Рекомендации по вспашке почвы на склонах плугами общего назначения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

4. Пархоменко, Г.Г. Анализ процесса деформации пласта почвы рабочими органами для глубокого рыхления / Г.Г. Пархоменко, В.Н. Щиров // Исследование и разработка современных технологий и средств механизации юга России: сб. научн. тр. ВНИПТИМЭСХ, 2007. - С. 5563.

5. Джамбов, В. Изследоване върху работата на машините за дълбоко разро-хване / В. Джамбов // Сельскостопанска техника. - 1979. - № 4. - С. 3-9.

6. Щиров, В.Н. Определение взаимосвязи параметров рабочего органа с качественными показателями технологического

процесса глубокой обработки почвы // Вестник аграрной науки Дона. - 2008. -Вып. 1. - С. 45-52.

7. Пархоменко, Г.Г. Использование теории подобия при определении параметров и режимов работы глубокорыхлителей / Г.Г. Пархоменко, В.Н. Щиров // Ресурсосберегающие технологии и техническое обеспечение для информационного развития агропромышленного комплекса: сб. научн. тр. СКНИИМЭСХ, 2010. - С. 19-32.

8. Труфанов, В.В. Глубокое чизелева-ние почвы / В.В. Труфанов - Москва: Аг-ропромиздат, 1989 - С. 51-69.

Сведения об авторах

Щиров Владимир Николаевич - канд. техн. наук, доцент кафедры сервиса и эксплуатации автомобильного транспорта Азово-Черноморской государственной агроинже-нерной академии (г. Зерноград). Тел./факс 8(86359)43-3-80. E-mail: 1956shirovv@mail.ru.

Пархоменко Галина Геннадьевна - канд. техн. наук, старший научный сотрудник отдела механизации полеводства Северо-Кавказского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии (г. Зерно-град).

Information about the authors

Shchirov Vladimir Nikolaevich - Candidate of Technical Sciences, associate professor, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-3-80. E-mail: 1956shirovv@mail.ru.

Parkhomenko Galina Gennadievna - senior research worker of the field husbandry mechanization department, North Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture (Zernograd).

УДК 631.31:631.4:631.312

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВСПАШКЕ ПОЧВЫ НА СКЛОНАХ ПЛУГАМИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

© 2012 г. М.С. Макарова, В.А. Зацаринный

Даны рекомендации по вспашке почвы на склонах плугами общего назначения для снижения механического износа почвы вдоль склона.

Ключевые слова: вспашка, почва, плуг, склон, износ, оборот пласта.

Recommendations about plowing on slopes by plows of general purpose for decrease in mechanical wear of the soil along the slope are submitted.

Key words: plowing, soil, plow, slope, wear, soil inversion.

Большая часть полей, используемых в земледелии, расположена на склонах, и, следовательно, на них имеет место механический снос почв, который является предшествующим процессом появления водной и ветровой эрозий. Только в Ростовской области поля с уклоном более трех градусов составляют около 25%.

Интенсивная отвальная обработка почвы склоновых полей лемешными плугами общего назначения приводит к постепенному перемещению пахотного слоя вниз по склону, в результате чего на всех склоновых полях толщина гумусного слоя на верхней части склона всегда меньше, чем на нижней части.

Использование глубокой безотвальной обработки почвы склоновых полей не всегда приносит ожидаемых положительных результатов, т.к. неизменная по глубине обработка почвы, наряду с многократными за период роста растений вегетационными поливами, вызывает сильное уплотнение почвы в горизонтах 25-30 и 36-40 см, образуя так называемую «плужную подошву». Эти плотные слои создают исключительно неблагоприятные условия для роста и развития корней и всего растения в целом. В уплотненные слои почвы затруднено проникновение поливной воды и корневой системы. В них подавлены микробиологические процессы [1].

Во многих проведенных исследованиях о работе плугов на склонах даются объяснения отдельным факторам, явлениям, подсказывающим технические решения, снижающие отрицательные моменты их работы, но недостаточно разработок, раскрывающих все закономерности работы плугов на склонах. Поэтому проводимое нами дальнейшее исследование данного вопроса направлено на повышение и сохранение плодородия почвы, увеличение

урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур на склоновых полях.

Для получения хорошего качества вспашки с одновременным снижением ее энергоемкости при часто изменяющихся условиях работы плуга необходимо, чтобы лемешно-отвальная поверхность корпуса плуга могла менять свои параметры. В имеющихся предложениях по конструированию таких поверхностей изменение параметров осуществляется в зависимости от скорости вспашки, и не учитываются закономерности движения пласта при вспашке на склонах [2].

