ПОСЕВНОЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2016 года по МПК A01B49/06 

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно к производству посевных сельскохозяйственных (с/х) культур.

Одной из проблем получения высокого урожая с/х культур является проблема их своевременного посева, сохранения влаги в почве и борьба с сорняками.

Получение высокого урожая зависит от количества влаги в почве. К примеру, вероятный уровень урожайности яровой пшеницы в зависимости от глубины весеннего промачивания почвы (данные опытной станции Свифт Каррент (Канада)), (табл. 1).

Как видно, недостаток влаги в период вегетации растения существенно снижает урожайность. Для сохранения и использования влаги необходима оптимизация сроков работ, что является не возможным при традиционных технологиях, предусматривающих достижения почвой физической спелости, а затем выполнения работ. Состояние почвы, показывающее готовность ее к обработке (физическая спелость) или к посеву и посадке культурных растений (биологическая спелость). Физическая С.п. создается при некотором ее оптимальном увлажнении (влажность спелого состояния), когда почва во время механической обработки распадается на агрегаты (комочки) размером от 1 до 10 мм. При более высокой влажности почва налипает на почвообрабатывающие орудия, при более низкой - разламывается на крупные комки, глыбы. При спелом состоянии почва лучше крошится, оказывает наименьшее сопротивление при обработке, а во вспаханной почве создается оптимальное соотношение между твердой частью, водой и воздухом. С.п. определяют визуально, по характеру крошения, сбрасывая пробу почвы с лопаты (или бросая комок почвы, взятой в горсть). Биологическая спелость наступает в хорошо обработанной, оптимально увлажненной и прогретой почве. (Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1969-1978).

В настоящее время существующие технологии предусматривают ожидание периода, когда почва приобретет физическую спелость и будет обладать наименьшим сопротивлением к механической обработке. Зависимость сопротивления к обработке и влажности почвы можно проследить на графике (см. фиг. 8), где К-сопротивляемость почвы к обработке, Wa-абсолютная влажность почвы.

При пахоте пересохших почв (отрезок АБ) образуются глыбы диаметром до 0,5 м и более. При пахоте переувлажненных почв (отрезок ВГ) происходит сильное залипание и образование комков и наростов почвы впереди почвообрабатывающего агрегата. Это приводит к росту удельного сопротивления почвы и плохой заделки растительных остатков. При дальнейшем увеличении влажности (отрезок ГД) вода выполняет роль смазки и «Ко» уменьшается. Но существующие типы почвообрабатывающих и посевных агрегатов не способны качественно выполнять свои функции при высокой влажности. Для традиционных видов техники точка В является верхним пределом физической спелости почвы. У различных типов почв он отличается и колеблется в диапазоне от 15 до 35% абсолютной влажности.

Хорошо видно, что наступление физической спелости почвы совпадает с началом разрывов капилляров 17-20%, что приводит к началу недостатка влаги растению.

Недостаток существующих технологий проявляется в неэффективной потере времени при ожидании физического созревания почвы, в период которого происходит большая потеря влаги в результате испарения.

В пределах высокой влажности может применяться разбросной посев, но он имеет серьезный недостаток для большинства с/х культур. В случае отсутствия дождей или полива применение разбросного сева может привести к гибели урожая, так как узел кущения на примере яровых оказывается на поверхности в зоне недостатка влаги. Семена необходимо погрузить в почву на глубину не менее 0,5 см.

Известны посевные агрегаты (см. патент РФ №2227966, 10.05.2004; или патент РФ №2297126, 20.04.2007, МПК А01 В49/06 - прототип).

Общим недостатком известных устройств являются недостаточная эффективность посевных сельскохозяйственных работ, выполняемых ими вследствие их низкой проходимости, высокие масса-габаритные характеристики.

Задачей изобретения является повышения эффективности посевных сельскохозяйственных работ, а именно:

- снижение потерь весенних запасов влаги в почве,

- оптимизация сроков посевных работ,

-получение энергетически сильных всходов,

- смещение диапазона сроков посевных работ на более ранний период,

- снижение зависимости посевных работ от состояния почвы,

- повышение экологичности сельскохозяйственного производства, а, следовательно, и производимых сельскохозяйственных культур,

- снижение отрицательного воздействия посевного комплекса на почву, а почвы на элементы посевного комплекса,

- повышение скорости посевных работ,

- увеличение срока вегетативного развития посевов,

- снижение удельного расхода топлива,

- снижение массогабаритных характеристик посевного комплекса.

