See Fig. 1), the spray distribution test stand consisting of УV shaped У channels and the spray test controller.
Fig. 1. Nozzle translation control conveyer In this test system the components to be controlled are two frequency converters and a solenoid-controlled valve. Two frequency converters change two three-phase AC motors speed respectively. One is the spray pump motor. By changing the speed of the spray pump motor the spray pressure can be adjusted. Other is the motor that drives the sprayer traveling.
An ultrasonic sensor (Model No. PS1L-D1M Fuji Co. Japan) is used to achieve the distance from the nozzle to the tree. The key component in this spray test controller is a single-chip micro controller (Model AT89C52). It is an enhancement type in MCS-51 series, with 8K ROM, 256B RAM and three timers. Hence the foundation is provided for the realization of the function of the spray system. The architecture of the test control system is shown in Fig.2.
In this system two analogue-to-digital channels for the signal of ultrasonic sensor and pres sure transducer are offered by the ADC0832 series A/D converter. A D/A converter provided four digital-to-analogue channels and offers two for the two frequency converters. To store and forward the experiment data, The E2PROM - AT93C46 with 1kbit memory and a RS- interface for computer communication are used. The out put signals are sent to the electro hydraulic valve through the input/output ports. The circuit has a keyboard and a liquid crystal display screen.
With this test system the spray pressure, volume of the spray solution and the range from the turn spray on to off can be controlled when the spray distribution experiment. The spray test was conducted indoor for two hollow cone nozzle (Model: 1/4MKB80200BCV RW and 1/4MKB80320BCV-RW, VMD 130m and 210m, Ikecuchi, Japan, Abbreviated to 200 and 320 in the following text) to study its solution distribution. Clean water substitute for the pesticide solution in the spray distribution experiments.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Ultrasonic Sensor Variable Pump motor Frequency driver Pres sure Sensor Three phase Travel switch power supply Volume Sensor Variable Traveler motor Photoelectric Frequency switch driver Switching Power Electro- Direct current Supply hydraulic source valve Figure 2. Structure of spray test control system PESTICIDE DEPOSITION EXPERIMENTS A group of orthogonal experiment is done by some different spray parameters to work out their influences of the average spray range of liquid pesticide deposition on the stand un der the indoor environment. Table 1 shows the factors and the level of the orthogonal experi ment are shown in table 1.
Table Combination of the orthogonal experiments parameters Levels Factors 1 A/Pressure/ MPa 1.20 2. B/Travel speed /km/h 3.30 0. C/Nozzle/Model 200 The average spray range can be calculated from n x v i i D = n i = v i i = Where D = average spray range (mm);
i =УV-shapedФ channel number of the spray test stand (i= 1,2,3,ЕЕn);
Vi = Volume of the liquid deposited from No. i channel (ml);
xi = Dis tance from nozzle to the No. i channel (mm) The extreme difference analysis of test results is shown in table 2. The conclusion we drew out is that, under the indoor environment, the nozzle model (Different in the volume Ship Microcomputer System ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
median diameter of droplets), the travel speed and the pressure effect the pesticide distribution significantly. To further investigate the effects of the spray pressure and the travel speed on the solution distribution, the spray pressure test and travel speed test are conducted respec tively.
Table Analysis of variance dependent variable of average distribution range SourceSum of Square D.FMean Square F valueConspicuous level A 21595.62 1 21595.62 55.47 0. B 22278.44 1 22278.44 57.22 0. AB 5757.18 1 5757.18 14.79 0. C 35007.90 1 35007.90 89.91 0. AC 4016.32 1 4016.32 10.32 0. BC 2236.80 1 2236.80 5.75 0. Error 389.34 1 389. Total 91281. The spray pressure experiment shows that with the increase of the pressure the average deposition distance increase proportionately (See Fig.3 and Fig.4). AS the spray pressure in crease from 0.67 to 2.38Mpa, the average deposition distance of the two nozzles selected in crease 464mm and 391mm respectively.
D = 313. 25P + 851. R2 = 0. 0 0. 5 1 1. 5 2 2. Spray presure /MPa Fig. 3 Average deposition distance with the increase of spray pressure for nozzle D = 203. 01P + 1009. R2 = 0. 0. 00 0. 50 1. 00 1. 50 2. 00 2. Spray presure /MPa Fig. 4 Average deposition distance with the increase of spray pressure for nozzle r / Average ange mm r / Average ange mm ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
The experiment results show that with the increase the sprayer ground speed the aver age deposition distance of two nozzles decrease (See Figure 5 and Figure 6). The speed in crease from 0.51 to 4.0km/h, the average deposition distance of the nozzle 200 and 320 de creases 251mm and 173mm respectively.
Nozzle Pressure 1.2Mpa D=- 67. 022V+997. R2=0. 0. 00 1. 00 2. 00 3. 00 4. Speed / km/h Nozzle Pressure 1.2Mpa D=-43. 466V+1142. R2=0. 0. 00 1. 00 2. 00 3. 00 4. Speed / km/h Fig. 5 Relationship between average deposition distance and travel speed For further computerizing the spray solution distribution, the fitted lognormal distribu tion function was built based test datum. If the minimum deposition distance is defined as the distance when the cumulative probability not greater than 0.1 and the maximum deposition distance is defined as the distance when the cumulative probability not less than 0.9, the rela tionship between the spray deposition rang and the spray operating parameters such as pres sure and speed can be calculated. Fig. 6 and Fig.7 are the relationship between the maximum and minimum deposition distance of the nozzle 200 and its spray pressure and travel speed respectably.
As it can be seen from the Fig.6 and Fig.7 that the variation of minimum deposition distance D(0.1) is not great than the maximum deposition distance D(0.9) when the spray pressure and travel speed increases. The distance from the nozzle to the canopy can be set according the minimum deposition and keep constant distance when the spray operation. The deposition range increase when the spray pressure increase, because the maximum deposition distance increase greatly. And the deposition rang decrease when the travel speed increase, because the maximum deposition decrease greatly. Hence the travel speed and spray pressure should be adjusted depend on the diameter of the fruit tree.
Average range /mm Average range /mm ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
D(0.1) D(0.9) D(0.5) 0 0.5 1 1.5 2 2. Pressure /MPa Fig. 6 Deposition distance from nozzle 200 with the pressure increase D(0.1) D(0.9) D(0.5) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5. Speed / km/h Fig.7 Deposition distance from nozzle 200 with the travel speed increase DISCUSSION AND CONCLUSION Selecting a hydraulic nozzle for the target detecting spray system in the orchard spraying is an important work in sprayer design. Deposition distance experiment for the selected nozzles could be conducted to find out its basic operating parameters. Because the foliage dence of canopy is not considered in this indoor experiment the further calibration should be carred in practice.
The spray pressure and the travel speed are the key parameters that effect on the spray deposition distance. The average deposition distance increase with the pressur increase and decrease with the travel speed increase. Based on the test syetem not only the volume of pesticide solution be measured, but also the range of the spray deposition could be specificed.
The experiment bring forward the control way of the pestcide desposition from the hydraulic nozzle in profile modeling spray. The distance from the nozzle to the canopy depend on minium deposition distance. The spray pressure and the ground speed should be controlled to fit the canopy size of fruit trees.
Dis tance / mm Distance /mm ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
REFERENCES Bill A Stout. 1999. CIGR Handbook of Agricultural Engineering (Volume III). CIGR The International Commission of Agricultural Engineering. American Society of Agricultural Engineers Molto E, Martin B, Gutierrez A. 2000. Design and testing of an automatic machine for spraying at a constant distance from the tree canopy. Journal of Agricultural Engineering Re search. 77(4): 379- Grzegorz Doruchowski,Ryszard Holownicki.2000.Environmentally friendly spray techniques for tree crops. Crop Protection. (19): 617- Cross J V, Walklate P J, Murray R A et al. 2001. Spray deposits and losses in different sized apple trees from an axial fan orchard sprayer: 2. Effects of spray quality. Crop Protec tion. (20): 333- Mechrdad Darvishvand Taher. 1998. A virtual nozzle for pesticide spray deposition in a plant canopy PhD diss. The university of Guelph Wang Guien. 2003. Profile modeling spray mechanism and its technology foundation for fruit trees. Unpublished PhD diss. Guangzhou, South China Agricultural University, Col lege of Engineering, Holownicki R, Doruchowski G, Godyn A;
Swiechowski W.2000.Variation of Spray Deposit and Loss w ith Air-jet Directions applied in Orchards. J. agric. Engng Res., 2000, (2),129- Tiansheng Hong, Южно-китайский сельскохозяйственный университет Wanzhang Wang Henan сельскохозяйственный университет ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕСТИЦИДА, РАСПЫЛЕННОГО ИЗ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ НАСАДКИ, С ЦЕЛЬЮ ПРОФИЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПЫЛА Резюме Опрыскивание пестицидами по-прежнему является наиболее эффективным и экономичным способом борьбы с болезнями растений и насекомыми-вредителями при выращивании фруктовых деревьев. Однако применение химикатов в фруктовых садах рассматривалось, как загрязнение окружающей среды. Поэтому в течение многих лет существовала тенденция снижать объем пестицидов, применяемых для опрыскивания фруктовых деревьев. С целью удовлетворения требований современной защиты расте ний и все более ужесточающихся экологических стандартов, должна быть разработана технология эффективного и безопасного опрыскивания пестицидами. Опрыскиватель, предназначенный для работы во фруктовых садах, должен обеспечивать соответст вующее осаждение химикатов на опрыскиваемой поверхности и минимальные потери веществ. Значительный вклад в решение этой задачи при совершенствовании техноло гии опрыскивания внесло использование ультразвукового датчика. При помощи этого датчика оказалось возможным проводить так называемое селективное распыление. Це лью данной работы было изучение распределения пестицида, выпускаемого из гидрав ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
лической насадки, чтобы осуществить наиболее эффективное осаждение в зависимости от контурной модели основы аэрозоля на ультразвуковом датчике.
