АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОЖНИВНЫХ ОСТАТКОВ КУКУРУЗЫ

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОЖНИВНЫХ ОСТАТКОВ КУКУРУЗЫ

Обзорная статья

Бойков В.М.¹, Старцев С.В.^2, *, Павлов А.В.³, Нестеров Е.С.⁴

^{1, 2, 3, 4} Саратовский госагроуниверситет им. Н.И. Вавилова, Саратов, Россия

* Корреспондирующий автор (kingofscience[at]yandex.ru)

Аннотация

За последние 20 лет площади возделывания кукурузы выросли на 290%. Производство кукурузы на зерно связано с образованием большого количества биологической массы, которая после уборки урожая остаётся в поле в виде надземной сухой массы растения и подземной мощной корневой системы. Количество растительных остатков на гектаре после уборки кукурузы на зерно достигает 10-15 тонн. Для подготовки такого поля к дальнейшей эксплуатации необходимо подготовить пожнивные остатки кукурузы к процессу деструкции. Рассмотрены технические средства механической обработки пожнивно-корневых остатков кукурузы отечественного и импортного производства с анализом конструктивных особенностей рабочих органов.

Ключевые слова: кукуруза, стерня, измельчитель, барабан, нож.

AN ANALYSIS OF TECHNICAL MEANS FOR GRINDING CORN CROP RESIDUE

Review article

Boykov V.M.¹, Startsev S.V.^2, *, Pavlov A.V.³, Nesterov E.S.⁴

^{1, 2, 3, 4} Saratov State Agrarian University, Saratov, Russia

* Corresponding author (kingofscience[at]yandex.ru)

Abstract

Over the past 20 years, the area of corn cultivation has grown by 290%. The production of corn for grain is associated with the formation of a large amount of biological mass, which after harvesting remains in the field in the form of an aboveground dry mass of the plant and a powerful underground root system. The amount of plant residues per hectare after harvesting corn for grain reaches 10-15 tons. To prepare such a field for further operation, it is necessary to prepare the crop residues of corn for the destruction process. The current study examines technical means of mechanical processing of crop-root residues of corn of domestic and imported production with the analysis of the design features of the working elements.

Keywords: corn, stubble, chopper, cylinder, blade.

Введение

Площади возделывания кукурузы в Российской Федерации с 2001 по 2019г выросли на 290,5% [1]. Лидером по посевам кукурузы является Краснодарский край 509,0 тыс.га (19,6% общей площади), Саратовская область (116,0 тыс. га, 4,5%) занимает 7 место в списке 20-ти регионов по производству этой культуры. Средняя урожайность кукурузы на зерно в России в 2019 году составила 57,5 ц/га [1].

Производство кукурузы на зерно связано с образованием большого количества биологической массы, которая после уборки урожая остаётся в поле в виде надземной сухой массы растения: стебля, листьев стебля, метелки, листьев обертки початка, измельченной одревесневшей части початка, стерни из высокого твердого стержня и подземной массы - мощной мочковатой многоярусной корневой системы. Количество растительных остатков на гектаре после уборки кукурузы на зерно, может достигать 10-15 тонн [2]. Все это с одной стороны мешает проведению последующих работ, но с другой стороны может служить источником обогащения почвы органическим веществом. Остатки кукурузы содержат: до 51% азота, 34% оксида фосфора и 98% оксида калия [3]. Для подготовки такого поля к дальнейшей эксплуатации и получению следующего урожая необходимо правильно подготовить пожнивные остатки кукурузы к процессу деструкции.

Чтобы процесс разложения пожнивных растительных остатков проходил успешно, необходимо обеспечить их взаимодействие с почвенными микроорганизмами – грибами и бактериями [4]. Для этого надо предварительно частично измельчить остатки, нарушив их защитный поверхностный слой, а затем смешать с почвенным слоем. При этом глубина заделки должна быть небольшой (8–10 см. [14]), так как процесс переработки растительных остатков лучше всего происходит в верхнем слое почвы, на глубине до 5 см. [4].

Заделка остатков должна быть начата осенью, сразу после уборки кукурузы. Такая заделка позволяет почти полностью завершить процесс минерализации растительных остатков до начала весенних полевых работ. К тому же, чем больше времени пожнивные остатки находятся на поверхности поля, тем меньше полезных элементов в них остаётся [3], [4].

Помимо пополнения почвы питательными элементами растительные остатки поддерживают температурный режим и сохраняют достаточный уровень влажности в почвах, выполняя функции мульчирующего слоя, улучшают структуру почвы, её воздухо- и водопроницаемость.

При классической отвальной технологии все растительные остатки в том виде, в котором они остаются на поверхности поля, запахиваются на дно борозды в глубину ниже 22-24 см, это затрудняет их быстрое разложение [4].

