CC BY
30
МЕХАНИЗАЦИЯ
УДК 631.312
Результаты испытаний почвообрабатывающего орудия со сменными рабочими органами для тракторов тягового класса 3,0
Дёмшин Сергей Леонидович, кандидат техн. наук, зав. лабораторией, Черемисинов Дмитрий Анатольевич, кандидат техн. наук, научный сотрудник, Владимиров Евгений Анатольевич, кандидат техн. наук, зав. лабораторией ФГБНУ «НИИСХ Северо-Востока», г. Киров, Россия
E-mail: sergdemshin@mail.ru, niish-sv@mail.ru
Для Северо-Востока европейской части России целесообразно чередование вспашки и безотвальной обработки почвы. Для выполнения данных операций одним орудием создан плуг-плоскорез ППН-3-35/2-70 для тракторов тягового класса 1,4, применение которого показало его достаточно высокую эффективность. Как развитие типоразмерного ряда данного типа машин разработано орудие для тракторов тягового класса 3,0 - плуг-плоскорез ППН-4-35/3-70. В зависимости от вида обработки орудие комплектуется следующими рабочими органами: для вспашки устанавливается четыре плужных корпуса, для безотвальной обработки почвы - три плоскорезные лапы и две дисковые секции. Для оценки эффективности использования опытного образца орудия проведены испытания, в ходе которых были определены агротехнические и энергетические показатели его работы. Испытания проведены по двум агрофонам: занятому пару и стерне зерновых, на среднесуглинистой дерново-подзолистой почве. Агротехническая оценка показала, что при вспашке занятого пара и стерни орудие с плужными корпусами устойчиво обеспечивает рабочую ширину захвата и установочную глубину обработки при степени крошения почвы соответственно 65 и 39%. При безотвальной обработке почвы в аналогичных условиях орудие также устойчиво обеспечивает агротехнические требования, при этом степень крошения почвы соответственно равна 72 и 53%. Энергетическая оценка выявила, что при безотвальной обработке производительность ППН-4-35/3-70 за время основной работы составляет 1,49...1,55 га/ч при расходе топлива 17,2...18,9 кг/га, при вспашке производительность равна 0,92 га/ч при расходе топлива 29,6 кг/га. Исследования показали, что опытный образец орудия для основной обработки почвы со сменными рабочими органами устойчиво, с соблюдением агротехнических требований, выполняет технологический процесс как вспашки, так и безотвальной обработки почвы с дискованием её поверхностного слоя, выдерживает рабочую ширину захвата и установочную глубину обработки.
Ключевые слова: почва, вспашка, безотвальная обработка, дискование, почвообрабатывающее орудие, сменные рабочие органы, плужные корпуса, плоскорезные лапы, дисковые секции, показатели качества
Выбор системы основной обработки почвы напрямую зависит от почвенно-ландшафтных условий и уровня интенсификации производства. Для севера лесостепи и в таёжно-лесной зоне, что характерно для Северо-Востока европейской части России, целесообразно применение комбинированной системы основной обработки почвы, при которой в зависимости от севооборота через один-два года безотвальной обработки проводится вспашка [1]. Это требует наличия комплекса соответствующих орудий, что обременительно для экономики сельхозпредприятий, в особенности занимающихся растениеводством в малых объёмах.
Для выполнения данных операций одним орудием разработан плуг-плоскорез
ППН-3-35/2-70 для тракторов тягового класса 1,4, применение которого показало достаточно высокую эффективность данного типа орудий со сменными рабочими органами [2]. Главным достоинством плуга-плоскореза ППН-3-35/2-70 является его универсальность, позволяющая обеспечивать выполнение двух видов основной обработки почвы с достаточным качеством. Основными особенностями конструктивно-технологической схемы орудия являлось: применение в качестве сменных рабочих органов для безотвальной обработки почвы плоскорезных лап, шириной захвата вдвое превышающей ширину захвата плужного корпуса и то, что в качестве дополнительного опорного элемента использована жёстко фиксированная от-
носительно рамы орудия дисковая секция. Учитывая, что безотвальная обработка почвы по сравнению со вспашкой менее энергоемка, для полного использования мощности трактора ширина захвата плуга-плоскореза с плоскорезными лапами увеличена на треть по сравнению с шириной захвата орудия с плужными корпусами.