Были проанализированы траектории и осаждение капель пестицида с учетом положений гидродинамической теории и механизма распыления гидравлической на садки. Была разработана опытная установка на основе однокристального микрокон троллера (модель АТ89С52) с целью изучения распределения раствора пестицида, вы пускаемого из гидравлической насадки по горизонтальной поверхности. Стенд включал ультразвуковой датчик, электромагнитный вентиль, датчик расходомера, транспортер и насос для опрыскивания. Установка регулировала и регистрировала параметры опры скивания, такие как давление и объем распыла, скорость движения, а также собирала осаждаемый раствор на специальном столе.
Испытания проводились с использованием двух насадок (форсунок) в виде по лого конуса (модель: 1/4MKB80200BCV-RW с VMD 130 m и 210 m 1/4MKB80320BCV-RW, производства фирмы Ikecuchi, Япония, в дальнейшем обозна чаемых 200 и 320) для изучения распределения раствора. Было установлено влияние давления распыла и скорости движения на распределение раствора. Результаты опыта показали, что скорость движения и давление оказывают значительное влияние на рас пределение пестицида. С повышением давления среднее расстояние осаждения увели чивается прямо пропорционально. При росте давления с 0.67 до 2,38 MPa среднее рас стояние осаждения из двух выбранных насадок увеличивалось на 464 мм и 391 мм, со ответственно. С повышением скорости движения опрыскивателя, среднее расстояние осаждения из двух насадок снижалось, а когда скорость движения достигала опреде ленного уровня, среднее расстояние осаждения снижалось значительно. Повышение скорости от 0,51 до 4,0 км/час привело к снижению среднего расстояния осаждения из насадки 200 и 320 снижается на 251 мм и 173 мм, соответственно. Для дальнейшего компьютерного расчета распределения раствора пестицида на основе опытных данных была построена адаптированная логарифмически нормальная функция распределения.
По результатам данного опыта был определен принцип выбора параметров рас пыления и регулирования расстояния от насадки до кроны дерева.
Получено 16.05.2005.
Xiwen Luo1;
Xuecheng Zhou1 ;
Xiaolong Yan (xwluo@scau.edu.cn) (xcem@3126.com) (xlyan@scau.edu.cn) (1College of Engineering, 2 Root Biology Center, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, P. R. China) SEGMENTING ALGORITHM FOR MSCT IMAGES OF PLANT ROOT SYSTEM BASED ON SPATIAL GEOMETRICAL FEATURES Abstract. The root system is an important plant organ for nutrient and water uptake from the surrounding medium. Due to its special growing environment and complex structure, the root system is more difficult to quantify than the shoot. Observation and measurement of root architecture in situ have been the technical bottleneck for research on plant root systems.
As an attempt to solve the above barrier, plant root images in situ were obtained in this study using multi-slice spiral computed tomography (MSCT) imaging technology. In order to sepa ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
rate a root system completely from its surrounding medium, it is necessary to make effective segmenting of the root images. Image segmentation, however, is very difficult in practice, since most of the existing approaches to image segmentation are based on particular type of images. In order to get a better segmenting effect, an interactive segmentation method was developed based on the spatial geometrical features of the root system and the gray-level in formation of its MSCT images. After analyzing the gray-level histograms of the whole 3D image and slice images, the threshold values were determined, and the binarization of root images was processed. The images were processed using proper mathematical method accord ing to the feature of root 3D morphology. Finally special segmenting algorithm based on the geometrical characteristics of root system was developed to remove most of the impurity whose density is very close to root system. Special algorithm was designed based on the fol lowing principles: both the spatial location of root system between adjacent slices and the change of its sectional shape and area are continuous. Because the rhizome in the CT images near medium surface is very clear and easy to be recognized, the first step of the algorithm is to manually locate and segment the rhizome regions in the 3~5 slices of CT images near the medium surface, so that the basement of the recurrence approach is setup. Then according to the spatial continuity of the root system, the regions of root system downwards were revealed slice by slice and the impure pixels were cleared. The results indicated that integrated algo rithms is an more effective method for segmenting the images.
Keywords Image segmentation, MSCT images, Plant root, Geometrical feature Introduction. Soil is a barrier to direct visualization and measurement of root system while it provides water and nutrients to plants. To clearly understand the process of root growth and distribution belowground, various approached to observing roots have historically been attempted, inlcuding the soil volume method in plastic tube, the mesh bag method, the three-dimensional coordinate container method, the rhizotron technology and the isotope trace method so on (Mao, 1994;
Cheng et al., 1999). The present methods used in observing root generally include two steps: sampling from soil and measurement. Most of sampling proc esses are destructive to the root system because it is necessary to dig and separate roots from soil. Such sampling may not only break some small and thin roots which are required for root morphological research, but also time-consuming and laborious. What is more, it is very diffi cult to keep root system without shift and deformation during sampling or later. Furthermore, after sampling many traditional measurements are also taken manually. With the advancement of relevant technologies, there are a few of new techniques for nondestructive sampling and automatic measurement such as the rhizotron technology, the isotope trace method and com puter measurement methods based on digital image processing (Luo et al.,1999;
Kimura et al., 1999). Most of them, however, can only provide some limited information or 2D (plane) data in situ, but not intact and exact 3D morphological data. In fact, the lack of exact and facile methods for observation and measurement in situ has always been the technical bottleneck for research on plant root system (MacFall, 1998;
Guo et al., 2001). As an attempt to solve the above barrier, plant root images in situ were obtained by using the multi-slice spiral computed tomography (MSCT) imaging technology, and the visualization of plant roots growing in dif ferent media was implemented after image processing and 3D reconstruction(Luo et al., 2004). However, it is very difficult to separate a root system completely from its surrounding medium using the available medical software developed for human organs imaging. There fore, it is necessary to develop special methods of image segmenting and 3D reconstruction for plant roots so as to obtain clearer 3D root images (Luo et al., 2004). Image segmentation is very difficult in practice, however, since most of existing approaches of image segmentation are based on the particular type of images. In order to get a better segmenting effect, an inter ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
active segmentation method will be developed based on the spatial geometrical feature of root system and gray-level information of its MSCT images.
1 MATERIALS AND METHODS The objective of this paper is to quantify the root system of a banyan (Ficus religiosa L.) seeding grown in the soil. The raw images in situ of which were obtained by a scanning equipment used for medical imaging (Sensation 4 MSCT, Siemens, Germany). The main scanning parameters used were tube voltage of 120 kV, milliampere setting of 90 mAs, 1mm slice thickness and 1mm screw pitch. After scanning, each sample yielded more than slices of CT images with each slice consisting of an image matrix with 512 pixels X 512 pix els (Figure 1). These images of the root system in situ were preprocessed appropriately with filtering, interpolation, and encapsulation. After that, these images were used as the raw data for research on segmenting algorithm. In order to get a better segmenting effect, 3D threshold segmenting for CT images were done according to the similarity of gray-level between slices and within a slice for root system. Then utilizing the 3D morphological feature of root system, region trimming was implemented with appropriate mathematical and morphological meth ods. Based on the spatial geometrical features of the root system, the impure pixels whose density is close to the root system were wiped off from the CT images. Finally, the character istic regions were extracted and filled using seed fill algorithm.
(a) ( b ) Figure 1. MSCT Imaging of Plant Root System in Situ:
(a) slice of root section image (b) over 200 slices of CT images from a root system 2 RESULTS AND DISCUSSION 2.1 3D threshold segmenting In the segmentation method, the threshold values were determined after analyzing the gray-level histograms of the whole 3D image and slice images, and the binarization of root images was processed. In order to illustrate the whole distribution of the gray levels of the images, the whole histogram of all images and the histograms of some typical images were drawn. Figure 2 is the whole histogram, and the histogram of the slice 104 ( middle slice ) was shown in figure 3. In fact, the histograms of the slice 30 60 Е 180 and the top slice besides the middle slice were selected.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Figure 2. Whole histogram for all images Figure 3. Histogram of the slice According to the analysis of the above histograms, the whole CT images can be divided into 3 regions as the following. The gray level of the first region is between 0 and 360, where the main meterials are air and the mattress of CT bed with minimum density. The second region is mainly composed of organic soil, plastic container and light impurity with smaller density and maximum volume, of which the gray level is between 360 and 800.The root system and weighty impurity belong to the third region with the gray level above 800. It was therefore possible to preliminarily determine that the threshold value of the root system is over 800. Figure 4 shows the raw image of the silce 104 and its initial segmented result.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
(a) (b) Figure 4. CT image of the slice 104 and its primary segmentation (a) raw image of the slice 104 (b) primary segmentation of root system (T>800) In addition to the root system, the primary segmented regions also include a great deal of weighty impurity and other components. So it is necessary to do more precise segmentation.
