CC BY
41
05.20.01 УДК 631
ПОЛУЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ В ПОЧВАХ
© 2018
Виктор Васильевич Алексеев, д.т.н., доцент, профессор кафедры «Информационные технологии и математика» Чебоксарский кооперативный институт РУК, г. Чебоксары (Россия) Иван Иванович Максимов, д.т.н., профессор, профессор кафедры «Транспортно-технологические машины и комплексы» Чувашская государственная сельскохозяйственная академия, г. Чебоксары (Россия) Петр Владимирович Мишин, д.т.н., профессор, профессор кафедры «Транспортно-технологические машины и комплексы» Чувашская государственная сельскохозяйственная академия, г. Чебоксары (Россия)
Аннотация
Введение: важной составляющей продовольственной безопасности Российской Федерации являются объемы производства сельскохозяйственной продукции. В концепции развития аграрной науки и научного обеспечения АПК РФ на период до 2025 года (приказ Минсельхоза России от 25 июня 2007 года № 342) для углубления фундаментальных и прикладных исследований по разработке конкурентоспособной научно-технической продукции и усиления инновационного развития выделен ряд приоритетных направлений одним из которых является рациональное использование производственного потенциала; ресурсосбережение и экологизация в АПК.
Материалы и методы: в этой связи разработка теоретических подходов к обоснованию водно-физических свойств почв, определяющих благоприятный режим функционирования почвообрабатывающих машин и агрегатов, и совершенствование методов измерения гидрофизических параметров является актуальной проблемой аграрной науки.
Результаты: исследования антропогенного влияния на структуру и свойства почвы и изменение ее водно-физических свойств, выполненные отечественными и зарубежными учеными, показывают, что интенсификация технологических процессов в ряде случаев приводит к необратимым изменениям в почвенном профиле. Результаты проведенных исследований могут быть существенно расширены путем моделирования гидрофизических свойств почвы и изучения водного и воздушного режимов почв. В соответствии с этим важной задачей является теоретическое обоснование функциональной зависимости силы трения в почве от ее удельной поверхности, пористости и влажности для определения диапазонов влажности, при которых проведение агромелиоративных мероприятий экологично и наименее энергоемко. Методологической основой явились фундаментальные и прикладные основы гидрофизики почв.
Обсуждение: исследование режимов работы почвообрабатывающих агрегатов (крошение/скорость^ на различных типах почв позволило определять наиболее эффективные интервалы влажности, при которых при среднем расходе топлива от 4,1 до 17 л/га экономится от 0,16 до 0,68 л/га. Это позволяет на 5-7 % сократить расход топлива и обеспечить наилучшее механическое воздействие на почву.
Заключение: применение указанных методов основывалось на использовании современных пакетов прикладных программ для обработки результатов экспериментов, проведенных в лабораторных и полевых условиях.
Ключевые слова: влажность, коэффициент трения, липкость, обработка, пористость, почва, удельная поверхность.
Для цитирования: Алексеев В. В., Максимов И. И., Мишин П. В. Получение функциональной зависимости для коэффициента трения в почвах // Вестник НГИЭИ. 2018. № 5 (84). С. 34-43.
OBTAINING FUNCTIONAL DEPENDENCE FOR FRICTION COEFFICIENT IN SOILS
© 2018
Victor Vasilyevich Alekseev, Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Professor of the chair of Information Technologies and Mathematics Cheboksary Cooperative Institute of the Russian University of Cooperation, Cheboksary (Russia) Ivan Ivanovich Maksimov, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Professor of the chair of Transport-technological machines and complexes Chuvash State Agricultural Academy, Cheboksary (Russia) Petr Vladimirovich Mishin, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Professor of the chair of Transport-technological machines and complexes Chuvash State Agricultural Academy, Cheboksary (Russia)
Abstract
Introduction: an important component of the food security of the Russian Federation is the volume of agricultural production. In the concept of development of agrarian science and scientific support of agrarian and industrial complex of the Russian Federation for the period till 2025 (the order of Ministry of agriculture of the Russian Federation of June 25, 2007 № 342) for deepening of fundamental and applied researches on development of competitive scientific and technical production and strengthening of innovative development a number of priority directions one of which is; resource conservation and ecologization in agriculture.
