CC BY
48
Рис. 3. Эпюра распределения горизонтальных усилий. Данные о координатах узлов, лежащих на наклонной грани клина, и усилиях в этих узлах, полученные в МБС.РШгап, переносят в Ma.th.CAD и по этой информации численного эксперимента строят сплайн. В результате получают эп юру распределения горизонтальных усилий приложенных к клину. Ее вид для результатов расчета, соответствующих решению задачи с ранне упомянутыми граничными условиями, приведен на рис. 3 (кривая «клин»). Для спроектированного нами рыхлительного рабочего органа культиватора КЛДН-6 рабочая поверхность описывается функцией, состоящей из линейного участка и дуги окружности:
у(х) = кх при—11сояр0<х^О
_ 9
у(х) = ^112 -х2 -Ь при -Я<х< -Я соз<р0
где <р0 = аШапЦ^ф) — угловой размер дуги окружности при которой прямолинейная часть профиля рабочего органа переходит в окружность,^ — угол при носке клина; Я — радиус окружности; X — ордината центра окружность криволинейной части профиля рыхлителя. Полученная по изложенной методике эпюра давления «Рыхлитель» на криволинейный рабочий орган не противоречит экспериментальным данным [6]. Равнодействующая горизонтальных усилий приложена на расстоянии 0,179 от подошвы клина (в справочной литературе рекомендуется прикладывать его на расстоянии 0,2 от глубины пахоты [7]) и равна 870 кН. На метр ширины захвата получаем 7,25 кН/м, что незначительно превышает нормативную нагрузку для основной обработки рыхлительным рабочим органом на такой глубине (согласно [7] эта величина должна быть равна 5,4 кН/м). Скорее всего, это несоответствие обусловлено различием механических характеристик материала модели и почвы.
Анализ результатов приведенных в работе позволяет сделать вывод о том, что моделирование деформированного состояния почвы в системе МБС.Ра1гап дает возможность получить как качественную, так и количественную характеристику процессов взаимодействия рабочих органов сельскохозяйственных машин с почвой.
Литература.
1. Синеокое Г.Н. Проектирование почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1965. — 311 с.
2. Ляшенко П.А. Модель деформации микроструктуры грунта. Научный электронный журнал КубГАУ, № 03(11), 2005.- стр.1-17.
3. Бойков В.П., Белковский В.Н. Шины для тракторов и сельскохозяйственных машин. — М.: Агропромиздат, 1988. — 240 с.
4. Брагов А.М., Ломунов А.К., Деменко П.В. Исследование физико-механических характеристик свойств мягких грунтов при ударе. Труды VI Забабахинских научных чтений. Снежинск, 2003.-стр. 1-21.
5. Кулен А., Куиперс. X. Современная земледельческая механика. М.: Агропромиздат, 1986. — 349 с.
6. Вопросы сельскохозяйственной механики /Под ред. Мацепуро М.Е. Т.ХУ1. Минск: Урожай, 1967. — 356 с.
7. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин /Подред. М.И. Клецкина. Т. 1. Изд. 2 — е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1967. — 830 с.
ПОЧВОЗАЩИТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И КОМПЛЕКС МАШИН ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В ЗОНЕ АРМАВИРСКОГО ВЕТРОВОГО КОРИДОРА
АЛО. ИЗМАЙЛОВ, кандидат экономических наук А.П. СПИРИН, доктор сельскохозяйственных наук А. Ф. ЖУК, кандидат технических наук наук О.А. СИЗОВ, кандидат технических наук ВИМ
А. С. ИЗВЕКОВ, доктор сельскохозяйственных наук Почвенный институт им. В.В. Докучаева
В Российской Федерации значительные площади пахотных земель в южных степных районах подвержены ветровой эрозии. Наиболее сильно она проявляется на Северном Кавказе.
В 60-70-е гг. прошлого века ветровая эрозия
здесь приняла угрожающие масштабы. Регулярно повторяющиеся катастрофические пыльные бури наносили огромный урон сельскому хозяйству и грозили экологической катастрофой для региона и невосполнимой утратой высокоплодородных предкавказских черноземов на площади 16 млн га. Чаще всего они наблюдались в так называемых «ветровых коридорах», которые характеризуются ураганными ветрами с наибольшей интенсивностью и продолжительностью действия. Самый активный из них — Армавирский ветровой коридор, образуемый склонами Ставропольской возвышенности и отрогами Кавказского хребта. Катастрофические пыльные бури уничтожили здесь в 1969 г. по-
чти все посевы озимых зерновых культур и унесли от 4 до 10 см пахотного слоя почвы.
Президиум ВАСХНИЛ возложил на рад ведущих НИИ академии (ВИМ, Почвенный институт им.