В настоящий период возникает актуальная задача разработки такой технологии обработки почвы и орудия её выполняющего, когда необходимо не спрятать растительные остатки поглубже, а перемешать их с верхним слоем, чтобы способствовать максимально быстрому их разложению.

Цель исследований

Провести обзор существующего комплекса технических средств механической обработки пожнивно-корневых остатков кукурузы отечественного и импортного производства, путем анализа конструктивных особенностей рабочих органов для определения направления разработки почвообрабатывающего орудия с улучшенными технологическими показателями.

Методика исследований

Исследования проводились путем анализа конструкций, технических характеристик, параметров и показателей работы почвообрабатывающих машин, применяемых в качестве деформаторов послеуборочных пожнивных остатков высокостебельных сельскохозяйственных культур.

Результаты исследования

Чтобы заделать в почву, оставшуюся на поле после уборки биологическую массу кукурузы, существуют разные способы. Один из них предусматривает предварительную подготовку пожнивных остатков перед тем, как её заделать в почву. Способ заключается в измельчении стерни и лежащих на поверхности поля стеблей кукурузы. Для этой цели применяют орудия, называемые ножевыми роллерами, катками-измельчителями (рисунок 1) [5], [6], [15]. Орудие представляет собой рамную конструкцию с набором стальных барабанов. Барабаны можно заполнять водой для увеличения массы. На каждом барабане по периметру устанавливаются ножи с закаленной режущей кромкой. При движении агрегата на скорости до 18 км/ч, происходит заваливание, деформирование и измельчение послеуборочных пожнивных остатков. Такая конструкция применяется в измельчителях РН-8, MaxiCut, ИПО-4,5, ПТ-6 и КЗК-6-04 [5], [6], [8], [9].

 

Рис. 1 – Измельчители растительных остатков:

а – роллер РН-8; б –роллер MaxiСut

 

С целью интенсификации процесса резания пожнивных остатков ножи на поверхности барабана имеют различное расположение (рисунок 2). Наряду с прямым, фронтальным к направлению движения агрегата, расположением ножей (Рисунок 2,а) применяют винтовое расположение ножей на барабане (Рисунок 2,б). Для создания угла резания, ножи располагают клиновидно с вершиной в направлении вращения барабана (Рисунок 2,в). Также возможно расположение коротких ножей в шахматном порядке на поверхности барабана (Рисунок 2,г).

 

Рис. 2 – Форма барабана катка-измельчителя:

а – с прямыми ножами; б – с винтовыми ножами; в – с клиновидными ножами; г – с шахматным расположением прямых ножей

 

Роллеры или катки-измельчители в большинстве агрегатируются в прицепном варианте с тракторами мощностью 55-60 кВт, имеют ширину захвата 6-8 м, три-четыре барабана диаметром 470-540 мм, при скорости 9-12 км/ч работают с производительностью 4,2-7,2 га/ч.

 При увеличении ширины захвата катка-измельчителя растительных остатков происходит наращивание количества барабанов или их длины, что отражается на качестве работы, копировании рельефа поля. Для улучшения технологических показателей барабаны изготавливают малой длины (Рисунок 3) с многорядным расположением их по фронту орудия [10]. Причем ножи могут располагаться прямолинейно и по винтовой линии, с возможностью шагового изменения угла атаки барабана. К примеру, на измельчителе пожнивных остатков Chop Worker устанавливается 16 барабанов в два ряда.

Рис. 3 – Измельчитель пожнивных остатков Chop Worker

 

Другим способом обработки полей с пожнивными остатками кукурузы осуществляют орудиями, включающими дисковые рабочие органы. На таком принципе основан агрегат БОРС-9 (рисунок 4). В конструкции применена ромбовидная система дисков, работающая по принципу гибкого цепного вала. Цельнолитой диск массой 11 кг с острой режущей частью измельчает растительные остатки кукурузы, перемешивает их с почвой с заделкой в почву на 2-3 см [11], [14]. При ширине захвата 9,2 м и скоростях движения 10-15 км/ч, производительность агрегата составляет 9-13,5 га/ч.

Рис. 4 – Агрегат дисковый БОРС-9

 

Дисковый рабочий орган устанавливается на дисковых боронах, дискаторах, мульчировщиках. В конструкциях этих орудий применяется двух следовая схема установки дисковых батарей для лучшего разрушения корневой системы и измельчения пожнивных остатков кукурузы [12] (Рисунок 5).

Рис. 5 – Дисковая борона True-Tandem фирмы Case IH

 

Послеуборочная доработка пожнивных остатков кукурузы возможна орудиями с активным приводом рабочих органов. На рисунке 6 представлен мульчировщик-измельчитель Tornado 280 от фирмы Gaspardo. Навесные орудия с шириной захвата от 2,8 до 6,2 м позволяют измельчать пожнивные остатки кукурузы с толщиной стебля до 6 см [13].

