CC BY
3
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-57 COMPARATIVE ASSESSMENT OF THE EFFICIENCY OF WORKING PARTS FOR SOIL TREATMENT AND DESTRUCTION OF WEEDS
A. V. Dobrinov, N. I. Dzhabborov, S. V. Chugunov
Institute of Agroengineering and Environmental Problems of Agricultural Production -the branch of the Federal State Budget Scientific Institution Federal Scientific Agroengineering Center «All-Russian Research Institute of Agricultural Mechanization of the Russian Academy
of Agricultural Sciences», St. Petersburg
Received 01.03.2022 Submitted 28.04.2022
The work was carried out on the topic of State Task No. 0581-2019-0026 "To develop intelligent systems, complexes of machines and equipment for managing agricultural ecosystems that ensure environmental safety and a stable state of the natural environment"
Summary
The article presents the results of a comparative agrotechnical and energy assessment of the effectiveness of promising working bodies for tillage and the destruction of weeds, mainly Sosnowsky's hogweed. It has been established that the best quality of weed cutting was provided by a sickle-shaped working body with a double radius. The developed working bodies will improve the overall quality of tillage, due to the complete pruning and, accordingly, the destruction of weeds with a powerful root system.
Abstract
Introduction. The existing variety of different designs of tillage units that provide the possibility of carrying out various technological works, including cultivation, do not fully meet the agrotechnical requirements set by agronomists for fine tillage, in particular, for cutting the powerful tap root system of Sosnovsky's hogweed, which has spread over decades in most areas of farmland Northwest of the Russian Federation. Taking into account the natural and climatic conditions of the region, the institute developed working parts for tilling the soil and cutting weeds with hard-to-remove root stalks. The aim of the research is a comparative agrotechnical and energy assessment of the effectiveness of the working parts for tillage and the destruction of weeds, mainly Sosnowsky's hogweed in organic crop rotation. Object. The object of research is the working parts, consisting of racks with chisels, damping elements, on which one-sided soil-cutting paws are installed in the form of a wing, which has the shape of a convex quadrangle, which improves the process of cutting plants and loosening the soil, as well as the appearance of self-oscillations to prevent soil sticking to the wing and plants. Materials and methods. The program and methodology of the experiments provided for the study of three variants of soil-cutting paws for a comparative assessment of the effectiveness of the quality of cutting weeds, designed for loosening and complete cutting of weeds to a depth of 10 to 15 cm in a shallow tillage system. The energy assessment of the working parts was carried out using the measuring and information complex of the Institute of Agroengineering and Environmental Problems of Agricultural Production, aggregated with the Belarus-82.1 tractor. The degree of destruction of weeds was studied at three speeds of movement of each experimental working part of 5, 8, 12 km/h. Results and conclusions. As a result of field experiments, working parts with three different forms of cutting paws (wings) for tillage and destruction of weeds with a powerful root system were studied. The average depth of pruning of the root system of hogweed by working parts was 10-12 cm. The total pruning of weeds was 100%. The best quality of cutting weeds was provided by the working part, which has a crescent shape with a double radius. Such a working part will improve the overall quality of tillage, due to the complete pruning and, accordingly, the destruction of weeds with a powerful root system. The traction resistance of the working parts, according to the results of the energy assessment, was in the range from 0.9 to 1.75 kN (with a swept wing); 1.06 to 1.9 kN (with a sickle-shaped wing having a double radius); 1.43 to 1.91 kN (with crescent-shaped wing) at speeds from 5 to 12 km/h. The patterns of changes in the agrotechnical and operational indicators of experimental working parts obtained in the course of research can later be used in the design of units and substantiation of rational modes of their operation in the system of biologized technologies for the production of agricultural products.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Key words: tillage, cutting weeds, root stalk, sickle-shaped working part, design parameters, biologized technology.