Цель исследований - создание адаптированного к почвенно-климатическим условиям Северо-Востока европейской части России орудия для основной обработки почвы со сменными рабочими органами для тракторов тягового класса 3,0 и оценка эффективности его применения.
Материал и методы. Как развитие типоразмерного ряда орудий для основной обработки почвы со сменными рабочими органами разработано орудие для тракторов тягового класса 3,0 - плуг-плоскорез ППН-4-35/3-70. Опытный образец выполнен на базе навесного лемешного плуга ПЛН-4-35. Орудие комплектуется следующими видами ра-12 3 4
бочих органов: для вспашки устанавливается четыре плужных корпуса, для безотвальной обработки почвы - три плоскорезные лапы и две дисковые секции (рис. 1).
Для оценки эффективности использования опытного образца - плуга-плоскореза ППН-4-35/3-70 проведены ведомственные испытания, в ходе которых определялись агротехнические и энергетические показатели его работы. Оценка качества обработки почвы включала определение показателей ее крошения, плотности и гребнистости поверхности поля. В качестве показателя энергоёмкости обработки почвы использовались удельные тяговое сопротивление орудия и расход топлива на единицу площади. При определении энергоёмкости работы опытного образца орудия для основной обработки почвы замерялось его тяговое сопротивление, и по этим данным с помощью тяговых характеристик для трактора Т-150К [3] рассчитывался расход топлива на единицу площади.
7 8
а
б
Рис. 1. Плуг-плоскорез ППН-4-35/3-70 со сменными рабочими органами для безотвальной обработки почвы: 1 - рама; 2 - плоскорезная лапа; 3 - выносная балка; 4 - опорное колесо; 5 - основная дисковая секция; 6, 9 - механизмы регулирования глубины обработки; 7 - дополнительная дисковая секция; 8 - удлинитель
Испытания проведены по двум агро-фонам: занятому пару и стерне зерновых культур. Испытания проводили на средне-суглинистой дерново-подзолистой почве. Показатели условий проведения испытаний (табл. 1) определялись в соответствии с ГОСТ 20915-75, ОСТ 10.4.1-2001 [4, 5].
Таблица 1
Условия проведения испытаний
В процессе испытания в зависимости от варианта комплектации орудия рабочими органами осуществлялась вспашка и безотвальная обработка почвы с дискованием её верхнего слоя. Фотографии на рисунке 3 иллюстрируют состояние обрабатываемого участка поля до и после обработки.
Показатель Фон 1 Фон 2
Состав агрегата Трактор Т-150К + ППН-4-35/3-70
Вид работы Вспашка/ безотв. обработка почвы
Тип почвы Дерново-подзолистая
и название по механическому составу Средний суглинок
Рельеф Ровный Ровный
Гребнистость поверхности поля, мм 18 12
Влажность почвы, % 14,9 16,0
Плотность почвы, г/см3 1,53 1,7
Твердость почвы, МПа: в слое 0-10 см в слое 10-20 см 1,83 2,48 2,36 2,93
Агрофон перед обработкой Занятый пар Стерня зерновых
Высота растительных остатков, см 15,3 25,4
Результаты и их обсуждение. В соответствии с апробированной конструктивно-технологической схемой орудия для основной обработки почвы со сменными рабочими органами разработан опытный образец орудия для тракторов тягового класса 3,0 -плуг-плоскорез навесной ППН-4-35/3-70. Опытный образец выполнен на базе навесного лемешного плуга ПЛН-4-35 и предназначен для проведения вспашки или безотвальной обработки почвы с одновременным дискованием поверхностного слоя почв, не засорённых камнями, с удельным сопротивлением до 0,1 МПа и твёрдостью до 3,0 МПа на глубину до 25 см (табл. 2).
