Главный элемент сеялки

Сельхозтехника 03.03.2009

Лишь немногое из посевного оборудования создавалось для применения на невспаханной почве. Большинство же является переделкой традиционных сеялок
Автор:
К. Е. Сакстон,
Вашингтонский государственный университет,
Департамент по сельскому хозяйству и исследованиям, США
Сошник - это компонент почвообрабатывающего оборудования, создающий в почве канавку для размещения зерна, удобрений и пестицидов, и единственное устройство машины, действительно разрушающее поверхность почвы. При нулевой технологии сошник должен физически подготовить почву и высеять зерно.

Сошники, используемые в традиционной и нулевой технологии, имеют различные формы высевной щели. Практика свидетельствует, что наиболее важным показателем его механических свойств является форма высевного отверстия, благодаря которой создается необходимая микроструктура в почве, влияющая на рост зерна. Обычно используются сошники с тремя вариантами профиля высевного отверстия и еще два варианта высева семян без создания канавок: (I) V-образная щель; (II) U-образная щель; (III) перевернутая Т-образная щель; (IV) ударная сеялка (образовывает отверстия и размещает там одно или несколько семян) и (V) поверхностный высев (распределение семян по поверхности).
Только одна из форм высевной щели, используемых при нулевой технологии, не является адаптацией прежних сошников, - это перевернутая Т-образная форма.
На рис. 1 схематично изображены формы канавок, оставляемые сеялками, имеющие формы I-III в суглинистых почвах при различном содержании влаги. Механические свойства каждой из этих форм и последствия их влияния мы подробно рассмотрим.

Рис. 1. Формы канавок, оставляемые сеялками с типовыми формами высевной щели (V-, U-образные и в форме перевернутой Т) в суглинистых почвах при 15-, 20- и 27%-ной влажности почвы.

V-образные щели

Вертикальные щели. На невспаханной почве V-образная канавка образуется при помощи двух дисков, сходящихся внизу или чуть дальше по вертикали, отклоненных друг от друга в верхней части. Два диска не всегда имеют одинаковый диаметр. Образованный угол (угол V) обычно равен 10°, но это не имеет особого значения. Зерно высевается в зазор между двумя дисками, немного сзади от точки схождения, чтобы исключить повреждение семян.
Диски, закрепленные под одинаковым углом от вертикали, по ходу сдвигают землю в стороны на одинаковое расстояние. Края дисков на уровне почвы находятся на расстоянии, способном провоцировать попадание почвы в зазор между ними. Чтобы это исключить, создаются три разных конфигурации:
Тройной диск (рис. 2). Третий вертикальный диск размещен впереди или между дисками. Он разрезает растительные остатки, которые следующие диски сдвигают в сторону. Однако третий диск требует увеличения мощности, необходимой для проникновения в почву.
Двойной диск (сдвинутый) (рис. 3). Один из двух дисков, расположенных под углом, смещен вперед для того, чтобы почва имела лишь один разрез. Второй диск образует тот же угол, но его передняя кромка размещена позади передней кромки первого диска, предотвращая попадание растительных остатков и снижая мощность, необходимую для проникновения в почву. Он во многом схож с предыдущей конструкцией. Обычно меньший диск также смещен.
Сдвоенный диск (различного диаметра) (рис. 4). Используя один из дисков меньшего размера, режущая кромка второго диска становится передним краем всего узла.
Все вышеупомянутые конструкции образуют V-образную канавку благодаря основным двум дискам независимо от размеров и расположения относительно друг друга. Третий (ведущий) диск в трехдисковой конфигурации предназначен для разрезания почвы и не влияет на форму канавки. Установленный чуть ниже двух других дисков, он служит для снижения эффекта «склеивания» и проблем, связанных с проникновением корней. Аналогично ведущий диск с волнистым краем увеличивает мягкость почвы и помогает проникновению последующих дисков.
Действие сошника с вертикально расположенными дисками направлено на клиновое перемещение верхнего слоя почвы вниз - в стороны. Обычно при этом земля не поднимается и не переворачивается. На некоторых очень клейких почвах частицы земли прилипают к краям дисков и, перемещаясь вместе с дисками, образуют поврежденную форму канавки.
В засушливых районах форма V-образной канавки более аккуратная, кроме случаев, когда почва имеет хрупкую структуру. Однако хрупкая почва при нулевой технологии очень скоро становится более структурированной и менее хрупкой благодаря увеличению уровня питательных веществ и активности микробов. Таким образом, со временем все канавки, прокладываемые V-образными сошниками, принимают аккуратную форму и не разрушаются самопроизвольно.
Из-за этого слишком мало материала, закрывающего зерно, иногда его нет вообще. И это не единственная проблема, создаваемая сошником такого типа на влажных нерыхлых почвах.
Пластическая структура влажной почвы препятствует образованию рыхлых крошек, которые служат покровным материалом для семян.
В данном случае обычно используется определенная конфигурация колес, установленных в V-образной форме, возвращающих смещенные участки почвы. К сожалению, это действие является противодействием усилиям, прилагаемым сеялкой.
По ходу сева двухдисковый сошник V-образной формы отчасти способствует созданию микросреды вокруг высаживаемых семян. Наиболее положительное действие вертикального двухдискового сошника в том, что он производит посев без блокирования за счет растительных остатков. Конструкция сравнительно простая и легкая в обслуживании. Наибольшие неудобства: высокое проникающее усилие; зависимость от состояния почвы, тенденция засыпания («затягивания») растительных остатков внутрь канавки, что мешает осуществлению контакта зерна и почвы на сухих грунтах. А во влажных почвах, приводящих к образованию жировых кислот, пагубно влияет на развитие семян. Двухдисковая форма сошника ограничивается размещением семян и удобрений в одну канавку в отличие от сошников других видов с раздельным размещением.

