CC BY
0ТЕХНОЛОГИИ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
TECHNOLOGIES, MACHINERY AND EQUIPMENT FOR THE AGROINDUSTRIAL COMPLEX
Научная статья
УДК 623.618 EDN: TBAAZW
https://doi.org/10.24412/2949-2211-2024-2-3-52-58
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПОЧВЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПЕРСПЕКТИВНОГО ПРОКАЛЫВАТЕЛЯ-ЩЕЛЕРЕЗА В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ РЕГИОНА
Роман Олегович Сурин, Сергей Васильевич Щитов, Евгений Евгеньевич Кузнецов, Андрей Владимирович Бурмага
Дальневосточный государственный аграрный университет, г. Благовещенск, Россия, roman_surin81.81@mail.ru
Аннотация. В статье рассмотрено применение перспективного сельскохозяйственного орудия - фронтального прокалывателя-щелереза - на полевых работах в составе комбинированного машинно-тракторного агрегата. Цель исследования - проведение полевых испытаний экспериментального комбинированного машинно-тракторного агрегата и получение доказательных материалов, подтверждающих эффективность предложенного технического решения. Определены зависимости состояния почвы от глубины прокалывания почвенного слоя после прохода экспериментального и серийного энергетического средства по полю. Приведены данные по изменению твердости по глубине прокалывания, как одному из критериев оценки уровня техногенного воздействия ходовых систем энергетического средства в составе МТА на почвенный слой.
Ключевые слова: фронтальный прокалыватель-щелерез, твёрдость почвы, колёсное энергетическое средство, комбинированные сельскохозяйственные средства.
Для цитирования: Сурин Р. О., Щитов С. В., Кузнецов Е. Е., Бурмага А. В. Определение твёрдости почвы при использовании перспективного прокалывателя-щелереза в сельскохозяйственном производстве региона // Агронаука. 2024. Том 2. № 3. С. 52-58. https://doi.org/10.24412/2949-2211-2024-2-3-52-58
Original article
DETERMINATION OF SOIL HARDNESS WHEN USING A PROMISING PIERCING MACHINE IN AGRICULTURAL PRODUCTION IN THE REGION
Roman O. Surin, Sergei V. Shchitov, Evgeniy E. Kuznetsov, Andrey V. Burmaga
Far Eastern State Agrarian University, Blagoveshchensk, Russia, roman_surin81.81@mail.ru
Abstract. The article considers the use of a promising agricultural tool - a frontal piercing-cutter in field work as part of a combined machine and tractor unit. The purpose of the study is to conduct field tests of an experimental combined MTA and obtain evidence confirming the effectiveness of the proposed technical solution. Comparative data on the use of a serial wheeled power tool and an experimental wheeled semi-frame tractor during the spring processing of fields in the Amur region are presented. The dependences of the soil condition on the depth of piercing of the soil layer during the passage of an energy agent through the field are determined.
© Сурин Р. О., Щитов С. В., Кузнецов Е. Е., Бурмага А. В., 2024
Keywords: frontal piercing machine, soil hardness, wheeled energy vehicle, combined agricultural means.
For citation: Surin RO, Shchitov SV, Kuznetsov EE, Burmaga AV. Opredelenie tverdosti pochvy pri is-pol'zovanii perspektivnogo prokalyvatelya-shchelereza v sel'skokhozyaistvennom proizvodstve regiona [Determination of soil hardness when using a promising piercing machine in agricultural production in the region]. Agronauka. Agroscience. 2024;2:3:52-58. (in Russ.). https://doi.org/10.24412/2949-2211-2024-2-3-52-58
Введение
В целях повышения урожайности сельскохозяйственных культур и снижения техногенного воздействия от колёсных движителей, используемых в обработке почвы, современным трендом является применение при основной обработке почвы комбинированных машинно-тракторных агрегатов (МТА), которые за один проход по полю способны выполнить несколько технологических операций одновременно, снизить уплотнение почвенного слоя, создать оптимальную влаговоздушную среду и повысить урожайность. Учитывая, что почвы Амурской области характеризуются значительным содержанием суглинков, формирующих слабоводопроницаемый глинистый клин под обрабатываемым плодородным слоем, необходимость установления контролируемых водовлаговоздушных условий в период посева и прорастания культур, сохранения и сбережения плодородия посевных площадей при снижении воздействия ходовых систем тракторов является актуальным направлением научных исследований в региональной агроинженерии.
