Eine Rückstandsmanagementmaschine zum Zerkleinern von Reisrückständen in von Mähdreschern geernteten Reisfeldern

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 5077 (2023) Diesen Artikel zitieren

725 Zugriffe

1 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Heutzutage sind Mähdrescher das am häufigsten verwendete Gerät zur Ernte von Feldfrüchten; Infolgedessen wird eine große Menge an Pflanzenmaterial und Ernterückständen in einem schmalen Band an Pflanzenmaterial konzentriert, das den Mähdrescher verlässt, was die Aufgabe der Rückstandsbewirtschaftung erschwert. Ziel dieses Artikels ist die Entwicklung einer Ernterückstandsmanagementmaschine, die Reisrückstände zerkleinern und mit dem Boden des gemeinsam abgeernteten Reisfelds vermischen kann. Zu diesem Zweck sind an der entwickelten Maschine zwei wichtige Aggregate angebracht: die Hack- und Einarbeitungseinheiten. Der Traktor betreibt diese Maschine als Hauptquelle, mit einem Leistungsbereich von ca. 55,95 kW. Die vier unabhängigen Parameter, die für die Studie ausgewählt wurden, waren Drehgeschwindigkeit (R1 = 900 und R2 = 1100 U/min), Vorwärtsgeschwindigkeit (F1 = 2,1 und F2 = 3,0 km/h), horizontale Einstellung (H1 = 550 und H2 = 650 mm) und Vertikale Die Anpassung (V1 = 100 und V2 = 200 mm) zwischen der Welle des Strohhäckslers und der Welle des Rotavators hat Auswirkungen auf die Einarbeitungseffizienz, die Zerkleinerungseffizienz und die Reduzierung der Schmutzgröße der gehäckselten Reisrückstände. Die Einbindung von Rückständen und die Zerkleinerungseffizienz waren bei den Anordnungen V1H2F1R2 (95,31 %) und V1H2F1R2 (61,92 %) am höchsten. Die Abfallreduzierung der gehäckselten Reisrückstände wurde bei V1H2F2R2 am höchsten verzeichnet (40,58 %). Daher kommt diese Studie zu dem Schluss, dass den Landwirten die entwickelte Rückstandsmanagementmaschine mit einigen Modifikationen in der Kraftübertragung vorgeschlagen werden kann, um das Problem der Reisrückstände in kombiniert geernteten Reisfeldern zu lösen.

Bei der Ernte fällt seit Jahrhunderten Stroh als Nebenprodukt an, was es zu einem wichtigen landwirtschaftlichen Rohstoff macht1. Trotz seiner natürlichen Ressourcen ist Stroh nach der Ernte von immensem Wert als Bodenfruchtbarkeits- und Strukturverbesserer2. Das zweite Prinzip der konservierenden Landwirtschaft ist die Rückhaltung von Rückständen, was zur Gesundheit des Bodens beiträgt, die Bodenerosion verringert, den Feuchtigkeitsgehalt im Boden verbessert, den organischen Gehalt des Bodens verbessert und so die Ernteerträge und den Energieverbrauch steigert3. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Rückstände von Feldrückständen, darunter Ernte, Boden, Klima, Hanglage und Rückstandsmanagementpraktiken.

Von 1949–50 bis 2017–18 gab es einen enormen Ertragsanstieg bei den wichtigsten Nutzpflanzen. Sie lag bei etwa 379,8 % bei Reis, 1460,4 % bei Weizen, 1337,6 % bei Mais, 209,9 % bei Hülsenfrüchten, 388,7 % bei Ölsaaten und 669,3 % bei Zuckerrohr4. Die meisten Ernterückstände werden auf den Feldern verbrannt, anstatt zur Tierfütterung, zur Herstellung von Nährkompost oder zum Pflanzen von Pilzen verwendet zu werden, auch wenn sie in Bioenergie für die ländliche Versorgung und Entwicklung umgewandelt werden können5,6. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Pflanzenproduktivität und der Energieverfügbarkeit in der landwirtschaftlichen Produktion. In Indien fallen jedes Jahr etwa 371 Millionen Tonnen Ernterückstände an, wovon 27–36 % auf Weizenrückstände und 51–57 % auf Reisrückstände entfallen7,8. In der nordwestlichen (NW) Region Indiens, nämlich Punjab, Haryana und Uttar Pradesh, werden die Rückstände von Reisfeldern vor Ort verbrannt, was eine weitere gängige Bewirtschaftungspraxis ist. Verbrennungsrückstände tragen bis zu 20 % zum Emissionsbudget der landwirtschaftlichen Abfallverbrennung im Nordwesten Indiens bei9. Jede Tonne Stroh (Reis und Weizen) setzt beim Verbrennen 3 kg einer bestimmten Substanz, 60 kg CO, 1460 kg CO2, 199 kg Asche und 2 kg SO210 frei, was zu einer erheblichen globalen Erwärmung und saurem Regen führt. Und etwa 32–67 % des Strohgewichts und 27–73 % des Stickstoffs gehen durch die Verbrennung verloren1,11. Bei der Verbrennung von Reis- und Weizenstroh in Indien werden im Jahr 2000 schätzungsweise 110, 2306, 2 bzw. 84 Gigagramm (Gg) CH4, CO und NOx ausgestoßen12. Daher muss das Land die Mechanisierung der Landwirtschaft verbessern, um die Nahrungsmittelproduktion und die Lebensqualität zu verbessern. In vielen landwirtschaftlichen Betrieben sind die Produktionskosten aufgrund der Arbeitsintensität, die in verschiedenen Aspekten des landwirtschaftlichen Betriebs anfällt, recht hoch. Im Gegensatz dazu stieg der Anteil mechanischer und elektrischer Energiequellen im gleichen Zeitraum von 7 % auf etwa 90 %. In der indischen Landwirtschaft gibt es überwiegend kleine Betriebe, die hauptsächlich landwirtschaftliche Betriebe betreiben; Dies bedeutet, dass die Konsolidierung des Landbesitzes notwendig sein wird, um die Vorteile der landwirtschaftlichen Mechanisierung zu nutzen13.

Bezüglich des globalen Wirtschaftswachstums lässt sich sagen, dass die landwirtschaftliche Produktion eine wichtige Rolle dabei spielt, dieses Wachstum voranzutreiben. Zweifellos ist Indien der zweitgrößte Reis- und Weizenproduzent der Welt. Der verfügbaren Literatur zufolge fallen pro 4 Tonnen Weizen- oder Reisproduktion etwa 6 Tonnen Rückstände an, was einer riesigen Menge Stroh entspricht, die jährlich für eine sichere und ordnungsgemäße Entsorgung zur Verfügung steht. Auf einem kombiniert abgeernteten Feld beträgt der Gesamtertrag des Betriebs an Reisrückständen etwa 12,5 Tonnen pro Hektar. Im Vergleich dazu wird der Ertrag an stehenden Stoppeln und losem Stroh etwa 7 Tonnen pro Hektar bzw. 5,5 Tonnen pro Hektar betragen14. In Indien fielen pro Jahr durchschnittlich 500 Tonnen Ernterückstände verschiedener Pflanzenarten an; Der Hauptrückstand aus Reis und Weizen betrug etwa 34 % bzw. 22 %. Von den gesamten Ernterückständen werden 360 Tonnen für Tierfutter, Bodenmulchen, Biodünger, Stroh für Landhäuser und Brennstoff für den häuslichen und industriellen Gebrauch verwendet. Nach dieser Sammelverwendung verbleibt eine Überschussmenge an Rückständen von 140 Tonnen, von denen 92 Tonnen jedes Jahr von Landwirten verbrannt werden, da keine geeigneten Maschinen für die Reisrückstandsbewirtschaftung und die mechanisierte Landwirtschaft in Verbindung mit gering qualifizierten landwirtschaftlichen Arbeitskräften verfügbar sind15,16 ,17,18.

Beim Verbrennen von Ernterückständen wird eine erhebliche Menge Rauch und Ruß in die Luft freigesetzt, was zu einer erhöhten Schadstoffbelastung führt. Dieser Prozess führt zur Freisetzung von Treibhausgasen (THGs) wie Kohlendioxid, Methan und Lachgas, die zur globalen Erwärmung beitragen. Darüber hinaus kommt es zum Verlust wichtiger Pflanzennährstoffe wie N, P und K, was sich negativ auf die Bodeneigenschaften auswirkt und zu einem Verlust wertvollen organischen Kohlenstoffs und energiereicher Rückstände an die Umwelt führt. Durch das Verbrennen von Reisstroh auf Feldern werden Schadstoffe in die Atmosphäre freigesetzt, was die Auswirkungen des Klimawandels weiter verschärft19.

