В статье рассматриваются вопросы разуплотнения плодородного слоя почвы и плужной подошвы без оборота пласта и повреждения стерни. Разработана оригинальная конструкция и обоснованы основные параметры рабочего органа двухступенчатого двухрядного глубокорыхлителя, использование которого позволит повысить качество рыхления, разрушить подпахотный уплотненный слой и снизить энергоемкость процесса обработки почвы. Проведенные полевые испытания позволили определить количество рабочих органов глубокорыхлителя для тракторов различного тягового класса.
Введение
Изменение строения пахотного слоя, вызванное механической обработкой, обеспечивает наиболее благоприятные условия для протекания биологических, физико- химических, физических процессов в почве, а содержание в ней кислорода и влаги положительно влияет на реакцию почвенного раствора, усиливая активность микрофлоры [1]. Уплотнение почвы является серьезной проблемой, оно характеризуется разрушением структуры, изменением пористости, воздухопроницаемости, влажности и т.д. Переуплотнение приводит к потере плодородия почвы и, в конечном итоге, к нарушению экологии агроэколандшафтов [1, 2, 3].
У почв обычно разделяют три слоя: пахотный горизонт, плужная подошва и подпахотный горизонт (слой ниже плужной подошвы).
При систематической вспашке на одну и ту же глубину, в результате давления опорных плоскостей плужных корпусов, образуется плужная подошва, которая препятствует развитию корневой системы, ведет к нарушению водно-воздушного режима питания растений, что в конечном итоге способствует потере гумуса, а ухудшение физических свойств почвы приводит к эрозии.
Для разуплотнения плодородного слоя и плужной подошвы без оборота пласта и повреждения стерни используются глубокорыхлители.
Целью наших исследований явилась разработка конструкции и обоснование основных параметров рабочего органа глубокорыхлителя.
Основная часть
Проведенный патентный поиск показал, что известны рабочие органы для глубокой обработки почвы, включающие ножевые стойки с закрепленным на них лемехом [4].
Однако они имеют незначительную ширину захвата, а увеличение ширины захвата за счет увеличения количества рабочих органов увеличивает массу и энергоемкость.
Известен рабочий орган для обработки почвы, включающий наклоненные относительно друг друга симметричные ножевые стойки и соединяющий их в нижней части лемех [5].
Недостатком этого рабочего органа является значительная энергоемкость и низкое качество работы при рыхлении на большую глубину, так как происходит прессование почвы из-за того, что действие сил резания не доходит до свободной поверхности почвы.
Известен рабочий орган для обработки почвы, имеющий ступенчатые стойки, площадки которых имеют в продольном сечении клинообразную форму с переменным углом заострения, а стойки каждой последующей ступени выполнены с переменным углом наклона [6].
Недостатком этого рабочего органа является низкое качество рыхления из-за непроработки ее в верхней ступени, особенно в ее центральной части.
В Московском государственном университете природообустройства (теперь Российский государственный аграрный университет им. К.А. Тимирязева) разработан оригинальный глубокорыхлитель [7], предназначенный для рыхления почвы на глубину до 0,6м, использование которого позволит повысить качество рыхления почвы, разрушить подпахотный уплотненный слой и снизить энергоемкость процесса обработки.
При безотвальной технологии взамен зяблевой и весенней вспашек, глубокое рыхление почвы на склонах и паровых полях применяют для послеуборочного рыхления и предпосевной обработки стерневых и мульчированных агрофонов, заплывших почв, а также для обработки залежных земель и кормовых угодий, виноградников и садов. Предлагается применять глубокорыхлитель с лемехами (рисунок 1) с периодичностью обработки почвы один раз в 3-4 года.
Выбор времени для глубокой обработки уплотнённых почв определяется ротацией культур. Вместе с тем лучше, чтобы глубокая обработка проводилась осенью после уборки урожая и до наступления сезона дождей для аккумуляции влаги.
При обработке почвы можно использовать один, два или три рабочих органа. К основным параметрам предлагаемого двухступенчатого двухрядного глубокорыхлителя можно отнести: углы резания лемеха нижней b1 и верхней b2 ступеней; b3 - углы резания лемеха второго ряда стойки; δ1 – углы резания нижних боковых стоек; δ2- углы резания верхних боковых стоек; δ3 - углы резания нижних боковых стоек второго ряда стойки; ширина лемехов нижней и верхних ступеней (с1 и с2); углы разворота стоек относительно оси продольного движения (b1 и b2).