Исследование проблем уплотнения и способов сохранения плодородия почвы рассмотрено в работах [1-5, 7, 8]. На основании их анализа предложено использовать в период весенней обработки почвы перспективное изобретение - фронтальный прокалыватель-щелерез, подтверждённый патентом № 213798 от 29.09.2022 года [6, 9], патентообладатель ФГБОУ ВО «Дальневосточный ГАУ». Данное изобретение способно в процессе обработки почвы в составе комбинированного МТА прокалывать почву на глубину более 40 см, при этом убирать излишки воды из верхних слоёв почвы, перераспределяя в процессе обработки почвы нагрузку колёсного полурамного энергети-
ческого средства с прокалывающего органа перспективного устройства и передних колёс энергетического средства н заднюю ось колёсного полурамного трактора, тем самым снижая техногенное воздействие на почву в период обработки полей.
Цель исследования - проведение полевых испытаний экспериментального комбинированного МТА и получение доказательных материалов, подтверждающих эффективность предложенного технического решения. В связи с этим проведена сравнительная оценка уровня техногенного воздействия на почву комбинированного почвообрабатывающего МТА с использованием фронтального прокалывателя-ще-лереза. Почвенные условия - среднесугли-нистые луговые черноземовидные почвы с мощностью плодородного слоя 0,03...0,32 м, общей влажностью 14.26 % в зависимости от глубины обработки.
Условия, материалы и методы
Экспериментальные исследования по выявлению и определению параметров зависимостей, возникающих при воздействии фронтального прокалывателя-щелереза на колёсный полурамный трактор К-700А, проводились в весенний почвообрабатывающий период 2024 года на полях Амурской области на базе КФХ «С. Н. Швецов» (п. Сер-геевка, Благовещенского района).
В процессе сравнительного анализа использовали серийный колёсный трактор К-700А с агрегатируемым дискатором БДМ-6х4п и экспериментальное колёсное полурамное энергетическое средство К-700 в составе комбинированного сельскохозяйственного орудия (дискатор БДМ-6х4п + К-700 + фронтальный прокалыватель-щеле-рез), при глубине обработки 0,15 м (рисунки 1-2).
Рисунок 1 - Серийный колёсный полурамный трактор К-700А
Figure 1 - Serial wheeled semi-frame tractor K-700A
Рисунок 2 - Экспериментальный полурамный трактор К-700 с фронтальным прокалывателем-щелерезом
Figure 2 - Experimental semi-frame tractor K-700 with a frontal piercer-slot cutter
При проведении работ механик-водитель трактора в ходе движения на 3 передаче, со скоростью 7...8 км/ч, при помощи создаваемого давления в 16 Мпа в рабочем гидроцилиндре осуществлял заглубление прокалывающих рабочих органов устройства в плодородный слой почвы, двигаясь прямолинейно по полю на протяжении 100...110 м (рисунок 3).
Глубина прокалывания почвы составляла от 33 до 42 см (рисунок 4).
Рисунок 3 - Измерение заглубления рабочих прокалывающих органов прокалывателя-щелереза
Figure 3 - Measuring the depth of the working piercing organs of the piercer-slot cutter
0,45
0,4
5
cç 0,35
s
X
го
m л 0,3
^
03
о 0,25
Q.