In order to get a precise segmentation, the typical slices with clear root regions were selected from the slice 160 to the slice170, and the histograms of the typical root regions and the rhizospheres including root system were drawn(Figure 5 and figure 6). At the same time, the whole histogram and the histogram of typical slices above with the gray level of more than 800 were further analyzed. Figure 7 is the histogram (T> 800) of the slice 165.
Figure 5. Histogram of the rhizosphere including root system in the slice ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Figure 6. Histogram of a root region in the slice Figure 7. Histogram of the slice It is clear that there are two peaks in figure 5, and the root system is just in the right peak of which the gray level is more than 800. In fact, the values of the pixels in the right peak are between 930 and 1240. Figure 6 is the histogram of a root region in the slice 165, where the pixel values in the root region are between 485 and 1245. By contrasting figure with figure 4, it is obvious that there is no clear boundary between the gray levels of root system and its media, of which the distributing range are intercrossed each other. According to the result from statistic analysis, the pixels of root system whose gray level is in the range from 930 to 1230 are 95% of all pixels in the root region. And combining with the whole histogram above and the histogram of the typical slices, it can be seen that the range of threshold value for the precise segmentation of root is from 930 to 1230. The effect of segmenting CT images with the threshold 930~1230 was shown in figure 8.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
(a) (b) Figure 8. Effect of segmenting with the threshold 930~1230:
(a) Segmentation of the slice 104 (b) 3D display of segmenting effect 2.2 Mathematical Morphological Processing It was shown in figure 8 that there was still some impurity after 3D threshold segment ing. Most of the impurity was some spots whose density was very close to root system, some others may be caused by the local reaction of CT imaging. In order to improve the precision of the subsequent analysis and measurement, it is necessary to make further segmenting for the images. Therefore, mathematical morphological processing was used for the images seg menting. Mathematical morphology is a set-theoretical algebra consisting of two fundamental operators, dilation and erosion. A binary signal can be considered a set X, and erosion and di lation then correspond to Minkowski addition and subtraction with respect to another set E called the structuring element. Here we use the notation X E={+: X, E} for dilation of a set X by structuring element E. Erosion is then the dual operator of di lation XE=(Xc E )c Where Xc denotes the complement of X, and E denotes structuring element E reflected about the origin.Further morphological operators are formed as combinations of di lation and erosion. The open operator is defined by XE = (XE) E And its dual, the close operator by XE = (X E)E Open operating can erase the region less than structuring element and cut off the grac ile connective band between larger regions. The operating was selected as the main process of mathematical morphology for the CT images after 3D threshold segmenting and binarization.
The effect of the operating is shown in Figure 9.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
(a) (b) Figure 9. Effect of mathematical morphological processing for the slice (a) before processing (b) after processing 2.3 Segmenting based on the geometrical feature of root system In order to remove most of the impurity whose density is very close to root system, a segmenting algorithm based on the geometrical feature was developed. Special algorithm was designed by the following principles: the spatial location of root system between adjacent slices and the change of its sectional shape and area are both continuous. As the root regions in the CT images of rhizome are very clear and easy to be recognized, so the first step of the algorithm is to setup the basement of recurrence with the analysis of the rhizome CT images.
Then according to the spatial continuity of the root system, it is possible to find out the re gions of root system downwards slice by slice and weed out the pixels of the impurity. Figure 10 shows the effect of geometrical segmentation.
a (b) Figure 10 Effect of geometrical segmentation (a) Slice 104 after segmentation (b 3D display of segmenting effect It is obvious that almost all impurity was removed after geometrical segmentation.
Compared with the medical images segmenting methods available, the interactive segmenting algorithm get better segmenting effect.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
3 CONCLUSIONS On the basis of analyzing the gray-level histograms of the whole images and typical slice images, the distribution of gray-level for the whole CT images was distinguished with three different regions. There is no clear boundary between the gray levels of root system and its media, of which the distributing range are intercrossed each other. According to the result from statistic analysis, it was determined that the range of threshold value is from 930 to for the 3D threshold segmenting of the root.
After further morphological processing and geometrical feature-based segmenting, almost all the impure pixels with its density close to root system were removed from the CT images of the root. The result of programming experiment showed that the integrated algo rithms is an more effective method for segmenting the images.
Acknowledgements This research was supported by the National Natural Science Foundation of China un der Grant No. 60375005.
REFERENCES Cui Yi. 2000. Image processing and analysisЧmathematical morphological methods and its applications. Beijing: Beijing Science Press.
He Bin, Ma Tianyu, et al. 2002. Visual C+ + digital image processing (2nd edition).
Beijing: PeopleТs Posts and Telecommunications Publishing House.
Luo Xiwen, Wu Changgao. 1999. The application of digital image processing to the analysis of root pattern and architecture. Proceedings of 99Т International Conference on Ag ricultural Engineering. Beijing, China:167-171.
Luo Xiwen, Zhou Xuecheng, Yan Xiaolong. 2004. Visualization of plant root mor phology in situ based on X-ray CT imaging technology. Transactions of CSAM. 35(2): 104 106, 133.
MacFall J.S. 1998. Visualization of root growth and development through magnetic resonance imaging. Current Topics in Plant Physiology: An American Society of Plant Physiologists Series.18:67-77.
Milan Sonka, Vaclav Hlavac, et al. 2002. Image processing, analysis and machine vi sion (2nd edition). Beijing: PeopleТs Posts and Telecommunications Publishing House.
Sezgin M, Sankur B. Comparison of thresholding methods for non-destructive testing applications. IEEE ICIPТ2001 [C]. Greece, 2001.
Zhang Minjin. 2001. Image segmenting Beijing Beijing Science Press.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Xiwen Luo, Xuecheng Zhou, Xiaolong Yan Инженерный колледж, Южно-китайский сельскохозяйственный университет, Гуанджоу, КНР ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА СЕГМЕНТАЦИИ ДЛЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ РАСТЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ПОМОЩИ ПОСЛОЙНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ НА ОСНОВЕ ИХ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ Резюме Корень является важным органом растения, через который усваиваются пита тельные вещества и вода из окружающей среды. Вследствие особой среды произраста ния и сложной структуры корневую систему сложнее представить в количественной форме (квантифицировать), чем всходы. Наблюдение и измерение корневой архитекту ры в естественных условиях всегда было лузким местом в исследованиях корневой системы растений. В качестве попытки преодолеть этот барьер были получены изобра жения корней растений при помощи многослойной спиралеобразной (геликоидальной) компьютерной томографии (технологии формирования - обработки - изображений).
Чтобы полностью отделить корневую систему от окружающей ее среды, необходимо осуществить успешное сегментирование для изображений (образов) корней. Сегмента ция изображения играет важную роль в его распознавании (интерпретации), опреде лении параметров (измерений) и анализе. Точное выделение информации о геометрии корня является основой для реконструкции трехмерной модели. Однако на практике сегментацию изображения очень трудно выполнить, большая часть существующих подходов к сегментации изображения может быть применена к определенному типу изображений. Чтобы получить лучший сегментирующий эффект, был разработан и представлен в данной статье интерактивный метод сегментации, основанный на про странственном геометрическом признаке корневой системы и полутоновой информа ции ее изображений, полученных при помощи вышеуказанной томографии. После ана лиза полутоновых гистограмм всего трехмерного изображения и послойных изображе ний, были определены пороговые значения и выполнена бинаризация (преобразование в двоичную систему) изображений корней. Изображения были обработаны с использо ванием соответствующей математической структурной операции в соответствии с при знаками трехмерной структуры корня. И наконец был разработан специальный алго ритм сегментации, основанный на геометрических характеристиках корневой системы, для удаления большей части посторонних включений, плотность которых очень близка к плотности корневой системы. Разработанный алгоритм на основе следующих прин ципов: пространственное расположение (определение) корневой системы между смеж ными слоями является непрерывным (целостным), и изменение формы и площади по перечного сечения является непрерывным. Так как ризом (корневой побег) на изобра жениях, полученных при помощи компьютерной томографии, близко к поверхности среды получается очень четким и его легко распознать, первым шагом алгоритма явля ется ручное определение местоположения районов ризома и сегментация на 3-5 слоев изображений вблизи поверхности среды, так чтобы была установлена основа для пе риодичности (повторяемости). Затем в соответствии с пространственной целостностью корневой системы, оказывается возможным выявить районы корневой системы по на правлению вниз слой за слоем и удалять пиксели посторонних включений. На основа ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
нии результатов опыта по программированию, комплексные алгоритмы были более действенными с лучшими результатами сегментации изображений.
Получено 14.05.2005.
УДК 631.34/17:634.1- И.М. Куликов, д-р экон. наук, член-корр. РАСХН В.В. Бычков, д-р техн. наук;
Г.И. Кадыкало, канд. техн. наук ГНУ ВСТИСП (г. Москва) РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАБОТ В ПЛОДОВОМ ПИТОМНИКЕ Успешное возрождение садоводства, повышение его эффективности и рыночной устойчивости неразрывно связано с интенсификацией питомниководства.
Для выполнения Программы возрождения садоводства России к 2020 г. необхо димо обеспечить производство следующего количества посадочного материала (табл. 1).
Таблица Потребность РФ в посадочном материале плодовых и ягодных культур на 2010 год (ежегодное производство, тыс. шт.) Порода 1 репродукция Семечковые Косточковые Земляника Смородина Малина Крыжовник Другие ягодные культуры Одним из условий выполнения данной программы является разработка и вне дрение прогрессивных комплексов машин и оборудования для механизированного ухо да за растениями в питомниках.