В.В. Докучаева и др.) разработку и внедрение почвозащитных мероприятий в зоне Армавирского ветрового коридора, территория которого охватывает восточные районы Краснодарского и южную часть Ставропольского краев, а также юго-восточные районы Ростовской области. Была поставлена задача изыскать и провести апробацию эффективных методов защиты пашни от ветровой эрозии в условиях интенсивного земледелия, а также разработать рекомендации по применению почвозащитных мер в эрозионноопасных районах Северного Кавказа, поскольку мероприятия, осуществлявшиеся в Северном Казахстане и Западной Сибири в этих условиях оказались не эффективными.
Многолетние исследования процессов проявления ветровой эрозии почвы и развития пыльных бурь в зоне Армавирского ветрового коридора подтвердили теоретически обоснованную гипотезу о циклическом характере распыления почвы на полевых агрофонах в течение года под воздействием метеорологических факторов (многократного чередования процессов замораживания-оттаивания и увлажнения-высыхания). Установлено нарастание содержания эрозионных частиц (< 1 мм) в поверхностном 0...5 см слое почвы в зимний период до 60...85 %, его убывание весной до
53...58 %, сохранение постоянного уровня летом и дальнейшее снижение осенью до 40...45 %.
На предкавказских черноземах тяжелого механического состава критические условия для проявления пыльных бурь складываются ежегодно. Развиваются они при накоплении в верхнем 0...5 см слое почвы свыше 50 % агрегатов размером < 1 мм и скорости ветра на высоте 0,5 м от поверхности почвы более 9... 10 м/с. Эрозионно-опасные ветры наблюдаются почти ежемесячно, кроме лета, от 3 до 6 дн. в месяц. В зимневесенний период (январь-апрель) ежегодно отмечается в среднем 22 дн. со скоростью ветра, вызывающей развитие пыльных бурь. В отдельные годы их число колеблется от 12 до 40 дн. Наиболее опасный период проявления пыльных бурь — январь-февраль, характеризующийся самой высокой ветровой активностью, минимальным количеством атмосферных осадков и максимальной распыленностью почвы в условиях относительно теплых бесснежных зим.
На основе выявленных закономерностей предложен метод сезонного прогнозирования ветровой эрозии на полевых агрофонах, предусматривающий определение эрозионно-опасных периодов в течение года путем совмещения среднемноголетних характеристик ветровой активности, атмосферных осадков, температурного режима и динамики агрегатного состава верхнего слоя почвы. Разработан метод комплексной оценки почвозащитных технологий, учитывающий ряд показателей, характеризующих противодефляционную, агротехническую, технологическую и экономическую эффективность каждой полевой операции. В качестве
ее основного критерия принят почвозащитный коэффициент технологического приема, определяемый с учетом эталонного стерневого агрофона, обеспечивающего защиту почвы от дефляции при 100 %-ном содержании в ее верхнем слое эрозионных частиц и критической скорости воздушного потока.
Почвозащитный коэффициент эталонного агрофона с концентрацией 370 шт./м2 стерни условной длины (20 см) равен 1. При минимальной комковатости верхнего слоя почвы (20...25 % частиц > 1 мм) в полевых условиях надежная защита от ветровой эрозии возможна в случае сохранения на поверхности поля 200 пгг./м2 стерни или измельченных стеблей условной длины. Посевы зерновых культур обеспечивают равноценную с эталонным агрофоном ветроустойчивость при густоте всходов 500 шт./м2 в различных фазах (овса — 2,3 листа, озимого ячменя — 2,8 листа, озимой пшеницы — 3,5 листа). Почвозащитная способность озимых культур в анабиозе снижается на 17...20 %.
Противодефляционная эффективность мульчи из измельченных остатков крупностебельных пропашных культур (кукурузы, подсолнечника, клещевины, сорго) определяется количеством растительных частиц на единицу площади, мало зависит от их массы и размеров и может быть значительно повышена путем дополнительного продольного расщепления этих частиц.
В результате выполненных исследований разработаны методологические основы построения почвозащитных технологий возделывания различных культур в зернопропашных севооборотах интенсивного типа на предкавказских черноземах тяжелого механического состава. Обоснована система проти-воэрозионной обработки почвы, предусматривающая применение в севообороте плоскорезного рыхления с оставлением стерни зерновых и мульчирующей минимальной обработки с сохранением измельченных остатков крупностебельных пропашных предшественников, а также возможность периодической отвальной полупаровой обработки, обеспечивающей дефляционно устойчивое состояние почвы и хорошее развитие всходов озимых зерновых культур, способных противостоять ветровой эрозии.