Citation. Dobrinov A.V., Dzhabborov N.I., Chugunov S.V. Comparative assessment of the efficiency of working parts for soil treatment and destruction of weeds. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2022. 2(66). 465-480 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-57.
Author's contribution. All authors of this research paper have directly participated in the planning, execution, or analysis of this study. All authors of this paper have read and approved the final version submitted.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 631.316.272
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И УНИЧТОЖЕНИЯ СОРНЫХ РАСТЕНИЙ
А. В. Добринов, кандидат технических наук, доцент Н. И. Джабборов, доктор технических наук, профессор С. В. Чугунов, научный сотрудник
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, г. Санкт-Петербург
Дата поступления в редакцию 01.03.2022 Дата принятия к печати 28.04.2022
Работа выполнена по теме Государственного задания № 0581-2019-0026 «Разработать
интеллектуальные системы, комплексы машин и оборудования для управления сельскохозяйственными экосистемами, обеспечивающие экологическую безопасность и устойчивое состояние природной среды»
Актуальность. Существующее многообразие различных конструкций почвообрабатывающих агрегатов, обеспечивающих возможность проведения различных технологических работ включая культивацию, не в полной мере отвечают заданным агрономами агротехническим требованиям, предъявляемым для мелкой обработки почвы, в частности к подрезанию мощной стержневой корневой системы борщевика Сосновского, распространившегося за десятилетия на большинстве территорий сельхозугодий Северо-запада РФ. С учетом природно-климатических условий региона институтом были разработаны рабочие органы для обработки почвы и подрезания сорной растительности, имеющей трудноудаляемые корнестебли. Целью исследований является сравнительная агротехническая и энергетическая оценка эффективности рабочих органов для обработки почвы и уничтожения сорных растений, преимущественно борщевика Сосновского, в органическом севообороте. Объект. Объектом исследований являются рабочие органы, состоящие из стоек с долотами, демпфирующих элементов, на которых установлены односторонние почворежущие лапы в виде крыла, имеющего форму выпуклого четырехугольника, обеспечивающие улучшение процесса резания растений и рыхления почвы, а также появление автоколебаний для предотвращения налипания на крыло почвы и растений. Материалы и методы. Программой и методикой проведения экспериментов были предусмотрены исследования трех вариантов почворежущих лап для сравнительной оценки эффективности качества резания сорной растительности, предназначенных для рыхления и полного подрезания сорной растительности на глубину от 10 до 15 см в системе мелкой обработки почвы. Энергетическая оценка рабочих органов проводилась с использованием измерительно-информационного комплекса ИИК-ИАЭП, агрегируемого с трактором Беларус-82.1. Степень уничтожения сорной растительности исследовалась на трех скоростях перемещения каждого экспериментального рабочего органа 5, 8, 12 км/ч. Результаты и выводы. В результате проведения полевых экспериментов были исследованы рабочие органы с тремя различными формами подрезающих лап (крыльев) для обработки почвы и уничтожения сорной растительности, имеющей мощную корневую систему. Средняя глубина подрезания корневой системы борщевика рабочими органами составила 10-12 см. Общее подрезание сорной растительности 100%.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Наилучшее качество подрезания сорной растительности обеспечил рабочий орган, имеющий серпообразную форму с двойным радиусом. Такой рабочий орган позволит повысить в целом качество обработки почвы благодаря полному подрезанию и, соответственно, уничтожению сорной растительности, имеющей мощную корневую систему. Тяговое сопротивление рабочих органов по результатам энергетической оценки находилось в пределах от 0,9 до 1,75кН (с крылом стреловидной формы); 1,06 до 1,9 кН (с крылом серпообразной формы, имеющим двойной радиус); 1,43 до 1,91 кН (с крылом серпообразной формы) при скоростях от 5 до 12 км/ч. Полученные в процессе исследований закономерности изменения агротехнических и эксплуатационных показателей экспериментальных рабочих органов в дальнейшем могут быть использованы при проектировании агрегатов и обосновании рациональных режимов их работы в системе билогизированных технологий производства сельскохозяйственной продукции.