Основными тенденциями развития машин для механизации трудоемких процес сов в питомниководстве, в том числе в плодовом питомнике, является увеличение произ водительности, снижение экологической нагрузки на окружающею среду, уменьшение расхода пестицидов, снижение материалоёмкости и расхода горючего, повышения каче ства работы и универсальности, улучшение условий труда обслуживающего персонала.
Речь идет о внедрении новых интенсивных ресурсосберегающих, почвозащит ных и экологичных технологий, дающих возможность значительного роста производи тельности труда, снижения потерь, повышения качества продукции и, при этом, уменьшения расхода топлива в 1,5-2 раза. Как следствие, значительно повышается эко номическая эффективность производства плодовых саженцев.
Существующие и применяющиеся в настоящее время в большинстве хозяйств механизированные технологии возделывания плодовых питомников являются много операционными, где на каждую операцию выпускается и приобретается отдельная ма ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
шина. Отсюда крайняя экологическая напряженность технологических процессов, мно гочисленность операций и технических средств, весьма скромные результаты по со кращению затрат труда и росту производства продукции. Значительной трудностью для создания технических средств механизации в питомниках, является отсутствие в стране высококлиренсного энергетического средства с необходимой мощностью двигателя.
Применение высококлиренсных самоходных шасси чайной и табачной модифи кации Т-16ММЧ и Т-16МВТ не дало желаемых результатов, так как мощность двигате лей этих шасси не позволяет их эффективно использовать на основной операции при уходе за питомниками, при междурядной обработке, особенно машинами с фрезерны ми рабочими органами. Использование этих шасси возможно лишь на работах, не тре бующих больших затрат мощности. Кроме того, эти шасси не отвечают современным экологическим, эргономическим и эстетическим требованиям.
Суммируя вышесказанное, можно утверждать, что на современном этапе необ ходимы машины, дешевые, экономичные, производительные, универсальные, рассчи танные на массового потребителя, обеспечивающие запросы ресурсосберегающих тех нологий, соответствующие более высокому классу в сравнении с существующими аг регатами, объединяющие целый ряд технологических операций, отвечающие требованиям энерго-, ресурсосбережения и экологичности, сокращающие потребность тракторного парка и ГСМ.
Примером удачно скомпонованного технологического комплекса для работ в плодовом питомнике, отвечающего выше упомянутым требованиям, служит, разрабо танный во Всероссийском селекционно-технологическом институте садоводства и пи томниководства, специализированный технологический комплекс, состоящий из высо коклиренсного энергетического средства на базе самоходного шасси ВТЗ-30СШ и мон тируемых на него машин для ухода за растениями в плодовом питомнике.
Данный комплекс машин состоит из культиватора пропашного КС-2,7А, культива тора фрезерного КФС-2,7А, опрыскивателя малообъемного ОМ-400В, пневмоагрегата для обрезки АСВ-8В. Техническая характеристика данного комплекса приведена в табл. 2.
Таблица Техническая характеристика комплекса машин для плодового питомника Значение показателей Показатели КС-2,7А КФС-2,7А ОМ-400В АСВ-8В Производительность за час основ 1,1 0,5 до 2,0 0, ного времени, га/ч Рабочая скорость, км/ч работает по до 3,4 2,2 5, зиционно Ширина захвата, м 2,7 2,7 2,7 Число обрабатываемых междуря 3 3 3 дий, шт.
Масса, кг, не более 450 650 350 Количество обслуживающего пер 1 1 1 сонала, чел.
Глубина обработки, см до 15 до 8,5 - - Расход жидкости (раствора), л/га - - 70-400 - Максимальный диаметр срезаемых - - - ветвей, мм ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
Культиватор пропашной КС-2,7А (рис. 1) предназначен для глубокого рыхления почвы междурядий саженцев, уничтожения почвенной корки, удаления сорняков с по мощью рыхлительных лап на жестких стойках, стрельчатых лап, плоскорежущих лап бритв.
Рис.1. Культиватор пропашной КС-2,7А на самоходном шасси ВТЗ-30СШ.
Культиватор фрезерный высококлиренсный КФС-2,7А предназначен для рыхле ния и выравнивания почвы, уничтожения сорняков с заделкой их в поверхностный слой, с целью снижения ветровой и водной эрозии.
Опрыскиватель малообъемный высококлиренсный ОМ-400В предназначен для химической защиты растений в плодовых питомниках от сорняков, вредителей и бо лезней методом малообъемного опрыскивания и может быть использован для поверх ностного внесения жидких минеральных удобрений. Разработан на базе серийного оп рыскивателя ОМ-400-12.
Агрегат для обрезки растений АСВ-8В предназначен для подчистки штамбов подвоев, срезки подвоев семечковых и косточковых культур, вырезки шипов и удале ния дикой поросли в плодовом питомнике, а также обрезки саженцев, обрезки и фор мирования кустов, срезки однолетних побегов на маточнике смородины.
В 2004 году отделом испытаний ФГНУ Росинформагротех были проведены приемочные испытания высококлиренсного энергетического средства с технологиче ским оборудованием для ухода за растениями в плодовых питомниках на опытной станции Центральная, ВСТИСП, предусматривающие агротехническую оценку по КФС-2,7А, ОМ-400В, АСВ-8В.
В процессе определения показателей качества выполнения технологического процесса культиватором КФС-2,7А (рис. 2) было установлено:
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
1. При рабочей скорости 1,8 км/ч средняя глубина хода рабочих органов соста вила 8,7 см.
2. Средняя величина защитной зоны равна 11,2 см, а повреждения растений со ставили 1,0 %.
3. Уничтожение сорняков в зоне обработки равно 89,5%.
Рис. 2. Общий вид культиватора фрезерного КФС-2,7А в агрегате с высококли ренсным энергетическим средством в работе При лабораторных и лабораторно-полевых испытаниях опрыскивателя ОМ-400В (рис. 3) были получены следующие показатели:
1. Фактический расход рабочей жидкости через распыливающие устройства со ставил 0,87 л/мин при давлении 0,1 МПа и 1,65 л/мин при давлении 0,4 МПа.
2. Неравномерность расхода рабочей жидкости между отдельными распылите лями по ширине захвата машины на рабочих давлениях 0,1 и 0,4 МПа равна 3,3 и 2,5% соответственно.
3. Качество обработки листовой поверхности при заданной норме расхода рабо чей жидкости 400 л/га получено удовлетворительным. Густота покрытия листовой по верхности каплями более 150 шт./см составила в первом ряду 70% и 30% от 150 до шт./см. Залитые и необработанные карточки отсутствуют.
Во втором ряду густота покрытия листовой поверхности каплями более шт./см2 составила от 90 до 100%.
4. Средневзвешенный по опыту медианно-массовый диаметр капель по верху листа равен 301 мкм, а по низу листа 247 мкм.
Агротехническая оценка агрегата АСВ-8В (рис. 4) проводилась на обрезке кус тов черной смородины сорта Улыбка (возраст 8 лет).
В результате лабораторно-полевых испытаний установлено, что полнота обрезки растений пневмосекаторами составила 100%. Доступ режущего инструмента в рабочую зону удобен. Пневмосекаторы обеспечивали ровный и гладкий срез, некачественных ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
срезов не было. Максимальный диаметр срезанных ветвей ограничивался диаметром веток кустов смородины и составил 23 мм.
Пневмосекаторы позволяют обрезать ветки большего диаметра по сравнению с обрезкой веток ручными секаторами.
Рис. 3. Общий вид опрыскивателя малообъемного ОМ-400В в агрегате с высоко клиренсным энергетическим средством в работе Рис. 4. Общий вид агрегата для обрезки растений АСВ-8В в агрегате с высоко клиренсным энергетическим средством в работе ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Высококлиренсное энергетическое средство в агрегате с культиватором КФС 2,7А;
опрыскивателем малообъемным ОМ-400В и агрегатом для обрезки растений АСВ-8В качественно выполняет технологический процесс рыхления почвы и уничто жения сорняков;
обработки растений пестицидами и обрезки кустарников.
В конечном итоге, разработанный ресурсосберегающий комплекс имеет мень шую металлоёмкость, снижает расход пестицидов и жидких минеральных удобрений до 5 раз, затраты труда до 20%, улучшает условия труда обслуживающего персонала по сравнению с комплексом на базе самоходного шасси Т-16МВТ, что позволит получить высококачественный посадочный материал.
Основываясь на данных системного анализа по аспектам механизации питомни ководства можно предположить, что в ближайшие годы главными останутся следую щие задачи:
- повышение технического уровня существующих специализированных машин;
- создание и организация производства высококлиренсного трактора кл. 0,9 и 1, с клиренсом не менее 1500 мм;
- централизация конструкторских разработок по перспективным комплексам машин для возделывания питомников, как в разрезе культур, так и объемов и форм производства;
- создание достаточного единого шлейфа машин к высококлиренсным тракторам кл. 0,9 и 1,4;
- организация производства машин на предприятиях в зонах промышленного производства саженцев;
- разработка требований к питомникам, обеспечивающих максимально допусти мое удовлетворение инженерных требований.
Решение этих задач станет залогом тому, что производство саженцев семечко вых, косточковых и ягодниковых культур будет в достаточном объеме обеспечено средствами механизации.