В работах по оптимизации лемешно-отвальных поверхностей основное внимание уделяется снижению энергоемкости вспашки, но не следует забывать и качественные показатели, влияющие на урожайность сельскохозяйственных культур, сохранение и повышение плодородия почвы.

Практически все механические средства, используемые для глубокой обработки, предназначены для противоэрозионной вспашки склоновых полей, но они защищают склоны только от водной и ветровой эрозии почвы и никак не уменьшают систематическое перемещение почвы под действием механических обработок, т.е. механическую эрозию почвы [3].

Все сказанное выше подтверждает необходимость проведения исследований по обоснованию оптимизации параметров рабочих органов почвообрабатывающих орудий для защиты склонов от механической эрозии почвы.

Анализ движения право- и леворе-жущих рабочих органов плуга при обработке склоновых полей поперек склона (рис. 1) позволил получить зависимости для определения углов постановки лезвия лемеха к стенке и дну борозды [1]:

cos £р = cos ( cos £ - sin ( sin£0 cos у0; sin у

'p ---I-----.0

sin £ sin у

БГП £г

cos £ = cos Р cos £ + sin Р sin £0 cos у

(1) (2) (3)

где + в, - в - крутизна склона при отваливании пласта соответственно вниз и вверх по склону; е0, у0 - конструктивные углы рабочих органов соответственно углов постановки лезвия лемеха ко дну и к стенке борозды;

ер, Ур - углы, которые принимают углы е0 и у0 при работе на склонах.

При движении праворежущего рабочего органа поперек склона и при отрицательном значении угла в пласт будет отваливаться вверх по склону. В этом случае изменение его угловых параметров будут определяться по зависимостям 3 и 2.

б

Рис. 1. Схемы к определению углов ер и ур при движении праворежущего (а) и леворежущего (б) рабочего органа поперек склона

А при движении леворежущего рабочего органа поперек склона и при отрицательном значении угла в пласт будет отваливаться вниз по склону. Тогда изменения угловых параметров у этого рабочего органа будут находиться по зависимостям 1 и 2.

При движении праворежущего рабочего органа поперек склона, когда отваливание пласта происходит вниз по склону, изменение его угловых параметров можно определить по зависимостям 1 и 2, а для определения изменения угловых параметров леворежущего рабочего органа при отваливании пласта вверх по склону можно использовать формулы 3 и 2.

Анализ вышеприведенных зависимостей показывает, что при работе почвообрабатывающих орудий на односкатных склонах угловые параметры их рабочих органов изменяются в зависимости как от направления движения, так и от крутизны

склона. Об изменении углов ер и ур можно судить по расчётным данным, представленным в таблице 1, в которой приведены диапазоны изменения параметров рабочих органов.

Эти данные указывают на то, что на склонах рабочие органы в зависимости от направления движения работают с другими параметрами. Следовательно, у них будут различные агротехнические и энергетические показатели работы. Так, наблюдаемый механический снос почвы при обработке на склоновых полях можно объяснить и тем, что при движении почвообрабатывающих орудий вниз по склону (особенно плугов) угол постановки образующих рабочей поверхности рабочих органов к направлению движения значительно возрастает. Это приводит к увеличению перемещения почвы вниз по склону.

Таблица 1

Изменение параметров плуга в зависимости от угла склона и направления движения агрегата

Параметры плуга Параметры плуга

Угол склона, град Угол постановки лезвия лемеха к стенке борозды, ур, град Угол постановки лезвия лемеха ко дну Угол постановки лезвия лемеха к стенке борозды, ур, град Угол постановки лезвия лемеха ко дну

борозды, ер, град борозды, ер, град

движение агрегата поперек склона с оборотом пласта вниз по склону движение агрегата поперек склона с оборотом пласта вверх по склону

3 34 29 42 24

6 31 31 47 23

9 28 33 53 22

Наблюдаемый различный оборот пласта при вспашке склонов поперек объясняется резким изменением углов ер и ур лемешно-отвальной поверхности. Так, при движении пахотного агрегата по горизонтали и при отваливании пласта вверх по склону у лемешно-отвальной поверхности углы ер уменьшаются, а ур увеличиваются, при отваливании пласта вниз по склону -наоборот [1].

При изменении склона от 3 до 9 градусов от среднего значения (при угле склона 6 градусов) отклонение угла ур незначительно и не превышает 6 градусов. Это позволяет предположить, что можно устанавливать постоянные значения ер и ур в пределах рабочих склонов.