Влияние перечисленных параметров на тяговое усилие и процесс рыхления почвы практически не изучено.
Проведение исследований “классическим способом” – изменение одного фактора при постоянстве остальных требует большого числа опытов, что занимает много времени и малоэффективно. Использование моделирования для исследований значительно сокращает сроки испытаний и существенно снижает материальные затраты. Моделирование заключается в исследовании моделируемого объекта на специально сформированной модели, которая подобна оригиналу [8].
Исследования проводились по схеме полного многофакторного эксперимента. В качестве переменных факторов были приняты глубина рыхления, влажность, твердость почво-грунта (характеризует его плотность) и углы установки рабочего органа. В качестве параметров оптимизации были приняты два показателя: тяговое сопротивление движению рабочего органа рыхлителя FС и качество рыхления Крых, которое оценивалось на первом этапе величиной вспученности пласта разрыхляемого грунта по центральной продольной оси.
Проведенные полевые испытания показали:
- по основным технико-эксплуатационным параметрам глубокорыхлители удовлетворительно агрегатируются с основными отечественными пахотными тракторами:
- одномодульный глубокорыхлитель (типа ГР-0,5.1) - с тракторами тяговых классов 1,4 (МТЗ-82, Беларус-921, Т-70В и Т-70С);
- двухмодульный глубокорыхлитель (типа ГР-0,5.2) с тракторами тяговых классов 3-5, (гусеничные: ДТ-75 ДЭС4, Т-150, Т-250, Беларус-2103; колесные: Беларус-2103, 2022, 2522, 2822, 3022, 3023);
- трехмодульный глубокорыхлитель (типа ГР-05.3) – с тракторами тягового класса 7- 10, (К-702, К-745, Т-170).
- Однообразие качественных и энергетических показателей фронтальных глубокорыхлителей обеспечивается на различных типах почв, в условиях умеренного и недостаточного увлажнения.
- Двухступенчатый двухрядный объёмный глубокорыхлитель рекомендуется использовать при агрегатировании с тракторами класса 3…10 для разрушения в основном «плужной подошвы».
- В зависимости от тягового класса трактора навесное рабочее оборудование может включать один или три рабочих органа (модуля), расположенных в шахматном порядке (два спереди, один сзади).
Заключение
Разработана оригинальная конструкция и обоснованы основные параметры рабочего органа двухступенчатого двухрядного глубокорыхлителя, использование которого позволит повысить качество рыхления, разрушить подпахотный уплотненный слой и снизить энергоемкость процесса обработки почвы.
Литература
- Кушнарев, А.С. Механико-технологические основы обработки почвы / А.С. Кушнарев, В.И. Кочев. – Киев : Урожай, 1989. – 144 с.
- Романюк, Н.Н. Снижение уплотняющего воздействия на почву вертикальными вибродинамическими нагрузками пневмоколесных движителей : дис. … канд. техн. наук: 05.20.03, 05.20.01 / Н.Н. Романюк. – Минск: 2008. – 206л.
- Орда, А.Н. Эколого-энергетические основы формирования машинно-тракторных агрегатов : дис. …д-ра техн. наук : 05.20.03 / А.Н. Орда. – Минск, 1997. – 269 л.
- Авторское свидетельство SU 376040, A 01 B 39/16, 04.73.
- Авторское свидетельство SU 704488, A 01 B 13/16, 12.79.
- Авторское свидетельство SU 810102, A 01 B 13/16, 03.81.
- Глубокорыхлитель: патент № 2150183 РФ, МКИ А01В13/08, А01В13/16/ Н.К. Теловов, Ю.Г. Ревин, В.С. Казаков /; заяв. 04.1999; опубл. 10.06.2000.
- Баловнев, В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин / В.И. Баловнев. – М. : Машиностроение, 1994. – 432 с.
- Практикум по мелиоративным машинам / Ю.Г. Ревин [и др.]. – М.: Колос, –
- Эксплуатация машинно-тракторного парка: учеб. пособие для с.-х. вузов / А.П.Ляхов [и др.]; под ред. Ю.В. Будько. Минск: Ураджай, 1991. – 336с.