ЛИТЕРАТУРА 1. Куликов И.М., Цымбал А.А. Совершенствование технологических комплексов для механизации питомниководства //Сб. научн. докладов 2-ой международной научно практической конференции Научно-технический прогресс в садоводстве, часть 1, - М, 2003.
2. Бычков В.В. Перспективы механизации трудоемких процессов в питомнико водстве //Сб. научных работ Плодоводство и ягодоводство России, том IX, - М, 2002.
3. Кашин В.И. Научное обеспечение питомниководства России //Материалы ме ждународной научно-практической конференции Промышленное производство оздо ровленного посадочного материала плодовых, ягодных и цветочно-декоративных куль тур, - М, 2001.
Получено 25.05.2005.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
I.M.Kulikov, DSc (Econ), Corresponding Member of RAAS, V.V.Bychkov, DSc (Eng), G.I. Kadykalo, Cand.Sc (Eng) All-Russia Plant-Breeding and Technological Research Institute of Horticulture and Fruit Crop Nurseries, Moscow, Russia RESOURCE-SAVING MACHINERY FOR FRUIT-CROP NURSERIES Summary Successful revival of horticulture, its higher efficiency and market sustainability is closely connected with the increase in fruit crop nursery activity. To implement the Program of Horticulture Revival by the year 2020 a set of up-to-date machinery and equipment for mechanized handling of plants in fruit crop nurseries is to be designed and applied that would provide high performance, lower environmental loads, pesticide rates, fuel and materials con sumption along with increased product quality and better working environment for the staff.
The machine-based techniques currently in use in fruit crop nurseries are include nu merous steps, with the each being performed by a special machine. Hence heavy environ mental loads, excess of operations and machines, and only limited success in labour input re duction and increase in production.
The institute has designed a special set of machinery for plant handling, which is based on a high-clearance carrier (power unit) with the mounted hoe, rotary cultivator, small volume sprayer, and pneumatic cutting unit.
In 2004 the offered machinery set passed acceptance tests on the experimental farm УCentralФ of the institute, where 20% lower labour inputs and 5-fold lower pesticide and liq uid mineral fertilizer consumption was demonstrated.
И.Г. Смирнов, канд. с-х. наук Россельхозакадемия, Москва ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ФОРМИРОВАНИЯ АДАПТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЯГОДНЫХ КУЛЬТУР Развитие отечественного садоводства и повышение конкурентоспособности его продукции, прежде всего на внутреннем рынке, возможно лишь на основе введения в хозяйственный оборот высоких технологий, адаптированных к ландшафтно климатическим условиям местности и технико-экономическому уровню развития кон кретных садоводческих хозяйств.
На современном этапе развития знаний и информационных технологий доста точно широкое распространение получают системы автоматизированного проектиро вания технологий возделывания сельскохозяйственных культур и поддержки принятия решений при их реализации. При создании подобных систем основными критериями проектирования агротехнологий являются экономические факторы: получение макси мальной прибыли при снижении удельных затрат ресурсов.
В то же время стабильное эффективное развитие сельскохозяйственного произ водства, полная реализация биологического потенциала растений и почв невозможны без учета экологических факторов и экологического нормирования, т.е. без нормирова ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
ния антропогенного воздействия на экосистему в пределах её экологической емкости, не приводящего к нарушению механизмов саморегуляции.
При проектировании агротехнологий и их корректировке в зависимости от из менения природных факторов необходимо стремиться к тому, чтобы неизбежное ан тропогенное воздействие на природу, в первую очередь, воздействие на организмы че рез изменение человеком среды их обитания и естественных ландшафтов, не носило характер антропогенного загрязнения и не являлось лимитирующим фактором жизне деятельности организмов и экосистем.
Система формирования и оперативного управления адаптивными агротехноло гиями возделывания ягодных культур (черной смородины в частности) с использовани ем современных инфокоммуникационных технологий и средств управления базами данных разрабатывается во Всероссийском селекционно-технологическом институте садоводства и питомниководства (ГНУ ВСТИСП) г. Москва. Апробацию и эксплуата цию системы автоматизированного формирования и управления агротехнологиями возделывания черной смородины планируется проводить в СПК "Одоевское" Тульской области, специалисты которого принимают активное участие в разработке системы.
В качестве основных требований к системе проектирования и гибкого управле ния технологиями выдвигаются следующие:
- возможность постоянного наращивания и уточнения базы данных по приме няемым технологическим операциям и техническим средствам, включая новейшие на учные разработки;
- доступность для пользователя системы (сельхозтоваропроизводителя) исполь зуемых средств управления технологическими процессами;
- возможность эффективного использования в различных финансово-правовых формах организации производства;
- применение элементов автоматизированного контроля и централизованного управления техническими средствами, привлекаемыми в технологию;
- оперативное качественное и количественное масштабирование при изменении уровня интенсификации производства (технико-экономических условий);
- доступ к изменению и уточнению технологических операций на любом этапе реализации технологии в зависимости от реально складывающегося производственного положения в СПК;
- возможность получения информации о величине предполагаемых результатов по мере ввода текущих данных о структуре и полноте реализации операций;
- возможность нивелирования негативного влияния абиотических факторов сре ды (природно-климатических условий);
- учет влияния местных ландшафтно-климатических условий при проектирова нии агротехнологии.
Применение системы формирования и управления агротехнологиями позволяет оптимизировать набор технологических операций и технических средств, наиболее полно реализовать биологический потенциал растений, свести к минимуму возможные непредвиденные риски, просчитать экономическую и технологическую эффективность выбранного варианта реализации агротехнологии с учетом максимального количества факторов на любом из этапов выполнения.
Использование современных средств управления данными дает возможность гибко и оперативно реагировать на изменение экологических факторов среды путем изменения набора и состава технологических операций.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
Для нивелирования негативного влияния природно-климатических факторов (весенних заморозков, недостатка влаги и температуры в важные биологические перио ды роста), предотвращения развития сорняков и вредителей система позволяет коррек тировать набор технологических операций: своевременное проведение весеннего рых ления и внесения удобрений, противозаморозковые, вегетационные и влагозарядковые поливы, увеличение числа обработок почвы и сокращение сроков уборки урожая.
Для рационального распределения финансово-технических возможностей хозяй ства система рассчитывает предполагаемую урожайность ягодной культуры в зависи мости от абиотических экологических факторов (влажность воздуха в определяющие периоды развития растения - образование завязей, окончание цветения).
Вышеописанные принципы формирования и управления обеспечивают стабиль ный и достаточный уровень выходных показателей агротехнологии вне зависимости от влияния внешних факторов.
Реализация современных интенсивных агротехнологий производства плодово ягодной продукции, созданных с учетом ландшафтно-климатических и технико экономических возможностей конкретного хозяйства, позволит повысить производи тельность труда, сократить затраты материальных и энергоресурсов, реализовать био логический потенциал ягодной культуры и, в конечном счете, обеспечить стабильное получение прибыли.
Система формирования и оперативного управления адаптивными агротехноло гиями возделывания ягодных культур, в основу которой, помимо технико экономических, закладываются и экологические критерии, обеспечивает сохранение и увеличение уровня естественной продуктивности культуры, тем самым, создавая осно вы стабильного высокодоходного сельскохозяйственного производства.
ЛИТЕРАТУРА 1. Смирнов И.Г., Хорошилов В.Н., Цымбал А.А., Методологические принципы разработки гибкой технологии выращивания черной смородины. / Избранные труды научного семинара. КБГСХА.- Нальчик. -2004.- с 40- 2. Свентицкий И.И. Принципы обоснования экологичных аграрных технологий и техники. Экология и сельскохозяйственная техника Материалы 3-й научно практической конференции - СПб.- Павловск: СЗНИИМЭСХ, 2002. - т. 3.
3. Артюшин А.А., Антышев Н.М. и др. Основные направления технологическо го обеспечения растениеводства. Совершенствование методологии и нормативно правовых основ механизации сельского хозяйства. / Научные труды ВИМ, т.140.-М.:
ВИМ, 2002.- с.23- Получено 25.05.2005.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
I.G.Smirnov, Cand. Sc. (Eng), Russian Academy of Agricultural Sciences, Moscow, Russia ENVIRONMENTAL CRITERIA FOR DESIGNING ADAPTIVE TECHNIQUES FOR SMALL-FRUIT CROP GROWING Summary The further development of Russian horticulture and competitiveness of its products is closely linked with the practical introduction of high technologies, which are adapted to the landscape and climate conditions of the area and technical and economic level of particular horticultural farms, and also take into account environmental factors.
The automated system of designing and day-to-day management of adaptive farming practices of growing small-fruit crops, black currents in particular, with the use of up-to-date information and communication technologies and database management means is being pres ently developed at All-Russia Plant-Breeding and Technological Research Institute of Horti culture and Fruit Crop Nurseries, Moscow. This system will define the optimal set of techno logical operations, machines and equipment;
realize the biological potential of plants to the fullest extent;
minimize the possible risks;
calculate economic and technical efficiency of the chosen option with the due account for the maximum factors on each step.