Рис. 6 – Мульчировщик-измельчитель Tornado 280

  Заключение

От системы обработки почвы в большой мере зависит почвенное плодородие. При заделке растительных остатков в верхний слой почвы при свободном доступе кислорода происходит их разложение, в результате улучшается структура почвы, повышается содержание органического вещества в обрабатываемом слое. В результате анализа комплекса машин установлено, что для заделки пожнивных остатков высокостебельных сельскохозяйственных культур, особенно с высокой степенью волокнистости стебля, существует комплекс технических средств с пассивными и активными рабочими органами. Орудия производятся как отечественными, так и зарубежными предприятиями. Измельченная биологическая масса пожнивных остатков перемешивается с почвой на глубину до 10 см. Растительные остатки после уборки кукурузы на зерно, не полностью заделанные в почву, не разлагаются к началу весенних почвообрабатывающих полевых работ и являются помехой при выполнении предпосевных работ. Для разработки машин, позволяющих выполнять технологию обработки почвы с заделкой незерновой части урожая после уборки кукурузы, эффективнее использовать пассивные органы с криволинейной геометрией рабочей поверхности.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Кукуруза: площади, сборы и урожайность в 2001-2019 гг. [Электронный ресурс]. URL: https://ab-centre.ru/news/kukuruza-ploschadi-sbory-i-urozhaynost-v-2001-2019-gg (дата обращения: 12.06.2021)
2. Кальций и пожнивные остатки кукурузы. [Электронный ресурс]. URL: https://zen.yandex.ru/media/ id/5db17f1a06cc4600b034eb59/kalcii-i-pojnivnye-ostatki-kukuruzy5f631c851ccbe 428a60b5a14 (дата обращения: 12.06.2021)
3. Значение послежнивных остатков для будущих урожаев. [Электронный ресурс].URL: https://agrostory.com/info-centre/agronomists/znachenie-poslezhnivnykh-ostatkov-dlya-budushchikh-urozhaev/ (дата обращения: 12.06.2021)
4. Кукурузная солома в почвенном «меню». [Электронный ресурс]. URL: https://agriculture.by/articles/rastenievodstvo/kukuruznaja-soloma-v-pochvennom-menju (дата обращения: 12.06.2021)
5. Роллер ножевой РН-8. [Электронный ресурс]. URL: https://szr-market.ru/2019/06/04/роллер-ножевой-рн-8/ (дата обращения: 12.06.2021)
6. Роллер MaxiСut. [Электронный ресурс]. URL: https://agrotime63.ru/texnika/dal-bo/nozhevoj-roller/ (дата обращения: 12.06.2021)
7. Измельчитель пожнивных остатков ИПО-4,5 «Ураган». [Электронный ресурс]. URL: https://agtz.ru/technique/soil-processing-tools/tilling-machines/izmelchitel-pozhnivnykh-ostatkov-ipo-4-5-uragan/ (дата обращения: 12.06.2021)
8. Каток измельчитель растительных остатков КЗК-6-04. [Электронный ресурс]. URL: https://stavropol.flagma.ru/katok-izmelchitel-rastitelnyh-ostatkov-kzk-o4097863.html (дата обращения: 12.06.2021)
9. Измельчитель пожнивных остатков прицепной ПТ-6 шахматный. [Электронный ресурс]. URL: https://bekveld.ru/p366334034-izmelchitel-pozhnivnyh-ostatkov.html (дата обращения: 12.06.2021)
10. Измельчитель пожнивных остатков Chop Worker.[Электронный ресурс].URL: https://agro-sells.com/uk/aleksandriya/search/tehnika/ posleubor-obrabotka/raznaya-obrab/izmelchitel-pozhnivnyh-ostatkov-chop-worker-33654.html (дата обращения: 12.06.2021)
11. Агрегат дисковый (лущильник) БОРС-9. [Электронный ресурс]. URL: http://szr-market.ru/2019/04/24/агрегат-для-измельчения-грубостебел/ (дата обращения: 12.06.2021)
12. Тандемные дисковые бороны True Tandem. [Электронный ресурс]. URL: https://www.caseih.com/apac/ru-ru/products/tillage/true-tandem-disk-harrows (дата обращения: 12.06.2021)
13. Gaspardo Tornado 280 Мульчировщик измельчитель пожнивных остатков. [Электронный ресурс]. URL: https://www.mirtech.ru/catalog/izmelchiteli-rastitelnykh-ostatkov (дата обращения: 12.06.2021)