Neben der Verbrennung von Ernterückständen gibt es viele mögliche Alternativen zur Verbrennung von Ernterückständen, einschließlich der Zersetzung der Rückstände mit einem chemischen Hilfsstoff, der Zerkleinerung der Rückstände und der anschließenden Einarbeitung in den Boden. Die Zerkleinerung von Müll hat mehrere Vorteile: Sie verringert die Größe der Partikel, sodass mehr Mikroben den Rückstand schnell abbauen können, wodurch sich die Menge an Kohlenstoff und Stickstoff erhöht, die aus dem Rückstand mineralisiert wird. Darüber hinaus würde die Einarbeitung von Rückständen in den Boden die Kontaktoberfläche der Rückstände mit Bodenmikroben vergrößern und so den Zersetzungsprozess beschleunigen. Ernterückstandsmanagementsysteme können von der Einarbeitung von Stroh profitieren, um die landwirtschaftliche Produktivität und Nachhaltigkeit zu steigern. Dies gilt als die wirksamste Methode zur Verbesserung der Bodeneigenschaften und der Fruchtbarkeit20,21.

Es wurde empfohlen, dass die Einarbeitung von Stroh 15–20 Tage vor der Weizenaussaat im Nordwesten Indiens ein Ersatz für die Verbrennung von Reisstroh sein sollte22,23. Durch die Einarbeitung von Ernterückständen in den Boden würde sich auch die Oberfläche der Rückstände vergrößern, die mit den im Boden lebenden Mikroben in Kontakt käme, und dadurch die Zersetzung der Rückstände beschleunigen. Daher ist es wichtig zu betonen, wie wichtig es ist, Ernterückstände richtig zu verwalten, um die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten und die in den letzten Jahren erreichte hohe Ernteproduktivität aufrechtzuerhalten24,25,26. Ebenso verbesserte die Einarbeitung von Ernterückständen die Bodenqualität im Hinblick auf verbesserten organischen Kohlenstoff im Boden, hydraulische Leitfähigkeit, Infiltrationsrate, Wasserspeicherung, Kationenaustauschkapazität, enzymatische Aktivität und Aggregatstabilität. Im Allgemeinen hat die Zerkleinerung von Ernterückständen zu einer schnelleren Abbaurate geführt, was sich in einer Zunahme der Kohlenstoff- und Stickstoffmineralisierung zeigt, die maximale Atmungszeit beeinflusst hat oder keinen Einfluss auf die Atmung hatte. Zur Einarbeitung von Stroh und zur Vorbereitung des Saatbetts für die Weizenaussaat sind mehrere Bodenbearbeitungsvorgänge (2–3-fache Egge/Motorhacke oder Fräse und Planker) erforderlich, was die Anbaukosten erhöht und die Weizenaussaat verzögert. Die Stroheinarbeitung auf dem Feld ist sehr zeitaufwändig und erfordert 6–7 Arbeitsgänge. Daher entscheiden sich Landwirte für die Verbrennung von Reisstroh, um das Feld schnell für die Aussaat der nächsten Weizenernte zu säubern, da dieses nur begrenzt nutzbar ist27. Die Maschinen für die Ernterückstandsbewirtschaftung kombinieren einen Rotavator und einen Strohhäcksler, einen Happy Seeder, eine Nullsämaschine, eine Strohballenpresse und ein Super-Strohmanagementsystem auf einem Mähdrescher.

Die Roto-Till-Sämaschine wurde für die Aussaat von Weizen nach der Reisernte entwickelt28. Bei der Maschine handelte es sich um einen Rotavator in Kombination mit einer Sämaschine. Sie gaben an, dass die Maschinenleistung auf kombiniert abgeernteten Reisfeldern unbefriedigend sei. Darüber hinaus behaupteten sie, dass die Leistung der Maschine akzeptabel sei, wenn sie nach dem Häckseln des Strohs mit einem Strohhäcksler eingesetzt werde28,29. Es wurde eine fröhliche Kombi-Sämaschine entwickelt; Es sät das Feld in einem Arbeitsgang, indem es das lose Stroh und die stehenden Stoppeln mäht, hebt und auswirft. Als Antriebsquelle ist ein Traktor mit 45 PS erforderlich, der über die Zapfwelle des Traktors angetrieben wird und bei Betrieb mit einem Traktor eine Feldkapazität von 0,3–0,04 ha/h hat. Die zufriedenstellende Leistung der Maschine wurde festgestellt, wenn die Strohlast weniger als 7 t/ha betrug. In feuchten Lehmböden wurde die Ansammlung von Schlamm und Stroh an den Säzinken beobachtet.

In einem einzigen Arbeitsgang erntet die Maschine die nach dem Kämmen verbleibenden Stoppeln, schneidet sie in Stücke und verteilt sie auf dem Boden27. Mit einem einzigen Rotoravator oder einer Scheibenegge ließen sich die gehäckselten und ausgebreiteten Stoppeln leicht im Boden vergraben und verrotteten nach der Bewässerung. Der Reisstrohhäcksler und -verteiler funktioniert sowohl bei losen als auch bei stehenden Stoppeln zufriedenstellend. Das gehäckselte Stroh und die Stoppeln erforderten jedoch eine längere Zersetzungszeit, was die Aussaat der nächsten Kultur verzögerte. Bei der Stoppelerntemaschine und dem Häcksler wurde ein Verstopfen von losem Stroh beobachtet. Als Zubehör für den aktuellen Mähdrescher gehören ein Strohquetscher und ein Streuer dazu. Es wurde an der Heckhaube des Mähdreschers hinter den Spreusieben und direkt vor den Schüttlern befestigt. Der Hauptzweck der entwickelten Maschine bestand darin, das Stroh und die Spreu vom Strohschüttler und Sieb des Mähdreschers in kleinere Stücke zu zerkleinern und sie anschließend wieder über das abgeerntete Feld zu verteilen30.

Pflanzenreste-Häcksler können auf verschiedenen Feldern eingesetzt werden, darunter Mais, Weizen, Reis, Baumwolle und Zuckerrohr. Sie sind von Herstellern wie 1JH (China), Tornado (Italien), Croplogix (USA) und RM (Frankreich) erhältlich. Die Maschinen können von Zweirad-, Vierrad- und Mähdreschern bedient werden, wobei die Allrad-Traktorversion am beliebtesten ist. Happy Seeder, Incorporator, Zero Seed Drill, Strohballenpresse, Paddy-Strohhäcksler und Super-Strohmanagementsystem an einem Mähdrescher sind handelsübliche landwirtschaftliche Maschinen für die Ernterückstandsverwaltung. Allerdings kann die Entsorgung von Reisrückständen, die das Schneiden, Hacken und Einarbeiten umfasst, nicht allein mit vorhandenen Maschinen bewerkstelligt werden. Daher besteht die Notwendigkeit, eine geeignete Rückstandsmanagementmaschine zu entwickeln, um die Reisrückstände von zusammen abgeernteten Reisfeldern in einem einzigen Durchgang vollständig zu verwalten31.

Ziel dieses Artikels ist die Entwicklung einer Maschine und die Bewertung ihrer Leistung für die Reisrückstandsverwaltung. Das Hauptziel des Strohhäckslers mit Einarbeitungsgerät besteht darin, die Größe der Rückstände gleichmäßig zu reduzieren und sie in einem Durchgang in den Boden einzuarbeiten, um die Bodenfruchtbarkeit und die biologische Aktivität zu erhöhen. Es kann die Bodenfeuchtigkeit speichern und die Porosität und Belüftung des Bodens erhöhen, um die Keimung und das Wachstum der nächsten Rabi-Ernte zu verbessern. Die vorgeschlagene Rückstandsmanagementmaschine kann die Stoppeln schneiden und mit Erde vermischen. Daher wurden diese Fakten bei der Entwicklung der vorliegenden Maschine zur Reisrückstandsbewirtschaftung berücksichtigt.