Ю.В.Лукинский, канд. техн. наук Вологодская государственная молочно-хозяйственная академия им. Верещагина (ВГМХА), Вологда ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ УБОРКИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В СЕВЕРО-ЗАПАДНОМ РЕГИОНЕ РОССИИ Экологическая сбалансированность сельскохозяйственного производства, в на стоящее время еще не достигнутая в АПК, выдвигает весьма жесткие требования к аг роинженерной сфере. Дифференцированное использование агроэкологического потен циала: почвы, растений, рельефа, климата возможно за счет применения гибких техно логий производства продукции, максимально адаптированных к агроландшафтам;
внедрения техники и рабочих органов, отвечающих конкретным почвенно - климати ческим особенностям зоны с учетом мелкоконтурности полей и площадей с пересе ченным рельефом. Суть адаптивной технологии состоит в том, что она содержит в себе предпочтительную для данных условий совокупность научно обоснованных техноло гических приемов и технических средств. В основе адаптивной технологии уборки зер новых в Северо-Западном регионе лежат принципы многовариантности, системности и экономичности. Совместное действие агротехнических, метеорологических, почвенных факторов и биологических особенностей культуры определяет на каждом поле случай ный характер изменения показателей стеблестоя. Для качественной и количественной оценки колебательных процессов, возникающих в молотилке комбайна в условиях ре альной эксплуатации нами определены характеристики стеблестоя районированной в Вологодской области озимой ржи Чулпан. Загрузка рабочих органов комбайна опре ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
деляется подачей растительной массы, поэтому особый интерес представляет изме нение урожайности растительной массы по длине убираемого участка, колебанием ко торой обусловлена неравномерность подачи. Так как формирование растений проис ходит под влиянием большого числа независимых или мало зависимых между собой факторов, то статистические распределения характеристик стеблестоя оказались близ кими к нормальному распределению. В таблице 1 приведены средние значения, сред неквадратические отклонения, а также коэффициентные вариации анализируемых по казателей хлебостоя.
Таблица Характеристики стеблестоя Среднее Среднеквадратическое Коэффициент Показатели значение отклонение вариации Урожайность растительной 119,2 25,4 21, массы, ц/га Урожайность зерна, ц/га 27,4 5,5 20, Содержание зерна, % 23,0 4,6 20, Влажность стеблей, % 50,5 3,5 7, Влажность зерна, % 24,2 1,6 6, Установлено, что изменение урожайности по длине гона является стационарным случайным процессом, представляющим собой незатухающие колебания с непрерыв ным спектром частот и случайными амплитудами. На среднее значение урожайности растительной массы накладываются синусоиды с длиной волны от 40 до 125 метров с преобладанием волн длиной около 60 метров. Причем, по условию трех сигм ампли тудный диапазон колебаний составляет 119,2 76,2 ц/га. Такие воздействия получает комбайн при скорости движения 1 м/с. С увеличением скорости частота изменения за грузки возрастает. При среднем значении 119,2 ц/га коэффициент вариации составил 21,4%, т. е. урожайность растительной массы озимой ржи на отдельных участках поля отличается в четыре раза. Ведущим началом в процессе обмолота поступающего в мо лотилку потока растений является скоростной режим молотильного барабана. Сопос тавление спектра колебаний частоты вращения барабана со спектром урожайности рас тительной массы даёт основание утверждать, что наряду с частотами колебаний уро жайности в спектре колебаний барабана присутствуют и более высокие частоты, обусловленные порционностью подачи, вносимой транспортирующими органами жат ки при перемещении растительной массы от ножа к барабану. Исследованиями уста новлено, что лучший вымолот и меньшее травмирование зерна получается, когда коле бания частоты вращения не резкие, а достаточно плавные с амплитудой в пределах 2 Е 3% от средних значений.
Освоение высокоинтенсивных адаптивных технологий производства зерна в Се веро-Западном регионе предполагает использование зерноуборочных комбайнов по вышенной проходимости с пониженной удельной нагрузкой на почву. Схема размеще ния колес, размеры и форма шин, конструкция протектора, давление воздуха в шинах выбираются из условия минимума уплотняющего воздействия на почву и обеспечения оптимальных энергетических затрат на передвижение машины. При выборе параметров колесного хода безусловно предполагается, но практически не учитывается то обстоя тельство, что колебания, возникающие при движения комбайна по неровному полю, оказывают отрицательное воздействие на технологический процесс. На восприимчи ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
вость к внешним возмущениям и взаимосвязь колебаний переднего и заднего мостов влияет компоновка комбайна - распределение масс, воздействующих на упругие эле менты ходовой части - пневматические шины. Например, эксплуатационная масса ком байна Дон-1500 составляет 13,4 тонны, причем две трети нагрузки приходится на пе редний мост. Если учесть, что высота грунтозацепов на шинах передних колес 70 мм (коэффициент насыщенности рисунка протектора составляет 0,22), а нагрузка на почву передается лишь через них, это может отрицательно сказаться на микроструктуре поч вы и ее плодородии. Данный вопрос требует дополнительных исследований.
Статические нагрузки на мосты комбайна зависят от степени заполнения бунке ра и копнителя, комплектации агрегата жаткой или подборщиком (таблица 2).
Таблица Статические нагрузки на мосты комбайна Дон-1500 Нагрузки на мосты, кН Навеска Бункер Копнитель ведущих управляемых колес колес Подборщик пустой пустой 48,0 16, Подборщик полный полный 56,9 29, Жатка пустой пустой 58,0 13, Жатка полный полный 67,0 25, Следует отметить, что в условиях эксплуатации при движении комбайна по не ровному полю нагрузки на осях колес претерпевают существенные изменения. Иссле дованиями установлено, что для нормального протекания технологического процесса жесткость шин должна быть такой, чтобы прогибы передних и задних колес были оди наковы. В этом случае остов комбайна будет колебаться горизонтально, без галопиро вания. На деле же центр масс комбайна в процессе работы смещается по мере заполне ния и опорожнения емкостей бункера и копнителя, и частоты колебаний мостов меня ются в значительных пределах. Поэтому рекомендуемые заводом-изготовителем давления в шинах ведущих колес -171 кПа и в шинах управляемых колес - 147 кПа не могут обеспечить весь спектр изменения нагрузок, и шины в процессе эксплуатации постоянно или перегружены, или недогружены. Это оказывает отрицательное воздей ствие на протекание технологического процесса и увеличивает энергозатраты на пере мещение комбайна по полю. Оптимизация работы колес с пневматическими шинами осуществима лишь путем воздействия на деформационные свойства шин. Гарантиро ванное использование деформируемости шин в различных условиях работы должна обеспечивается путем оснащения комбайна системой автоматического регулирования давления воздуха, которая бы позволяла существенно улучшить показатели взаимодей ствия колеса с почвой. При этом на 20% уменьшается глубина следа.
Изменение урожайности растительной массы убираемой культуры, неровности рельефа поля, колебания массы комбайна из-за изменений в процессе уборки массы зерна в бункере и соломы в копнителе могут приводить к существенным изменениям кинематического режима рабочих органов и механизмов зерноуборочного комбайна, что отрицательно повлияет на производительность и качество его работы. Для стаби лизации кинематического режима желательно воспользоваться механизмом привода рабочих органов по типу разработанного учеными нашей академии (ВГМХА).
Сохранению и приумножению плодородия почвы способствует рациональное использование соломы. В складывающихся условиях снижения почвенного плодородия ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
для пополнения почвы свежим органическим веществом целесообразно не менее 70Е75% незерновой части урожая (НЧУ) зерновых колосовых культур использовать для заделки в почву. Внесение измельченной НЧУ зерновых культур должно сопрово ждаться дополнительным внесением азотного удобрения на поверхность измельченной соломы из расчета 10 кг действующего вещества на 1 тонну НЧУ. Известно, что 1 т измельченной соломы в сочетании с азотными удобрениями эквивалентна 3Е3,5 т ка чественного навоза. Это обеспечит сохранение гумуса в почве, а при фоновом приме нении минеральных удобрений N120Р60К40 под сельскохозяйственные культуры и его ежегодный прирост в количестве 0,016%. Благоприятных результатов можно ожидать также при сочетании удобрения соломой с навозной жижей. Расчеты показывают, что использование измельченной незерновой части урожая зерновых культур в качестве органического удобрения даёт более высокий экономический эффект, чем использова ние её на кормовые цели в животноводстве. Предложение разбрасывать солому по по лю соответствует реально сложившимся условиям. Поля готовы для обработки под урожай следующего года. В результате оставления соломы прямо на поле объем меха низированных работ уменьшается, что положительно влияет на энергетический КПД данной технологии и комплекса машин.
Надеюсь, что полученные нами результаты изучения проблем агроландшафтно го земледелия как подсистемы внешней среды в производстве зерна создают условия для более полной формулировки исходных требований к средствам механизации с ши рокими адаптационными свойствами, которые предусмотрены утвержденной РАСХН Стратегией машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйст венной продукции России на период до 2010 года.
Получено 25.05.2005.