14. СТО АИСТ 4.1-2004. Метод определения степени и глубины заделки стерни. Машины и орудия для глубокой обработки почвы.
15. Федеральный регистр технологий производства продукции растениеводства. Система технологий.М.:ГНУ Информагротех, 2000.-517 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Kukuruza: ploshhadi, sbory i urozhajjnost' v 2001-2019 gg. [Corn: area, harvest and yield in 2001-2019] [Electronic resource]. URL: https://ab-centre.ru/news/kukuruza-ploschadi-sbory-i-urozhaynost-v-2001-2019-gg (accessed: 12.06.2021) [in Russian]
2. Kal'cijj i pozhnivnye ostatki kukuruzy [Calcium and corn crop residues] [Electronic resource]. URL: https://zen.yandex.ru/media/id/5db17f1a06cc4600b034eb59/kalcii-i-pojnivnye-ostatki-kukuruzy5f631c851ccbe 428a60b5a14 (accessed: 12.06.2021) [in Russian]
3. Znachenie poslezhnivnykh ostatkov dlja budushhikh urozhaev [The value of post-harvest residues for future crops] [Electronic resource].URL: https://agrostory.com/info-centre/agronomists/znachenie-poslezhnivnykh-ostatkov-dlya-budushchikh-urozhaev/ (accessed: 12.06.2021) [in Russian]
4. Kukuruznaja soloma v pochvennom «menju» [Corn straw in the soil "menu"] [Electronic resource]. URL: https://agriculture.by/articles/rastenievodstvo/kukuruznaja-soloma-v-pochvennom-menju (accessed: 12.06.2021) [in Russian]
5. Roller nozhevojj RN-8 [Knife roller RN-8] [Electronic resource]. URL: https://szr-market.ru/2019/06/04/роллер-ножевой-рн-8/ (accessed: 12.06.2021) [in Russian]
6. Roller MaxiCut. [Electronic resource]. URL: https://agrotime63.ru/texnika/dal-bo/nozhevoj-roller/ (accessed: 12.06.2021) [in Russian]
7. Izmel'chitel' pozhnivnykh ostatkov IPO-4,5 «Uragan» [Shredder of crop residues IPO-4,5 "Uragan"] [Electronic resource]. URL: https://agtz.ru/technique/soil-processing-tools/tilling-machines/izmelchitel-pozhnivnykh-ostatkov-ipo-4-5-uragan/ (accessed: 12.06.2021) [in Russian]
8. Katok izmel'chitel' rastitel'nykh ostatkov KZK-6-04 [Roller shredder of plant residues KZK-6-04] [Electronic resource]. URL: https://stavropol.flagma.ru/katok-izmelchitel-rastitelnyh-ostatkov-kzk-o4097863.html (accessed: 12.06.2021) [in Russian]
9. Izmel'chitel' pozhnivnykh ostatkov pricepnojj PT-6 shakhmatnyjj [Chopper of crop residues trailed PT-6 chess] [Electronic resource]. URL: https://bekveld.ru/p366334034-izmelchitel-pozhnivnyh-ostatkov.html (accessed: 12.06.2021) [in Russian]
10. Izmel'chitel' pozhnivnykh ostatkov Chop Worker [Chopper of crop residues Chop Worker] [Electronic resource].URL: https://agro-sells.com/uk/aleksandriya/search/tehnika/posleubor-obrabotka/raznaya-obrab/izmelchitel-pozhnivnyh-ostatkov-chop-worker-33654.html (accessed: 12.06.2021) [in Russian]
11. Agregat diskovyjj (lushhil'nik) BORS-9 [Disk unit (husker) BORS-9] [Electronic resource]. URL: http://szr-market.ru/2019/04/24/агрегат-для-измельчения-грубостебел/ [in Russian]
12. Tandemnye diskovye borony True Tandem [Tandem disc harrows True Tandem] [Electronic resource]. URL:https://www.caseih.com/apac/ru-ru/products/tillage/true-tandem-disk-harrows [in Russian]
13. Gaspardo Tornado 280 Mul'chirovshhik izmel'chitel' pozhnivnykh ostatkov [Gaspardo Tornado 280 Mulcher shredder of crop residues] [Electronic resource]. URL: https://www.mirtech.ru/catalog/izmelchiteli-rastitelnykh-ostatkov (accessed: 12.06.2021) [in Russian]
14. STO AIST (Agricultural Machinery and Technology Testers Association Standards) 4.1-2004. Metod opredelenija stepeni i glubiny zadelki sterni. Mashiny i orudija dlja glubokojj obrabotki pochvy [Method for determining the degree and depth of stubble embedding. Machines and tools for deep tillage] [in Russian]
15. Federal'nyjj registr tekhnologijj proizvodstva produkcii rastenievodstva [Federal Register of Crop Production Technologies. The technology system].Moscow: GNU Informagrotech, 2000. - 517 p. [in Russian]