Materials and methods: in this regard, the development of theoretical approaches to the study of water-physical properties of soils, determining the favorable mode of operation of tillage machines and units, and improving the methods of measurement of hydro physical parameters is an urgent problem of agricultural science. Results: studies of anthropogenic impact on the structure and properties of the soil and changes in its water and physical properties, performed by domestic and foreign scientists, show that the intensification of technological processes in some cases leads to irreversible changes in the soil profile. The results of the studies can be substantially expanded by modeling the hydro physical properties of the soil and studying the water and air regimes of soils. In accordance with this important task is the theoretical justification of the functional dependence of the frictional force in the soil on its specific surface, porosity and humidity for determining moisture ranges at which agro-meliorative measures are environmentally and least energy-intensive. The methodological basis was the fundamental and applied basis of soil hydro physics.
Discussion: the study of the modes of operation of soil processing units (crumbling / speed) on various types of soils allowed to determine the most effective humidity intervals, at which, with an average fuel consumption from 4.1 to 17 l/ha, it is saved from 0.16 to 0.68 l/ha. This allows reducing fuel consumption by 5-7 % and providing the best mechanical effect on the soil.
Conclusion: the application of these methods was based on the use of modern software packages for processing the results of experiments conducted in laboratory and field conditions.
Key words: soil, coefficient of friction, stickiness, moisture, porosity, specific surface, treatment.
For citation: Alekseev V. V., Maksimov I. I., Mishin P. V. Obtaining functional dependence for friction coefficient in soils // Bulletin NGIEI. № 5 (84). P. 34-43.
Введение
Использование широкого спектра фундаментальных характеристик физических свойств почв для научного обоснования и технологических решений различных агромелиоративных мероприятий, связанных с обработкой земель и регулирования их водного режима, позволяет повысить качество принимаемых управленческих решений и эффективность хозяйственной деятельности. Разработанные методы позволяют обосновать экологически приемлемые агромелиоративные мероприятия и технологии, обеспечивающие создание благоприят-
ного водного режима почв. Результаты исследований использованы при оценке агромелиоративных мероприятий на территориях Батыревского, Канаш-ского и Чебоксарского районов Чувашской Республики [1; 2; 3; 4, 14; 15; 16].
К числу актуальных относится решение проблемы снижения энергоэффективности агротехнических операций, связанных с воздействием на глубокие подпахотные горизонты (разуплотнение и рекультивация), поскольку энергоёмкость при глубокой обработке почв и грунтов достаточно высока. Кроме того, на интенсивность впитывания воды при
орошении сильное влияние оказывает наличие на некоторой глубине уплотненного слоя почвы (плужная подошва).
Из какого бы инновационного материала не сделан был бы плуг, он постоянно должен преодолевать сопротивление обрабатываемой почвы. Причем возникающая на предплужнике, лемехе, отвале, полевой доске сила трения имеет место во все время «эффективного» использования плуга и, соответственно «обесценивает» существенную часть затрат, связанных с процессом вспашки. Доля сопротивления, приходящаяся на рабочие органы (лемех, диск, фреза и т. д.), в общем сопротивлении плуга составляет 50-60 %. Примерно такой же процент энергии, затраченной на вспашку, расходуется на преодоление сил трения. Хорошо известно, что сила трения почвы о металл зависит как от влажности, так и от механического состава почвы. Причем с увеличением влажности она после непрерывного возрастания начинает достаточно быстро снижаться. Поэтому важно иметь теоретически обоснованную и зависящую от механического состава почвы информацию о критической влажности почвы, соответствующей наибольшей силе трения. При определенной влажности наступает физическая спелость почвы. Этой влажности соответствует наименьшее тяговое сопротивление вспашке, а также налипание почвы и износ рабочих органов плуга.
В связи с вышеперечисленным, считаем, что обоснование влажности почвы, при которой необходимо проводить операции, и скорости движения агрегатов можно осуществлять с учетом зависимостей липкости и силы трения от влажности и удельной поверхности почвы [5; 13; 17; 18].
На интенсивность впитывания воды при орошении сильное влияние оказывает наличие на некоторой глубине уплотненного слоя почвы (плужная подошва). Поэтому к числу актуальными являются направления исследований по решению проблемы снижения энергоэффективности мелиоративных агротехнических операций, связанных с воздействием на глубокие подпахотные горизонты (плантаж, разуплотнение и рекультивация), поскольку энергоёмкость при глубокой обработке почв и грунтов, достаточно высока.
Силы трения в почве проявляются при ее скольжении относительно тела, которое находится с ней в контакте (внешнее трение), или скольжения частиц составляющих почву относительно друг друга (внутреннее трение). В связи с этим нами проведены исследования влияния влажности, пористости и удельной поверхности почвы на процессы взаимодействия орудий и агрегатов с почвой
с целью установления диапазонов влажности, при которых проведение агромелиоративных
мероприятий экологично и наименее энергоемко. При проведении агромелиоративных мероприятий, таких как фрезерование, глубокое рыхление и глубокая вспашка во время первичной обработки почв на работу по преодолению сил трения затрачивается от 30 до 50 % энергии машинно-тракторных агрегатов (МТА). Поэтому важно подобрать такую влажность, при которой почва хорошо крошится, минимально прилипая к орудиям обработки [19; 20]. Это обеспечит не только снижение тягового усилия, но и наилучшее состояние почвы после проведения мелиоративных мероприятий.