С
03 I 0,2
s
\o
>; 0,15
L_
0,1
0,05
0
у = 10Д93х2 - ll,176x + 3,3953 R2 = 0,9923
0,33
0,42
0,54 0,56 0,58 0,6 0,62 0,64 0,66 Выход штока гидроцилиндра, м
—•—Глубина прокалывания почвы, м
.... Полиномиальный (глубина прокалывания почвы, м)
Рисунок 4 - Зависимость глубины прокалывания почвы от выхода штока гидроцилиндра Figure 4 - Dependence of the soil piercing depth on the output of the hydraulic cylinder rod
Твёрдость почвы определяли с помощью цифрового измерителя TYD-2. Замеры прибором проводили через каждые 5 метров пути методом прокалывания почвенного слоя по следу прохода эксперименталь-
ного и серийного трактора на глубину до 40 см (длина погружаемого зонда устройства) с шагом замера в 0,05 м (рисунок 5).
Усреднённые результаты исследований представлены в таблице 1.
а) б) в)
а) на поле, подготовленном под посев, б) после прохода серийного колесного трактора К-700А, в) после прохода экспериментального колесного трактора К-700
Рисунок 5 - Фрагменты исследований по определению твердости почвы Figure 5 - Fragments of research to determine soil hardness
Таблица 1 - Экспериментальные данные измерения твердости почвы. Table 1 - Experimental data on soil hardness measurements.
Глубина замера, м Результат измерений, МПа
На подготовленной к посеву поверхности поля
0,05 34,4
0,1 39,4
0,2 45,9
0,3 46,3
0,4 48,2
После прохода серийного колесного полурамного трактора К-700А
0,05 58,6
0,1 63,5
0,2 68,5
0,3 66,2
0,4 61,5
После прохода колесного полурамного трактора К-700 с агрегируемым фронтальным прокалывателем-щелерезом
0,05 55,0
0,1 59,5
0,2 63,2
0,3 62,1
0,4 59,2
Результаты и обсуждение
В результате проведённого эксперимента (диаграмма представлена на рисунке 6) установлено, что твёрдость почвы после
прохода экспериментального агрегата была на 6,07 % ниже твёрдости, полученной после прохода ходовой системы серийного тракто ра.
у = -265,46 X + 125,77 x + 53,309 R2 = 0,9727
58,6^^^ 62,2 бТ^
59,5 59,2
55 у = -197,49 x2 + 98,628 x + 51,624
R2 = 0,967 46 2 48i2
45,9
у = -150,37 x2 + 104,640 x + 30,0!
294 '
' R2 = 0,9705
24,4
6,15 6,2 6,25
Глубина замера, м
6,4
Поле, подготооленн ое под посев 1 После прохода серийн ого колёсного полуеамного трактора К-7СЮА
I После пррхооа ^сслёёскиого полёсаоного трaктoрп К-700А а иатодик^еолеi^iivi фрюнттльнпе прйкaeыоaтрлeм-щeлeрeзкм
ПoринoмихльнпИ Саоле, подготоолеоксе пo1lг nocei^;i
П ка и ноеиеетны й ^послее праохопа сер оСн ого к(ал^сиого пoлурaе1нoгo трактора К-700А)
Полиномиальный (после; п(cскхoди колёсного I солоеампого трактора н-тооо с aгрeгыруeюыlе1 фронеальны|м прокалыоателем-щелерезом)
86
70
66
56
46
26
26
0
Рисунокб -о Экспериментальные данные измерения твёрдости почвы Figure 6 - Experimental data of soil hardness measurement
Полученные данные могут быть описаны полиноминальными уравнениями:
а) на поле, подготовленном под посев: у = - 150,37 х2 + 104,04 х + 30,088, (1)
при коэффициенте аппроксимации Я2 = 0,9705;
б) после прохода серийного колёсного трактора К-700А:
у = - 265,46 х2 + 125,77 х + 53,309, (2)
при коэффициенте аппроксимации Я2 = 0,9727
в) после прохода колёсного полурамного трактора К-700 с агрегируемым фронтальным прокалывателем-щелерезом при коэффициенте аппроксимации Я2 = 0,967.