Поставленная задача решается тем, что предлагаются следующие устройства (варианты).

Вариант 1. Посевной комплекс, включающий посевной агрегат, содержащий, по крайней мере, один рабочий орган и/или семенное раздаточное устройство и энергетическое средство для него, в котором согласно изобретению, по крайней мере, один рабочий орган и/или семенное раздаточное устройство посевного агрегата снабжен для его очистки форсункой высокого давления, соединенной с системой подачи жидкости или газа с высоким давлением от 1 и более атмосфер, функционально связанные, в свою очередь, с системой управления. Кроме того, энергетическое средство используется такое, которое имеет возможность двигаться по почве, имеющей абсолютную влажность на 2% и более, вплоть до 100%, выше верхнего предела влажности физической спелости почвы со скоростью от 6 до 80 км/ч, например, «Барс УТЭС 271» или устройство на воздушной подушке.

Вариант 2. Посевной комплекс, включающий посевной агрегат и энергетическое средство для него, в котором согласно изобретению он снабжен устройством автоматической регулировки силы прижатия рабочих органов к почве во время его движения в зависимости от скорости движения и/или твердости почвы.

Кроме того, устройство автоматической регулировки силы прижатия рабочих органов к почве включает как минимум одно устройство измерения глубины сева и устройство, регулирующее силу прижатия, а энергетическое средство используется такое, которое имеет возможность двигаться по почве, имеющей абсолютную влажность на 2% и более, вплоть до 100%, выше верхнего предела влажности физической спелости почвы со скоростью от 6 до 80 км/ч, например, «Барс УТЭС 271» или устройство на воздушной подушке.

Вариант 3. Посевной комплекс, включающий посевной агрегат и энергетическое средство для него, в котором согласно изобретению рабочий орган, формирующий борозду для семян, изготовлен упругим или упруго закреплен, например подпружинен, причем жесткость на конце рабочего органа, формирующего борозду для семян, измеренная параллельно плоскости земли, не более 0,6 кг/мм.

Кроме того, энергетическое средство используется такое, которое имеет возможность двигаться по почве, имеющей абсолютную влажность на 2% и более, вплоть до 100%, выше верхнего предела влажности физической спелости почвы со скоростью от 6 до 80 км/ч, например, «Барс УТЭС 271» или устройство на воздушной подушке.

Вариант 4. Посевной комплекс, включающий посевной агрегат и энергетическое средство для него, в котором согласно изобретению соотношение веса посевного агрегата к ширине его захвата составляет величину не более 300 кг/м, а энергетическое средство используется такое, которое имеет возможность двигаться по почве, имеющей абсолютную влажность на 2% и более, вплоть до 100%, выше верхнего предела влажности физической спелости почвы со скоростью от 6 до 80 км/ч, например, «Барс УТЭС 271» или устройство на воздушной подушке.

Вариант 5. Посевной комплекс, включающий энергетическое средство и посевной агрегат, содержащий рабочие органы, заглубляемые в почву, в котором согласно изобретению посевной агрегат выполнен состоящим из нескольких посевных блоков с рабочими органами, причем блоки расположены раздельно, а именно спереди энергетического средства, и/или сбоку, и/или сзади, и/или под энергетическим средством, а энергетическое средство используется такое, которое имеет возможность двигаться по почве, имеющей абсолютную влажность на 2% и более, вплоть до 100%, выше верхнего предела влажности физической спелости почвы со скоростью от 6 до 80 км/ч, например, «Барс УТЭС 271» или устройство на воздушной подушке.

Предлагаемая совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что благодаря их использованию снижаются потери весенней влаги и становится возможным оптимизировать сроки посева, что в целом ведет к повышению эффективности посевных работ.

На фиг. 1-8 схематически показаны предлагаемые технические решения.

Фиг. 1 - посевной комплекс с форсункой над семяпроводом.

Фиг.2 - посевной комплекс с форсункой над сошником.

Фиг. 3 - посевной комплекс с устройством автоматической регулировки силы прижатия рабочих органов.

Фиг. 4 - посевной комплекс с упругим рабочим органом.

Фиг. 5 - посевной агрегат, выполненный из нескольких посевных блоков.

Фиг. 6 - общий вид состояния посевов осуществленных на основе предложенного технического решения.

Фиг. 7 - общий вид состояния посевов осуществленных традиционным способом.