Материалы и методы
Сила трения возникает при действии активной силы, стремящейся переместить одно тело относительно другого при нормальном давлении. Сила трения Ртр всегда находится в плоскости взаимодействия тел и направлена в противоположную сторону от активной силы [6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 22; 23]. Определяется из формул:
Ртр = N р = акг^тр : Л), (1)
где / - коэффициент трения; N - сила нормального давления, Н; где р- угол трения.
Для быстрого и нетрудоемкого измерения коэффициента трения (покоя/движения) можно использовать прибор Желиговского или динамограф (дисковый прибор измерения трения).
На степень взаимодействия почвенных частиц с поверхностью рабочих органов машин преимущественно влияет соотношение сил в системах «частица-частица» и «частица-поверхность». С увеличением различия в данном соотношении возрастает степень фиксации частиц на рабочей поверхности. Определяют силу фиксации через разность между результирующей силой трения между соприкасающимися почвенными частицами и силой трения о поверхность рабочего органа ЛР = р z (/- к/*), где р -удельное давление; z - количество контактирующих с поверхностью частиц; / * - коэффициент трения между почвенными частицами; / - коэффициент трения почвенных частиц о поверхность рабочих органов; к - зависящая от числа контактов константа.
Сцепление между частицами почв, как правило, превышает сцепление частиц с поверхностью рабочих органов. Поэтому, кроме снижения затрат топлива, подбор режимов работы для которых агромелиоративные и культуртехнические мероприятия (плантаж, глубокое рыхление, фрезерование) наиболее эффективны, позволяет увеличить долговечность рабочих органов.
Коэффициент трения почвы зависит от многих факторов, основными из которых являются механический состав и влажность.
Изменение соотношения твердой, жидкой и газообразной фаз в почве приводит к изменению сил, действующих в системе «почвообрабатывающее орудие - почва», поэтому важно исследовать зависимость коэффициента трения от содержания влаги в почве. К уменьшению трения приводит улучшение почвенной структуры. Это объясняется тем, что при увеличении пористости уменьшается площадь действительного контакта почвы с поверхностью инородного тела, т. е. в плотной почве трение больше, чем в рыхлой, структурированной. При низкой влажности почвенная влага мало касается тела и практически не влияет на силу трения, т. е. происходит сухое, трение. Кроме того, при низких влажностях от 0 до 8.. .10 % липкость не проявляется и почвенная влага не прилипает к металлу (участок ab), поэтому влияние оказывает только Fтр, для которой коэффициент трения не зависит от влажности. При увеличении влажности почвы начинают заметнее проявляться силы молекулярного притяжения между почвенной влагой и телом, т. е. наступает фаза внешнего трения-прилипания. Сопротивление скольжению зависит от прилипания:
Rnр = к<£ + kSN, (2)
где ко - коэффициент удельного прилипания при отсутствии нормального давления, Па; k - коэффициент удельного прилипания, вызываемого нормаль-
-2 о 2
ным давлением, см ; Л - площадь контакта, см .
Влияние влажности на коэффициент трения показан на рисунке 1.
Возрастание / на участке Ьс объясняется появлением и возрастанием липкости и сил молекулярного притяжения почвенных частиц к поверхности металла. При ^ ~ 35 % (в зависимости от механического состава почвы) значения коэффициента трения достигают максимума. При дальнейшем увеличении влажности (участок сф) F уменьшается, поскольку уменьшается липкость, и, кроме того, почвенная влага начинает играть роль смазки. Если Fтр зависит только от величины нормального давления и свойств материалов соприкасающихся поверхностей, то Rnр оказывает влияние даже без внешне прикладываемого давления и зависит еще величины площади касания.
Для некоторых интервалов влажности почвы Fтр и Rnр действует совместно, обе величины проявляются одновременно в виде общего сопротивления р = р + р
f
Рис. 1. Характерный вид зависимости f
от влажности Fig. 1. The reference type of dependence off on humidity
Если сумма сил Fmp + Rnp больше, чем предел прочности почвы на сдвиг, происходит залипание рабочих органов. Когда сумма сил прилипания и трения почвы о почву становится больше, чем общее сопротивление налипших частиц скольжению, наблюдается самоочищение.