Zur Entwicklung des Strohhäckslers mit Einarbeitungsgerät wurden ein Strohhäcksler und ein Einarbeitungsgerät mit einem verstellbaren Rahmen kombiniert. Die vorrangige Designüberlegung für die Entwicklung des Strohhäckslers mit Einarbeitungsgerät umfasste die Gestaltung seiner Breite, die konstant bei 2100 mm gehalten wurde, da es sich um die normale Größe von Geräten handelt, die von Landwirten, insbesondere in der nordwestlichen Region Indiens, verwendet werden. Die empfohlene Rotationsgeschwindigkeit des Einarbeitungsgeräts wurde bei 180–210 U/min gehalten, um eine ordnungsgemäße Pulverisierung des Bodens während der Einarbeitung der Reisrückstände zu gewährleisten 32. Frühere Forscher zeigten, dass die Leistung des Strohhäckslers vom Schlegeltyp in den Rotationsgeschwindigkeitsbereichen zwischen 750 und 1900 am besten war U/min. Die horizontale und vertikale Einstellung des Strohhäckslers mit Einarbeitungseinheit hängt von der Länge der Reisstoppeln nach der Ernte ab. Die durchschnittliche Länge der Reisstoppeln betrug etwa 350–600 mm. Der horizontale Abstand zwischen der Mitte der Rotorachse des Strohhäckslers und der Rotorachse des Einarbeitungsgeräts betrug 550 mm und 650 mm. Der vertikale Abstand zwischen der Mitte der Rotorachse des Strohhäckslers und der Rotorachse des Einarbeitungsgeräts betrug 100 mm und 200 mm33. Die Form der Einarbeitungsklingen für die Einarbeitung von Reisrückständen wurde im Allgemeinen vom L-Typ verwendet. Daher wurden für diese Studie die Messer vom Typ L in Betracht gezogen 32. Wie in der Vergangenheit wurden die Schlegelmesser vom Typ J in einem Schlegelhäcksler verwendet, aber diese Klingen funktionierten beim Zerkleinern und Hacken von Reisrückständen nicht zufriedenstellend. Invertierte Gamma-Messer arbeiten zufriedenstellender als J-Typ- und Mähbalken-Zackenmesser 34. Daher wurden im Strohhäcksler umgekehrte Gamma-Messer verwendet. Laut früheren Studien wird empfohlen, dass die Drehzahl des Einarbeitungsgeräts für die ordnungsgemäße Einarbeitung von Reisrückständen 180–210 U/min beträgt32.

Der Rahmen wurde aus MS-Vierkantrohren (Flussstahl) und MS-Flachrohren entwickelt. Hierzu wurden drei Vierkantrohre der Größe 75 × 75 mm mit einer Länge von 800 mm verwendet. Für den Rahmen wurde die MS-Flachplatte der Größe 100 × 25 mm verwendet. Der entwickelte Rahmen zeichnet sich dadurch aus, dass auf beiden Seiten der horizontale und vertikale Abstand zwischen der Einarbeitungswelle und der Rotorwelle des Strohhäckslers eingestellt werden kann. Da sich die horizontalen und vertikalen Abstände auf die Leistung auswirken können, wurde diese Anpassung vorgenommen, um die Leistung der Maschine zu verbessern 33. Die Rahmendetails sind in Abb. 1 dargestellt.

Isometrische Ansicht des Rahmens, der in einer entwickelten Maschine verwendet wird.

Durch die separate Berechnung der Drehmomentanforderungen des Strohhäckslers und der Einarbeitungseinheit wurden die Drehmomentanforderungen des Strohhäckslers und der Einarbeitungseinrichtung ermittelt. Die Summe des Drehmomentbedarfs von Strohhäcksler und Einarbeitungsgerät ergab den Gesamtdrehmomentbedarf der entwickelten Maschine. Der Leistungsbedarf wurde gemäß Herstellerempfehlungen und früheren Studien angenommen. Das Drehmoment wird mit der folgenden Gleichung berechnet:

Dabei ist P der Leistungsbedarf des Strohhäckslers in kW, T der Drehmomentbedarf des Strohhäckslers in Nm und N die Drehzahl der Rotorwelle des Strohhäckslers in U/min.

Tabelle 1 gibt den Drehmomentbedarf für den Strohhäcksler mit Einarbeitungsgerät an. Der Gesamtdrehmomentbedarf für die entwickelte Maschine beträgt 1790,94 Nm, die Summe des individuellen Drehmomentbedarfs von Strohhäcksler (435,24 Nm) und Einarbeitungsgerät (1355,70 Nm).

Für die Kraftübertragung des Strohhäckslers mit Einarbeitungsgerät wurde das offene Riemen- und Riemenscheibensystem verwendet. Im Kraftübertragungssystem der entwickelten Maschine wurde ein Keilriemen der Kategorie B verwendet. Die Länge des Gürtels wurde mithilfe der folgenden Gleichung ermittelt:

Dabei ist L die Länge des Riemens (mm), D der Durchmesser der angetriebenen Riemenscheibe (mm), d der Durchmesser einer Antriebsriemenscheibe (mm) und X der mittlere Abstand zwischen der angetriebenen Riemenscheibe und der Antriebsriemenscheibe (mm). Die berechneten Längen des Riemens von L1, L2 und L3 sind in Tabelle 2 angegeben.

Die Auswahl der Anzahl der Riemen oder Riemenscheibenrillen erfolgte anhand der folgenden Annahmen23,25,33,35, da die Massendichte des Gummiriemens (ρ) 1140 kg/m3 beträgt und die zulässige Spannung im Gummiriemen \(\left({ \varvec{\upsigma}}\right)\) beträgt 21 MPa, der Reibungskoeffizient zwischen Riemen und Riemenscheibe (µ) beträgt 0,30 und das Gewicht des Gummiriemens pro Meter (m) beträgt 4,31 N.

Die Anzahl der benötigten Riemen wurde für den Strohhäcksler und Einarbeitungsgerät anhand der folgenden Gleichungen berechnet:

Dabei ist n die Anzahl der Riemen, a die berechnete Querschnittsfläche des Riemens, mm2, und A die Standardquerschnittsfläche des Riemens, mm2. Die berechnete Querschnittsfläche (a) ergibt sich aus:

Dabei ist θ der Kontaktwinkel im Bogenmaß und v die Geschwindigkeit des Riemens in m/s. Die Standardquerschnittsfläche des Riemens (A) = bt, wobei b die Breite des Riemens in mm und t die Dicke des Riemens in mm ist. Beim Riementyp B betragen Breite und Dicke 17 bzw. 11 mm35.

Angenommene Leistung für Strohhäcksler Ps = 41 kW; α = Kontaktwinkel, Grad, also

Daher ist die Anzahl der benötigten Riemen = \(\frac{a}{A}\) ; Die Anzahl der benötigten Riemen beträgt 3.

Für den Strohhäcksler wird eine Leistung von Pr = 30 kW angenommen

Daher ist die Anzahl der erforderlichen Riemen = \(\frac{a}{A}\), die Anzahl der erforderlichen Riemen beträgt 3.

Der Durchmesser der Strohhäcksler- und Einarbeitungswelle wurde unter Verwendung der Torsionsgleichung unter der Annahme einer zulässigen Scherspannung \(\uptau =70\mathrm{ MPa}\) bestimmt.

Dabei ist T das auf die Welle wirkende Drehmoment Nm, \({\varvec{\tau}}\) die Torsionsscherspannung MPa und d der Wellendurchmesser mm. Die Durchmesser von Welle 1, Welle 2 und Welle 3 wurden mithilfe von Gl. berechnet. 7 in Tabelle 3.

Das Riemen- und Riemenscheibensystem übertrug die Kraft von einer Welle auf eine andere. Riemen, Riemenscheibe, Zahnräder, Welle und Lager waren die Komponenten zur Kraftübertragung. Es wurden fünf Riemenscheiben mit mehreren Rillen vom Typ B mit verschiedenen Durchmessern verwendet, von denen zwei Riemenscheiben an der Strohhäckslermaschine verwendet wurden, nämlich Riemenscheibe Nr. 1 und Riemenscheibe Nr. 2, und die restlichen drei Riemenscheiben an der Einarbeitungsmaschine verwendet wurden, d. h. Riemenscheibe 3, 4 und 5. Es wurde ein Satz Stirnräder (75 Zähne) mit demselben Durchmesser verwendet; Der Hauptzweck dieser beiden Zahnräder bestand darin, die Drehrichtung der Riemenscheibe 4 umzukehren. Die Kraft für Riemenscheibe vier wurde von Riemenscheibe 3 übertragen. Die Komponenten des Kraftübertragungssystems sind in den Abbildungen beschrieben. 2 und 3.

Isometrische Ansicht der Kraftübertragung einer Häcksler- und Einarbeitungsmaschine.