у = - 197,49 х2 + 98,638 х + 51,034, (3) Выводы
Полученные результаты подтвердили эффективность применения прокалывате-ля-щелереза. Экспериментально установлено, что ходовая система экспериментального трактора обладает меньшим воздействием на плодородный слой, что объясняется перераспределением сцепного веса на прокалывающие рабочие органы при сохранении прочих тяговых и технологических свойств трактора. Это позволит не только обеспечить урожайность возделываемых культур, но и осуществить ресурсосбережение плодородного почвенного слоя.
Список источников
1. Аникин А. С., Миркин С. Н. Влияние кратности проходов движителей по одному следу на деформацию и плотность почвы // Улучшение агротехнической проходимости машин: сб. науч. тр. Саратов. ГСХА. Саратов, 1991. С. 4-12.
2. Изменение физических свойств и плодородия почв при их уплотнении движителями сельскохозяйственной техники / А. Г. Бондарев, П. М. Сапожников, В. Ф. Уткаева, В. Н. Щепотьев // сборник научных трудов ВИМ. Москва, 1988. Т. 118. С. 46-57.
3. Водяник И. И. Работа колеса при многократных проходах по одному следу // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1982. № 2. С. 34-36.
4. Климанов А. В. Уплотняющее воздействие ходовых систем машин на почвы среднего Поволжья: учебное пособие. Куйбышев: УСХИ, 1989. 60 с.
5. Повышение энергоэффективности процесса полевых работ при обработке почвы / Р.О. Сурин и [др.] // Сборник научных работ 69-й Международной научной конференции Евразийского научного объединения «Эффективные исследования современности» (Москва, ноябрь, 2020). Москва: ЕНО, 2020. № 11 (69). С. 140-143. ISSN: 2411-1899.
6. Комбинированная машина для проведения полевой обработки почвы / Р. О. Сурин и [др.] // Сборник научных работ 81-я Международной научной конференции Евразийского научного объединения «Научные дискуссии в эпоху глобализации и цифровизации», (Москва, ноябрь, 2021). Москва: ЕНО, 2021. № 11(80). С. 148-150. ISSN: 2411-1899.
7. Щитов С. В. Пути снижения техногенного воздействия колёсной энергетики в условиях Дальнего Востока: монография. Благовещенск: ДальГАУ, 2004. 117 с.
8. Щитов С. В. Пути повышения агротехнической проходимости колесных тракторов в технологии возделывания сельскохозяйственных культур Дальнего Востока: дис...докт. техн. наук. Благовещенск, 2009. 325 с.
9. Фронтальный прокалыватель-щелерез: пат. 2769449. Рос. Федерация, № 2021100256 RU / Р.О. Сурин [и др.], заявл. 11.01.2021, опубл. 31.03.2022. Бюллетень № 10. 6 с.
References
1. Anikin AS, Mirkin SN. Vliyanie kratnosti prokhodov dvizhitelei po odnomu sledu na deformatsiyu i plotnost' pochvy [Effect of the number of passes of movers along the same track on the deformation and density of the soil]. Sbornik nauchnykh trudov. Uluchshenie agrotekhnicheskoi prokhodimosti mashin. Improving the agrotechnical cross-country ability of machines. Saratov. State Agricultural Academy. Saratov, 1991;4-12. (in Russ.).
2. Bondarev AG, Sapozhnikov PM, Utkaeva VF, Shchepotyev VN. Izmenenie fizicheskikh svoistv i plodorodiya pochv pri ikh uplotnenii dvizhitelyami sel'skokhozyaistvennoi tekhniki [Changes in the physical properties and fertility of soils during their compaction by movers of agricultural machinery]. Sbornik nauchnykh trudov VIM. Collection of scientific papers of VIM. Moscow, 1988;46-57. (in Russ.).
