CC BY
39
УДК 631.12
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ МАШИН ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
И.И. ГУРЕЕВ, доктор технических наук, зав. лабораторией
ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, ул. Карла Маркса, 70-Б, 305021, Курск, Россия
E-mail: gureev06@mail.ru
Резюме. Экологические последствия применения почвообрабатывающей техники определяются её влиянием на процессы деградации почвы и расходом моторного топлива. В статье предложено отождествлять уровень техногенной деградации по -чвы после обработки с работой, трансформируемой агрегатом на уплотнение и разрушение структуры почвы. Для всех технологически целесообразных видов обработки, используемых при возделывании культур, по предложенным экологическим критериям сопоставлены почвообрабатывающие агрегаты из машин, производимых в таможенном союзе (ТС) и за его границами (импортные). Техника из стран ТС отличается меньшей составляющей деградационного воздействия, при этом общая механическая нагрузка на почву и расход топлива у нее выше, чем у импортного комплекса машин, что обусловлено более совершенными конструкциями рабочих органов и экономичными двигателями последних. В сравниваемых вариантах у энергоёмких приёмов отвальной вспашки и глубокого рыхления зяби на долю деградационного воздействия приходится примерно половина общей нагрузки на почву с внушительным дополнительным расходом топлива - 5,7-8,6кг/га. Причина тому - несовершенство способа передачи мощности почвообрабатывающим рабочим органам от трактора посредством его ходовых систем. Поэтому перспективны машины для обработки почвы с активными рабочими органами, потребляющими энергию через вал отбора мощности. Импортная техника для предпосевной обработки обеспечивает качественную подготовку не только посевного слоя, но и слоя ниже уровня семян. Следствием этого служит повышенный на 0,4-1,1 кг/га расход топлива, в сравнении с техникой стран ТС. Ключевые слова: экология, агротехнология, обработка почвы, сельскохозяйственная техника, импортные машины, деградационная мощность, моторное топливо. Для цитирования: Гуреев И.И. Экологические последствия применения комплексов машин для механизации обработки почвы// Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №8. С. 77-79.
Обработка почвы направлена на улучшение её агрофизических свойств. Но исполнению приёмов обработки сопутствует техногенная деградация в виде уплотнения и разрушения структуры почвы рабочими органами и ходовыми системами машинотрактор-ных агрегатов. Кроме того,
затраты энергии на техногенную деградацию почвы приводят к повышению расхода моторного топлива и загрязнению окружающей среды выхлопными газами. Уровень механической нагрузки на почву и расход топлива - важнейшие показатели, на основании которых оценивают экологическую состоятельность сельскохозяйственной техники. Немаловажны и экономические издержки вследствие деградации почвы, сказывающиеся на росте себестоимости производимой продукции.
Экологическая оценка сельхозтехники особенно актуальна в последние годы, когда возросла тенденция замещения импорта. Сравнение с лучшими зарубежными аналогами позволит получить объективную картину узких мест в отечественном сельхозмашиностроении и предоставит российским конструкторам поле для деятельности [1].
Техногенную нагрузку на почву за цикл приёмов по производству сельскохозяйственных культур оценивают интенсивностью механического воздействия. Определяют величину этого показателя отношением суммы работы, совершённой агрегатами при выполнении приёмов, к площади поля [2]. Объективную экологическую оценку почвообрабатывающих агрегатов можно получить с
Рис. 1. Баланс мощности почвообрабатывающего агрегата.
Таблица. Экологические показатели почвообрабатывающих машин
расход топлива, кг/га
Техника стран ТС
вес агрегата, кН
интенсивность механического воздействия на ^ почву, МДж/га
общая
полезная
деграда-ционная
Импортная техника
расход топлива, кг/га
вес агрегата, кН
интенсивность механического воздействия на Почву, МДж/га
общая
полезная
деграда-ционная
Лущение стерни предшественника 8,2 168 101 42 59 5,4 183 89 26 63 Безотвальная обработка
зяби 8,9 154 118 59 59 7,6 168 96 34 62
Отвальная вспашка зяби 20,0 120 253 146 107 16,1 139 203 94 109
Предпосевная обработка
почвы под озимые 4,3 122 51 15 36 5,4 111 55 12 43
Глубокое предзимнее
рыхление зяби 14,9 105 191 108 83 12,5 129 175 95 80
Предпосевная обработка
почвы под яровые_3,8 85 49 20_29 4,2 116 49 14_35_
учётом доли деградационной работы в общем потоке расходуемой энергии. Чем она меньше, тем предпочтительнее экологическая состоятельность агрегата.