Рис. 2. Обычный двухдисковый сошник с ведущим третьим диском, образующий V-образный высевающий узел (Baker, 1976).

Несмотря на эти недостатки, именно вертикальный двухдисковый сошник используется в большинстве конструкций, применяемых при нулевой технологии. К сожалению, из-за непригодности к некоторому состоянию почвы он также ответственен за увеличение рисковых ситуаций, ассоциированных с использованием нулевой технологии.
Важно определить различие между землями, проходящими и не проходящими вспашку, и зависимость их состояния от конструкции машин. На обрабатываемых землях почва имеет мягкую структуру еще до высева семян. Там в сухую погоду сошник совершает свою работу без видимых усилий. Он создает вокруг семян микроструктуру почвы, благоприятствующую доступу влаги. Закрытие почвы в таких условиях редко бывает проблемным. Таким образом, V-образная форма сошника при традиционном земледелии имеет много преимуществ, а при нулевой технологии - серьезные недостатки.
Другие механические формы V-образных сошников, предназначенных для обрабатываемой почвы, не смогут работать на невозделанных грунтах, будучи не в состоянии пронизать верхний слой почвы.
Наклонные V-образные сошники. Для снижения уплотняющих усилий вертикальных V-образных сошников стали применять наклонное расположение двойных и тройных дисков под углом к вертикальной линии относительно движения. Верхний диск перемещает слой почвы вверх, снижая, таким образом, уплотнение почвы за счет смещения в стороны от вертикально расположенного сошника. Нижний диск, однако, вынужден производить направленное вниз уплотнение почвы, увеличивая тенденцию к уплотнению. Поскольку корни распространяются в основном в нижнем направлении, представляется спорным смещение уплотнительных усилий со стороны вниз.
Наклонное расположение V-образного сошника, без сомнения, облегчает закрытие канавки, поскольку вертикально расположенное прижимное колесо может просто утрамбовать верхний слой; при этом отпадает необходимость перемещать его в сторону.
Наклонно расположенные диски могут быть установлены таким образом, что первая пара дисков (наклоненная в одну сторону) вносит удобрение, а вторая пара дисков (наклоненная в другую сторону) высаживает семена на более мелкую глубину. Таким образом, не только достигается эффективное разделение зерна и удобрения по вертикали, но и производится уплотнение задними дисками почвы, предварительно взрыхленной передними дисками, исключая, таким образом, одностороннее уплотнение.