В связи с тем, что ширина захвата орудия с плоскорезными лапами на треть больше, чем с плужными корпусами, то при использовании в качестве базы орудия рамы четырехкорпусного плуга она была оснащена съёмным удлинителем с кронштейном для крепления третьей плоскорезной лапы [6]. В зависимости от вида обработки орудие комплектуется следующими видами рабочих органов: для вспашки устанавливаются четыре или пять (дополнительный рабочий орган на съёмном удлинителе рамы) плужных корпуса, для безотвальной обработки почвы - три плоскорезные лапы и две диско-
вые секции, которые расположены за первой и второй плоскорезной лапами.
Вспашка орудием осуществляется аналогично навесным лемешным плугам. В случае безотвальной обработки плоскорезные лапы подрезают и рыхлят слой почвы, обеспечивая необходимое крошение и подрезание сорняков. Дисковая секция производит рыхление верхнего слоя почвы, что позволяет уменьшить количество сорных растений и способствует лучшему разложению растительных остатков. Заданную глубину обработки почвы и стабильность хода по глубине плоскорезных лап поддерживают опорное колесо и дисковые секции. Для удобства регулировки угла вхождения плоскорезной лапы в почву крепление рабочих органов к кронштейнам рамы производится посредством болтовых соединений с эксцентриковыми втулками [7].
Агротехническая оценка работы машинно-тракторного агрегата в составе трактора Т-150К и плуга-плоскореза ППН-4-35/3-70 (табл. 3) показала, что при вспашке занятого пара и стерни зерновых культур орудие с плужными корпусами устойчиво обеспечивает рабочую ширину захвата и установочную глубину обработки. Степень крошения почвы составляет соответственно 65,3 и 38,9%.
Таблица 2
Техническая характеристика плуга-плоскореза ППН-4-35/3-70
Показатель Сменные рабочие органы
плоскорезные лапы плужные корпуса
Производительность за час основного времени, га до 1,8 до 1,3
Рабочая скорость движения, км/ч до 9,0 до 9,0
Глубина обработки почвы, см до 25 до 25
Глубина лущения, см 6...8 -
Ширина захвата, м 2,13 1,42
Ширина захвата рабочего органа, м 0,72 0,37
Масса орудия, кг 825 585
Габаритные размеры орудия, мм: - длина 3920 3380
- ширина 2650 1970
- высота 1600 1600
Удельная конструкционная масса, кг/м 309 410
Дорожный просвет, мм 600 600
Трудоёмкость переоборудования машины сменными рабочими органами, чел. -ч 3,0 1,5
Способ агрегатирования Трехточечная схема навесной системы трактора
Количество персонала, чел. 1(тракторист)
а
б
Рис. 2. Общий вид плуга-плоскореза навесного ППН-4-35/3-70 при комплектации: а - плужными корпусами, б - плоскорезными лапами и дисковыми секциями
Таблица 3
Агротехнические и энергетические показатели при полевых испытаниях плуга-плоскореза навесного ППН-4-35/3-70
Показатель Фон 1 Фон 2
Технологическая операция вспашка безотвальная обработка вспашка безотвальная обработка
Скорость движения агрегата, км/ч 6,6 7,1 7,4 5,8 7,1
Установочная глубина обработки, см
- плужными корпусами 22 - 22 -
- плоскорезными лапами - 20 - 20
- дисковыми секциями - 8 - 8
Средняя глубина обработки, см 23 2119* 20 19/5
Среднеквадратическое отклонение глубины обработки, ±см 1,0 2 ,0/1,0 2,0 3,0/3,0
Степень крошения почвы, % 65,3 67,1 72,4 38,9 52,4
Высота гребней после прохода орудия, см 4,5 5,5 5,2 5,7 5,5
Установочная ширина захвата, м 1,40 2,10 1,40 2,10
Рабочая ширина захвата, м 1,45 2,01 1,42 2,00
Среднеквадратичное отклонение от установленной ширины захвата, % 3,6 4,4 1,4 5,0
Плотность почвы после обработки, г/см3 1,04 1,22 1,17 1,41 1,25
Забивание рабочих органов Не наблюдалось Единичные, дисковой секции
Производительность за время основной работы, га/ч 0,92 1,49 1,55 0,81 1,49
Расход топлива, кг/ч 27,2 28,1 26,7 - -
Тяговое сопротивление орудия, кН 38,0 42,1 39,4 - -
Мощность, потребляемая агрегатом, кВт 65,5 53,2 62,4 - -
Удельный расход топлива, кг/га 29,6 18,9 17,2 - -
Буксование движителей, % 24,2 27 16 - -
* - данные по плоскорезным лапам/ данные по дисковым секциям
При проведении безотвальной обработки почвы в аналогичных условиях орудие с плоскорезными лапами и дисковыми секциями также устойчиво соблюдает агротехнические требования, при этом степень крошения почвы равна соответственно 67,1.72,4 и 52,5%.