Цель наших исследований - экологическая оценка почвообрабатывающей техники с учётом доли её де-градационного механического воздействия на почву и обоснование предложений отечественному сельскохозяйственному машиностроению по конкурентному замещению импорта.
Условия, материалы и методы. Структура потоков энергии, расходуемой на выполнение /-го агроприёма, исходит из баланса мощности почвообрабатывающего агрегата (рис. 1):
е N, = N...
+ N.. + AN + N
Ф1
+ N , кВт,
где е - коэффициент загрузки двигателя трактора;
N
эффективная мощность двигателя трактора, кВт; Nю - мощность преодоления тягового сопротивления орудия, кВт; Nфi - мощность привода фрезерных рабочих органов для обработки почвы (передаётся через вал отбора мощности трактора); АМ - суммарная мощность преодоления механических потерь в трансмиссии трактора и в приводах почвообрабатывающей фрезы, кВт; N„1, N¿1 - затраты мощности на передвижение агрегата и буксование движителей трактора, кВт.
В приведенном балансе составляющие Nю и Nфi полезные, так как направлены на исполнение элементов технологических приёмов, обусловленных агротехно-
*
d s
110
ш ч
о CI
К*
¡Р
№
S**
лоР-
И*
.ое
г0
рис. 2. Сравнение техники по интенсивности механического воздействия на почву: ^ -техника стран ТС; ^ - импортная техника.
логией. Мощность А^ вспомогательная, способствующая реализации полезных функций агрегата. А вот мощности N„i и N деградационные, но непременно в различной степени сопутствующие полезным.
Сущность деградации от перемещения агрегата по полю (мощность N„) состоит в деформации смятием и переуплотнении почвы движителями. Деградационные затраты мощности на буксование движителей (М) зависят в большей степени от тягового сопротивления почвообрабатывающих машин. Пробуксовывающие движители сдвигают слои почвы с различной скоростью в сторону вращения. Максимальной скоростью горизонтального смещения характеризуются поверхностные слои, в горизонтах расположенных глубже она затухает. Экологический ущерб от относительного смещения слоёв заключается в истирании и разрушении структурных агрегатов почвы.
Используя массив банка данных для проектирования перспективных агротехнологий и машин [3], а также результаты сравнительных испытаний сельскохозяйственной техники [4], мы сопоставили по предложенным экологическим критериям почвообрабатывающие машины, производимые в странах таможенного союза (ТС) и за его пределами (импортные). При этом было проведено сравнение для всех технологически целесообразных видов обработки почвы, используемых в агротехнологиях возделывания культур (см. табл.) и количественно определена полезная энергия, трансформируемая машинотрактор-
ным агрегатом на выполнение агротехнических работ и на деградацию почвы. Сравнение проводили раздельно по комплексам техники для основной и предпосевной обработкам почвы.
результаты обсуждения. Установлено, что при реализации наиболее энергоёмких видов зяблевой обработки составляющая де-градационного воздействия на почву в основном ниже у техники стран ТС. Однако более совершенные конструкции рабочих органов и экономичные двигатели позволяют импортным машинам работать с меньшей на 9-25 % общей нагрузкой на почву, экономя при этом 1,32,8 кг/га моторного топлива.
А*
(\ОР>
рис. 3. Сравнение техники по расходу моторного топлива: - техника стран ТС
^ - импортная техника.
Максимальное значение деградационной нагрузки на почву характерно для приёма отвальной вспашки и оно практически одинаково для всех сравниваемых вариантов (107-109 МДж/га), несмотря на более высокий вес импортного агрегата (рис. 2). На наш взгляд, такая ситуация объясняется тем, что повышенную уплотняющую нагрузку на почву движителей более тяжёлых тракторов компенсирует снижение буксования в результате улучшения их тягово-сцепных свойств.
При отвальной вспашке и глубоком рыхлении зяби на долю деградационной нагрузки на почву приходится примерно половина (42-54%) общей интенсивности механического воздействия. Кроме того, эти приёмы расточительны по моторному топливу (рис. 3). На их исполнение техника ТС расходует 14,9-20,0 кг/га, импортная - 12,5-16,1 кг/га топлива. Причем в обоих случаях большое количество топлива (5,7-8,6 кг/га) используется не на формирование полезных агротехнических свойств почвы, а на её деградацию
и загрязнение окружающей среды выхлопными газами. На наш взгляд, это свидетельство глубокого несовершенства способа передачи мощности почвообрабатывающим рабочим органам от двигателя трактора посредством его ходовых систем. В связи с изложенным, на наш взгляд, более перспективны машины для обработки почвы с активными рабочими органами, потребляющими энергию через вал отбора мощности.
На предпосевной обработке отмечается повышенный на 0,4-1,1 кг/га расход топлива по импортной технике, что обусловлено применением комбинированных машин, которые обеспечивают лучшее качество подготовки не только посевного слоя, но и горизонта ниже уровня семян, расходуя на это дополнительную энергию.
вывод. На основании проведенных исследований предлагаем отождествлять техногенную деградацию почвы, сопутствующую обработке, работой, трансформируемой агрегатом на уплотнение и разрушение структуры почвы.
Результаты анализа экологических последствий применения почвообрабатывающей техники можно использовать в отечественном сельскохозяйственном машиностроении для конкурентного замещения импорта. Это предполагает разработку более совершенных конструкций рабочих органов и экономичных двигателей, обеспечивающих меньшую общую интенсивность воздействия на почву и экономию топлива. Перспективны также машины для обработки почвы с активными рабочими органами, потребляющими энергию через вал отбора мощности.
Литература.
1. Черкасова О.В. О сравнительных испытаниях сельскохозяйственной техники // Сахарная свёкла. 2014. № 10. С.12-14.
2. Гуреев И. И. Эколого-экономические показатели новых машин в комплексе перспективныхагротехнологий производства сельскохозяйственных культур //Достижения науки и техники АПК. 2014. № 10. С.61-64.
3. Методика формирования системы машин для комплексной механизации агротехнологий. Курск: ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, 2008. 23 с.
4. Сравнительные испытания сельскохозяйственной техники: науч. издание. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2013. 416 с.
ECOLOGICAL IMPLICATIONS OF APPLICATION OF MACHINE COMPLExES FOR MECHANIZATION OF TILLAGE
I.I. Gureev
All-Russian Research Institute on Soil Management and Erosion Protection, 305021, Russia, Kursk, Karl Marx Street 70-B Summary. Ecological implications of application of tillage machinery are determined by its influence on degradation processes of soil and consumption of fuel. In the article it is proposed to identify the level of technogenic soil degradation after cultivation with the work, transformed by an aggregate on compression and destruction of soil structure. For all technologically expedient cultivation methods, used in crop cultivation agro-technologies we compared tillagers consisting from machines, produced in the custom union (CU) and beyond its boundaries (imported), according to proposed ecological criteria. Technique from CU countries is characterized by less component of degradation influence on soil; but the total mechanical load on soil and fuel consumption was higher than for the imported machine complex due to advanced constructions of working tools and economical engines. In the compared variants in energy-consuming methods of ploughing and deep loosening of ploughland about the half of total load on soil accounts for the degradation action with large additional consumption of fuel, 5.7-8.6 kg/ha. The reason to that is the imperfection of transfer of power to the working bodies from a tractor through its running gear. Therefore those machines are promising that have active working bodies and use energy through the power take-off shaft. Imported technique for seedbed preparation ensures qualitative preparation not only of sowing layer, but also of the level under seeds. And, as a consequence, it has increased by 0.4-1.1 kg/ha fuel consumption in comparison with the technique from CU countries. Keywords: ecology, agro technology, tillage, agricultural machinery, imported machines, degradation power, motor fuel. Author Details: I.I. Gureev, Dr. Sc. (Tecn.), Head of Laboratory (e-mail: gureev06@mail.ru)
For citation: Gureev I.I. Ecological implications of application of machine complexes for mechanization of tillage. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. V.29. No 8. pp. 77-79 (In Russ).