Ключевые слова: способы обработки почвы, подрезание сорняков, корнестебли, серпообразные рабочие органы, биологизированные технологии обработки почвы.
Цитирование. Добринов А. В., Джабборов Н. И., Чугунов С. В. Сравнительная оценка эффективности рабочих органов для обработки почвы и уничтожения сорных растений. Известия НВ АУК. 2022. 2(66). 465-480. DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-57.
Авторский вклад. Все авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении или анализе данного исследования. Все авторы настоящей статьи ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Введение. В настоящее время мировой рынок сельхозмашин, представленный российскими и зарубежными производителями, предлагает сельхозтоваропроизводителям широкий выбор почвообрабатывающей техники [12]. Большинство из производимых почвообрабатывающих агрегатов предназначены для культивации почвы в различных природно-климатических зонах страны, при этом они значительно различаются по составу, компоновке, форме рабочих органов и способу механического воздействия на обрабатываемую среду. Оптимальный выбор комбинации рассматриваемых параметров является решением основной задачи качественной обработки почвы для таких машин. Так, культиваторы, снабженные стрельчатыми (плоскорежущими) лапами, должны обеспечивать рыхление почвы без оборачивания пласта, сочетающееся с одновременным подрезанием корней сорной растительности.
К процессу культивации предъявляются достаточно строгие агротехнические требования, среди которых необходимо проводить рыхление почвы без выноса влажных слоев на поверхность, без ее уплотнения и распыления; плоскорежущие рабочие органы должны уничтожать не менее 98-99 % сорной растительности, при этом необходимо обеспечить стабильность глубины обработки [5].
Однако существующее многообразие различных конструкций почвообрабатывающих агрегатов, обеспечивающих возможность проведения различных технологических работ включая культивацию, часто не в полной мере отвечают заданным агрономами агротехническим требованиям, предъявляемым для поверхностной и мелкой обработке почвы, в частности к подрезанию мощной стержневой корневой системы, обладателем которой является борщевик Сосновского, один из самых опасных инвазив-ных видов, распространившихся за три десятилетия на большинстве территорий сельхозугодий СЗФО РФ [6].
С развитием в последние годы прогрессивных биологизированных технологий производства органической продукции в растениеводстве назрела необходимость в отказе от средств химической защиты растений, в частности гербицидов, при борьбе с
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
многолетними злостными сорняками, взамен которых предлагается активное использование методов механической обработки почвы, направленных на сохранение ее естественного сложения, предотвращение развития деградационных процессов и поддержание биоразнообразия экосистем.
Так нами [15] была исследована эффективность уничтожения борщевика различными рабочими органами почвообрабатывающих орудий для поверхностной обработки почвы. Выявлено, что результативным технологическим приемом уничтожения таких сорняков является его подрезание рабочими органами с изменяемой шириной захвата на 92,4 %, при этом типовые стрельчатые культиваторные лапы обеспечивают эффективность подрезания лишь на 78,5 %, а лапы стерневых культиваторов - на 67,8 %.
В работе [ 1] исследованы формы поверхностей рабочих органов культиваторов с учетом механико-бионического подхода. Определена оптимальная криволинейная форма рабочей поверхности, выполненная в виде логарифмической спирали, обеспечивающая скольжение почвы и растительных остатков с минимальной энергоемкостью.
В работе [7] рассмотрены силовые воздействия на культиваторную лапу в процессе ее работы, в частности исследованы три режима взаимодействия: рубящее резание; резание с продольным перемещением, но без скольжения и резание со скольжением, последний из которых характеризуется тем, что из-за максимального трения наблюдается скольжение почвенных агрегатов вдоль лезвия.
