CC BY
20
УДК 631.316
РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОЧЕГО ОРГАНА ПРОПАШНОГО КУЛЬТИВАТОРА
Е. Н. Прошкин, инженер; В. И. Курдюмов, доктор техн. наук, профессор;
В. П. Зайцев, канд. техн. наук, доцент
ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия», т. (8) 8422-55-23-75, e-mail: vik@ugsha. ru
Представлены основные результаты лабораторных исследований рабочего органа пропашного культиватора, который позволяет с необходимым качеством обрабатывать защитные зоны культурных растений. Обоснованы основные показатели качества междурядной обработки. Определено влияние основных независимых факторов процесса междурядной обработки на его качественные показатели.
Ключевые слова: пропашные культуры, культиватор, лабораторные исследования, рабочий орган, показатели качества.
В период вегетации пропашным культурам необходим хороший уход. Важнейшее мероприятие по уходу за этими культурами - междурядная обработка, которая имеет большое значение, так как ее проводят не только для сбережения влаги в почве посредством разрушения почвенной корки и рыхления подкоркового слоя, но и для борьбы с сорняками.
Однако при существующей технологии междурядной обработки рабочие органы культиваторов рыхлят почву и уничтожают сорняки, как правило, до защитных зон культурных растений. Практически невыполнимой операцией является обработка защитных зон, которые составляют более 30 % площади междурядий. Поэтому зачастую обработка защитных зон требует применения ручного труда.
Затраты ручного труда на прополку защитных зон культурных растений достигают 10 чел.-ч/га [1]. Из-за низкого качества работ по уходу за пропашными культурами их урожайность может снизиться до 15 %, производительность труда - до 12 %, а расход топлива увеличиться на 8...10 % [2].
Эффективность борьбы с сорняками значительно повышается при сдвиге почвы в защитную зону культурных растений. Такая междурядная обработка подавляет сорняки в защитной зоне, кроме того, при этом происходит мульчирование почвы и подокучивание растений. Развивается дополнительная корневая система, что, в конечном итоге, способствует повышению урожайности. Однако применяемые при междурядной обработке рабочие органы довольно сложны и не всегда способны
зз
Технические науки
выполнить все предусмотренные технологические операции. Поэтому задача повышения качества междурядной обработки пропашных на основе внедрения перспективных средств механизации является актуальной.
Решение указанной выше задачи возможно на основе применения разработанного в Ульяновской ГСХА рабочего органа культиватора [1]. Он состоит из стойки и закрепленной на ней стрельчатой лапы с отвалом, свободно установленным на оси с возможностями перемещения вдоль стойки и регулирования углового положения относительно направления движения плоского диска, а также кронштейна. На кронштейне установлена пластина с закрепленным на ней дополнительным кронштейном. Диск можно устанавливать с обеих боковых сторон стойки с возможностью изменения зазора между ним и внутренней поверхностью стрельчатой лапы. Ось диска установлена на дополнительном кронштейне.
Обработка междурядий происходит следующим образом: стрельчатая лапа рыхлит почву и уничтожает сорняки до защитных зон культурных растений, а приваливающий диск сдвигает слой взрыхленной почвы в защитную зону и заваливает сорняки, проводя одновременно мульчирование. Толщина слоя почвы зависит от глубины обработки, угла установки приваливающего диска относительно направления движения и скорости движения агрегата.
Нами проведены исследования описанного выше рабочего органа в лабораторных условиях. Дополнительно для улучшения качества междурядной обработки рабочий орган оснащали шарнирным многозвенным разравнивающим приспособлением, которое кроме выравнивания поверхности почвы в защитной зоне обеспечивало ее дополнительное рыхление для сохранения почвенной влаги.
С учётом специфики лабораторных исследований было разработано и создано нестандартное оборудование, включающее мерные рейки, эталон для определения формы валка почвы в защитной зоне, профиломер для определения гребнистости, тарировочный стенд, прибор для послойного измерения плотности почвы и измерительный комплекс.
В качестве варьируемых факторов при определении оптимальных конструктивнорежимных параметров рабочего органа культиватора приняты: скорость движения агрегата V, глубина обработки почвы Н и угол атаки приваливающего диска в. Предварительно с помощью поисковых опытов
и с учетом агротехнических требований к междурядной обработке пропашных культур были определены диапазоны варьирования факторов. Глубину обработки почвы изменяли от 0,03 м до 0,08 м с шагом 0,01 м; скорость движения рабочего органа выбирали в пределах 1,2...2,4 м/с с шагом 0,4 м/с; угол атаки приваливающего диска - в диапазоне 5.25° с шагом 5°. При различных сочетаниях v, Н и вс помощью профиломера определяли толщину приваливаемого слоя почвы 5 по пяти контрольным точкам, находящимся на равном расстоянии друг от друга по ширине почвенного канала в границах обработанной зоны. Затем вычисляли среднюю арифметическую величину 5ср.
Для оценки степени выравненности поверхности почвы при различных вариантах обработки использовали коэффициент гребнистости Д = /п//м, где /п - длина поверхности профиля междурядья после обработки; /м - ширина междурядья.
При первой и второй междурядных обработках величину защитных зон устанавливали стандартной, равной соответственно 0,1 м и 0,16 м. Зона перекрытия рабочих органов составляла при этом соответственно 0,04 м и 0,1 м. Глубину первой обработки принимали равной 0,04 м, а второй -
0,07 м. Скорость движения рабочих органов составляла 1,2...2,4 м/с при всех обработках.