Die Kraft von der Zapfwelle des Traktors wurde über eine Teleskopwelle auf das Getriebe des Strohhäckslers übertragen. Anschließend wurde die Kraft mithilfe einer Riemen- und Riemenscheibenanordnung auf die Rotorwelle des Häckslers übertragen. Ein offenes Riemenscheibensystem verband die Häckselwelle über eine geeignete Riemenscheibenanordnung an ihrem Ende mit dem Getriebe. Riemenscheibe Nr. 1 wurde an der Oberseite angebracht, Riemenscheibe Nr. 2 an der Rotorwelle des Strohhäckslers. Die Rotorwelle des Strohhäckslers dreht sich im Uhrzeigersinn. Riemenscheibe Nr. 2 verfügt über sechs Rillen, die mit den Riemenscheiben 1 und 3 verbunden sind. Riemenscheibe Nr. 1 erhält Strom von Riemenscheibe Nr. 2 und Riemenscheibe 3 erhält Strom von den verbleibenden drei Rillen von Riemenscheibe Nr. 2. Diese gesamten drei Riemenscheiben drehen sich im Uhrzeigersinn. Die Kraft von Riemenscheibe drei wurde auf Welle Nr. 1 auf Welle Nr. 2 montiert und durch Stirnräder übertragen. Auf der jeweiligen Welle wurde die Riemenscheibe Nummer 4 montiert. Die Drehrichtung der Riemenscheibe Nr. 4 wurde in die Gegenuhrzeigerrichtung geändert. Die Kraft von Riemenscheibe Nr. 4 wurde auf Riemenscheibe Nr. 5 übertragen. Riemenscheibe Nr. 5 dreht den Rotorwellen-Inkorporator. Daher dreht sich die Rotorwelle des Einarbeitungsgeräts entgegen dem Uhrzeigersinn.

Die Geschwindigkeiten der Antriebs- und der angetriebenen Riemenscheibe werden als Geschwindigkeitsverhältnis bezeichnet. Das Geschwindigkeitsverhältnis wurde mithilfe der folgenden Gleichung berechnet:

Sei N, D = Drehzahl (U/min) bzw. Durchmesser einer Antriebsscheibe (mm); n, d = Drehzahl (U/min) bzw. Durchmesser der angetriebenen Riemenscheibe (mm); die Drehzahl an Riemenscheibe 1 (N1) = 650 U/min, der Durchmesser von Riemenscheibe 1 (D1) = 228,6 mm; die Drehzahl an Riemenscheibe 2 (N2) = 900 U/min, der Durchmesser von Riemenscheibe 2 (D2) = 165,1 mm;

Geschwindigkeit an Riemenscheibe 3 (N3) = 450, Durchmesser an Riemenscheibe 3 (D3) = 304,8 mm, Geschwindigkeit an Riemenscheibe 4 (N4) = 450, Durchmesser an Riemenscheibe 4 (D4) = 101,6 mm, Geschwindigkeit an Riemenscheibe 5 (N5) = 200 U/min, Durchmesser der Riemenscheibe 5 (D5) = 228,6 mm:

Hauptgeschwindigkeitsverhältnis G = G1 X G2 = 1,51.

Der horizontale und vertikale Abstand zwischen beiden Achsen des Strohhäckslers und des Einarbeitungsgeräts wurde mithilfe der folgenden Gleichungen berechnet. Der vertikale Abstand ergibt sich aus:

Der horizontale Abstand ergibt sich aus:

Dabei ist V der vertikale Abstand in mm, H der horizontale Abstand, h1 die Häcksellänge (= 80 bis 100 mm), R1 der Rollradius der Strohhäckslerwelle mit umgekehrten Gamma-Messern (= 170 mm). ), R2 ist der Rollradius der Einarbeitungswelle mit L-Schneiden (= 150 mm) und h2 ist die Einarbeitungstiefe (= 100 mm). H2 = 1,1 H1.

Dabei ist α der eingeschlossene Winkel zwischen dem Boden und der absoluten Geschwindigkeit der gehäckselten Reisrückstände (= 45°). Der vertikale Durchfahrtsabstand und die Durchfahrtshöhen wurden mit etwa 220 mm bzw. 640 mm berechnet.

Die entwickelte Maschine kombinierte den verstellbaren Rahmen, den Einarbeitungsapparat und den Strohhäcksler. Der Strohhäcksler verfügt über umgekehrte Gamma-Messer, und verarbeitete Reisrückstände werden mithilfe eines Einarbeitungsgeräts mit L-Messern eingearbeitet. Die entwickelte Maschine erledigt das Schneiden, Häckseln und Einarbeiten von Stroh in einem einzigen Arbeitsgang. Die Bodengesundheit würde verbessert, wenn die Zersetzungsrate von Reisrückständen erhöht und in den Boden eingearbeitet würde. Die Abbildungen 4 und 5 zeigen die entwickelte Maschine in isometrischer Draufsicht, Seitenansicht, Vorder- und Rückansicht sowie einer isometrischen Ansicht von der Rückseite. Die detaillierte Spezifikation der entwickelten Maschine ist in Tabelle 4 dargestellt.

Isometrische Ansicht der entwickelten Rückstandsmanagementmaschine.

(a) Draufsicht (b) Seitenansicht, (c) Vorderansicht und (d) Zahnradansicht der entwickelten Rückstandsmanagementmaschine.

Der Feldversuch wurde im Norman Borlaug Crop Research Center der Govind Ballabh Pant University of Agriculture and Technology Pantnagar, Uttarakhand, Indien, durchgeführt. Befindet sich auf 29° nördlicher Breite, 79,29° östlicher Länge und in einer Höhe von 243,80 m über dem mittleren Meeresspiegel im Tarai-Gürtel unseres Landes, wie in Abb. 6 dargestellt. Der Traktor wurde für Feldversuche mit 56 kW verwendet. Der Feuchtigkeitsgehalt (%), die Schüttdichte (kg/cm3) und die Bodenfestigkeit (kg/cm2) des Testfelds betragen 13,63–14,30, 1,5–1,6 bzw. 1,52. Die unabhängigen und abhängigen Parameter, die für die Leistungsbewertung der entwickelten Rückstandsmanagementmaschine bei der Feldbewertung berücksichtigt wurden, waren die Vorwärtsgeschwindigkeit (km/h), die vertikale Einstellung zwischen der Rotorwelle des Strohhäckslers und dem Rotavator (cm), die Drehzahl des Strohhäckslers (U/min). und horizontale Einstellung der Rotorwelle des Strohhäckslers und Rotavators (cm), Feldkapazität (ha h–1), Reduzierung der Reisrückstände (%), Feldeffizienz (%), Zerkleinerungseffizienz (%), Einarbeitungseffizienz (%) und Kraftstoffverbrauch (l/h). Die unabhängigen Parameter verschiedener Ebenen sind in Tabelle 5 aufgeführt. Die Versuche wurden nach der Ernte des Reisfeldes durch einen Mähdrescher durchgeführt.

Die entwickelte Reststoffmanagementmaschine im Feldtest.

Die Wahl der vertikalen und horizontalen Durchfahrtshöhe sind die Schlüsselparameter, die die Struktur und die Betriebsleistung der entwickelten Maschine beeinflussen. Ein zu großer horizontaler Abstand dehnt den Maschinenrahmen aus und überlastet das Anbaugestänge des Traktors. Ein zu kleiner horizontaler Abstand führt zu einer gegenseitigen Beeinträchtigung der beiden Rotoren und erhöht die Gefahr einer Spindelwicklung und Blockierung. Der horizontale Abstand sollte optimal sein, um die optimale Leistung der Maschine zu gewährleisten. Der horizontale Abstand zwischen der Mitte des Strohhäckslers und dem Rotavatorrotor wurde bei 550 mm gehalten, und im Rahmen der Studie wurden 650 mm beibehalten. Der vertikale Abstand zwischen der Mitte des Strohhäckslerrotors und dem Rotavatorrotor wurde auf 100 mm und 200 mm33 gehalten. Die empfohlene Drehzahl des Rotavators wurde bei 180–210 U/min gehalten, um eine ordnungsgemäße Pulverisierung des Bodens während der Einarbeitung der Reisrückstände zu gewährleisten30; Frühere Forscher haben gezeigt, dass die Leistung des Schlegel-Strohhäckslers im Drehzahlbereich zwischen 750 und 1900 U/min am besten ist27. Die Form der Rotavatorblätter für die Einarbeitung von Reisrückständen wird im Allgemeinen vom L-Typ verwendet. Daher wurden für diese Studie L-förmige Klingen berücksichtigt32. Invertierte Gamma-Klingen funktionieren zufriedenstellender als J-Klingen und Klingen mit gezahntem Mähbalken34. Deshalb haben wir im Strohhäcksler umgekehrte Gamma-Messer verwendet.