Результаты Общеизвестно, что следующим после влажности фактором, оказывающим существенное влияние на f, является механический состав почвы, а точнее, содержание частиц менее 0,1 мм, т. е. физической глины. Чем меньше размер элементарных частиц почвы, тем больше коэффициент трения. Данный факт полностью согласуется с предлагаемым подходом. Липкость прямо пропорциональна удельной поверхности твердой фазы Q. Следовательно, можно сделать вывод о том, что и коэффициент трения должен быть прямо пропорционален Q, т. е. содержанию физической глины. Общеизвестно, что с ростом процентного содержания физической глины коэффициент трения увеличивается. Поскольку при низкой влажности происходит сухое трение, а при увеличении влажности начинает проявляться липкость, то функцию f можно разделить на две части. Одна из них пропорциональна липкости L, которая, в свою очередь, связана с механическим составом почвы через удельную поверхность Q0 и функцию, связанную с гранулометрическим составом D(w, П0). Другая пропорциональна доле твердой фазы (1-П0), поскольку улучшение почвенной структуры приводит к уменьшению силы трения, а также от поверхности контакта с жидкостью w23 и (1-ßw). Предложенный подход полностью согласуется с тем фактом, что существенное влияние
на коэффициент трения / оказывает содержание физической глины (частиц менее 0,01 мм). Трение связано с липкостью, которая прямо пропорциональна удельной поверхности твердой фазы. Следовательно, и коэффициент трения должен быть прямо пропорционален 00, т. е. содержанию физической глины. После обобщения приведенных фактов можно, пользуясь феноменологическим методом, записать формулу для коэффициента трения почв:
/ = аО,м>2В(1-Р^)(1-Щ + уЬ, (3)
где f - коэффициент трения; Ь - липкость; а, р, у -коэффициенты.
Обсуждение
Полученные зависимости липкости и сил трения для черноземов СХПК «Труд» Батыревского района, светло-серой и серой лесных почв ООО «Сормово» Канашского района и светло-серой почвы ЗАО «Прогресс» Чебоксарского района Чувашской Республики были проанализированы совместно с зависимостями для фрикционных сил. Из зависимостей определены значения «спелого» состояния почв по влажности начального прилипания (т. е. состояния почв оптимальные для механического воздействия на почву). По влажности максимального прилипания определены интервалы влажностей, соответствующие состояниям почв, при которых механическое воздействие на почву наименее эффективно. Оценка экономической эффективности проводилась согласно методическим рекомендациям по оценке экономической эффективности внедрения новых технологий и сельскохозяйственной техники. Кроме того, в ряде случаев для проведения объективной сравнительной оценки существующих и предлагаемых методов определены совокупные энергетические затраты (прямые и овеществленные косвенные). Поскольку совершенствование и внедрение технологий сопровождается дополнительными капитальными вложениями, внедрение новых технологий и методик должно обеспечивать повышение качества и снижение затрат на производство совместно с ростом производительности труда, то
есть обеспечивать экономический эффект. Норма расхода топлива трактора - величина переменная, зависящая от многих факторов, таких как влажность почвы, глубина обработки, исправность топливной системы, состояния рабочих органов орудия и т. п. Полученные зависимости коэффициентов трения от влажности для основных типов почв ЧР показывают, что коэффициент трения при оптимальных для обработки почвы условиях в 1,25-1,5 раза меньше максимального значения. Таким образом, выбор оптимальных интервалов для механического воздействия на почву позволяет за счет уменьшения тягового сопротивления сэкономить около 5-7 % топлива.
Экспериментальная проверка соотношения (3) для основных типов почв ЧР показала, что полученными зависимостями описывается около 86,6 % экспериментальных данных (представлена на рисунке 2).
Оценка экономической эффективности проводилась согласно методическим рекомендациям по оценке экономической эффективности внедрения новых технологий и сельскохозяйственной. Кроме того, в ряде случаев для проведения объективной сравнительной оценки существующих и предлагаемых методов определены совокупные энергетические затраты (прямые и овеществленные косвенные). Поскольку совершенствование и внедрение технологий сопровождается дополнительными капитальными вложениями, внедрение новых технологий и методик должно обеспечивать повышение качества и снижение затрат на производство совместно с ростом производительности труда, то есть обеспечивать экономический эффект.
Исследование режимов работы почвообрабатывающих агрегатов (крошение/скорость) на различных типах почв позволило определять наиболее эффективные интервалы влажности, при которых при среднем расходе топлива от 4,1 до 17 л/га экономится от 0,16 до 0,68 л/га. Это позволяет на 5-7 % сократить расход топлива и обеспечить наилучшее механическое воздействие на почву (табл. 1).