Длительные комплексные исследования, проведенные в экспериментальном 13-польном зернопропашном севообороте интенсивного типа в течение 2 ротаций (1975-2000 гг.), показали высокую противоэро-зионную, агротехническую и экономическую эффективность разработанных почвозащитных технологий при возделывании различных культур.
Установлено, что систематическое применение безотвальных приемов обработки почвы в севообороте не ухудшает агрофизических свойств почвы, улучшает водно-пищевой режим и способствует повышению биологической активности корнеобитаемого слоя. При почвозащитных технологиях успешно решаются задачи воспроизводства эффективного плодородия предкавказских черноземов, возмещения потерь гумуса, накопления необходимых питательных веществ благодаря максимальному ис-
пользованию пожнивных растительных остатков, то есть за счет биологических ресурсов агроценоза. Общая масса поступления растительных остатков в почву при почвозащитных технологиях составляет в среднем 6 т/га, что равноценно внесению 16 т навоза. В результате этого содержание гумуса в обрабатываемом слое 0...30 см почвы за 2 ротации севооборота (26 лет) увеличилось на 0,48 % (с 3,62 до 4,10 %).
При длительном использовании почвозащитных технологий в севообороте гумус и элементы питания размещаются в обрабатываемом слое почвы дифференцировано с концентрацией их в верхних горизонтах. По существу в этом случае имитируется естественный почвообразовательный процесс, создается гетерогенный слой почвы, обеспечивающий лучшие условия для развития всходов возделываемых культур, что существенно повышает ветроустойчивость и сохранность посевов озимых зерновых в зимний период.
Суммарная продуктивность почвозащитного севооборота за 2 ротации как по культурам, так и в расчете на единицу площади оказалась на 1,9 % выше, чем у обычного (см. табл.).
За годы проведения эксперимента ухудшения фитосанитарного состояния почвозащитных агрофонов не наблюдалось, а засоренность полей постепенно снижалась.
Отличительная особенность разработанных технологий с мульчирующей и плоскорезно-щелевой обработками почвы — надежная защита почвы и посевов от дефляции в условиях высокоинтенсивного земледелия, способность восстанавливать и повышать плодородие корнеобитаемого слоя, обеспечивать экологическую безопасность и эффективное использование почвенных ресурсов в эрозионноопасных районах Северного Кавказа. Для их реализации потребовалось создание принципиально новой техники. С этой целью были проведены теоретические и экспериментальные исследования, а также опытно-конструкгорские работы по выбору эффективных типов рабочих органов и технологических схем новых машин для выполнения послеуборочной, основной и предпосевной обработки почвы, посева зерновых культур, ухода за стерневыми и мульчированными агрофонами. Обоснованы агротех-нологические требования к способам мульчирующей обработки почвы с измельчением растительных остатков крупностебельных пропашных культур. Предложены методы проектирования противоэрозионных почвообрабатывающих машин комбинированного типа с пассивными и актив-
ными рабочими органами, комбинированных орудий для плоскорезно-щелевой обработки почвы, полевых роторных стеблеизмельчителей.
Для выполнения почвозащитных технологий разработан и освоен в серийном производстве комплекс новой противоэрозионной техники:
комбинированные агрегаты АКП-5, АКП-2,7, АПК-6, АПК-3, АКР-3,6 и полевой стеблеизмельчитель ИСП-3,6, для мульчирующей обработки почвы с измельчением крупностебельных растительных остатков;
комбинированные плоскорезы-щелеватели ПЩ-5, ПЩ-3 и плоскорез-рыхлитель ПРК-2,5 для безотвальной ярусной обработки почвы, подверженной ветровой и водной эрозии;
комбинированные орудия ОП-12, ОП-8 и штан-го-лаповый культиватор КЛШ-10 для предпосевной обработки почвы, а также культивации стерневых и мульчированных агрофонов;
комбинированные стерневые сеялки-культиваторы СКЛ-12 и СКЛ-6 для широкополосного посева зерновых культур с внесением минеральных удобрений.
Освоение почвозащитных технологий осуществлялось в опорно-показательных хозяйствах Краснодарского края (совхоз «Армавирский» Новокубанского района, совхоз «Конаковский» Успенского района, колхоз «Победа» Каневского района) в два этапа. На первом (1975-1985 гг.) оно происходило с применением серийной противоэрозионной и обычной техники. На втором этапе в хозяйства начали поставлять перечисленные машины, использование которых позволило значительно повысить эффективность почвозащитных технологий и расширить масштабы внедрения их в эрозионно-опасных районах Краснодарского, Ставропольского краев, Ростовской области, а также в других регионах (Поволжье, ЦЧО) на площади более 7 млн га. Это исключило развитие пыльных бурь, повысило устойчивость и продуктивность высокоинтенсивного земледелия.В результате валовая урожайность озимых зерновых культур, возделываемых по почвозащитным технологи-
Таблица. Урожайность сельскохозяйственных культур в 13-польном почвозащитном и обычном севооборотах, ц/га
Среднее за 1975-2000 гг.