U-образные щели

Имеется целый ряд конструкций сошников, которые формируют U-образной формой посевную борозду: (I) уголковые дисковые сошники; (II) анкерные сошники; (III) сошники для прямого высева и (IV) бороздоделатель.
Посевная борозда у перечисленных конструкций сошников отличается от V-образной более широким основанием и тем, что она не сходится в форме буквы V. U-образный сошник, в отличие от V-образного, меньше уплотняет почву. Тарельчатые сошники чаще сдвигают почву в сторону от центральной линии борозды; культиваторные и бороздовые подрывают почву вверх; сошники для прямого высева разрезают грунт с помощью специальных ножей; бороздоделатель удаляет почву из высевной борозды. Далее все эти конструкции взрыхляют грунт рядом с посевной бороздой. Взрыхленную почву можно использовать для закрытия посевной бороздки, хотя для этого необходимы дополнительные операции по возврату почвы в бороздку. Качество этой операции зависит от влажности почвы.

Рис. 3. Типичный двухдисковый V-образный сошник со смещенным расположением дисков.

Рис. 4. Типичный двухдисковый V-образный сошник с дисками различного диаметра.

Тарельчатые сошники действуют (хотя и не всегда) посредством скольжения. Вертикальный диск слегка наклонен в сторону движения (обычно на 5-10°). Семена подаются в воронку в районе или ниже уровня почвы ближе к задней стенке диска, где они защищены от попадания растительных остатков. Имеются две формы тарельчатого сошника.

Рис. 5. Заделывающие катки, используемые вместе с V-образными двухдисковыми сошниками.

Плоский угловой диск. В данной конструкции используется плоский диск, закрепленный вертикально (т. е. он не совершает подрезающего действия). Диск и несущие подшипники должны иметь запас прочности, поскольку боковое усилие значительно, особенно при работе на повышенной скорости и/или на плотных почвах, где боковое перемещение почвы затруднено. Из-за того, что диски испытывают боковое направление силы, они чаще устанавливаются парами с противоположным углом наклона, чтобы компенсировать боковое усилие и сохранить прямолинейное движение техники.
Там, где диски не установлены парами, случаются затруднения при повороте в одну сторону, хотя поворот в другую сторону производится свободно. Поскольку усилие, необходимое для работы при нулевой технологии, значительно выше, чем при традиционном земледелии, боковое движение сеялки может привести к заносу задней части машины. Если диски при движении не расположены под углом, высева семян не происходит. При большом угле поворота диска высев затруднен.
Угловые тарельчатые диски (рис. 6). В этом случае используются диски, имеющие слегка вогнутую форму, установленные под углом по направлению к движению. Вогнутая форма усиливает диски, а это дает возможность изготавливать их из более тонкой стали, что улучшает проникновение в почву. Ось, на которой крепится диск, может быть установлена горизонтально или под небольшим наклоном в любом направлении.
Если ось наклонена вниз, на выпуклую (обратную) сторону диска, угол наклона диска считается положительным. Действие диска будет направлено на подрезание почвы подобно дисковому плугу. Почва не сдвигается далеко в сторону, что упрощает ее возврат на место, в отличие от ситуации, когда она поднимается и переворачивается. К сожалению, возвращение подрезанного слоя почвы наносит удар по семенам, поскольку верхний слой почвы скреплен корнями (например, на пастбищах). Семена попадают в самый нижний конец «шарнирного соединения», поэтому почвенный покров семян может снизить их всхожесть. Можно использовать тарельчатый диск с небольшим скребком, предназначенным для дробления почвы.
Если ось наклонена вверх, на выпуклую (обратную) сторону диска, эффект от такого угла будет выражаться в образовании колеи с незначительным подрезанием или отсутствием его. Из-за отсутствия эффекта подрезания такое положение диска (а также строго горизонтальное) считается более предпочтительным для использования в нулевой технологии.
Качество работы всех угловых дисков (плоских либо тарельчатых) зависит от угла к направлению движения. При повышенных скоростях посевная бороздка образуется шире и мельче, чем при пониженных. При этом на рыхлой почве грунт откидывается на расстояние, затрудняющее его возврат. Общим для дисков, двигающихся по прямой, является то, что при увеличении скорости возрастает мощность, необходимая для проникновения в почву. Эту мощность можно отрегулировать дополнительным весом.