Таблица 1. Эффективность механического воздействия Table 1. Effectiveness of mechanical influence
Агрегат / Tillage machine Глубина (см) / Depth (sm) Экономия топлива (л/га) / Fuel economy (liter per hectare)
1 2 3
К-701 + ПТК-9-35/ K-701 + PTK-9-35 18-20 20-22 23-25 0,85-1,19 0,83-1,17 0,77-1,08
К-700 + ПН-8-35/ K-700 + PN-8-35
18-20 20-22 23-25
0,76-1,06 0,74-1,04 0,68-0,95
Окончание таблицы 1 / End of table 1
1
3
Т-150К + ПЛН-4-35/ T-150K + PLN-4-35
МТЗ-82 + ПЛН-3-35/ MTZ-82 + PLN-3-35
0,52- 0,72 0,51-0,71 0,50-0,70 0,28-0,39 0,24-0,33 0,21-0,28
Рис. 2. Зависимость коэффициента трения от влажности для основных типов почв ЧР / Fig. 2. Dependence of a friction coefficient on humidity for the main types of Chuvash Republic soils
2
Заключение
Полученные зависимости позволили для почв с различным мехсоставом определить диапазоны влажности почвы, при которых проведение рекультивации и разуплотнения земель наименее энергоемко, а механическое воздействие на почву экологично. Установлены оптимальные диапазоны
влажности: для черноземов СХПК «Труд» Баты-ревского района 0,36±0,04 м3/м3, серой лесной почвы ООО «Сормово» Канашского района 0,33±0,05 м3/м3 и светло-серой почвы ЗАО «Прогресс» Чебоксарского района Чувашской Республики 0,30±0,04 м3/м3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеев В. В., Максимов В. И. , Максимов И. И. , Михайлов А. Н., Сякаев И. В. Оценка механического воздействия на почву фрезы ФБН-1,5 с модифицированными рабочими органами // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. № 4 (76). Чебоксары, 2012. C. 3-6.
2. Алексеев В. В. Аэродинамический метод оценки воздействия на почву ротационных рабочих органов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. 2014. № 01. С. 50-52.
3. Алексеев В. В. Оценка качества крошения почвы аэродинамическим методом // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2013. № 3 (23). С. 114-117.
4. Алексеев В. В. Аэродинамический подход к оценке крошения почвы активными рабочими органами МТА // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2013. № 9 (107). С. 095-097.
5. Алексеев В. В., Максимов И. И. , Васильев С. А. Получение функциональной зависимости липкости почв от основных гидрофизических почвенных параметров // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. № 3 (40). Киров, 2014. C. 63-67.
6. Бабков В. Ф., Безрук В. М. Основы грунтоведения и механики грунтов. М. : Высшая школа, 1976.
7. Вадюнина А. Ф., Корчагина З. А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М. : Высшая школа, 1961. 454 с.
8. Вадюнина А. Ф., Львов А. С. Зависимость тяговых сопротивлений комбайнов от свойств почвы и деформации почвы комбайнами // Труды Почвенного ин-та им. В. В. Докучаева. Изд. АН СССР, 1954. С. 25-86.
9. Воронин А. Д. Структурно-функциональная гидрофизика почв. М. : Изд-во МГУ, 1984. 204 с.
10. Воронин А. Д. Основы физики почв. Учебное пособие. М. : Изд. Моск. ун-та, 1986. 286 с.
11. Глобус А. М. Почвенно-гидрофизическое обеспечение агроэкологических математических моделей. Л. : Гидрометеоиздат, 1987. 356 с.
12. Дерягин Б. В., Чураев Н. В., Муллер В. М. Поверхностные силы. М. : Наука, 1985. 398 с.
13. Дерягин Б. В. Что такое трение? (Изд.2-е). Издательство: Академия Наук СССР, 1963. 232 с.
14. Максимов И. И., Максимов В. И., Михайлов А. Н., Алексеев В. В. Оценка эффективности функционирования системы машина-почва-растение // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 11. С. 28-34.
15. Сысуев В. А., Максимов И. И., Алексеев В. В., Максимов В. И. Получение основной гидрофизической характеристики почв на основе идеализированных моделей // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. № 5. 2013. C. 63-66.
16. Дмитриев А. Н., Васильев С. А., Алексеев В. В., Максимов И. И. Результаты почвенно-мелиоративных исследований при реконструкции межхозяйственной оросительной системы «Дружба» Чувашской Республики // Мелиорация и водное хозяйство. 2016. № 2. С. 17-21.