3. Vodyanik II. Rabota kolesa pri mnogokratnykh prokhodakh po odnomu sledu [Wheel operation during multiple passes along the same track]. Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaistva. Mechanization and electrification of agriculture. 1982;2:34-36. (in Russ.).
4. Klimanov AV. Uplotnyayushchee vozdeistvie khodovykh sistem mashin na pochvy srednego Povolzh'ya: uchebnoe posobie [Compaction effect of machine running gear on soils of the middle Volga region: study guide]. Kuibyshev: USHI, 1989;60 p. (in Russ.).
5. Surin RO. et al. Povyshenie energoeffektivnosti protsessa polevykh rabot pri obrabotke pochvy [Improving the energy efficiency of the field work process during soil cultivation]. Sbornik nauchnykh rabot 69-ya Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya Evraziiskogo nauchnogo ob"edineniya «Effektivnye issle-dovaniya sovremennosti» (g. Moskva, Noyabr', 2020). Collection of scientific papers of the 69th International Scientific Conference of the Eurasian Scientific Association "Effective Research of Our Time" (Moscow, November, 2020). Moscow: ENO, 2020;11:69:140-143. ISSN: 2411-1899. https://esa-conference.ru/wp-content/up-loads/2020/12/esa-november-2020-part2.pdf (in Russ.).
6. Surin RO. et al. Kombinirovannaya mashina dlya provedeniya polevoi obrabotki pochvy [Combined machine for field soil cultivation]. Sbornik nauchnykh rabot 81-ya Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya Evraziiskogo nauchnogo ob"edineniya «Nauchnye diskussii v epokhu globalizatsii i tsifrovizatsii», (g. Moskva, noyabr', 2021). Collection of scientific papers of the 81st International Scientific Conference of the Eurasian Scientific Association "Scientific Discussions in the Era of Globalization and Digitalization", (Moscow, November, 2021). Moscow: ENO. 2021;11:80. Pp. 148-150. ISSN: 2411-1899. https://esa-conference.ru/ wp-content/uploads/2021/12/esa-november-2021-part1.pdf (in Russ.).
7. Shchitov SV. Puti snizheniya tekhnogennogo vozdeistviya kolesnoi energetiki v usloviyakh Dal'nego Vostoka: monografiya [Ways to reduce the technogenic impact of wheeled energy in the Far East: monograph]. Blagoveshchensk: DalGAU, 2004. 117 p. (in Russ.).
8. Shchitov SV. Puti povysheniya agrotekhnicheskoi prokhodimosti kolesnykh traktorov v tekhnologii vozdelyvaniya sel'skokhozyaistvennykh kul'tur Dal'nego Vostoka [Ways to improve the agrotechnical cross-country ability of wheeled tractors in the technology of cultivating agricultural crops in the Far East]. Diss... doc. tech. sciences. Blagoveshchensk, 2009. 325 p. 9. (in Russ.).
9. Frontal'nyi prokalyvatel'-shchelerez [Frontal piercer-slot cutter]: patent 2769449. Russian Federation, 2021100256 RU / R.O. Surin [et al.], declared 11.01.2021, published 31.03.2022. Bulletin 10. 6 p. (in Russ.).
Информация об авторах
Р. О. Сурин - аспирант; С. В. Щитов - д-р техн. наук, профессор; Е. Е. Кузнецов - д-р техн. наук, доцент; А. В. Бурмага - д-р техн. наук, доцент
Information about the authors
R. O. Surin - Postgraduate;
S. V. Shchitov - Doc. of Techn. Sci., Professor;
E. E. Kuznetsov - Doc. of Techn. Sci., Associate
Professor;
A. V. Burmaga - Doc. of Techn. Sci., Associate Professor
Статья поступила в редакцию 06.09.2024; одобрена после рецензирования 12.09.2024; принята к публикации 16.09.2024
The article was submitted 06.09.2024; approved aftee reviewing 12.09.2024; accepted for publication 16.09.2024