Фиг. 8 - график зависимости сопротивления почвы к ее обработке от влажности.

На фиг. 1-8 приняты следующие обозначения:

1 сошник

2 семенное раздаточное устройство

3. почва

4 энергетическое средство

5 семена

6 форсунка

7 устройство автоматической регулировки силы прижатия рабочих органов к почве

8 упругий элемент рабочего органа (упругий рабочий орган)

9 посевной агрегат

10 бункер для семян

При традиционном севе, в особенности по полям, имеющим плохую предпосевную подготовку, или повышенную влажность, или большое количество растительных остатков, происходит засорение рабочих органов, что приводит к некачественному севу, не выдерживанию глубины сева, некачественной заделке семян. В случае засорения механизатор должен остановить комплекс и прочистить засорение, на что уходит много времени.

Предложенное устройство (Вариант 1, пп. 1, 2 формулы), содержащее сошник 1, семенное раздаточное устройство посевного агрегата 2, снабженное для его очистки форсункой высокого давления 6, соединенной с системой подачи жидкости или газа с высоким давлением от 1 и более атмосфер, функционально связанные, в свою очередь, с системой управления. Энергетическое средство 4 используется такое, которое имеет возможность двигаться по почве, имеющей абсолютную влажность на 2% и более, вплоть до 100%, выше верхнего предела влажности физической спелости почвы, со скоростью от 6 до 80 км/ч, например, «Барс УТЭС 271».

Работа предложенного устройства осуществляется следующим образом. При движении, по мере необходимости, сжатым воздухом или жидкостью под давлением через форсунку 6, расположенную возле рабочего органа сошника 1 (фиг. 2) или семенного раздаточного устройства 2 (фиг. 1), механизатор производит очистку в ручном или автоматическом режиме, что позволяет безостановочно продолжить качественный процесс сева. Предложенное техническое решение приобретает наибольшую значимость при севе в переувлажненную почву, так как повышенная влажность почвы приводит к увеличению липкости и связности почвы, что, в свою очередь, способствует повышенному налипанию растительных остатков на рабочие органы, при этом часто происходит забивание семяпровода. В тяжелых условиях сева безостановочная очистка позволяет существенно повысить производительность посевного комплекса.

По варианту 2 (пп. 3, 4 формулы) посевной комплекс, включающий посевной агрегат 9 и энергетическое средство 4, снабжен устройством автоматической регулировки силы прижатия рабочих органов к почве 7.

Кроме того, устройство автоматической регулировки силы прижатия рабочих органов к почве 7 включает, как минимум, одно устройство измерения глубины сева и устройство, регулирующее силу прижатия, а энергетическое средство 4 используется такое, которое имеет возможность двигаться по почве, имеющей абсолютную влажность на 2% и более, вплоть до 100%, выше верхнего предела влажности физической спелости почвы со скоростью от 6 до 80 км/ч, например, «Барс УТЭС 271» или устройство на воздушной подушке.

Сила прижатия рабочих органов посевного комплекса к почве необходима для заглубления сошников 1. Недостаточная сила прижатия приводит к выталкиванию сошников из почвы, что приводит к некачественному севу и нарушению технологии. Для этого механизатор увеличивает силу прижатия рабочего органа к почве с учетом особенностей почвы на поле, исходя из максимальной силы, необходимой для прижатия на данном поле. Но почвы на одном и том же поле различаются, они имеют различную влажность, твердость. На поле находятся почвы с различными физическими свойствами, отличия по физическим параметрам могут отличаться более двух раз. И достаточная сила прижатия рабочего органа к почве также может отличаться в 2 и более раз. Избыточная сила прижатия рабочего органа к почве приводит к избыточной нагрузке на устройство, ограничивающее глубину сева, что приводит к излишним затратам энергии на сев и уплотнению почвы. Предложенное устройство (Вариант 2) позволяет снизить энергозатраты при севе без снижения качества сева за счет использования устройства автоматической регулировки силы прижатия рабочих органов 7 (фиг. 3) к почве, включающее в том числе, как минимум, одно устройство измерения глубины сева и устройство, регулирующее силу прижатия.

В результате сева посевной комплекс взаимодействует с почвой и неровностями почвы. Качественный сев в рыхлую почву, как и сев в слитную почву представляет некоторые сложности.