Аналитические исследования [2] рыхлительно-подрезающих лап культиватора в питомниках показали, что за счет рациональной геометрии рабочего органа можно обеспечить его устойчивый ход при эксплуатации на любых типах почв, при этом лучшие условия для устойчивости лапы в почве создаются при увеличении ширины захвата и уменьшении угла атаки, а увеличение фронтальной площади лапы приводит к значительному увеличению ее общего тягового сопротивления.
В работе [9] предложена методика проектирования формы рабочего органа культиватора для предпосевной обработки почвы, которая позволяет рассчитать его форму, обеспечивающую рыхление до мелко-комковатой структуры без выноса нижних влажных слоев почвы на дневную поверхность, неуплотненную подошву со снижением затрат энергии из-за плавного обтекания и схода почвы с лапы.
В работе [4] обоснованы оптимальные параметры стрельчатой плоскорежущей лапы с помощью многофакторного эксперимента, такие как глубина обработки, скорость движения, и интервалы их варьирования, при этом за параметр оптимизации принята полнота подрезания сорняков.
В работе [10] выявлена взаимосвязь технологических, энергетических и экономических параметров работы универсального парового культиватора, при этом получена зависимость тягового сопротивления культиватора от технологических и конструктивных параметров, а также установлено, что увеличение ширины захвата культиваторной лапы сопровождается пропорциональным увеличением тягового сопротивления агрегата.
Исследованием [3] определена зависимость ширины зоны рыхления почвы куль-тиваторной лапой от глубины хода и скорости движения на стерневом фоне после уборки озимой пшеницы. Выявлено, что лапа образует взрыхленную полосу и полосу разброса почвы, ширина которых линейно зависит от глубины обработки, при этом скорость движения не оказывает влияния на ширину зоны рыхления, а зона разброса почвы увеличивается по закону слабо выраженной квадратичной параболы.
В исследовании [11] создана математическая модель процесса образования изоморфного слоя скольжения почвы по контактной поверхности режущего элемента при их контактном силовом механическом взаимодействии и выявлена зависимость свойств потока фракций слоя от динамики скольжения, ориентации и свойств почвы-среды многомерного контактного слоя.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Изучение работы [8] криволинейного рабочего органа для послойной безотвальной обработки почвы показало его энергоэффективность по сравнению с типовым рабочим органом. Установлено, что наибольшее влияние на рост тягового сопротивления оказывает увеличение угла крошения долота.
В материалах работы [16] представлены результаты экспериментальных исследований рабочих органов для глубокого рыхления почвы, выполненных по определенному радиусу в форме дуги для плавного скольжения и перехода подрезанного пласта почвы от долота к лобовой поверхности стойки и обеспечивающих эффективность технологического процесса рыхления по требованиям агротехники.
В исследовании [17] предложены математические модели процесса накопления кинетической энергии и изменения конструктивных параметров динамичных почвообрабатывающих рабочих органов стреловидной формы с шириной захвата 330 мм для поверхностной обработки почвы на глубину до 14 см. В частности, установлено, что в конкретных условиях проведения экспериментов с повышением скоростного режима работы среднее значение ширины захвата рабочего органа колеблется в определенных заданных конструктивными параметрами пределах и является случайной величиной.
Авторами работы [13] выявлены основные недостатки работы культиваторов с серийными рабочими органами на почвах, подверженных ветровой эрозии. На основе проведенных исследований предложена новая конструкция рабочего органа культиватора, проведены сравнительные лабораторные исследования лап культиватора, обоснована схема нового рабочего органа на соответствие основным требованиям почвозащитного, экологически безопасного, ресурсосберегающего земледелия.
Анализ существующих конструкций рабочих органов различных видов машин для поверхностной и мелкой обработки почвы, представленный на основе научных работ авторов с использованием классических методов теоретической механики, механики грунтов и практических экспериментов, показал, что основные исследования в области разработки новых рабочих органов направлены на изучение рыхления (деформации) почвы и удаления сорной растительности. При этом установлено, что форма режущего элемента в значительной степени влияет на качественные показатели обработки почвы. Поэтому при определении конструктивных параметров рабочего органа необходимо прежде всего основываться на показателях, которые обеспечивают требуемое качество уничтожения сорных растений и снижение энергетических затрат на выполнение операций.