Die Gesamtfläche, die zur Bewertung der entwickelten Maschine genutzt wurde, betrug rund 2,5 Hektar. Die Fläche der einzelnen Versuchsparzellen betrug etwa 30 × 15 m2. Die Gesamtzahl der Experimente betrug 16 und diese Experimente wurden dreimal wiederholt. Das Split-Plot-Design (4 × 4 × 3) wurde für die statistische Auswertung des Strohhäckslers mit Einarbeitungsmaschine verwendet, um die Wirkung von vier unabhängigen Variablen zu analysieren, nämlich der Vorwärtsgeschwindigkeit der entwickelten Maschine und der Rotorgeschwindigkeit des Strohhäckslers , horizontale und vertikale Anpassungen zwischen Strohhäcksler und Rotavator an abhängigen Variablen wie Einarbeitungseffizienz, Reduzierung der Reisrückstandsgröße und Zerkleinerungseffizienz. Die Analyse erfolgte auf einem Signifikanzniveau von 5 %. Der Versuchsaufbau ist in Tabelle 6 dargestellt.

Im Rahmen der Untersuchung wurden folgende Abkürzungen für die Arrangements verwendet:

F1R1: Vorwärtsgeschwindigkeit auf niedrigem Niveau, also 2,1 km/h, und Drehzahl auf niedrigem Niveau, also 900 U/min.

F1R2: Vorwärtsgeschwindigkeit auf niedrigem Niveau, also 2,1 km/h, und Drehzahl auf hohem Niveau, also 1100 U/min.

F2R1: Vorwärtsgeschwindigkeit auf hohem Niveau, also 3,0 km/h, und Drehzahl auf niedrigem Niveau, also 900 U/min

F2R2: Vorwärtsgeschwindigkeit auf hohem Niveau, also 3,0 km/h, und Drehzahl auf hohem Niveau, also 1100 U/min.

H1V1: Horizontale Verstellung auf niedrigem Niveau, also 550 mm, vertikale Verstellung auf niedrigem Niveau, also 100 mm.

H1V2: Horizontale Verstellung auf niedrigem Niveau, also 550 mm, vertikale Verstellung auf hohem Niveau, also 200 mm.

H2V1: Horizontale Verstellung auf hohem Niveau, also 650 mm, vertikale Verstellung auf niedrigem Niveau, also 100 mm.

H2V2: Horizontale Höhenverstellung, also 650 mm, Höhenverstellung, also 200 mm.

Die Boden- und Ernteparameter wurden vor der Durchführung des Feldtests der entwickelten Maschine gemessen und sind in den Tabellen 7 und 8 aufgeführt.

Maschinenparameter.

Das Feldexperiment wurde auf einem kombinierten abgeernteten Reisfeld durchgeführt, um den Kraftstoffverbrauch, die tatsächliche Feldkapazität, die theoretische Feldkapazität und die Feldeffizienz der entwickelten Rückstandsmanagementmaschine zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Studien sind in Tabelle 7 dargestellt. Der Zeitaufwand für das einzelne Experiment betrug etwa 7 bis 8 Minuten. Zur Messung des Kraftstoffverbrauchs während der Studie wurde die Nachfüllmethode verwendet. Der niedrigste Kraftstoffverbrauch von 12,5 l/h wurde beobachtet, wenn die Drehzahl des Strohhäckslers und des Einarbeitungsgeräts auf einem niedrigen Niveau lag, nämlich 900 U/min bzw. 180 U/min (Tabelle 7). Die maximalen tatsächlichen und theoretischen Feldkapazitäten betrugen etwa 0,35 bzw. 0,64 ha/h (Tabelle 7). Der maximale Feldwirkungsgrad wurde bei 60,46 % beobachtet (Tabelle 9).

Die Drehzahl der Rotorwelle eines Strohhäckslers variiert mit dem Wechsel des Getriebegangs und mit der Gaspedalstellung. Mithilfe eines Drehzahlmessers wurde diese Drehzahl gemessen. In dieser Studie wurde ein berührungsloser Drehzahlmesser in Betracht gezogen. An den Rotorwellen des Rotavators und des Strohhäckslers wurden Schilder angebracht. Der Laserstrahl des Drehzahlmessers wurde auf das Etikett fokussiert und der Messwert wurde auf dem Display in U/min angezeigt.

Die Zerkleinerungseffizienz ist der prozentuale Anteil der gehäckselten Reisreisrückstände auf dem Feld nach dem Eingriff in Bezug auf die Reisreisrückstände auf dem Feld.

wobei Ec = Zerkleinerungseffizienz der Maschine, %; F = Menge der gehäckselten Reisrückstände auf dem Feld nach der Operation, q/ha; C = Menge an Reisrückständen auf dem Feld vor der Operation, q/ha.

Dabei handelt es sich um das Verhältnis der durchschnittlichen Länge der Reisrückstände nach der Operation zur Länge vor der Operation. Zur Messung der Länge der gehäckselten Reisstoppeln wurden an jeder Parzelle etwa 100 g gehäckselte Strohproben in einem Polyethylenbeutel gesammelt. Zur Identifizierung wurden für jede Probe Tags aufbewahrt. Zur Quantifizierung der gehäckselten Reisrückstände wurde die Größe der Probe durch manuelles Messen der Strohlänge mit Hilfe einer Messskala differenziert. Die Größenreduzierung der Reisrückstände wurde mithilfe der folgenden Beziehung bestimmt:

wobei Eb = Größenreduzierung der Reisrückstände, %; F = Länge der Reisrückstände nach der Operation, mm; B = Länge der Reisrückstände vor dem Betrieb, mm.

Die Einarbeitungseffizienz wurde anhand des Gewichts des von der Maschine auf einer Fläche von einem Quadratmeter eingearbeiteten Reisstrohs und des Gewichts der Reisrückstände nach dem Betrieb der entwickelten Rückstandsmanagementmaschine vor dem Betrieb am gleichen Standort der Versuchsparzelle gemessen. Ein Prozentsatz gibt es an.

Der kombinierte Effekt von Dreh- und Vorwärtsgeschwindigkeiten sowie vertikalen und horizontalen Anpassungen ist in Tabelle 10 dargestellt. Die in Tabelle 11 dargestellte statistische Analyse zeigte, dass die Auswirkung von Vorwärts- und Drehgeschwindigkeiten sowie vertikalen und horizontalen Anpassungen signifikant auf die Einarbeitungseffizienz waren. Die maximale Einarbeitungseffizienz von Reisrückständen wurde bei Anordnung V1H2F1R2 (95,31 %) erzielt, gefolgt von V1H1FIR2 (94,30 %). Im Gegensatz dazu wurde die niedrigste Einarbeitungseffizienz bei den Anordnungen V1H2F2R2 (59,42 %) und V1H1F2R2 (59,43 %) verzeichnet, gefolgt von V2H1F2R2 (64,63 %) und V2H2F2R2 (64,98 %). Der Wert des Differenzkoeffizienten wurde berechnet, also 7,58. Die Einarbeitungseffizienz für alle Anordnungen in verschiedenen Kombinationen variierte zwischen 59,42 % und 95,30 %. Die Ergebnisse zeigten, dass die Einarbeitungseffizienz bei der Drehgeschwindigkeit auf der 2. Stufe (1100 U/min) höher war und die Einarbeitungseffizienz bei der Vorwärtsgeschwindigkeit auf der 2. Stufe (3,0 km/h) niedriger war. Auf verschiedenen Ebenen horizontaler Vereinbarungen zur Eingliederungseffizienz ist kein statistischer Wertunterschied zu beobachten. Ein ähnliches Ergebnis zeigte, dass der Prozentsatz der vergrabenen Rückstände mit dem Durchschnittswert der Rotationsgeschwindigkeit zunahm. Dies ist auf eine verringerte Bissschnitt- oder Bodenschnittfrequenz zurückzuführen, wenn die Drehzahl zunimmt und die Vorwärtsgeschwindigkeit abnimmt36. Ein ähnliches Muster wurde von Destain und Houmy37 berichtet, die die Wirkung der Bodenfräse auf die Bodenstruktur untersuchten.