Yu.V.Lukinskij, Cand. Sc. (Eng), Vologda State Dairy Academy, Vologda, Russia ENVIRONMENTAL CRITERIA FOR ESTIMATION OF GRAIN HARVESTING TECHNIQUES AND MACHINERY IN THE NORTH-WEST OF RUSSIA Summary The paper presents some ideas on designing the grain growing techniques and ma chines, which would be best adapted to climatic, landscape, and economic conditions of the North-West of Russia. For the qualitative and quantitative estimation of grain harvesting methods and machinery the characteristics of winter rye stands of adapted variety УChulpanФ, and yield variations along the combine harvester run were defined. The combine harvester design is considered from the standpoint of trafficobility, soil surface load and target grain quality. The techniques of soil application of straw after the grain harvesting that would pro mote the soil fertility, are considered.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Jinag Yi-yuan7;
Zhang Hui-you;
Xu Jia-mei;
Tu Chen-hai;
Luo Peizhen Jiang En-chen;
Wang Jing-wu;
Na Ming-jung;
Han Bao PROGRESS IN STRIPPER HARVESTER DEVELOPMENT AND A NEW COMBINE STRIPPER HARVESTER FOR SIMULTANEOUS GRAIN AND STRAW HARVESTING ABSTRACT In this paper briefly reviewed the recent progress in stripper harvester development since the emerge of stripper header invented by AFRC UK. Many attempts were made in many countries like U.S.A., Russia, China and etc. aiming at expanding its function of cutting and windrowing the straw immediately after stripping and furthering the reduction of free grain loss.
The second part of the paper is the introduction of a new developed pneumatically conveying combine harvester with cutting and windrowing the straw at the same operation of stripping the grain.
INTRODUCTION Since the emerge of stripper header (SH) invented by AFRC UK in mid 1980Тs there has been a lot of attempts made focusing mainly on enhancing its adaptability to abnormal crop conditions or on developing a purposely-built stripper combine.
The threshing, separating and cleaning mechanisms in the conventional combine to which the SH is mounted usually in no way match well the header in their performance and outputs. Therefore a trailed harvester based on a stripping rotor was developed by Hobson (1988) towards compacting the machine with a pre-separator, a conventional threshing drum and a rotary separator. Field trial results justified its compactness, its performance and high efficiency of harvesting wheat and barley but a high content of chaff in grain was resulted due to the lack of a cleaning system. In front of stripping rotor in a modified SH developed by Sa banov (1985) ВИСХОМ (1985) was put an additional rotor revolving in the opposite direc tion for improving the lodged crop harvesting, at the same time a cutter-bar for cutting the straw was positioned straight behind the SH. But the cut straw was not windrowed and was trodden by the machineТs wheels. An attempt was made by Neale (1991) towards fitting a hy draulically powered cutter-bar behind the SH. The straw was fed onto two draper belts and swathed into a single windrow suitable for a baler to deal with. The performance of that de vice was unsatisfactory according to the author. The preliminary use of the stripping harvest ing technology in China showed that in most cases the stripped straw should be harvested at the same operation of stripping the grain. Because the straw trodden by the harvester and the grain transshipper in the field could not be fully harvested, leading to hindering the field op eration for the successor crop in the multi-crop areas. As to harvesting the straw immediately after stripping, some early attempts were made in China by simply fitting the commercially available side-delivery reaper (windrower) straight behind the SH. The machine turned out to be extremely long, weakening the machineТs stability, and whatТs more the transverse convey The author is: JANG YIYUAN, Academician, Chinese academy of Engineering,Professor of North east Agricultural University, Harbin,150030,P.R.China, Email : yyjiang @ neau.edu.cn The co-authors are professors, associated professors and senior engineers respectively of Northeast Ag ricultural University, P.R.China ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
ing of the standing straw often causes the clogging, resulting in limiting the machineТs swathe and speed.
1. OBJECTIVE OF RESEARCH The objective of research reported in this paper is to develop a new combine harvester for rice (secondly for wheat) with cutting and windrowing the straw immediately after strip ping.
A pneumatic conveying system is introduced into the patented design of the new ma chine so that the auger and intermediate conveying means like the belt or roller or shaker etc.
as in SH of UK can be omitted. Consequently, a spacious room for the cutter-bar and wind rower is obtained. At the same time the free grain loss might be reduced by virtue of the air suction at the entrance of stripping rotor which may be enhanced by the air flow produced from the pneumatic system A new rethresh-cleaning system was developed specialized for stripper harvesting, characterized with much less MOG in the threshed material than that in conventional combine harvester in which the existing straw walker and threshing apparatus are evidently not being fully functioned and made do for temporary use.
2. COMBINE DESCRIPTION Fig.1 is a schematic arrangement of that new developed combine stripper harvester "4ZTL-l800".It shows the grain and chaff are stripped at the entrance of stripping rotor(l) un der the hood(2) are sucked and conveyed through conduit(5), the raking booster for enhancing trash conveying(7),upper conduit(8) into the depositing chamber(26) and down to the dis charge rotor(l2), while air flow along with debris goes through fan(36) to the atmosphere. The mixture of grain and chaff are then conveyed to axial flow rethresh-cleaning system in which the broken straw moves axially and to be expelled outside of machine. The light chaff Fig..l Schematic arrangement of rice (wheat) combine stripper harvester "4ZTL-l800" l.stripping rotor 2.hood 3. teeth on rotor 4.stagger positioned teeth on conduit bottom 5.conduit 6.7.tines and drum of raking booster 8.9.conduit l0.exit for recycling 1 l.blade 12.discharge rotor 13.cross flow fan 14.cylinder 15.concave l6.horizontal auger l7.vertical au ger l8.auger case l9.shutter 20.container 2l.discharge b1ade 22.sheave 23.ball bearing 24.blade on ring distributor 25.conic reflector 26.depositing chamber 27.belt conveyer 28.cylindrical sieve 29.intermediate cylinder 30.outer cylinder 3l. pushing rod 32.crank shaft roller 33.knife 34.guard with upward point 35.rod of revolving rake 36.fan 37.detachable axial flow rethresher 38.suspension spring falling down with the grain from concave is win ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
nowed by a transverse air flow produced by cross flow fan (l3). The preliminarily cleaned grain is then transferred from the horizontal auger (l6) to the vertical one (l7) and the vertical posi tioned cylindrical sieve cleaning system. Finally the cleaned grain flows through the outlet of container (20) into the sack.
3. INNOVATIVE POINTS The bottom of conduit is positioned tangentially to the rotor's drum for enhancing air flow speed in conduit.
The staggeredly positioned teeth (4) with the teeth on rotor are fixed on the front edge of the conduit's bottom. That aims to intercept and recover the moving grain in the space between the teeth, (their trajectories denoted by 2, 3, 4 are shown in Fig. 2) which, otherwise, will be brought outside the machine by the annular air flow in the space. As to the grain mov ing in frontage of rotor's teeth like its trajectory l in Fig. 2, which shows grain doesn't rebound from fixed teeth, will be co11ected into the recovery chamber in which grain is conveyed to conduit through the auger and impeller-blower.
The effectiveness of foregoing two designs is justified both by the high-speed cinema tography with frequency of 1500-3000 frame per second as shown in Fig. 2 and by the field trials, particularly as harvesting in earlier stage.
Fig. 2 The moving grains in space between teeth are intercepted by fixed teeth and rebound up. Their trajectories are recorded by high speed cinematography The floating cutter-bar shown in Fig l, sliding on ground contouring terrain longitu dinally and lateral1y is set closely behind the stripping rotor so that as the top part of the plant just leaves the stripping rotor the straw comes to be cut. The knife assembly is driven by ver tical crankshaft (32) on which is fixed the revolving rod (35) for raking the cut straw at front of the crawler to the center of machine forming a windrow between crawlers. The revolving rod in front of the other side crawler rotates counter wise to the previous one. The suspension spring (38) facilitates the floatation of cutter-bar. The cut straw on the central portion of the swath moves over the cutter-bar by means of its inertia and the stiffness of the foregoing un cut straw.
In case of harvesting the wet crop at the earlier stage, the inertia and stiffness is inade quate to push straw over the cutter-bar, then an eccentric raking mechanism developed by au thor as shown in Fig.3, is insta1led on the centra1 portion of the swath as an optional device.
That organ ensures the dependability of straw windrowing.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
Fig.3 The floating cutter bar and windrowing mechanism with an eccentric mecha nism for the wet crops A vertical positioned, cylindrical sieve cleaning system was developed specialized for stripping harvesting,which is characterized by much less MOG in threshed materials. Its construction and technology as follows: The rethreshed materials through the horizontal auger enter the vertical one (17). The unthoroughly threshed ears undergo a further threshing in the clearance between the auger flight and its case (18) in the course of elevation. The upper half of the case is a perforated cylindrical sieve (28). By virtue of the centrifugal force the grain and the debris along pass through the sieve ho1e effectively and then drop down through the annular channel confined by the cylindrical sieve and intermediate cylinder (29) onto the ring distributor,the blades(24)of which throw the mass horizontally,forming a very thin layer and strike against the conic reflector(25)at the bottom end of the outer cylinder (30). The upward air flow in outer annular channel (30) produced by the fan (36) penetrates that thin layer of mass, bringing debris through the fan (36) to atmosphere. The reflector imparts the grain a higher rebounding vertical down ward speed, providing good potential to increase the upward speed of air flow for raising the cleaning efficiency.The grain and unthreshed ear, if there is, among the chaff at the upper end of the vertical auger are discharged by the blade (11) into the exit (10) and through the cross tube into the depositing chamber for recycling in the system.The grain deposits in container (20) and is discharged by blade (2l) attached on lower half of the sheave (22) running on 3 ball bearings (23). The grain flows through the outlet of con tainer into the sack. On upper half of the sheave are fixed the blades (24), which constitute a ring distributor.
4. MACHINEТS PERFORMANCE AND FEATURES As the rice being harvested, its moisture content, grainТs readiness to be shelled or broken, consequently, and machineТs harvesting performance are all disparate between before and after hoar frost occurrences therefore the field trials were arranged on foregoing two peri ods respectively. Its results are shown in Table l, for harvesting wheat in Table 2. The data of Shelbone SH model УRX-24Ф tested in the identical province and with similar conditions are offered by its dealer in china and cited aside for reference.