Повышенное содержание фракции почвенных частиц свыше 50 мм как при вспашке стерни зерновых, так и при её безотвальной обработке объясняется чрезмерным уплотнением обрабатываемой почвы. Единичные случаи забивания дисковой секции при безотвальной обработке стерни
также вызваны повышенной твердостью и влажностью почвы с большим количеством растительных остатков.
В ходе энергетической оценки функционирования плуга-плоскореза ППН-4-35/3-70 выявлено, что производительность орудия при безотвальной обработке дерно-воподзолистой суглинистой почвы твердостью в слое 0-0,2 м 2,16 МПа и влажностью 14,9% составляет 1,55 га/ч при удельном расходе топлива 17,2 кг/га, при вспашке орудие обрабатывает 0,92 га за час времени основной работы при удельном расходе топлива 29,6 кг/га.
а б в
Рис. 3. Вид поверхности поля (стерня зерновых): а - до обработки; б - после обработки ППН-4-35/3-70 с плоскорезными лапами и дисковыми секциями; в - после обработки ППН-4-35/3-70 с плужными корпусами
В целом результаты испытаний показали, что опытный образец орудия для основной обработки почвы со сменными рабочими органами - плуг-плоскорез ППН-4-35/3-70, устойчиво, с соблюдением агротехнических требований выполняет технологический процесс как вспашки, так и безотвальной обработки почвы с дискованием её поверхностного слоя, выдерживает рабочую ширину захвата и установочную глубину обработки.
Литература
1. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно--ландшафтных систем земледелия и агротехнологий. Методическое руководство / Под ред. В.И. Кирюшина, А.Л. Иванова. М.:ФГНУ «Росинформагротех», 2005. 784 с.
2. Андреев В.Л., Козлова Л.М., Дёмшин С.Л., Попов Ф.А. Модернизация плуга для безотвальной обработки почвы и его использование
при возделывании яровой пшеницы // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. №2 (33). С. 63-66.
3. Тяговые характеристики сельскохозяйственных тракторов. Альбом-справочник. М.: Россельхозиздат, 1979. 240 с.
4. ГОСТ 20915-75. Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1975. 36 с.
5. ОСТ 10.4.1-2001. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для глубокой обработки почвы. Методы оценки функциональных показателей. М.: Минсельхоз России, 2001. 34 с.
6. Патент №2540558 РФ. Комбинированное орудие для основной обработки почвы. Заявка 06.12.2012. Опубл. 10.02.2015. Бюл. №4.
7. Патент №2356203 РФ. Комбинированное орудие для основной обработки почвы. Заявка 12.03.2007. Опубл. 27.05.2009. Бюл. №15. 8 с.