Использование рабочих органов, не имеющих упругого крепления в направлениях, параллельных плоскости земли на почвах с низким коэффициентами твердости, приводит к «эффекту бульдозера», когда рабочий орган перестает копировать неровности почвы, что приводит к невыдерживанию глубины и некачественному севу.

Использование рабочего органа с упругим элементом 8 (Вариант 3, пп. 5, 6 формулы, фиг. 4) в посевном комплексе, имеющем жесткость менее 0,6 кг/мм, позволяет на почвах с низкой твердостью или с абсолютной влажностью почвы более чем на 2% выше верхнего предела влажности физической спелости почвы при ее плюсовых температурах, позволяет производить копирование микрорельефа поля без выглубления и избыточного заглубления рабочего органа, что приводит к более качественному севу и снижению энергозатрат.

Использование агрегата с соотношением ширины захвата к его весу более 300 кг/м на почве, имеющей абсолютную влажность на 2% и более, вплоть до 100%, выше верхнего предела влажности физической спелости почвы, приведет к формированию колеи и чрезмерному уплотнению почвы, так как удельное сопротивление почвы зависит от (К_уд), где:

Р_сопр - сила сопротивление посевного агрегата, H;

A - глубина сева, см;

B - ширина захвата, см;

N- количество высевающих секций.

То есть коэффициент сопротивления обработки почвы зависит от ширины посевного комплекса, а в условиях повышенной влажности коэффициент сцепления с почвой очень низкий, что приводит к пробуксовыванию, а значит к образованию колеи.

Использование устройства по варианту 4, (п. 7 формулы), т.е. посевного комплекса, включающего посевной агрегат и энергетическое средство для него, в котором соотношение веса посевного агрегата к ширине его захвата составляет величину не более 300 кг/м, а энергетическое средство используется такое, которое имеет возможность двигаться по почве, имеющей абсолютную влажность на 2% и более, вплоть до 100%, выше верхнего предела влажности физической спелости почвы со скоростью от 6 до 80 км/ч, например, «Барс УТЭС 271» или устройство на воздушной подушке устраняет пробуксовывание, повышая тем самым, качество сева и его эффективность.

По варианту 5 (п. 8 формулы) посевной комплекс, содержит посевной агрегат 9, состоящий из нескольких посевных блоков с рабочими органами, причем блоки расположены раздельно, а именно спереди энергетического средства, и/или сбоку, и/или сзади, и/или под энергетическим средством (фиг. 5), что позволяет сбалансировать весовые нагрузки на оси энергетического средства 4, т.е. осуществить его «развесовку» Кроме того, устраняется высевание семян в прикатанную колесным движителем почву, что существенно снижает нагрузку на элементы сеялки и уменьшает расход топлива.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что благодаря их использованию снижаются потери весенней влаги и становится возможным оптимизировать сроки посева, что в целом ведет к повышению эффективности посевных работ.

Следовательно, изобретение соответствует критериям «Новизна» и «Изобретательский уровень».

Соответствие критерию «Промышленная применимость» доказывается приведенным нижеследующим примером конкретного применения изобретения.

Апробация предлагаемого технического решения проводилась на примере сельскохозяйственной культуры подсолнечника в хозяйстве ООО «ЮНИ» Ольховатского района Воронежской области. С целью повышения достоверности опыта поле общей площадью 123 га было поделено на два участка. На первом участке поля возделывание подсолнечника проводилось традиционным способом и устройством, на втором - предлагаемым.

Предлагаемое техническое решение, как и традиционное, предусматривало осеннюю подготовку почвы, включающую ее разрыхление и уничтожение сорняков. Однако в весенний период до проведения посева ни каких операций с почвой не производилось. Посев был произведен в почву, подготовленную осенью, непосредственно по взошедшим сорнякам, без предварительной культивации. Посевные работы на участке поля, обрабатываемого предлагаемым устройством, были выполнены на 18 дней раньше, чем традиционным (так как температурный режим почвы в это время достиг оптимального для развития холодостойких семян подсолнечника), причем сразу после дождя, при влажности почвы 50% с помощью универсального транспортно-технологического средства на шинах сверхнизкого давления «Барс-271».

Через 5 дней после посева с помощью универсального транспортно-технологического средства на шинах сверхнизкого давления «Барс-271» была проведена химическая обработка гербицидами сплошного действия. Колесный движитель данного средства оказывает давление на почву около 17 кПа, поэтому не происходило формирования колеи, следовательно, при глубине заделки семян около 5 см не было травмирования проросших всходов семян в почве.