Культура Предшественник технологии разница в урожае
почво- защитная обычная ц/га %
Озимая пшеница озимая пшеница 44,6 46,5 -1,9 4,1
кукуруза на силос 51,4 49,6 +1,8 3,6
кукуруза на зерно 49,2 49,1 +0,1 0,2
подсолнечник 50,1 48,9 +1,2 2,5
сахарная свекла 45,9 45,9 0 0
клещевина, соя 48,3 47,8 +0,5 1,1
горох 53,1 52,5 +0,6 1.1
Кукуруза на силос озимая пшеница 361,0 354,0 +7,0 2,0
Кукуруза на зерно 56,7 53,0 +3,7 7,0
Подсолнечник 22,7 22,0 +0,7 3,2
Сахарная свекла 442,0 425,0 +17,0 3,9
Клещевина / соя 11,4/19,0 10,3/20,0 +1,1/-1,3 10,7/6,4
Горох Продуктивность севооборота, ц/га 25,9 25,8 +0,1 0,4
корм. ед. 58,5 57,4 +1,1 1,9
ям в Новокубанском районе, расположенном в эпицентре Армавирского ветрового коридора, в 2000-2002 гг. составила 53,4...57,0 ц/га и была самой высокой в Краснодарском крае.
Применение разработанных почвозащитных технологий и машин способствует повышению урожайности возделываемых культур на 2...5 и/га, снижению затрат труда в 1,3-1,5 раза и экономии топлива в размере
16.. .40 кг/га. Годовой экономический эффект от их внедрения в сельскохозяйственное производство составляет 4,36 млрд руб., за счет получения дополнительно 2,1 млн т зерна и экономии 210 тыс. т топлива
Предотвращенный ущерб от потери только 1 см плодородного слоя почвы достигает 75 млрд руб. При пыльных бурях фактические потери почвы были во много раз больше.
Общий выпуск 14 наименований новых противоэро-зионных машин составил более 30 тыс. штук. Их производят на 12 заводах России, Казахстана, Украины.
По расчетам специалистов МСХ РФ разработанные почвозащитные технологии необходимо освоить на площади 25...27 млн га, что позволит предотвратить экологическую катастрофу в земледелии, восстановить и повысить плодородие эродированных земель, получать дополнительно 7...8 млн т зерна, а также экономить 600 тыс. т горючего ежегбдно.
По научно-методическому уровню, системности выполнения многоплановых исследовании, новизне и результативности разработок представляемая работа превосходит известные отечественные и зарубежные проекты по почвозащитному земледелию Работа удостоена премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники 2004 г.
Сегодня Институты развивают исследования по созданию почвовлагосберегающих технологий и комплексов высокоадаптивных комбинированных машин для возделывания сельскохозяйственных культур в эрозионно-опасных и засушливых районах.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ВОРОШИТЕЛЯ В ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СЕЯЛКАХ
А.Ю. БЕШНИХИН, инженер ВИИТИН
Наличие ворошителя дает возможность увеличить скорость вращения дозирующих дисков и, тем самым, уменьшить поступательную скорость семян в момент их попадания на дно бороздки. Это способствует более точному размещению семян в рядке.
Основное назначение ворошителя в пневматических высевающих аппаратах — создание попутного диску движения семян и ограничение влияния слоя посевного материала, расположенного в бункере, на процесс присасывания и выноса семян из семенной камеры.
Ворошитель расположен на диске и представляет собой жестко закрепленный цилиндр с диаметром б/Дрис. 1) и высотой /к От оси вращения ворошитель расположен по радиусу Я.
Под действием импульса сил вращающегося ворошителя, создаются знакопеременные ускорения (подобно вибрации) и сыпучий материал начинает себя вести подобно квазижидкости. Происходит перерасп-
Рис. 1. Схема установки ворошителя: 1 —диск; 2— ворошитель; - отверстие диска; 4 — загрузочное отверстие для входа семян.
Рис. 2. Влияние скорости вращения диска при наличии и отсутствии ворошителя на коэффициент заполнения присасывающих отверстий:------с ворошителем,------без ворошителя.
ределение давления в горизонтальной и вертикальной плоскостях потока семян, нарушается контакт между отдельными семенами, а коэффициент внутреннего трения и сила трения стремятся к нулю. Дальнейшее движение семян к присасывающему отверстию диска происходит по параболическому закону с суммарной скоростью равной скорости падения и вертикальной составляющей скорости пульсации (вибрации).