Results of testing of a soil-cultivating tool with replaceable working bodies for tractors of a thrust class 3.0
Dyomshin S.L., PhD in technical sciences, the head of laboratory, Cheremisinov D.A., PhD in technical sciences, researcher, Vladimirov E.A., PhD in technical sciences, the head of laboratory North-East Agricultural Research Institute, Kirov, Russia
Alternation of moldboard and non-moldboard soil cultivations is expedient for northeast of the European part of Russia. "Plough-blade cultivator" PPN-3-35/2-70 for tractors of the traction class 1.4 is created for execution of the given processes with one tool; tests had displayed its high performance. As a development of a given type of agricultural machines it is developed the tool for tractors of a traction class 3.0 - "plough-blade cultivator" PPN-4-35/3-70. Depending on a type of soil cultivations the tool is completed with following replaceable working bodies: four plough bodies for ploughing; three flat hoes and two disk sections - for non-moldboard soil cultivation. For an estimation of efficiency of use of a pre-production model of the soil-cultivating tool tests are conducted in which agrotechnical and power indexes of its operation have been defined. Tests are spent on the sod-podzolic middle loamy soil in the conditions of occupied fallow and an eddish of grain crops. The agrotechnical estimation has displayed that at ploughing of occupied fallow and an eddish of grain crops the tool with plough bodies steadily ensures a working tillage width and adjusting plowing depth at degree of size of reduction soil accordingly 65 and 39 %. At non-moldboard soil cultivation in similar conditions the tool also steadily ensures agrotechnical requirements, thus degree of size of reduction soil is accordingly equal to 72 and 53 %.The power estimation has determined that at non-moldboard soil cultivation capacity of the "plough-blade cultivator" PPN-4-35/3-70 during the basic operation is 1.49... 1.55 ha/h at a fuel rate 17.2...18.9 kg/ha; at ploughing capacity is equal to 0.92 ha/h at a fuel rate of 29.6 kg/ha. Tests have displayed that the pre-production model of the tool for the basic soil cultivation with replaceable working bodies steadily with observance of agrotechnical requirements executes a technological process of ploughing and non-moldboard soil cultivation with disking its surface layer, withstands a working tillage width and adjusting plowing depth.
Keywords: soil, ploughing, non-moldboard soil cultivation, disking, soil-cultivating tool, replaceable working bodies, plough body, flat hoe, disk sections, indicators of quality
References
1. Agroekologicheskaya otsenka zemel', proektirovanie adaptivno-landshaftnykh sistem zemledeliya i agrotekhnologij [Agroecological evaluation of lands, designing of adaptive-landscape systems of agriculture and agrotechnologies]. A methodical management. Under edition of V.I. Kiryushin, A.L. Ivanov. M.: FGNU "Rosinformagroteh", 2005. 784 p.
2. Andreev V.L., Kozlova L.M., Dem-shin S.L., Popov F.A. Modernizaciya pluga dlya bezotval'noj obrabotki pochvy i ego ispol'zovanie pri vozdelyvanii yarovoj pshenitsy [Modernizing of plough to blade cultivating and its use for cultivation of spring wheat]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2013. no. 2 (33). pp. 63-66.
3. Tyagovye kharakteristiki sel'skokho-zyaystvennykh traktorov [Thrust characteristics of agricultural tractors]. Album-directory. Moscow: Rosselchozizdat, 1979. 240 p.
4. GOST 20915-75. Sel'skokhozyaystven-naya tekhnika. Metody opredeleniya uslovij ispytanij [GOST 20915-75. Farm machinery. Pro
cedure for determining test conditions]. Moscow: Standards Publishing House, 1975. 36 p.
5. OST 10.4.1-2001. Ispytaniya sel'skokho-zyaystvennoj tekhniki. Mashiny i orudiya dlya glubokoj obrabotki pochvy. Metody otsenki funktsional'nykh pokazatelej [OST 10.4.1-2001. Agricultural machinery trials. Machines and implements for deep handling of soil. Methods of an estimation of functional indexes]. Moscow: Ministry of Agriculture of Russia, 2001. 34 p.
6. Patent №2540558 RF. Kombinirovannoe orudie dlya osnovnoj obrabotki pochvy [The patent №2540558 for the invention of the Russian Federation. Combination tool for primary tillage]. Published Bull. «Inventions. Utility Models» no. 4. 2015.
7. Patent №2356203 RF. Kombinirovannoe orudie dlya osnovnoj obrabotki pochvy [The patent №2356203 for the invention of the Russian Federation. Combination tool for primary tillage]. Published Bull. «Inventions. Utility Models» no. 15, 2009.