17. Максимов И. И., Курмышова О. М., Михайлов А. Н., Петров А. А., Максимов В. И., Алексеев В. В., Сякаев И. В. Способ энергетической оценки воздействия на почву рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий (RU 2528551).
18. Максимов И. И., Алексеев В. В. Гидрофизика почв в мелиорации : Монография. Чебоксары : Новое время, 2017. 280 с.
19. Алексеев В. В. Гидрофизика почв в земледельческой механике : Монография. Чебоксары : Новое время, 2015. 120 с.
20. Алексеев В. В., Сироткин В. М., Сироткин В. В., Максимов И. И., Данилов В. М., Каминьски Я. Р. Оценка механического воздействия почвообрабатывающих машин и орудий по изменению энергетического состояния почвенной влаги // IX International symposium ecological aspects of mechanization of plant production. Warszawa, 19-20 of September. 2002. P. 335-341.
21. Алексеев В. В., Максимов И. И., Сироткин В. М., Пакулин П. Н., Каминьски Я. Р. Безразмерные величины, характеризующие состояние почвы и степень механического воздействия почвообрабатывающих
машин и орудий // X International symposium ecological aspects of mechanization of plant production. Warszawa -Melitopol. 3-5 of September. 2003. P. 141-146.
22. МирцхулаваЦ. Е. Основы физики и механики эрозии русел. Л. : Гидрометеоиздат, 1988. 303 с.
23. Мичурин Б. Н. Энергетика почвенной влаги. Л. : Гидрометеоиздат, 1975. 140 с.
Дата поступления статьи в редакцию 16.03.2018, принята к публикации 18.04.2018.
Информация об авторах Алексеев Виктор Васильевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Информационные технологии и математика»
Адрес: Чебоксарский кооперативный институт РУК, 428025, Чувашская Республика, г. Чебоксары, пр. М. Горького, д. 24 E-mail: av77@list.ru Spin-код: 2326-1157
Максимов Иван Иванович, доктор технических наук,
профессор кафедры «Транспортно-технологические машины и комплексы»
Адрес: Чувашская государственная сельскохозяйственная академия, 428003, Чувашская Республика, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, д. 29 E-mail: maksimov48@inbox.ru Spin-код: 4767-1381
Мишин Петр Владимирович, доктор технических наук,
профессор кафедры «Транспортно-технологические машины и комплексы»
Адрес: Чувашская государственная сельскохозяйственная академия,428003, Чувашская Республика, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, д. 29 E-mail: mail@chst.edu.ru SPIN-код: 6680-5279
Заявленный вклад авторов: Алексеев Виктор Васильевич: формулирование основной концепции исследования Максимов Иван Иванович: общее руководство проектом, анализ и дополнение текста статьи. Мишин Петр Владимирович: сбор и обработка материалов, подготовка первоначального варианта текста.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Alekseev V. V., Maksimov V. I., Maksimov I. I., Mihajlov A. N., Sjakaev I. V. Ocenka mehanicheskogo voz-dejstvija na pochvu frezy FBN-1,5 s modificirovannymi rabochimi organami [Evaluation of the mechanical effect on the soil of the FBN-1,5 mill with modified working bodies], Vestnik Chuvashskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. I. Ja. Jakovleva [Bulletin of Chuvash state pedagogical University I. Y. Yakovlev], No. 4 (76), Cheboksary, 2012, pp. 3-6.
2. Alekseev V. V. Ajerodinamicheskij metod ocenki vozdejstvija na pochvu rotacionnyh rabochih organov [Aerodynamic method for assessing the impact on the soil of rotational working organs], Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta im. N. I. Vavilova [Bulletin of Saratov state agrarian University N. I. Vavilov], 2014, No. 1, pp.50-52.
3. Alekseev V. V. Ocenka kachestva kroshenija pochvy ajerodinamicheskim metodom [Assessment of the quality of crumbling of soil by the aerodynamic method], Vestnik Ul'janovskoj gosudarstvennoj sel'skohozjajstvennoj akademii [Bulletin of the Ulyanovsk state agricultural Academy], 2013, No. 3 (23), pp. 114-117.
4. AlekseevV. V. Ajerodinamicheskij podhod k ocenke kroshenija pochvy aktivnymi rabochimi organami MTA [Aerodynamic approach to the estimation of soil crumbling by the active working bodies of the AIT], Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Altai state agrarian University], 2013, No. 9 (107), pp. 95-97.
5. AlekseevV. V., Maksimov I. I., Vasil'ev S. A. Poluchenie funkcional'noj zavisimosti lipkosti pochv ot os-novnyh gidrofizicheskih pochvennyh parametrov [Obtaining functional dependence of soil stickiness on basic hydro-physical soil parameters], Agrarnaja nauka Evro-Severo-Vostoka [Agrarian science of the Euro-North-East], No. 3 (40), Kirov, 2014. pp. 63-67.