Рис. 6. Сошники с угловыми тарельчатыми дисками

Два самых больших преимущества всех угловых дисков: свободное проникновение сквозь растительные остатки и отсутствие уплотнения почвы, как у основания, так и по бокам посевной бороздки. Эти сошники сравнительно недорогие, простые и легкие в обслуживании.
Основные недостатки данной группы сошников:

• возможность втягивания растительных остатков в посевную бороздку аналогично дисковым сошникам;
• подверженность U-образной посевной бороздки быстрому испарению влаги, вопреки наличию рыхлой почвы;
• невозможность раздельного внесения удобрений и семян;
• зависимость качества работы от скорости движения;
• быстрая изнашиваемость.

Килевидный сошник

Термин «килевидный» указывает на вертикальную либо почти вертикальную форму сошника, предназначенную для проникновения в почву. Семена поступают через отверстие в сошнике либо семяпроводящую трубку, закрепленную за сошником.
Форма килевидного сошника меняется от грубого тупого ботинка, требующего значительных усилий для проникновения в почву, до острого наконечника, обеспечивающего сравнительно узкую канавку и легкое проникновение в почву (рис. 7). Проблемой при использовании килевидных сошников является их быстрая изнашиваемость. В течение срока службы они постоянно видоизменяются, что затрудняет анализ зависимости формы посевной бороздки от формы сошника.
Обычно килевидные сошники образуют U-образную форму посевной бороздки, врываясь в почву и отбрасывая ее в стороны. При влажных условиях они сглаживают основание посевной бороздки, а иногда и ее стенки, что негативно влияет на развитие корневой системы проростка, особенно при высыхании почвы и образовании корки. Разрывное действие сошника сопровождается образованием вдоль посевной бороздки полосок рыхлой почвы, которую используют для заделки семян. Характер и количество рыхлой почвы зависят от влажности и скорости движения. Часто на тяжелых глинистых почвах невозможно получить рыхлую субстанцию для закрытия посевной бороздки. Иногда за несколько часов сухой погоды края посевной бороздки становятся ломкими и осыпаются вниз под действием борон, обеспечивающих заделку семян. Качество покрытия высеянных семян рыхлой почвой после прохождения килевидного сошника целиком зависит от времени, что очень неудобно.
Основной недостаток сошников килевидного типа - они подвержены блокированию имеющимся на поле значительным количеством растительных остатков. Установка ведущего диска впереди сошника, независимо от положения, неэффективна при сплошном способе посева.
Наиболее успешным является использование сошников килевидного типа при посеве широкорядных культур. Если растительные остатки крупные и тяжелые и не проходят свободно между сошниками, то, накапливаясь, после образования критической массы, они под собственным весом проходят под сеялкой. Образующиеся кучки могут оказать негативное влияние на всхожесть семян и позже на уборку. Увеличение же ширины между сошниками нежелательно, поскольку требует корректировки дополнительных параметров - способности копировать рельеф поверхности и качественной доставки семян в посевной рядок.
Сошники килевидного типа удобны тем, что качество их работы меньше зависит от скорости движении и они не затягивают в посевную бороздку растительные остатки, более того, - сдвигают растительные остатки в стороны. Это является плюсом для прохождения сеялки, но минусом с точки зрения создания микроклимата.

Рис. 7. Сошник с острым килевидным сошникам, используемый при нулевой технологии

Главным недостатком килевидных сошников является высокий уровень износа, слабая способность к управлению растительными остатками и неспособность к разделению удобрений и семян. Сегодня существуют экспериментальные сошники килевидного типа, способные размещать удобрения и семена на различном вертикальном уровне.
(Опубликовано в №3, 2008 г.)