862

151

Таблица 5.13

Сравнение теоретических и фактических рядов распределения растений после посева семян однозерновым высевающим аппаратом пунктирной сеялки

152

При густоте всходов более 18 растений на 1 м рядка и малой засоренности посевов обработку проводят с малыми величинами вырезов и оставляемых букетов (8... 15 см), а при значительной засоренности – с длиной выреза 2 3 . . . 27 и букетов 1 8 . . . 22 см. В этом случае в каждом букете остается два-три растения. Обычно после букетировки проводят ручную проверку букетов с целью удаления лишних растений и сорняков в рядках.

С появлением вдольрядных прореживателей для формирования густоты посевов сетчатые бороны и культиваторы применяются все реже. Это объясняется тем, что процесс вдольрядного прореживания с малыми длинами букетов и вырезов обеспечивает более равномерное размещение оставляемых растений, тем самым сокращаются затраты ручного труда на последующих операциях по уходу за растениями.

Принцип вдольрядного прореживания основан на вырезе через равные интервалы участков рабочими органами (ножами), движущимися поперек или под углом к рядку, в то время как машина перемещается вдоль него.

Режущая головка, в которой закреплены ножи, может приводиться в движение от ходовых колес прореживателя, от опорно-приводного колеса секции или быть пассивной – вращающейся от соприкосновения ножей с почвой. Соотношение между длиной вырезов и оставляемых букетов регулируется обычно изменением числа ножей. Иногда приходится дополнительно использовать ножи с другой длиной лезвия (табл. 5.14).

Наряду с обычным «слепым», или неуправляемым прореживанием, когда длины участков «вырез» и «невырез» не зависят от конкретного числа растений на том или ином отрезке рядка, приводящим иногда к чрезмерному изреживанию растений, с 60-х гг. начинают применять автоматические прореживатели, обеспечивающие корректировку режима работы в зависимости от состояния посевов.

Автоматический прореживатель оборудован датчиком обнаружения растений того или иного типа. Известно использование контактных и бесконтактных датчиков. К контактным датчикам относятся механические и электрические щупы, а к бесконтактн ы м – фотоэлектрические, емкостные (в том числе радиоволновые) и ультразвуковые.

Непосредственное удаление лишних растений из рядка осуществляют обычно механическими рабочими органами, хотя известно применение для этой цели химических средств, электрического тока высокого напряжения и т. д.

Механические рабочие органы – Т- или Г-образные ножи с различной длиной лезвия – устанавливают в головку, расположенную поперек рядка.

Головка может совершать прерывисто-вращательное, маятниковое или поворотное движение. Для периодического включения в действие рабочих органов используют электромеханические, электрогидравлические и электропневматические механизмы.

153

Таблица 5.14

Расстановка ножей на режущей головке прореживателей УСМП-5,4; УСМП-2,8; УСМП-4,8 и характеристика букетов и вырезов

Управление рабочими органами осуществляется электронным блоком по той или иной программе. В зависимости от принципа формирования густоты растений автоматические прореживатели осуществляют обработку рядка с постоянной длиной выреза или с постоянной длиной букета. П р и этом минимальный заданный интервал может быть установлен постоянным или корректироваться в процессе работы.

Если прореживание ведется по первому способу (с постоянной длиной выреза), то после обнаруженного датчиком растения следует вырез заданной длины. До тех пор, пока очередное растение после выреза не будет обнаружено, рабочий орган прореживателя не приводится в действие и проходит мимо рядка над почвой, поэтому длина букета (неподрезанного участка) может быть различной, и растение, как правило, не размещается в центре букета (рис. 5.19).

Во втором случае после обнаруженного и оставленного растения рабочий орган уничтожает прежде всего растения в заданном минимальном

154

интервале, а затем продолжает обработку рядка (вырез) до первого обнаруженного растения. Длина неподрезанного участка (букета) остается тогда постоянной, а вырез имеет различную длину в зависимости от исходного распределения растений в рядке (рис. 5.19, г). Благодаря наличию синхронной связи устройства включения рабочего органа с пройденным расстоянием, систему управления можно отрегулировать так, чтобы растения располагались в центре букета.

Рис. 5.19. Размещение растений до и после прореживания разными способами:

а– рядок до прореживания; б – слепое (неуправляемое) прореживание;

в– автоматическое прореживание при постоянной длине выреза;

г– автоматическое прореживание при постоянной длине букета

При автоматическом прореживании с постоянно заданным шагом в случае неравномерного размещения всходов может получиться распределение растений с заниженной густотой. Для устранения этого недостатка программное устройство современных прореживателей предусматривает корректировку шага (увеличение или уменьшение), если количество оставляемых растений выходит за заданный предел.

По данным ряда исследований, длина выреза и букета колеблется случайным образом в некоторых пределах, причем закон распределения этих интервалов близок к нормальному. Среднеквадратическое отклонение длины букетов и вырезов при «слепом» прореживании находится в пределах 1 . . . 3 см, а при р а боте автоматического прореживателя – значительно меньше (0,5... 1 см).

Среднюю длину вырезов и букетов определяют, исходя из необходимой степени прореживания.

Для снижения неравномерности размещения растений величину букета стремятся выбрать небольшой (5...6 с м ) . П р и меньшей длине букета возможно повреждение корней растения. Скорость движения агрегата при прореживании должна поддерживаться в пределах 3 . . . 6 км/ч (табл. 5.15 и 5.16).

