CC BY
25
УДК 633.312.69
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРУДИЙ
ДЛЯ ВЛАГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
В.В. МЯЛО, кандидат технических наук, доцент
Е.В. ДЕМЧУК, кандидат технических наук, доцент
А.С. СОЮНОВ, кандидат технических наук, доцент
Д. А. ГОЛОВАНОВ, кандидат технических наук, доцент
Омский ГАУим. П.А. Столыпина, Институтская пл., 2, г. Омск, 646008, Россия
E-mail: [email protected]
Резюме. Урожайность зерновых культур в условиях засушливого земледелия Западной Сибири во многом зависит от запасов влаги, сформированных в осенне-зимний период. Одним из эффективных приемов ее накопления и сохранения в почве - щелевание. Его использование обеспечивает рыхление, улучшение водно-воздушного и инфильтрационного режимов поверхностного слоя почвы, приводит к значительному сокращению водной и ветровой эрозии. Щели нарезанные с интервалом 4-10 м в направлении горизонталей, уменьшают смыв почвы, способствуют накоплению влаги и повышению урожая культур. К недостаткам существующих орудий можно отнести высокое тяговое сопротивление, неудовлетворительную работу на влажных почвах, вследствие забивания растительными остатками, и на сложных склонах, значительную металлоемкость и габариты. Разработанный в ОмГАУ лопастной рабочий орган ротационного типа позволяет устранить ряд перечисленных недостатков. Он вращается при движении агрегата от взаимодействия лопастей с почвой, оставляя на поверхности прерывистые, разноглубинные борозды в форме кубической параболы с максимальной глубиной в центре и минимальной на входе и выходе лопастей на поверхность. Такая конфигурация следа позволяет резко сократить либо полностью остановить сток талых и ливневых вод. При работе лопастного рабочего органа на второй передаче трактора МТЗ-80 отсутствовали фракции почвы размером от 200 до 100 мм, доля частиц от 100 до 50 мм составила 9,45%, менее 50 мм - 90,55 %. Ширина щели в 2,5-3 см и количество стерни, остающееся на поверхности после прохода орудия (более 60%), соответствуют агротехническим требованиям, предъявляемым к орудиям для щелевания. Ключевые слова: обработка почвы, сохранение почвенной влаги, орудия для щелевания.
Для цитирования: Совершенствование орудий для влагос-берегающей обработки почвы/В.В. Мяло, Е.В. Демчук, А.С. Союнов, Д.А. Голованов //Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №1. С. 52-54.
Урожайность зерновых культур на большей части территории Западной Сибири во многом зависит от наличия осадков. От посева до восковой спелости в лесостепной зоне в среднем выпадает 165 мм, а в степной - до 127 мм атмосферной влаги. Недостаток осадков зачастую усугубляется сильной испаряемостью, которая более чем в 1,5 раза превышает их количество. Среднегодовая сумма осадков колеблется от 250 до 310 мм, в том числе 55-250 мм (норма 146 мм) выпадает в летнее время, 50-60 мм - осенью. На долю твердых осадков, благодаря которым формируется до 50% урожая, приходится 25-30%, поэтому насыщенности почвы влагой необходимо добиваться путем ее накопления и сбережения в осенне-зимний период [1].
Уплотненная почва не способна в достаточной мере обеспечивать питательный режим растений. Снижение содержания гумуса, изменение физико-химических и физических свойств ведет к существенному уменьшению урожайности культур, увеличению стока и испарения накопленной влаги с поверхности. В Омской области доля угодий с углом наклона поверхности более 0,5° превышает 17,4% площади пашни, что составляет 785,9 тыс. га [1].
Один из эффективных приемов нейтрализации отрицательных воздействий на почву - щелевание. Предложения по его использованию в нашей стране впервые появились в пятидесятых годах прошлого столетия. Щелевание и кротование почвы способствует разрыхлению поверхностного слоя, улучшению его водно-воздушного и инфильтрационного режимов, приводит к значительному сокращению водной и ветровой эрозии и росту урожайности. Этот прием обеспечивает безотвальное ступенчатое рыхление пласта, что позволяет снизить энергозатраты, по сравнению со сплошным глубоким рыхлением плантажными плугами или плоскорезами-глубокорыхлителями, на 20-30% [2].
Щелевание - универсальный прием, его можно использовать по отвальной зяби, на стерневом фоне, на склонах с естественным травостоем, перед посевом озимых и пропашных культур. Ширина щели влияет на объем поглощенного стока за единицу времени, а ее глубина - на водопроницаемость почвы [1]. Выбор этих параметров во многом зависит от типа почвы и климата. Щели, нарезанные с интервалом 4-10 м, по направлению горизонталей, уменьшают смыв почвы, способствуют накоплению влаги и повышению урожая культур. Промачивание почвы с каждой стороны щели не превышает 1,5 м. Поэтому в условиях засушливого климата для сохранения и равномерного распределения влаги по полю желателен интервал между ними в пределах 0,8-1,2 м. Чаще всего щелевание осуществляют на глубину 30-50 см, хотя в США и Англии дали положительные результаты опыты по рыхлению и щелеванию глинистых почв на глубину от 45 до 70 см [1, 3].