Die kombinierte Auswirkung von Dreh- und Vorwärtsgeschwindigkeit sowie horizontalen und vertikalen Einstellungen auf die Reduzierung der Rückstandsgröße ist in Tabelle 12 dargestellt. Die in Tabelle 13 dargestellte statistische Analyse zeigte, dass die Auswirkung von Rotation, Vorwärtsgeschwindigkeit sowie vertikaler und horizontaler Einstellung der Rückstandsmanagementmaschine gering war erheblich bei der Größenreduzierung eines zerkleinerten Reisrückstands. Die maximale Größenreduzierung der Reisrückstände wurde für die Anordnungen V1H2F1R2 (61,92 %) erzielt, gefolgt von V1H1FIR2 (60,35 %), V1H1F1R1 (54,76) und V1H2F1R1 (54,49 %). Die minimale Größenreduzierung wurde für die Anordnungen V2H2F2R2 (22,99 %) und V2H1F2R2 (24 %) gefunden, gefolgt von V2H1F2R1 (24,13 %). Die statistische Analyse ergab keinen signifikanten Unterschied in der Reduzierung der Rückstandsgröße bei horizontaler und vertikaler Einstellung mit einer Kombination aus Dreh- und Vorwärtsgeschwindigkeit. Die Reduzierung der Rückstandsgröße nahm mit zunehmender Drehgeschwindigkeit zu, wohingegen sie mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit abnahm. Die Ergebnisse zeigten, dass bei niedrigerer Vorwärtsgeschwindigkeit (2,1 km/h) die Rückstandsgröße stärker reduziert wurde. Die Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit der entwickelten Maschine führt zu einer geringeren Anzahl von Schnitten pro Zeiteinheit der Reisreste, was zu einer Verringerung des Prozentsatzes der Höhenreduzierung der gehackten Reisreste führt38.

Die in Tabelle 14 dargestellte statistische Analyse zeigte, dass unterschiedliche Vorwärts- und Rotationsgeschwindigkeiten sowie vertikale und horizontale Einstellungen für die Zerkleinerungseffizienz von Bedeutung waren. Die Zerkleinerungseffizienz der Rückstandsmanagementmaschine schwankte für alle Anordnungskombinationen zwischen 4,69 % und 40,57 %, wie in Tabelle 15 gezeigt. Die minimale Zerkleinerungseffizienz von Reisrückständen wurde für die Anordnungen V1H2F1R2 (4,69 %) erreicht, gefolgt von V1H1FIR2 (5,70). %). Die maximale Zerkleinerungseffizienz wurde für V1H2F2R2 (40,58 %) und V1H1F2R2 (40,57 %) beobachtet. Es wurde beobachtet, dass die Zerkleinerungseffizienz bei einer Vorwärtsgeschwindigkeit von 3,0 km/h höher war. Die niedrigste Zerkleinerungseffizienz wurde bei einer niedrigeren Vorwärtsgeschwindigkeit (2,1 km/h) festgestellt. Die Auswirkung unterschiedlicher horizontaler Anordnungen und gleicher Vorschub- und Drehgeschwindigkeit auf die Zerkleinerungseffizienz wurde als nicht signifikant befunden.

Folglich zeigen die Ergebnisse eine Verringerung der gehäckselten Länge des Strohs, wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit der Maschine erhöht wird. Es kann sein, dass die Verringerung der gehäckselten Länge des Strohs auf eine zunehmende Vorwärtsgeschwindigkeit zurückzuführen ist, wodurch der Schlupf verringert und eine ordnungsgemäße Verdichtung des Strohs gewährleistet wird, da mehr Stroh geschnitten werden muss, d. h. die Vorschubgeschwindigkeit erhöht sich mit zunehmender Vorwärtsgeschwindigkeit erhöht sich. Darüber hinaus wurde während des Experiments beobachtet, dass die gehäckselte Länge des Strohs mit zunehmender Drehzahl des Zylinders von 1600 auf 1800 Umdrehungen pro Minute abnahm. Im Niedriggeschwindigkeitsbetrieb bewegen sich die Messer des Häckselzylinders relativ zum Material schneller als im Hochgeschwindigkeitsbetrieb, was zu einem maximalen Strohschnitt und damit zu einer minimalen Häcksellänge des Strohs führt verursacht durch mehrere Schnitte pro Zeiteinheit und hohe Geschwindigkeiten36,39.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Einarbeitungseffizienz proportional zur Drehgeschwindigkeit und umgekehrt proportional zur Vorschubgeschwindigkeit ist. Mit steigender Drehzahl der entwickelten Rückstandsmanagementmaschinen erhöht sich die Anzahl der Schnitte pro Boden- und Reisrückstandseinheit, was zu einer stärkeren Einarbeitung von Reisrückständen führt und umgekehrt. Dieser Ergebnistrend ähnelte der von Satish40 durchgeführten Studie. Die Ergebnisse zeigten, dass bei niedrigerer Vorwärtsgeschwindigkeit (2,1 km/h) die Rückstandsgröße stärker reduziert wurde. Die Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit der entwickelten Maschine führte zu weniger Schnitten der Reisreste pro Zeiteinheit, was zu einer Verringerung des Prozentsatzes der Höhenreduzierung der gehackten Reisreste führte und darauf zurückzuführen war, dass weniger Zeit zum Schneiden der Reisreste bei einer höheren Vorwärtsgeschwindigkeit zur Verfügung stand Geschwindigkeit38. Der Trend zeigt, dass die Zerkleinerungseffizienz bei einer Vorwärtsgeschwindigkeit von 3,0 km/h höher war. Im Gegensatz dazu wurde die niedrigste Zerkleinerungseffizienz bei der Vorwärtsgeschwindigkeit auf einem niedrigeren Niveau (2,1 km/h) festgestellt. Die Vorwärtsgeschwindigkeit der entwickelten Rückstandsmanagementmaschine erhöhte die Anzahl der Schnitte pro Zeiteinheit pro Längenreduzierung, wodurch der prozentuale Gewichtsanteil der gehäckselten Reisrückstände verringert wurde, was zu einer geringeren Zerkleinerungseffizienz führte38. Anstatt eine Maschine für Ernterückstände zu entwickeln, haben Sidhu et al. (2015)34 entwickeln und bewerten Turbo Happy Seeder für die Aussaat von Weizen in schwere Reisrückstände im Nordwesten Indiens. Mehrere landwirtschaftliche Versuche haben gezeigt, dass 9-reihige Turbo Happy Seeder der herkömmlichen Bodenbearbeitung und Strohverbrennung für die Weizenaussaat innerhalb von Reisrückständen ebenbürtig oder sogar überlegen sind. Zhang et al. (2017)1 fasste die weltweite Forschung zu Klingendesign, Klingenanordnung und Stromverbrauch basierend auf zwei Hauptschlüsselfaktoren für die Qualität des Zerkleinerns von Rückständen und die Gleichmäßigkeit der Verteilung zusammen. Dai et al. (2010)41 entwickelten einen Strohhäcksler mit einem schnell zersetzenden Impfmittelsprühgerät, um die Zersetzung von Strohmulch auf dem Boden zu beschleunigen. Die Maschine besteht aus einem Strohhäcksler und einem zersetzenden Impfmittelsprühgerät. Bevor der Strohhäcksler das Erntestroh zerkleinert, sprüht das zersetzende Impfmittel-Sprühgerät das zersetzende Impfmittel (mikrobielles Impfmittel) in die Luft. Er läuft mit einem 22,4-kW-Motor und häckselt Stroh in 5 bis 9 cm große Stücke.

Obwohl die Maschine viele Vorteile gegenüber anderen Maschinen bietet, ist es für viele Landwirte aufgrund erheblicher Herausforderungen immer noch schwierig, diese Sämaschine einzuführen. Eines der Haupthindernisse für die Einführung der Maschine sind die hohen Kapitalkosten, die Risikoaversion der Landwirte (insbesondere aus marginalisierten oder kleinen Betrieben) und die hohen Subventionen für Strom und Diesel in der Landwirtschaft. In der Sensibilisierungsphase haben Subventionen für Maschinen eine entscheidende Rolle dabei gespielt, die Technologie attraktiver zu machen. In vielen Gegenden bevorzugen Landwirte immer noch saubere Felder mit geringen Rückstandswerten. Für Landwirte ist das Verbrennen von Reisrückständen eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, ihre Felder zu räumen. Um diese Probleme zu überwinden, müssen mehrere Felddemonstrationen mit der Ernterückstandsmanagementmaschine auf verschiedenen Bodentypen unter unterschiedlichen Klimabedingungen und Jahreszeiten durchgeführt werden.