6. Babkov V. F., Bezruk V. M. Osnovy gruntovedeniya i mekhaniki gruntov [Fundamentals of pedology and mechanics of soil], Moscow, The higher school, 1976, 275 p.
7. Vadyunina A. F., Korchagina Z. A. Metody issledovaniya fizicheskih svojstv pochv i gruntov [Methods of a research of physical properties of soils and soil], Moscow, The higher school, 1961, 454 p.
8. Vadyunina A. F., Lviv A. S. Zavisimost' tyagovyh soprotivlenij kombajnov ot svojstv pochvy i deformacii pochvy kombajnami [Zavisimost of traction resistance of combines from properties of the soil and deformation of the soil combines], Trudy Pochvennogo in-ta im. V. V. Dokuchaeva [Works Soil in-that of V. V. Dokuchayev, Prod. Academy of Sciences of the USSR], 1954, pp. 25-86.
9. Voronin A. D. Strukturno-funkcional'naya gidrofizika pochv [Structurally functional hydrophysics of soils], Moscow, Publ. MSU, 1984, 204 p.
10. Voronin A. D. Osnovy fiziki pochv [Fundamentals of physics of soils], Moscow, Publ. MSU, 1986, 286 p.
11. Globus A. M. Pochvenno-gidrofizicheskoe obespechenie agroehkologicheskih matematicheskih modelej [Soil and hydrophysical providing agroecological mathematical models], Leningrad, Gidrometeoizdat, 1987, 356 p.
12. Deryagin B. V., Churayev N. V., Muller V. M. Poverhnostnye sily [Superficial forces], Moscow, Science, 1985, 398 p.
13. Deryagin B. V. Chto takoe trenie? [What is the friction?] (Prod. the 2nd), Academy of Sciences of the USSR Publishing house, 1963, 232 p.
14. Maksimov I. I., Maksimov V. I., Mihajlov A. N., Alekseev V. V. Ocenka jeffektivnosti funkcionirovanija sistemy mashina-pochva-rastenie [Evaluation of the effectiveness of the machine-soil-plant system], Traktory i sel'hozmashiny [Tractors and farm machinery], 2013, No. 11, pp. 28-34.
15. Sysuev V. A., Maksimov I. I., Alekseev V. V., Maksimov V. I. Poluchenie osnovnoj gidrofizicheskoj ha-rakteristiki pochv na osnove idealizirovannyh modelej [Obtaining the basic hydrophysical characteristics of soils on the basis of idealized models], Doklady Rossijskoj akademii sel'skohozjajstvennyh nauk [Reports of the Russian Academy of agricultural Sciences], No. 5, 2013, pp. 63-66.
16. Dmitriev A. N., Vasil'ev S. A., Alekseev V. V., Maksimov I. I. Rezul'taty pochvenno-meliorativnyh issle-dovanij pri rekonstrukcii mezhhozjajstvennoj orositel'noj sistemy «Druzhba» Chuvashskoj Respubliki [Results of soil-meliorative research in the reconstruction of the inter-farm irrigation system «Friendship» of the Chuvash Republic], Melioracija i vodnoe hozjajstvo [Reclamation and water management], No. 2, 2016, pp. 17-21.
17. Maksimov I. I., Kurmyshova O. M., Mihajlov A. N., Petrov A. A., Maksimov V. I., Alekseev V. V., Sja-kaev I. V. Sposob jenergeticheskoj ocenki vozdejstvija na pochvu rabochih organov pochvoobrabatyvajushhih mashin i orudij [Method of energy assessment of the effect on the soil of working organs of tillage machines and implements], (RU 2528551).
18. Maksimov I. I., Alekseev V. V. Gidrofizika pochv v melioracii [Hydrophysics of soils in land improvement], Monografija, Cheboksary, Publ. «Novoe vremja», 2017, 280 p.
19. Alekseev V. V. Gidrofizika pochv v zemledel'cheskoj mehanike [Hydrophysics of soils in agricultural mechanics], Monografija. Cheboksary, Publ. «Novoe vremja», 2015, 120 p.
20. Alekseev V. V., Sirotkin V. M., Sirotkin V. V., Maksimov I. I., Danilov V. M., Kamin'ski Ja. R. Ocenka mehanicheskogo vozdejstvija pochvoobrabatyvajushhih mashin i orudij po izmeneniju jenergeticheskogo sostojanija pochvennoj vlagi [Evaluation of the mechanical effect of soil-cultivating machines and tools on the change in the energy state of soil moisture], IX International symposium ecological aspects of mechanization of plant production, Warszawa, 19-20 of September, 2002, pp. 335-341.