Щелевание перед посевом создает внутрипочвен-ные резервуары, которые поглощают выпадающие ливневые осадки. При этом один рабочий орган, рыхлящий почву до 65 см, разрушает плужную подошву,
Рис. 1. Процесс работы ротационного рабочего органа.
что способствует лучшему проникновению влаги, как сверху в низ, так и снизу вверх.
Орудие для щелевания состоит из следующих основных узлов: рамы с устройством для навески на трактор, одного или нескольких опорных колес с механизмом регулировки, рабочих органов в виде ножей с долотами и дисковыми ножами (у ГЩ-4 и ЩФ-100 дисковых ножей нет). Щелерезы-кротователи ЩН-2-140 и ШН-5-40, кроме того, снабжены кротователями и сменными валикообра-зующими устройствами, ЩФ-100 имеет двенадцати лепестковую фрезу, а ГЩ-4 - конус для прокладки дренажной щели.
К недостаткам существующих орудий можно отнести высокое тяговое сопротивление, неудовлетворительную работу на влажных почвах, вследствие забивания растительными остатками, и на сложных склонах, большую металлоемкость и габариты. Для выполнения прерывистого щелевания существуют управляемые рабочие органы. Однако их использование сопряжено со значительными энергетическими затратами на привод от ВОМ.
Цель наших исследований - определить зависимость агротехнических показателей работы лопастного рабочего органа для щелевания почвы на склонах от конструктивно-технологических параметров
Условия, материалы и методы. Объект исследования - технологический процесс взаимодействия лопастного рабочего органа щелевателя, разработанного в ОмГАУ [4, 5], использование которого позволяет устранить ряд перечисленных недостатков.
Почвообрабатывающий рабочий орган ротационного типа содержит лопасти, установленные на подвижной оси с помощью ступицы. При движении агрегата он вращается от взаимодействия почвы и лопастей. Последние врезаются в почву под углом р, образующимся между плоскостью лопасти и направлением движения агрегата, от 5 до 60°. При этом на поверхности образуется прерывистая, разноглубинная борозда в форме кубической параболы с м аксимальной глуби ной в центре и минимальной на входе и выходе лопастей
на поверхность. Увеличение угла атаки р в пределах обозначенного интервала повышает крошение и объем борозды, а уменьшение его позволяет нарезать щели, разрушая плужную подошву, и снизить тяговое сопротивление.
Такое техническое решение дает возможность добиваться устойчивого хода и исключает выглубле-ние лопастей при изменении физико-механического состава почвы и ее влажности, что повышает качество обработки. Кроме того, при использовании предлагаемого варианта рабочего органа ротационного типа его лопасти приводятся во вращательное движение благодаря силам взаимодействия с почвой. Сочетание поступательного и вращательного движения обеспечивает сдвиг пласта почвы, что препятствует разрушению его структуры. Воз-
Рис. 2. Влияние скорости движения (V, м/с) лопастного рабочего органа на тяговое сопротивление (Р, Н), крошение почвы (К, %) и сохранение стерни (С, %): а) углол атаки лопастей 34°; б) угол атаки лопастей 45°.
можность регулирования величины углов и выбора оптимального их сочетания, применительно к почвенным условиям,позволяет выполнять обработку в соответствии с агротехническими требованиями. Прерывистая борозда, имеющая подобие воронки, препятствует водной эрозии и способствует накоплению влаги. На поверхности почвы остается более 60% стерни.
Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных и полевых условиях на основе общепринятых и частных методик [6].
Согласно плану НИР, рабочий орган прошел лабораторно-полевые испытания на Сибирской МИС. Проведенные исследования показали его преимущество по тяговому сопротивлению, по сравнению с щелевателем, на 52 Н. При агротехнической оценке измеряли глубину обработки. В зоне борозды лопастного рабочего органа определяли высоту проти-воэрозионных неровностей. Определяли влажность и твердость почвы.
Требования к качественным показателям технологического процесса для щелевателей не предусматривают определения крошения пахотного слоя. Однако с использованием испытуемого лопастного рабочего органа в определенных условиях (увеличение количества лопастей, изменение их формы или установка дополнительных рабочих органов на машине) можно выполнять сплошную обработку почвы. Кроме того, известен способ обработки почвы щелевателем, при котором рыхление межщелевого пространства осуществляется за счет изломов и сдвигов почвы в вертикальном и горизонтальном направлениях. Поэтому при оценке качественных показателей работы щелевателя дополнительно определяли крошение пахотного слоя.
Результаты и обсуждение. В ходе экспериментальных исследований установлено, что при движении агрегата в составе трактора МТЗ-80 и культиватора КПЭ-3,8 на второй передаче доля фракций размером от 200 до 100 мм в условиях испытаний (влажность почвы 32,3%, твердость 3,5 МПа) составила 0,73%, от 100 до 50 мм - 24,4%, менее 50 мм - 74,8%. При использовании лопастного рабочего органа в аналогичных условиях фракция размером от 200 до 100 мм отсутствовала. При движении на второй передаче и величине угла атаки лопасти 34° доля фракции от 100 до 50 мм составила 9,45%, менее 50 мм - 90,55% (рис. 2). С увеличением угла атаки лопасти до 40° на третей передаче величины этих показателей достигали соответственно 7,26 и 92,74%.