Trotz umfangreicher Untersuchungen zur Strohhäckslerstruktur/Restmanagement- und Betriebsparametern, den mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Erntestrohs und dem Maschinendurchsatz, die durchgeführt wurden, um die Häckselqualität des Erntestrohs zu verbessern, wurden nur sehr wenige Versuche unternommen, diese Parameter mit dem Schneiden und Verteilen in Zusammenhang zu bringen . Aus dieser Studie lassen sich folgende wesentliche Schlussfolgerungen ziehen:

Die tatsächlichen Tests der entwickelten Rückstandsmanagementmaschine verliefen zufriedenstellend.

Die theoretische Feldkapazität, die effektive Kapazität und die Feldeffizienz der entwickelten Rückstandsmanagementmaschine betrugen 0,43–0,64 ha/h, 0,26–0,35 ha/h bzw. 55–60,46 %.

Der Kraftstoffverbrauch der entwickelten Maschine wurde mit 12,5–14 l/h gemessen.

Die Einarbeitungseffizienz von Reisrückständen durch Strohhäcksler und Einarbeitungsgerät liegt zwischen 59,42 % und 95,31 %.

Die Reduzierung der Müllgröße bei der Neuausbringung von Reisfeldern durch Strohhäcksler mit Einarbeitungsgerät liegt im Bereich von 22,99–24,13 %.

Der maximale Zerkleinerungswirkungsgrad lag bei etwa 40,58 %.

Trotz der Neuheit und des praktischen Beitrags der in dieser Studie vorgestellten Entwicklung besteht die Hauptbeschränkung darin, dass sie einen Hochleistungstraktor (> 60 PS) erfordert, der auf den Vorschlägen der indischen Landwirte basierte, das Kraftübertragungssystem zu modifizieren. Das Riemen- und Riemenscheibengetriebe wird in der entwickelten Rückstandsmanagementmaschine verwendet. Es wurde festgestellt, dass zwischen Riemen und Riemenscheibe mehr Wärme entsteht, wenn die Belastung am Einarbeitungsgerät zunimmt. Daher funktioniert dieses Kraftübertragungssystem nicht länger. Die im Strohhäcksler mit Einarbeitungsgerät verwendete Kraftübertragung kann nicht über einen längeren Zeitraum laufen.

Dennoch kann das Gewicht der Maschine reduziert werden, indem ein einziger Rahmen sowohl für die Häckseleinheit als auch für die Einarbeitungseinheit hergestellt wird; Dadurch kann der Leistungsbedarf der Rückstandsmanagementmaschine weiter reduziert werden.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

Zhang, Z. et al. Globaler Überblick über Forschung und Entwicklung von Maschinen zur Ernterückstandsbewirtschaftung. Appl. Ing. Landwirtschaft. 33, 329–344 (2017).

Artikel MathSciNet Google Scholar

Lohan, SK et al. Brennende Probleme bei der Bewirtschaftung von Reisrückständen in den nordwestlichen Bundesstaaten Indiens. Erneuern. Aufrechterhalten. Energy Rev. 81, 693–706 (2018).

Artikel Google Scholar

Jin, H., Qingjie, W., Hongwen, L., Lijin, L. & Huanwen, G. Einfluss alternativer Bodenbearbeitung und Rückstandsbedeckung auf Ertrag und Wassernutzungseffizienz im jährlichen Doppelanbausystem in der nordchinesischen Ebene. Bodenbearbeitung Res. 104, 198–205 (2009).

Artikel Google Scholar

Anonym. Indien Agrarstatistik. Jahresproduktion von Nahrungsmittelgetreide in Indien 2016–2017. Agrarstatistik auf einen Blick: Ministerium für Landwirtschaft und Wohlfahrt der Landwirte. https://www.indiastatagri.com/ (2019).

Monforti, F., Bódis, K., Scarlat, N. & Dallemand, J.-F. Der mögliche Beitrag landwirtschaftlicher Ernterückstände zu den Zielen für erneuerbare Energien in Europa: Eine räumlich explizite Studie. Erneuern. Aufrechterhalten. Energy Rev. 19, 666–677 (2013).

Artikel Google Scholar

Bhattacharyya, SC Machbarkeit einer netzunabhängigen Stromversorgung mit Reishülsen: Eine Fallstudie aus Südasien. Biomasse Bioenergie. 68, 44–54 (2014).

Artikel Google Scholar

Gupta, R. Ursachen von Emissionen aus der Verbrennung landwirtschaftlicher Rückstände im Nordwesten Indiens: Bewertung einer technologiepolitischen Reaktion. (2012).

Hayashi, K. et al. Spurengas- und Partikelemissionen aus der offenen Verbrennung von drei Getreiderückständen: Eine Erhöhung der Rückstandsfeuchtigkeit erhöht die Emissionen von Kohlenmonoxid, Methan und partikulärem organischem Kohlenstoff. Atmosphäre. Umgebung. 95, 36–44 (2014).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Koopmans, A. & Koppejan, J. Land- und forstwirtschaftliche Reststoffe – Erzeugung, Nutzung und Verfügbarkeit. In der regionalen Konsultation zu modernen Anwendungen der Biomasseenergie, Bd. 6 10 (Kuala Lumpur, Malaysia, 1997).

Singh, J. Reis- und Weizenstoppeln in Flammen in den Bundesstaaten Haryana und Punjab in Indien: Eine Bedrohung für die Umweltgesundheit. Umgebung. Qual. Geschäftsführer 28, 47–53 (2018).

Artikel Google Scholar

Singh, R., Yadav, DB, Ravisankar, N., Yadav, A. & Singh, H. Ernterückstandsmanagement im Reis-Weizen-Anbausystem zur Ressourcenschonung und zum Umweltschutz im Nordwesten Indiens. Umgebung. Entwickler Aufrechterhalten. 22, 3871–3896 (2020).

Artikel Google Scholar

Gupta, PK et al. Rückstandsverbrennung im Reis-Weizen-Anbausystem: Ursachen und Auswirkungen. Curr. Wissenschaft. 87, 1713–1717 (2004).

CAS Google Scholar

NABARD. Branchenpapier zur landwirtschaftlichen Mechanisierung: Abteilung für Agrarsektorpolitik, NABARD-Hauptbüro, Bandra East, Mumbai, Maharashtra 400051. https://www.nabard.org/ (2018).

Singh, S. Jahresbericht des Projekts Mechanisierung von Reis-Weizen-Anbausystemen zur Steigerung der Produktivität 2001–02 (Punjab Agricultural University, 2002).

Google Scholar

Bimbraw, AS Entstehung und Auswirkungen von Ernterückständen und deren Bewirtschaftung. Curr. Landwirtschaft. Res. J. 7, 304–309 (2019).

Artikel Google Scholar

Devi, S., Gupta, C., Jat, SL & Parmar, MS Ernterückstandsrecycling für wirtschaftliche und ökologische Nachhaltigkeit: Der Fall Indien. Öffnen Sie Agrar. 2, 486–494 (2017).

Artikel Google Scholar

Hobbs, PR & Morris, ML treffen sich über den zukünftigen Nahrungsmittelbedarf Südasiens durch Reis-Weizen-Anbausysteme; Prioritäten und Probleme, mit denen Forscher in der Zeit nach der Grünen Revolution konfrontiert sind. NRG Paper 96–101 (2002).

NPMCR. Nationale Richtlinie zur Bewirtschaftung von Ernterückständen (NPMCR). Landwirtschaftsministerium der indischen Regierung, Abteilung für Landwirtschaft und Zusammenarbeit (Abteilung für das Management natürlicher Ressourcen) Krishi Bhawan, Neu-Delhi http://agricoop.nic.in/sites/default/files/NPMCR_1.pdf (2019).

Kanokkanjana, K. & Garivait, S. Alternative Reisstrohbewirtschaftungspraktiken zur Reduzierung der offenen Feldverbrennung in Thailand. Int. J. Umgebung. Wissenschaft. Entwickler 4, 119–123 (2013).

Artikel Google Scholar

Børresen, T. Die Auswirkung von Strohmanagement und reduzierter Bodenbearbeitung auf Bodeneigenschaften und Ernteerträge von Frühjahrsgetreide auf zwei Lehmböden in Norwegen. Bodenbearbeitung Res. 51, 91–102 (1999).

Artikel Google Scholar

Wei, T. et al. Auswirkungen der Einarbeitung von Weizenstroh auf die Verfügbarkeit von Bodennährstoffen und Enzymaktivitäten in semiariden Gebieten. PLoS ONE 10, e0120994 (2015).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Singh, B., Shan, YH, Johnson-Beebout, SE, Singh, Y. & Buresh, RJ Ernterückstandsmanagement für Reisanbausysteme im Tiefland in Asien. Adv. Agron. 98, 117–199 (2008).