21. AlekseevV. V., Maksimov I. I., Sirotkin V. M., Pakulin P. N., Kamin'ski P. N. Bezrazmernye velichiny, ha-rakterizujushhie sostojanie pochvy i stepen' mehanicheskogo vozdejstvija pochvoobrabatyvajushhih mashin i orudij [Dimensionless quantities characterizing the state of the soil and the degree of mechanical action of soil-cultivating machines and implements], X International symposium ecological aspects of mechanization of plant production, Warszawa, Melitopol, 3-5 of September, 2003. pp. 141-146.
22. Mirtskhulava Ts. E. Osnovy fiziki i mekhaniki ehrozii rusel [Fundamentals of physics and mechanics of an erosion of courses], Leningrad, Gidrometeoizdat, 1988, 303 p.
23. Michurin B. N. Energetika pochvennoj vlagi [Power of soil moisture], Leningrad, Gidrometeoizdat, 1975,
140 p.
Submitted 16.03.2018; revised 18.04.2018.
About the authors:
Viktor V. Alekseev, Dr. Sci. (Engineering), Professor of the chair «Information Technologies and Mathematics» Address: Cheboksary Cooperative Institute, 428025, Chuvash Republic, Cheboksary, M.Gorkogo Avenue, 24 E-mail: av77@list.ru Spin-code: 2326-1157
Ivan I. Maksimov, Dr. Sci. (Engineering), Professor of the chair of Transport-Technological Machines and Complexes Address: Chuvash State Agricultural Academy, 428003 Chuvash Republic, Cheboksary, K. Marx Str., 29 E-mail: maksimov48@inbox.ru Spin-code: 4767-1381,
Petr V. Mishin, Dr. Sci. (Engineering), Professor of the chair of Transport-Technological Machines and Complexes Address: Chuvash State Agricultural Academy, 428003 Chuvash Republic, Cheboksary, K. Marx Str., 29 E-mail: mail@chst.edu.ru Spin-code: 6680-5279
Contribution of the authors: Viktor V. Alekseev: developed the theoretical framework
Ivan I. Maksimov: managed the research project, analysing and supplementing the text.
Petr V. Mishin: collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text.
All authors have read and approved the final manuscript.
05.20.01 УДК 631
ПРОТИВОЭРОЗИОННАЯ КОНТУРНАЯ ОБРАБОТКА ПОЧВЫ МАШИННО-ТРАКТОРНЫМИ АГРЕГАТАМИ НА АГРОЛАНДШАФТАХ СКЛОНОВЫХ ЗЕМЕЛЬ
© 2018
Сергей Анатольевич Васильев, д.т.н., доцент, доцент кафедры «Техническое обслуживание, организация перевозок и управление на транспорте» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, г. Княгинино (Россия) Алексей Анатольевич Васильев, к.т.н., старший преподаватель кафедры «Техническое обслуживание, организация перевозок и управление на транспорте» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, г. Княгинино (Россия)
Николай Иванович Затылков, ассистент кафедры «Техническое обслуживание, организация перевозок и управление на транспорте» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, г. Княгинино (Россия)
Аннотация
Введение: технологии ежегодной обработки старопахотной почвы склоновых земель в пределах заданной территории землепользования не всегда отвечают требованиям защиты почвы от водной эрозии. В работе рассматриваются особенности обработки почвы на склоновых землях и возможности реализации противоэрози-онной контурной обработки с учетом расположения технологических борозд под углом к горизонтали склона. Необходимость дифференциации противоэрозионных мероприятий на одном агроландшафте понятна, поскольку на склоне возникает чрезвычайное разнообразие природных условий и параметров склона: крутизны, экспозиции, формы и длины. Получение информации о модели рельефа возможно разными путями, в том числе до обработки и в период обработки почвы на склоне машинно-тракторным агрегатом. Целью работы является разработка специальных способов обработки почвы по сокращению эрозионных процессов и сохранению плодородия почвы для возделывания сельскохозяйственных культур на агроландшафтах склоновых земель. Материалы и методы: внедрение контурной обработки почвы несколько ограничивается системой традиционных противоэрозионных машин для реализации данного вида работ и операций на сложных склонах. В таком случае при обработке правильных участков такими машинами на сложном склоне необходимо рассчитать угол отклонения направления обработки почвы относительно склона.
Результаты: установлено, что при прямолинейном размещении технологических борозд, например, применяя пассивные рабочие органы сельскохозяйственных машин - зубовые бороны, загортачи на склоновых землях