In the course of 4-year fie1d testing in production conditions the prototype of full size harvested 40 hm2 of rice and less amount of wheat.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Table Field Trial Results* of Stripper Combine HarvesterУ4ZTL-1800Ф in harvesting Rice After hoar Period of trial Before hoar frost frost Sept. 23, Sept. 26, Sept. 26, Date Oct. 5, 1996 1996 Height of panicles from 67.9 78 74 ground (cm) Range of panicle height 26.2 34 42 31. variation (cm) Moisture content of Grain, 15.7;
52.2 26.5;
70.2 25.4;
66.6 22.2;
67. MOG (%) Crop yield (Kg /hm2) 8300 6688 7240 Thousand grain weight 26.1 28.3 27.5 28. (g) Ground speed of machine 1.17 1.28 0.70 1.33 0.73 1.43 1.18 1. (m/s) Swath (m) 1.80 1.80 1.80 1. Stubble height (cm) 6.14 7.71 5.10 5.40 - 7.9 5. Total grain loss (%) 0.78 1.09 2.25 2.56 1.78 3.06 1.43 1. Free grain (Kg /hm2) 23.5 34.2 19.8 19.1 50 49.5 48.3 34. (%) 0.28 0.41 0.30 0.29 0.69 0.68 0.42 0. Unthreshed grain (%) 0.08 0.20 0.07 0.16 0.36 0.35 0.41 0. Separation loss (%) 0.40 0.47 1.67 2.05 0.68 1.98 0.60 0. Shoe loss (%) 0.01 0 0.21 0.06 0.05 0.05 0 Hulled & broken grain 0.94 0.37 0.47 0.66 0.52 2.0** (%) Cleanliness of grain (%) 96.6 99.12 98.82 99.04 99.26 98.6 99. Theoretical output 0.76 0.83 0.45 0.86 0.48 0.93 0.76 0. (hm2/h) *Field trial and measurement performed by the state-authorized Agricultural Machin ery Testing and Evaluation Station affiliated to Heilongjiang General Bureau of Reclamation (Report No. S95XJ-27, S96KJ-9, S98KJ-25).
**Higher percentage of hulled & broken grain is caused by Уextraordinary smaller clearance in the grain auger due to improper assemble workФ.(see report S98KJ-25) The data in Table l acquired from early harvesting on Sept. 26, l996 showed that as ground speed of machine raised to l.33--1.43 m/s the separation loss reached an unacceptable highЧ2.05Ч1.98%,due to the wet straw and leaves impeding grain being separated signifi cantly.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
Table 2.
Field Trail Results of 4ZTL-1800 in Harvesting wheat RX24 Schelbone-Haima strip Machine 4ZTL-1800* per-header** Heilongjiang province Yi- Heilongjiang province Nen-jiang Place lan county county Date July 14,1998 Aug. 4, Height of panicles from 103 87~ ground (cm) Range of panicle height 47.3 No report variation (cm) Crop yield (Kg /hm2) 4197 4050~ Moisture content (%) of 21.9;
44.5 21~36 ;
25~ Grain, MOG Thousand grain weight 36.6 No report (g) Ground speed of machine 0.83 1.3 1.55 0.78 1.85 1. (m/s) Swath (m) 1.80 2. Stubble height (cm) 10.2 8.0 8.3 No report Total grain loss (%) 1.86 1.83 1.67 2.56 2.85 3. Free grain (Kg /hm2) 54.4 52.0 50.5 86.7 93 113* (%) 1.29 1.24 1.20 1.97 2.28 2. Unthreshed grain (%) 0.26 0.42 0.17 0 0 Separation loss (%) 0.07 0.04 0.03 Ч Shoe loss (%) 0.24 0.13 0.27 0.59 0.57 0. Broken grain (%) 0 0.2 0.2 0.36 0.36 0. Cleanliness of grain (%) 98.7 98.5 98.7 99.41 99.41 99. Theoretical output 0.54 0.84 1.01 0.67 1.60 1. (hm2/h) *Field trial and measurement performed by the state-authorized УAgricultural Machin ery Testing and Evaluation StationФ affiliated to Heilongjiang General Bureau of Reclama tion (Report No.S98KJ-19).
**Results provided by dealer of RX-24 in China.
A new small detachable axial-flow rethresher (37) was developed in this connection. It is positioned in series with major rethresher (l4). Its auger type drum is of small diameter, of higher peripheral speed and imparting the grain higher centrifugal force for enhancing the separation. The separated materials through the concave are conducted to the horizontal au ger. The results is the separation loss reduced to 0.73% at ground speed of l.39 m/s. and while the total grain loss reduced to l.54%. The machineТs performance shown in Tables has fol lowing features:
Free grain loss as machine working in tables shown crop conditions is lower despite working at higher or lower ground speed and at high yie1d rice up to l l,466 Kg/hm 2. This should be attributed to the introduction of pneumatic conveying system, staggered positioned fixed teeth, the raised bottom of conduit tangential to the drum of stripping rotor, and the re covery chamber.
Machine reaches higher ground speed 1.39-1.43 m/s for rice (1.6 m/s in 2004) and 1.55 m/s for wheat.
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.
Shoe loss (here refers to grain loss from two fans) is much less than that in the ordi nary flat sieve-blast cleaning system by virtue of the cylindrical sieve in which there isnТt any grain loss slipped from sieve surface to the ground like the ordinary does.
Floating cutter-bar with revolving rods and eccentric raking mechanism ensures lower stubble cutting of inclined straw just leaving from the stripping rotor at higher ground speed and higher straw moisture content.
Center-delivered windrowing provides machine the freedom to select any suitable route such as making a detour around the over wetted spot to prevent machine from bogging down in comparison with side-delivered one.
Detachable adjunct rethresher substantially reduces the separation loss in harvesting wet,high yield rice (table 1, Sept. 26,1998),thus it magnifies machineТs function in terms of adapting it to wider range of crop conditions.In Northeast China and the like most of the rice is harvested in dry crop condition the major rethresher is adequate to deal with, then the ad junct one may be detached.
Field trials revealed vertical cylindrical sieve with the auger inside had some advan tages over the flat sieve:
# Higher capacity or flow rate per unit area of sieve surface than that of flat one owing to subjecting the grain to a radial acceleration which is much greater than gravity one.
# Rotating auger inside the cylinder cleans the sieve surface and gets the rid of clog ging with trash.
# Machine saves the tailingТs auger and elevator thanks to the cylindrical sieve system, which is capable to raise and feed tailings back to depositing chamber doing an endless recy cling till all the grain is sieved out.
# Cylindrical sieveТs inclination doesnТt harm its performance like the flat sieve does, because the slope of terrain has no effect on the evenness of materialsТ distribution on the sieve surface.
# No vibration produced by reciprocating motion like the flat sieve possesses in con ventional combine.
# Materials move over the cylindrical sieve more uniformly than on the flat sieve do, thus the distributor isnТt needed.
MachineТs deficiencies are:
# Pneumatic conveying system causes energy-consuming and noise somewhat in creased.
# In harvesting heavily lodged and sparsely populated crops the free grain loss is higher than desired.
5. CONCLUSION Four-year field-testing in production conditions of the full size prototype showed the objectives of study have been obtained.The machine harvested the rice before and after the hoar frost occurrence in listed in table conditions in principle well.That is the free grain loss is reduced owing to the air suction;
cutting and windrowing the straw is accomplished imme diately after the stripping ;
the machine is capable to work with comparatively higher ground speed ;
vertical cylindrical cleaning system justified itself with higher capacity, higher cleanli ness and simpler construction. The further improvements should be focused on the listed defi ciencies.
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.
REFERENCES 1. Klinner W E, A New stripper Header for Combine Harvesters, Agricultural Engi neer, Spring, 1987, 9 14.
2. Reporter, Stripper needs a home, Power Farming, Vol.72 No.6 Sept.1991.
3. Covliagin F W, et.al. Harvesting the grain crop by means of stripping, Mechani zation and electrification of Agriculture, 1991. No.8 (in Russian) 4. Hobson R.N, Performance of an experimental 2 m wide trailed stripper harvester, Annual Report of Crop Division, AFRC Institute of Engineering Research, Silsoe, UK.
Jinag Yi-yuan, Zhang Hui-you, Xu Jia-mei, Tu Chen-hai, Luo Peizhen, Jiang En-chen, Wang Jing-wu, Na Ming-jung, Han Bao ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ УБОРОЧНОЙ МАШИНЫ ОЧЕСЫВАЮЩЕГО ТИПА И НОВЫЙ УБОРОЧНЫЙ КОМБАЙН, ФОРМИРУЮЩИЙ ВАЛКИ СОЛОМЫ СРАЗУ ПОСЛЕ ОЧЕСА Резюме С момента появления очесывающего хедера, разработанного Научно исследовательским Советом по сельскому хозяйству и пищевой промышленности (Ве ликобритания) (Agricultural and Food Research Council (United Kingdom) в середине 1980 годов, было предпринято множество попыток, направленных, в основном, на его адаптацию к аномальным условиям уборки или на разработку комбайна очесывающего типа целевого назначения.
Pages: | 1 | ... | 2 | 3 | 4 | 5 | Книги, научные публикации