Для совместной агротехнической оценки влияния варьируемых факторов на степень равномерности присыпания защитной зоны культурных растений целесообразно выбрать единый параметр оптимизации, основной составляющей которого являлась бы толщина присыпаемого слоя почвы. Согласно агротехническим требованиям, в первой стадии развития растений толщина присыпаемого слоя почвы б должна быть в пределах 0,03 м, а ширина защитной зоны b - 0,08.0,1 м. При последней же обработке толщина присыпаемого слоя почвы должна быть в пределах 0,06 м при ширине защитной зоны 0,15.0,16 м.
Исходя из изложенного выше нами предложен обобщенный критерий оценки качества междурядной обработки после приваливания слоя почвы в защитную зону культурных растений:
К = Fpи/Fuu , (1)
где ксэ - коэффициент соответствия эталону; ^рп - площадь профиля почвы, образовавшегося после прохода рабочих органов (рисунок); Рип - площадь идеального профиля присыпаемого слоя почвы.
Нива Поволжья № 4 (13) ноябрь 2009 89
Сравнение возможных профилей слоев почвы с идеальным:
1 - границы возможных профилей; 2 - граница идеального профиля
При полном соответствии агротехническим требованиям ксэ = 1. Этот коэффициент может быть использован для оценки аналогичных по назначению рабочих органов пропашных культиваторов.
После реализации опытов была проведена обработка их результатов, которая показала, что диск с диаметром 0,25 м является универсальным, так как его можно использовать как при первой, так и при последующих междурядных обработках пропашных и овощных культур.
Уравнение регрессии в натуральных значениях факторов, оценивающее степень их влияния на толщину приваливаемого в защитную зону культурных растений слоя почвы при ширине защитных зон 0,1 м, выглядит следующим образом:
8 = -4,155 +1,308# + 0,095в +
2 2 , (2) +1,882» - 0,068#2 - 0,425»
где 8 - толщина присыпаемого слоя почвы, см;
Н - глубина обработки почвы, см;
в-угол установки приваливающего диска, град.;
V - скорость движения агрегата (рабочего органа), м/с.
Уравнение (2) в кодированных значениях факторов имеет вид:
у = 4,426 +1,412х1 + 0,946х2 +
+ 0,211х3 - 0,422X2 - 0,123х2
(3)
где у - толщина приваливаемого в защитную зону слоя почвы; х1 - глубина обработки почвы; х2 - угол установки приваливающего диска;
х3 - скорость движения рабочего органа (агрегата).
Для случая, когда использовали рабочий орган с тем же приваливающим диском на обработке междурядий с защитными зонами шириной 0,16 м, уравнения регрессии в натуральных и кодированных значениях факторов соответственно выглядят следующим образом:
S = -4,687 +1,395H +1,103в +1,833v -
,2 Л ; (4)
- 0,071H2 - 0,486v
у = 4,109 +1,534Xj +1,032х2 + 0,05х3 -
- 0,444х2 - 0,175х32
. (5)
Уравнения 3 и 5 показывают, что их члены имеют различное влияние на толщину приваливаемого слоя почвы у. Из линейных членов наибольшее влияние на у оказывает глубина обработки почвы, а наименьшее - скорость движения рабочего органа. Положительные знаки в уравнениях показывают, что с увеличением значения коэффициента увеличивается и толщина слоя почвы, отбрасываемого в защитную зону.
В результате проведенных исследований установлено, что для первой междурядной обработки при ширине защитной зоны b = 0,1 м оптимальными являются следующие параметры: скорость движения агрегата v = 1,6 м/с; угол установки приваливающего диска в = 10° и глубина обработки почвы H = 0,042 м. При b = 0,16 м оптимальным является следующее сочетание параметров: v = 2 м/с, в = 15° и H = 0,04 м.
Кроме того, анализ показал, что при одинаковой глубине обработки толщина присыпаемого слоя почвы 5 растет интенсивнее при увеличении угла установки приваливающего диска в, тогда как скорость движения рабочего органа v оказывает на 5 значительно меньшее влияние.
Коэффициент гребнистости при обработке предлагаемыми рабочими органами был выше и составлял после первой обработки 1,03, а после второй - 1,05, вместо 1,01 и 1,02 в контроле. Однако после установки разравнивающего приспособления коэффициент гребнистости не превышал контрольного показателя, что свидетельствует о лучшей выравненности поверхности почвы в защитной зоне.
Коэффициент соответствия эталону ксэ при первой обработке колебался в пределах
90
Технические науки
1,01.1,14 в зависимости от глубины обработки и угла атаки приваливающего диска.
Таким образом, в результате проведенных лабораторных исследований предлагаемого рабочего органа пропашного культиватора можно сделать вывод о перспективности его использования при междурядной обработке пропашных культур. Полученные оценочные показатели процесса оказались лучшими в сравнении с обработкой серийными рабочими органами. Дополнительно улучшить показатели качества междурядной обработки пропашных культур возможно при оснащении рабочего органа шарнирным многозвенным разравнивающим приспособлением.
Литература
1. Смольский, Я. В. Механизированный уход за пропашными культурами без гербицидов / Я. В. Смольский // Земледелие. -1991. - № 7. - С. 50-51.
2. Использование техники при возделывании овощных и других пропашных культур по Астраханской интенсивной технологии. - М.: Агропромиздат, 1987. -56 с.
3. Пат. № 2245007 Российская Федерация, Рабочий орган культиватора / В. И. Кур-дюмов, В. М. Нестеров, В. П. Зайцев, А. Н. Нестеров. - Опубл. 27.01.2005, Бюл. № 3.
Нива Поволжья № 4 (13) ноябрь 2009 91