Вдольрядные прореживатели, а тем более автоматические, являются достаточно сложными и, как следствие, дорогостоящими машинами. Их применение вполне оправдано в условиях специализированных хозяйств, возделывающих корнеплоды на больших площадях.

Там, где такие посевы занимают лишь десятки гектаров, их использование становится проблематичным, с экономической точки зрения.

155

Таблица 5.15

Расчетная минимальная величина букета и расположения датчика обнаружения растений относительно задней кромки переднего ножа в зависимости от скорости движения агрегата и расстановки ножей

156

Таблица 5.16

Рекомендуемы схемы прореживания, полученные на основе результатов испытания автоматических прореживателей ПСА-2,7

157

Поиск более простого решения задачи вдольрядного механизированного прореживания растений проведен в СПб ГАУ Ф.Г. Гусинцевым и М.М. Болдовым [5.44], [5.45].

Предложен, в частности прореживающий рабочий орган пассивного действия. Он представляет собой диск с рабочими лопатками, вращающийся на оси, закрепленной на стойке, и устанавливается на культиваторной секции над рядком растений. Прореживание осуществляется при вращении диска за счет сцепления рабочих лопаток с почвой (рис. 5.20).

Рис. 5.20. Схема технологического процесса рабочего органа пассивного действия

Исследования рабочих органов пассивного действия проведены в четырех вариантах:

-сферический диск с вырезами и приводным диском;

-сферический диск с вырезами без приводного диска;

-плоский диск с регулируемыми рабочими лопатками;

-плоский диск с регулируемыми рабочими и приводными диском. Приводной диск – это сплошной диск, установленный на одной оси и

рядом с прореживающим, с целью уменьшения проскальзывания прореживающего диска.

Опыты проведены в сравнении с производственными прореживателями ППС-6 и ППК-2,8.

Оказалось, что приводной диск не оказал существенного влияния на величину выреза и невыреза, что позволило исключить его из конструкции прореживателя.

Наиболее успешным оказался третий вариант исполнения рабочего органа при наружном диаметре от 350 до 400 мм, количестве рабочих лопаток – от 4 до 12 штук, углом атаки 20 , 30 и 40 , углом поворота лопатки

15 , 25 и 35 .

Для получения большего разнообразия схем прореживания предусмотрена установка сменных рабочих лопаток с длиной лезвия 50, 75, 100 и 150 мм небольшой высоты (20 мм).

Результаты исследований приведены в табл. 5.17

158

159

Большой интерес в этих исследованиях представляет определение изменчивости длины вырезов и букетов прореживателя различного типа

(табл. 5.18).

Таблица 5.18

Числовые характеристики распределения ячеек вырезов и букетов прореживателями

Закономерность изменчивости длины букетов и вырезов близка к нормальному распределению.

Методы моделирования процесса высева и формирования густоты насаждений

Исследования закономерностей распределения семян, растений, параметров процесса прореживания, в конечном результате, направлены на возможность предсказания результатов формирования насаждений по тем или иным технологиям и конкретным схемам. Глубокие теоретические исследования были в свое время проведены А.П. Тереховым [5.46], [5.47], Ф.Г. Гусинцевым и М.М. Болдовым [5.44], [5.45], В.В. Бреем, А.Я. Дороговцевым, О.А. Маковецким [5.48], [5.49], Савичем Г.В. [5.50], Л.В. Погорелым [5.51], С.В. Кардашевским [5.52], А.П. Иофиновым, Э.В. Хангильдиным, Х.Х. Ахмеровым [5.53], В.В. Василенко [5.55], К.Р. Казаровым [5.54] и др.

Тем не менее работы в этом направлении должны быть продолжены. Прежде всего потому, что в них проанализированы лишь частные, граничные случаи исходных распределений семян (показательное и нормальное), а реализация результатов возложена на устаревшие технические средства (АВМ, ЭВМ типа «Наири», «Минск» и т.п.).

Теоретическое решение задачи в настоящее время разумеется вполне возможно, но, как показывает опыт, связан со сложным математическим аппаратом, значительно затрудняющим его использование.

Значительно более простое и наглядное решение задачи может быть осуществлено методом статистического моделирования на современных компьютерах. Высокая скорость и большая память дает возможность моде-

160

лирования многих тысяч расстояний между семенами и растениями, что значительно повышает точность расчета и позволяет использовать методы вычислительного эксперимента для анализа результатов.

В основе метода статистического моделирования (Монте-Карло) лежит организация статистического эксперимента, проводимого с помощью средств вычислительной техники и регистрации числовых характеристик из этого эксперимента [5.56], [5.57].

Построение алгоритмов для решения задач этим методом тесно связано с формированием случайных объектов разнообразной природы. Прежде всего сюда относятся случайные события и случайные величины с заданными законами распределения.

Практически все современные ЭВМ имеют программы вычисления случайных чисел Ri c равномерным распределением в интервале (0,1).

1при 0 x 1

f (x) 0 при x 0 и x 0 .

Математическое ожидание такой случайной величины равно m 12 .

Дисперсия равна D 121 , а среднее квадратическое отклонение

213 .

Равномерно-распределенные числа Ri могут быть преобразованы в случайные числа Si с заданным законом распределения.

Чтобы получить число, принадлежащее к совокупности случайных чисел Si , имеющих дифференциальную функцию f(x), необходимо ре-

шить относительно Si интегральное уравнение:

Например, для показательного распределения, лежащего в основе математической модели распределения семян и растений, это уравнение примет вид:

Вычисление интеграла приводит к соотношению

1 е Si Ri .

Решая это уравнение относительно Si, можно получить: