CC BY
55
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК631. 316.4
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ
ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
ENERGY SAVING TECHNOLOGY OF SOIL SURFACE TILLAGE
С. E. Греков, соискатель A. H. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. Г. Абезин, доктор технических наук, профессор
ФГОУВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
S. Е. Grekov, А. N. Tseplyaev, V. G. Abezin
Volgograd state agricultural academy
Разработана энергосберегающая технология поверхностной обработки почвы орудием, обеспечивающим рыхление почвы и подрезание сорняков без обволакивания рабочего органа растительными и корневыми остатками и выноса нижних влажных слоев почвы на поверхность.
Использование орудия значительно сокращает затраты на обработку. Технология может быть использована при предпосевной обработке почвы и ухода за парами.
Energy saving technology of soil surface tillage by the implement providing soil loosening and weeds cutting without working body’s encapsulation by vegetative and root odds and ends and soil moist lower layers carrying out at the surface is worked out in the article.
This implement use considerably shortens tillage expenses. The technology can be used during the presowing soil tillage and fallow looking after.
Ключевые слова: оптимальные, варьирование, многофакторный, параметр оптимизации, рыхление.
Key words: optimal, variation, multiple-factor, optimization parameter, tillage.
Традиционная технология возделывания большинства сельскохозяйственных культур предполагает начинать предпосевную обработку почвы с раннего весеннего боронования зубовыми боронами в два следа для рыхления верхнего слоя почвы, обеспечивающего разрушение почвенной корки и сохранение почвенной влаги, накопленной в осенне-зимний период. Предшественники оставляют в почве значительное количество растительных остатков, которые обволакивают зубья борон, увеличивая тяговое сопротивление и энергетические затраты. Качество обработки почвы при этом значительно ухудшается. Бороны при обработке приходится периодически очищать вручную от растительных ос-
татков и уплотнившейся почвы, что снижает производительность, увеличивает затраты ручного труда и энергоемкость обработки почвы. Кроме рыхления, перемешивания и выравнивания поверхности почвы бороны должны производить уничтожение проростков и всходов сорняков. Зубовые рабочие органы выполняют эту задачу только частично, если сорняк попадает в зону действия зуба [2].
Высококачественная подготовка почвы к посеву возможна, если рабочие органы будут отвечать следующим основными агротехническим требованиям [1]:
1 - рыхление верхнего слоя почвы без выноса нижних слоев на поверхность;
2 - выравнивание поверхности поля;
3 - полное разрушение почвенной корки;
4 - крошение крупных комков почвы;
5 - полное уничтожение проростков и входов сорняков;
6 - устойчивое выполнение технологического процесса без обволакивания рабочих органов растительными остатками и забивания уплотненной почвой;
7 - сохранение на поверхности слоя стерневых и растительных остатков;
8 - снижение числа проходов машин по полю и улучшение структурности почвы.
Большинство агротехнических требований может быть выполнено при использовании лаповых рабочих органов, которые обеспечивают качественное рыхление почвы и полное уничтожение сорняков и их проростков.
Разработанная нами конструкция рабочего органа для поверхностной обработки почвы (рис. 1) включает плоский нож 1, имеющий носок 2 с заточенным лезвием 3, которое имеет одностороннюю заточку 4. К нижней части плоского ножа 1 сопряжено с нижней кромкой лезвия 3 закреплена стрельчатая плоскорежущая полулапа 5.
Рисунок 1 - Рабочий орган для поверхностной обработки почвы Продолжением плоского ножа 1 служит хвостовик 6. Для крепления рабочего органа к почвообрабатывающему орудию служит держатель 7, закрепленный к плоскому ножу 1. Правая сторона лезвия 3 имеет наплавку 8 твердым износостойким сплавом. С правой стороны плоского ножа 1 к хвостовику 6 закреплена стрельчатая плоскорежущая полулапа 9. Стрельчатые плоскорежущие полулапы 5, 9 имеют верхнюю заточку лезвий и наплавку нижней части твердым износостойким сплавом.
Глубина обработки «а» рабочих органом не должна превышать высоты лезвия 3.
Для отвода нависших стеблей сорняков служит ребро 10.
Передняя часть стрельчатых плоскорежущих полулап 5, 9 установлена под углом а к поверхности поля, обеспечивающим крошение верхней части поверхности почвы без перемешивания и выноса нижних влажных слоев на поверхность. При этом высота Н установки верхней кромки полу-лапы 5, 6 должна предотвращать оборот слоев почвы при движении пласта к поверхности почвы, что требует теоретического обоснования. Длина 1 определяется из расчета необходимого угла у установки лезвия лапы к направлению движения и ширины захвата лапы в, которая находится в рекомендованных практикой пределах: для клейных глинистых почв в<35 см, для супесчаных в<45 см.
Рабочий орган для поверхностной обработки почвы работает следующим образом.
При установившемся движении на обработке почвы насыщенных сорняками, первым в работу вступает наклонная к горизонту под углом ф рабочая кромка с лезвием 3.
Стебель и корни сорной растительности за счет угла ф наклона лезвия 3 и поступательного перемещения рабочего органа скользят сверху вниз из-за отсутствия опоры для резания. При достижении поверхности поля стебель притормаживается. За счет силы инерции покоя и трения о поверхность верхнего сухого слоя почвы стебель приобретает упругую опору и разрезается лезвием 3 на две равные или неравные части. В случае нависания корней сорняков или посторонних предметов, последние за счет угла ф наклона лезвия 3 к горизонту увлекаются в нижний слои почвы и попадают под воздействие стрельчатых плоскорежущих полулап 5, 9 перерезаются их режущими лезвиями и размещается в разрыхленном слое почвы для перегнивания и улучшения структуры почвы. Высокорослые сорняки отводятся от стойки ребром 10 и укладываются на поверхность поля.
Размещение стрельчатых плоскорежущих полулап на разном удалении от держателя 7 предотвращает обволакивание рабочего органа растительными остатками, повышает качество крошения, полное механическое уничтожение сорняков, а односторонняя заточка лезвия 3 и лап 5, 9 с наплавкой твердым износостойким сплавом с другой стороны обеспечивает самозатачивание лезвий и упрощает технической обслуживание. Угол установки у лезвия 3 в горизонтальной плоскости равен углу трения движения почвы с растительными остатками о лезвие.
Угол крошения а определяется положением заточки лезвия лапы.
Применение наплавки нижней кромки лезвия твердым сплавом предопределяет верхнюю заточку лезвия лапы.
При этом угол крошения а<15°. Угол раствора лапы у выбирается из условия подрезания сорняков скользящим резанием без обволакивания ими лезвия растительными остатками. Предотвращение обволакивания соблюдается при условии
у<90-ф,
где ф - угол трения движения сорняков о лезвие лапы, град.
Известно, что при скольжении вдоль лезвия различных сорняков угол трения ф~45, при этом он зависит от типа и состояния почвы. Для клейких почв у=27.. .30°, для песчаных у=37.. .40°.
Стрельчатая плоскорежущая лапа (рис. 2), установленная под углом а к горизонтальной плоскости движется в почве под действием силы тяги Р на глубине обработки а переносной скоростью Уп, а частица пласта, находящаяся на поверхности лапы, будет участвовать в относительном движении со скоростью У0 и абсолютной скоростью Уа.
V, V
В этом случае Уп=-------=------- . (1)
соб а а
Так как при сходе с рабочей грани лапы частица пласта будет перемещаться с относительной скоростью У0 (из-за отсутствия воздействия лапы), то необходимо знать ее величину и направление. В точке В скорость У0 направлена под углом а к горизонту и зависит от величины переносной скорости лапы:
Уо=Уп сова
Если пренебречь силами сопротивления воздуха, то частица пласта почвы будет находиться под действием только силы веса О.
Начальные условия движения частицы при 1=0, х=0, г=0,
х= V0cosa, z=V0sina (2)
Дифференциальные уравнения движения в проекциях на оси х и у имеют вид
1пх = 0, mz = -mg........................(3)
После сокращения на массу m получим: х = О, Z = —g Первый интеграл уравнения х = О будет х = Сх. При начальных условиях t=0,x = V COS а или Ci= Vo COS a . Заменив хна % и проинтегрировав уравнение х = V COS a , получим:
x=Votcosa + C2 (4)
Для начальных условий t = О, х = О, С2 = 0.
Таким образом, х = V t cos a (5)
Интегрирование второго дифференциального уравнения Z = —g и подстановка начальных условий дает:
gt2
z = Vot sin a - —. (6)
Для определения уравнения траектории движение частицы необходимо из уравнений движения исключить время.
Определив t из уравнения (5) и подставив его в уравнение (6), получим уравнение траектории движения частицы пласта, сошедшего с рабочей грани лапы:
gx2
z=xtgcx- ——-------------------------— (7)
2V0 cos a
Подставив в место относительной Vo ее значение, получим
gx2
Z = xtga - —-------— (8)
2v cos a
n
Таким образом, частица пласта, сходящего с лапы, движется по параболе, описываемой уравнением (8), при этом определяется необходимая высота Н установки верхней кромки лапы от поверхности подрезанного слоя почвы.
Библиографический список
1. Абезин, В.Г. Ресурсосберегающая почвозащитная технология механизированного возделывания и уборки бахчевых культур : учебное пособие/ В.Г. Абезин. - Элиста: Калм. гос. университет, 1993. - 120 с.
2. Цепляев, А.Н. Агрономические и технические решения по совершенствованию возделывания бахчевых культур в неорошаемом земледелии : дис. д-ра с.-х. наук: 06.01.01./ Це-пляев Алексей Николаевич. - Волгоград, 1998. - 375 с.
E-mail: vqsxa@avtlg.ru