Artikel Google Scholar

Singh, Y., Singh, B. & Timsina, J. Ernterückstandsmanagement für den Nährstoffkreislauf und die Verbesserung der Bodenproduktivität in Reisanbausystemen in den Tropen. Adv. Agron. 85, 269 (2005).

Artikel CAS Google Scholar

Amran, MA et al. Wertschöpfende Metaboliten aus landwirtschaftlichen Abfällen und Anwendung umweltfreundlicher Extraktionstechniken. Nachhaltigkeit 13, 11432 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Rehman, A., Ullah, A., Nadeem, F. & Farooq, M. Nachhaltiges Nährstoffmanagement. In Innovations in Sustainable Agriculture (Hrsg. Farooq, M. & Pisante, M.) 167–211 (Springer International Publishing, 2019). https://doi.org/10.1007/978-3-030-23169-9_7.

Kapitel Google Scholar

Sah, G. et al. Auswirkungen von Bodenbearbeitungs- und Anbaumethoden, Ernterückständen und Stickstoffgehalten auf die Weizenproduktivität, Energieeinsparungen und Treibhausgasemissionen im Reis-Weizen-Anbausystem. Nepal J. Sci. Technol. 15, 1–10 (2015).

Artikel Google Scholar

Garg, IK Design und Entwicklung eines Reisstrohhäckslers und -verteilers. J. Res. 41, 130–138 (2004).

Google Scholar

Garg, IK Design, Entwicklung und Bewertung der Roto-Till-Bohrmaschine. Zur Erinnerung an die 36. Jahrestagung der ISAE, Indian Institute of Technology, Kharagpur, Indien, 28.–30. Januar 2002.

Sidhu, HS, Singh, M., Blackwell, J., Bector, V. & Singh, M. Entwicklung des Combo Happy Seeder für die direkte Aussaat in ein mit Mähdreschern geerntetes Reisfeld. Im 39. Jahreskongress und Symposium der Indian Society of Agricultural Engineers, 4. Februar 2004 (2005).

Sidhu, HS, Goyal, R., Sharda, A. & Singh, M. Design und Entwicklung eines Strohmanagers mit Streuer für Mähdrescher. In einem Artikel, der auf der 41. Jahrestagung und dem Symposium der Indian Society of Agricultural Engineering vorgestellt wurde. Junagadh Agricultural University, Junagadh, Gujrat, Indien (2006).

Ramulu, C., Pateriya, RN, Deepshika, A. & Naik, MA Maschinen für das Rückstandsmanagement verschiedener Nutzpflanzen: Ein Überblick. J. Pharmakogn. Phytochem. 7, 2203–2207 (2018).

CAS Google Scholar

Sharda, A. & Singh, S. Einfluss ausgewählter Parameter auf die Feldleistung der Bodenfräse. J. Inst. Ing. 85, 21–25 (2004).

Google Scholar

Jia, H., Wang, L., Li, C., Tan, H. & Ma, C. Kombinierte Halm-Stoppel-Brech- und Mulchmaschine. Bodenbearbeitung Res. 107, 42–48 (2010).

Artikel Google Scholar

Sidhu, HS et al. Entwicklung und Bewertung des Turbo-Happy-Seeders zur Aussaat von Weizen in schwere Reisrückstände im Nordwesten Indiens. F. Ernte. Res. 184, 201–212 (2015).

Artikel Google Scholar

Khurmi, RS & Gupta, JK Ein Lehrbuch des Maschinendesigns (S. Chand Publishing, 2005).

Google Scholar

Pateriya, RN Studien zur Leistung eines Rotavators in Abhängigkeit von seinem λ-Verhältnis. Int. J. Curr. Mikrobiol. Appl. Wissenschaft. 10, 3053–3069 (2021).

Artikel Google Scholar

Destain, M.-F. & Houmy, K. Auswirkungen von Design und kinematischen Parametern von Kreiselgrubbern auf die Bodenstruktur. Bodenbearbeitung Res. 17, 291–301 (1990).

Artikel Google Scholar

Virk, G. Leistungsbewertung eines Reisstrohhäckslers mit Mähdrescher-Schneidkopfmechanismus: M. Tech-Thesis. (Punjab Agricultural University, Ludhiana, Indien, 2016).

Singh, A., Dhaliwal, IS & Dixit, A. Leistungsbewertung eines am Traktor montierten Strohhäckslers mit Streuer für die Reisstrohbewirtschaftung. Indischer J. Agric. Res. 45, 21–29 (2011).

Google Scholar

Satish, DA Verfeinerung und Bewertung des Strohquetsch- und Siebsystems für Weizenstrohmähdrescher: Diplomarbeit. (Punjab Agricultural University, Ludhiana, Indien, 2014).

Dai, F. et al. Entwerfen und experimentieren Sie mit einer Strohrückführungsmaschine mit schnell zersetzender Impfmittelsprühausrüstung. Nongye Jixie Xuebao Trans Chinese Soc. Landwirtschaft. Mach. 41, 47–51 (2010).

Google Scholar

Referenzen herunterladen

Die Autoren bedanken sich beim Deanship of Scientific Research der King Saud University für die Finanzierung durch das Vice Deanship of Scientific Research Chairs; Forschungsleiter des Internationalen Prinz-Sultan-Bin-Abdulaziz-Preises für Wasser.

Diese Forschung wurde vom Dekanat für wissenschaftliche Forschung der King Saud University über das Vizedekanat für wissenschaftliche Forschungslehrstühle finanziert; Forschungsleiter des Internationalen Prinz-Sultan-Bin-Abdulaziz-Preises für Wasser.

Abteilung für Landmaschinen und Energietechnik, GB Pant University of Agriculture and Technology, Pantnagar, Uttarakhand, 263145, Indien

Chelpuri Ramulu, Raj Narayan Pateriya und Mude Arjun Naik

DR. Rajendra Prasad Central Agricultural University Pusa, Samastipur, Bihar, 848125, Indien

Chelpuri Ramulu

Abteilung für Bewässerungs- und Entwässerungstechnik, GB Pant University of Agriculture and Technology, Pantnagar, Uttarakhand, 263145, Indien

Dinesh Kumar Vishwakarma

CERIS, Instituto Superior T´Ecnico, Universität Lissabon, 1649–004, Lissabon, Portugal

Alban Kuriqi

Fakultät für Bauingenieurwesen, Universität für Wirtschaft und Technologie, Pristina, Kosovo

Alban Kuriqi

Abteilung für Bau-, Umwelt- und Naturressourcentechnik, Technische Universität Lulea, 97187, Lulea, Schweden

Nadhir Al-Ansari

Prince Sultan Bin Abdulaziz International Prize for Water Chair, Prince Sultan Institute for Environmental, Water and Desert Research, King Saud University, Riad, 11451, Saudi-Arabien

Abed Alataway, Ahmed Z. Dewidar und Mohamed A. Mattar

Abteilung für Agrartechnik, Hochschule für Lebensmittel- und Agrarwissenschaften, King Saud University, Riad, 11451, Saudi-Arabien

Ahmed Z. Dewidar & Mohamed A. Mattar

Agricultural Engineering Research Institute (AEnRI), Agrarforschungszentrum, Gizeh, 12618, Ägypten

Mohamed A. Mattar

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Konzeptualisierung, CR, RNP und NA-A.; Methodik, CR, RNP und NA-A.; Software, CR; Validierung, CR, RNP und NA-A.; Formale Analyse, CR und DKV; Untersuchung, CR und RNP; Ressourcen, MAN; Datenkuration, MAN; Schreiben – Originalentwurfsvorbereitung, CR, MAN und DKV; Schreiben – Rezension und Bearbeitung, DKV, AK, NA-A. und MAM; Visualisierung, CR und MAN; Aufsicht, RNP, NA-A. und DKV; Projektverwaltung, RNP; Finanzierungsakquise, NA-A., AA, AZD, MAM Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Korrespondenz mit Dinesh Kumar Vishwakarma, Nadhir Al-Ansari oder Mohamed A. Mattar.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Ramulu, C., Pateriya, RN, Naik, MA et al. Eine Rückstandsmanagementmaschine zum Zerkleinern von Reisrückständen in von Mähdreschern geernteten Reisfeldern. Sci Rep 13, 5077 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32148-9

Zitat herunterladen

Eingegangen: 29. November 2022

Angenommen: 23. März 2023

Veröffentlicht: 28. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32148-9

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.