Известно, что в любой точке рабочей поверхности конкретного рабочего органа угол е0 изменяется в небольших пределах,

и с учетом тригонометрической функции его можно считать постоянным. Угол у0 изменяется в зависимости от параметров склона и направления движения, и кроме того, может регулироваться. Но при установленном угле ур для каких-то условий вспашки (угол склона и направления движения) он не изменяется, то есть остается постоянным. Это позволяет принять, что

Анализ приведенных зависимостей показывает, что при движении почвообрабатывающего орудия поперек склона, когда пласт отваливается вверх по склону, у его рабочего органа угол ер уменьшается, а угол ур возрастает, а когда пласт отваливается вниз по склону - наоборот. Эта зако-

произведения sin е0 cos yo и sin е0 sin у0 являются постоянными величинами для определенной крутизны склона и направления движения. Учитывая это и анализируя приведенные выше зависимости (1), (2), (3), можно констатировать, что при движении рабочего органа по горизонталям склона

(4)

номерность подтверждается данными таблицы 1.

Перемещение пласта при вспашке складывается из перемещения почвы по лемешно-отвальной поверхности S (пласт перемещается по траектории Smp, которая приближается к геодезической линии), что подтверждается выражением (5):

sin^ sin^ = sin£0 sin^0 = const.

S = vp

S.

= V,

тр

=S

v

тр

(5)

где ир - скорость перемещения почвы по лемешно-отвальной поверхности, м/с;

Тдв - время нахождения почвы на ле-мешно-отвальной поверхности, с.

Так, для лемешно-отвальной поверхности с углом постановки лезвия лемеха к стенке борозды ур =380 перемещение почвы составляет £=£тр=0,85 м, а для рабочей по-

верхности с ур =42 5=5тр=0,81 м и перемещения после схода с отвала.

Рассматривая движение частиц пласта после схода с лемешно-отвальной поверхности, была получена зависимость для определения абсолютного перемещения частиц пласта вниз по склону при движении агрегата поперек склона:

Ус - У о = 2*ё

Расчетные значения величин перемещения пласта (сноса почвы) представлены в таблице 2.

Полученные зависимости (1-6) и приведенные данные (табл. 2) указывают на то, что для обеспечения качественной обработки почвы на склонах уменьшения механической эрозии почвы почвообрабатывающие орудия должны иметь рабочие органы с регулируемыми угловыми параметрами. Изменения этих параметров при регулировке должны учитывать как кру-

2 • 2 о '4 &

ve sin 2/sin —

\Р I-2 (6)

g

тизну склонов, так и направление движения почвообрабатывающего агрегата [1, 2].

Для сохранения и поддержания плодородия почвы важным условием является оборот пласта с минимальным перемещением в сторону отбрасывания и по ходу движения агрегата. Решение этого вопроса достигается чередованием направлений движения пахотного агрегата с отбрасыванием пласта почвы вверх и вниз по склону поля за цикл обработки.

Таблица 2

Снос почвы вниз по склону по ходу плуга при движении пахотного агрегата

поперек склона

Угол склона, град Скорость движения, км/ч у=38° у=400 у=420

У, м У, м У, м

3 7,2 0,01 0,02 0,04

9,6 0,02 0,04 0,06

10,8 0,03 0,05 0,08

6 7,2 0,02 0,04 0,07

9,6 0,04 0,07 0,13

10,8 0,05 0,09 0,16

9 7,2 0,04 0,06 0,11

9,6 0,06 0,11 0,20

10,8 0,08 0,14 0,26

Примечание: ур - угол постановки лезвия лемеха к стенке борозды;

£р=260 - угол постановки лезвия лемеха к дну борозды.

- механическим снос почвы, тм; \fffW - перемещение вверх, тм ^ - перемещение вниз, тм Рис. 2. Снос почвы при обработке склоновых полей: при классической схеме обработки «всвал-вразвал» (а); при рациональном чередовании направлений оборота пласта (б)

Представленные на рисунке 2 графики позволяют визуально оценивать величину механического сноса (перемещения пласта) при классической схеме обработки «всвал-вразвал» при предлагаемой схеме, основанной на чередовании оборота пласта по годам цикла обработки поля. По второй

схеме обработки снос почвы на склоновых полях существенно уменьшается [1].

Рекомендуемое чередование направлений оборота пласта по годам обработки склоновых полей и значения скорости вспашки, в зависимости от крутизны склона, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Рациональное чередование направлений оборота пласта по годам обработки склоновых полей

Угол склона 1-й год 2-й год 3-й год Снос почвы, тм

3 0 Оборот пласта вверх по склону У=9,6 км/ч Оборот пласта вверх по склону У=9,6 км/ч Оборот пласта вниз по склону У=10,8 км/ч вверх 0,008

60 Оборот пласта вверх по склону У=9,6 км/ч Оборот пласта вниз по склону У=7,2 км/ч вверх 0,0025

90 Оборот пласта вверх по склону У=9,6 км/ч Оборот пласта вниз по склону У=7,2 км/ч вверх 0,001

Анализ результатов исследований позволяет сделать вывод о необходимости пересмотра организации обработки склоновых полей лемешными плугами общего назначения и разработки рекомендаций для снижения механического сноса почвы вдоль склона. Рекомендации состоят в следующем.