Проведение химической прополки до всходов позволило уничтожить сорняки и не угнетать рост культурных растений. Высокая эффективность химической обработки достигалась применением малообъемного опрыскивателя с расходом рабочей жидкости 20-60 л/га. Увядшие сорняки создали надпочвенный «зонтик» (фиг. 6), позволивший защитить междурядье от прямых солнечных лучей и, как следствие, снизить испарение влаги и растрескивание почвы, а также предотвратить рост сорняков второй волны.

Подсолнечник на втором участке поля созрел на 10 дней раньше, чем по традиционному способу. Созревание подсолнечника произошло раньше благодаря тому, что семена были положены в почву, имеющую оптимальным температурным режим; отсутствовал прямой контакт культурных растений с гербицидом; увядшие сорняки не позволили почве сильно разогреваться и растрескиваться, поэтому была сохранена влага в почве.

По традиционному способу химическая обработка была проведена после всходов подсолнечника самоходным опрыскивателем, почва оказалась не защищенной от солнечных лучей. Характерной особенностью являлось то, что за весь летний период на этом поле не было ни одного дождя. На этом участке поля почва покрылась глубокими трещинами (фиг. 7).

Урожайность на участке поля, возделываемого предложенным устройством, составила 22,39 ц/га, а традиционным - 9,1 ц/га, разница урожайности составила 13,29 ц/га (результаты подтверждены актом).

Дополнительно апробация была проведена в ООО «Русагро-Инвест» на поле площадью 108 га. Результаты уборки показали, что урожайность подсолнечника, возделываемого предложенным посевным комплексом, составила 24,1 ц/га, при средней урожайности подсолнечника по хозяйству 16,2 ц/га. Разница урожайности составила 7,9 ц/га (результаты подтверждены актом).

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет получить следующий технический результат, а именно:

- снижение потерь весенних запасов влаги в почве,

- оптимизация сроков посевных работ,

- получение энергетически сильных всходов,

- смещение диапазона сроков посевных работ на более ранний период,

- снижение зависимости посевных работ от состояния почвы,

- повышение экологичности сельскохозяйственного производства, а, следовательно, и производимых сельскохозяйственных культур,

- снижение отрицательного воздействия посевного комплекса на почву, а почвы на элементы посевного комплекса,

- повышение скорости посевных работ,

- увеличение срока вегетативного развития посевов,

- снижение удельного расхода топлива,

- снижение массогабаритных характеристик посевного комплекса.

- позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур;

- уменьшает влияние погодных условий на урожайность;

- повышает экономию ресурсов при возделывании сельскохозяйственных культур, т.к.:

а) расход топлива УТЭС-271 «Барс» - 0,2 л/га, и стоимость израсходованного горючего за смену 1692 руб.; самоходный опрыскиватель JohnDeere 4930 - 1,2 л/га, стоимость израсходованного горючего за смену 5200 руб.;

б) экономия при транспортировке воды для приготовления препарата: затраты на транспортировку воды за смену для УТЭС-271 «Барс» составляют 302 руб.; а для самоходного опрыскивателя JohnDeere 4930-1646 руб.;

в) экономию гербицида при обработке УТЭС-271 «Барс» составляет 20-30%.

Посевной комплекс включает посевной агрегат и энергетическое средство для него. В качестве энергетического средства используется устройство, которое имеет возможность двигаться по почве, имеющей абсолютную влажность на 2% и более, вплоть до 100%, выше верхнего предела влажности физической спелости почвы, со скоростью от 6 до 80 км/ч, «Барс УТЭС 271» или устройство на воздушной подушке. При этом соотношение веса посевного агрегата к ширине его захвата составляет величину не более 300 кг/м. Использование изобретения позволит снизить потери весенней влаги путем обеспечения возможности высева семян в переувлажненную почву. 8 ил., 3 табл.

Посевной комплекс, включающий посевной агрегат и энергетическое средство для него, отличающийся тем, что соотношение веса посевного агрегата к ширине его захвата составляет величину не более 300 кг/м, а энергетическое средство используется такое, которое имеет возможность двигаться по почве, имеющей абсолютную влажность на 2% и более, вплоть до 100%, выше верхнего предела влажности физической спелости почвы, со скоростью от 6 до 80 км/ч, «Барс УТЭС 271» или устройство на воздушной подушке.