Дальнейшее увеличение скорости движения и угла атаки лопастей, оказалось нецелесообразно ввиду снижения сохранения стерни. Качество обработки почвы лопастным рабочим органом в условиях испытаний находилось в пределах агротехнических требований, предъявляемых к типам машин, используемых в качестве сравниваемых.
Выводы. На основании экспериментальных исследований определены зависимости качества обработки почвы от конструктивно-технологических параметров ротационного рабочего органа. Оптимальный режим эксплуатации орудия достигается при скорости движения 0,63-1,83 м/с и угле атаки лопастей 34-44°.
Результаты агротехнической оценки показали, что в случае использования лопастного рабочего органа при влажности почвы 32,3% и твердости 3,5 МПа, доля фракций размером от 100 до 50 мм в обработанном пахотном слое составляет 8-12%, менее 50 мм - 8090%, что соответствует агротехническим требованиям (доля фракции 50 мм не менее 80%).
Литература.
1. Рейнгард Я.Р. Деградация почв экосистем юга Западной Сибири: монография. Лодзь, 2009. 636 с.
2. Мяло В.В. Обоснование параметров лопастного рабочего органа для щелевания почвы на склонах: дис. ... кан. техн. наук. Омск, 2003. 140 с.
3. Критерий оценки качества подрезания сорной растительности шестиугольным диском / А.С. Союнов, Е.В. Демчук,
A.Г. Головин, В.В. Чаплин// Тракторы и сельхозмашины. 2013. №4. С. 31-33
4. Свидетельство И1 12498. Р. Ф. МПК6 А 01В 35/16. Почвообрабатывающий рабочий орган ротационного типа / С.В. Кудря,
B.В. Мяло, А.В. Слиньков, А.В. Жуков. (Р.Ф.). - №99114220/Заявлено 28.06.99.; Опубл. 20.01.2000//Изобретения. Полез. модели. - 1999. - №2. - 4 с.
5. Почвообрабатывающий рабочий орган ротационного типа : Информ. Листок№73-99. Ом.ЦНТИ; сост. В.В. Мяло. - 2 с.
6. Мяло В.В., Кудря С.В. К методике проведения испытаний лопастного рабочего органа // Совершенствование машин и оборудования в сельском хозяйстве Западной Сибири: сб. науч. тр. Омск: Изд-во ОмГАУ, 2001. С. 83-87.
IMPROVEMENT OF TOOLS FOR WATER-SAVING CULTIVATION OF SOIL
V.V. Myalo, E.V. Demchuk, A.S. Soyunov, D. A. Golovanov
Omsk State Agrarian University after P.A. Stolypin, Institutskaja Sq., 2, Omsk, 646008, Russia
Summary. Yield of crops under arid agriculture conditions in Western Siberia in many respects depends on the moisture reserves accumulated in the autumn-winter period. Para-plowing is one of the effective methods of accumulation and preservation of soil moisture. It ensures favorable microporosity, improvement of water-air and infiltration modes of the surface layer of the soil, leads to a significant reduction of water and wind erosion. Slits cut at intervals of 4...10 m along the horizontal directions reduce soil erosion, contribute to the accumulation of moisture and increase in crop yields. The disadvantages of the existing tools include high draught resistance, unsatisfactory work on wet soils due to blocking by plant remains, a significant metal content and size, as well as poor performance on difficult slopes. To perform intermittent para-plowing controlled components exist. However, they require a considerable expenditure of energy to the actuator from the PTO. Designed in OSAU rotary working body eliminates some of these disadvantages. During the motion of the aggregate it revolves from the interaction of blades with the soil, leaving the intermittent furrows with different depth on the surface. The form of the furrows is cubic parabola with the maximal depth in the center and the minimal one at the inlet and outlet of the blades to the surface. This configuration allows to significantly reduce or completely restrict the flow of storm water and snow-melt. With the work of blade operating unit at the second speed of tractor MTZ-80 there were no completely fractions with size from 200 to100 mm, the fraction of particles with size from 100 to 50 mm composed 9.45 %, less than 50 mm - 90.55 %. The slit width 2.5. 3 cm and the amount of stubble left on the surface after the passage of the implement (more than 60 %) correspond to the agro-technical requirements for tools for para-plowing.
Keywords: tillage, conservation of soil moisture, tools for para-plowing.
Author Details: V.V. Myalo, Cand. Sc. (Techn.), Assoc. Prof. (e-mail: [email protected]); E.V. Demchuk, Cand. Sc. (Techn.), Assoc. Prof.; A.S. Soyunov, Cand. Sc. (Techn.), Assoc. Prof.; D.A. Golovanov, Cand. Sc. (Techn.), Assoc. Prof.
For citation: Myalo V.V., Demchuk E.V., Soyunov A.S., Golovanov D.A. Improvement of tools for water-saving cultivation of soil. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. T.29. №1. pp. 52-54 (In Russ)