1. При обработке склонового поля определенной крутизны лемешными плугами общего назначения необходимо осуществлять рациональный подбор рабочей скорости движения агрегата и направления движения агрегата. Например, склоны крутизной 60 рационально обрабатывать при скорости 7,2 км/ч с чередованием направления движения агрегата поперек склона следующим образом: 1-й год с оборотом пласта вверх; 2-й год с оборотом пласта вверх по склону; 3-й год с оборотом пласта вниз по склону (рис. 2).

2. Для сокращения цикла обработки склоновых полей лемешными плугами общего назначения рекомендуется использовать схему регулирования скорости при движении агрегата поперек склона с чередованием оборота пласта вверх и вниз по склону.

3. Во избежание холостых проходов рекомендуется использовать оборотные плуги, предназначенные для гладкой вспашки. При данном условии цикл обработки склоновых полей можно сократить в некоторых случаях до 1 года.

4. Максимального эффекта можно добиться, применяя почвообрабатывающие орудия с регулируемыми угловыми параметрами рабочих органов (угол постановки лезвия лемеха ко дну борозды и угол постановки лезвия лемеха к стенке борозды), которые устанавливаются в зависимости от крутизны склонового поля и направления движения агрегата (снос почвы снижается в 1,3-1,5 раза за одну обработку).

Литература

1. Макарова, М.С. Параметры процесса обработки почвы склоновых полей лемешными плугами: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук /М.С. Макарова. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2010. - 134 с.

2. Протокол № 11-35В-03 (9110356). Исследования механической эрозии при вспашке склонов / Минсельхоз России, Се-

веро-Кавказская МИС. - Зерноград, 2003. -26 с.

3. Горбатович, Ж.Н. О возможности критерия оптимальных параметров лемеш-но-отвальных поверхностей / Ж.Н. Горба-тович, С.А. Стародетко // Вычислительная техника в машиностроении. - Минск. -1992. - № 2. - С. 42-47.

4. Макарова, М.С. О механической эрозии почвы при работе плуга на склоновых полях / М.С. Макарова, В.А. Зацарин-ный // Проблемы современной аграрной науки: материалы международной заочной научной конференции. - Красноярск, 2009. - С. 6-10.

Сведения об авторах Макарова Мария Станиславовна - канд. техн. наук кафедры организации перевозок Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел./факс 8(86359)42-4-00. E-mail: 24Marija04@mail.ru.

Зацаринный Владимир Андреевич - канд. техн. наук, доцент кафедры организации перевозок Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зер-ноград). Тел./факс 8(86359)43-8-49. E-mail: zatsarinny2011@yandex.ru.

Information about the authors Makarova Maria Stanislavovna - Candidate of Technical Sciences of the transportation arrangement department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone/факс 8(86359)42-4-00. E-mail: 24Marija04@mail.ru.

Zatsarinny Vladimir Andreevich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the transportation arrangement department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone/факс 8(86359)43-8-49. E-mail: zatsarinny2011@yandex.ru.

УДК 620.92

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРИУСАДЕБНОЙ КОГЕНЕРАЦИОННОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

© 2012 г. В.Я. Жарков

Показана целесообразность комбинированного производства тепловой и электрической энергии, приведена конструкция приусадебной ВЭУ, построенной из типовых узлов.

Ключевые слова: энергия ветра, тепловая и электрическая энергия, ветроэнергоуста-новка.

The efficiency of combined heat and power, a construction of wind power installation homestead, built from standard components.

Key words: wind power, thermal and electrical energy, windmill.

Постановка проблемы. Ветроэнергетика - отрасль с одним из самих высоких темпов развития. Ежегодный темп роста мировой мощности ВЭУ составляет около 30%. Суммарная установленная мощность ВЭУ в 2010 году достигла 197 ГВт по сравнению со 160 ГВт в 2009 году и

120 ГВт в 2008 году. Производство ветровой электроэнергии за 2010 год составило 430 ГВтч, против 340 млрд кВтч в 2009 году [1]. Промышленно развитые страны массово переходят к строительству крупных сетевых ветроэлектростанций. Для Украины, также как и для России, актуаль-