С учетом природно-климатических условий Северо-Запада России в ИАЭП-филиале ФГБНУ ФНАЦ ВИМ были разработаны рабочие органы для обработки почвы и уничтожения многолетних сорняков (патент РФ 2769225), имеющих мощную корневую систему. Особенностью конструкции созданных рабочих органов является использование односторонних крыльев нестандартной формы, установленных на упругих элементах, которые обеспечивают появление автоколебаний для препятствия налипания на крыло почвы и растений и улучшение процесса их резания и рыхления. Разработанные формы крыльев позволяют избавиться от скопления неперерезанных сорняков на их концах и возможности ими их обволакивания.
Цель исследований - сравнительная агротехническая и энергетическая оценка эффективности рабочих органов для обработки почвы и уничтожения сорных растений, преимущественно борщевика Сосновского, в органическом севообороте.
Материалы и методы. Объектом исследований являются рабочие органы (рис. 1), каждый из которых содержит стойку с долотом, с противоположной стороны которого жестко крепится демпфирующий элемент, выполненный из пружинной стали, на которых установлены односторонне почворежущие лапы в виде крыльев различной формы.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Угол крошения долота равен 30 , ширина захвата каждого рабочего органа - 540 мм, крыльев - 480 мм, толщина крыльев - 14 мм. Материал крыла - сталь HARDOX 450, обладающая высокими прочностными и ударными характеристиками.
Программой и методикой проведения экспериментов были предусмотрены исследования трех вариантов почворежущих лап для сравнительной оценки эффективности качества резания сорной растительности (рисунок 1), предназначенных для рыхления и полного подрезания сорной растительности на глубину от 10 до 15 см в системе мелкой обработки почвы.
Рисунок 1 - Экспериментальные образцы рабочих органов для уничтожения сорной растительности с мощной корневой системой: а - серпообразным подрезающим крылом, выполненным по одному радиусу; b - серпообразным подрезающим крылом, выполненным по двум радиусам; c - стреловидным подрезающим крылом
Figure 1 - Experimental samples of working bodies for the destruction of weeds with a powerful root system: a - sickle-shaped undercutting wing, made along one radius; b - crescent-shaped cutting wing,
made along two radii; c - swept undercut wing
Основные размеры почворежущих крыльев рабочих органов представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Основные конструктивные параметры почворежущих крыльев экспериментальных рабочих органов
_Table 1 - Main design parameters of soil-cutting wings experimental working bodies_
Наименование параметра рабочего органа / Name of the working parameter body Единица измерения / Unit of measurement Значение/ Value
Крыло серпообразной формы, выполне] Crescent-shaped wing, made a нное по одному радиусу / ong one radius
Радиус кривизны крыла / Wing curvature radius мм / mm 500
Крыло серпообразной формы, выполненное по двум радиусам / Crescent-shaped wing, made along two radii
Радиусы кривизны крыла / Wing curvature radius мм / mm 500/150
Крыло стреловидной формы / Swept wing
Угол раствора (резания) крыла / Opening angle of the wing град./ degrees 55
Исследования работы экспериментальных почвообрабатывающих рабочих органов были проведены на территории экспериментально-производственной базы института в начале октября 2021 года при следующих условиях:
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
1. Агрофон - участок поля с многолетним в течение 6-8 лет массовым произрастанием сорной растительности (рисунок 2), преимущественно из борщевика Соснов-ского на землях сельскохозяйственного назначения в границах территории Пушкинского района г. Санкт-Петербурга. Предшествующая операция - дискование (проведена в июне 2021 г.).
Рисунок 2 - Агрофон участка поля перед проведением экспериментальных исследований рабочих органов
Figure 2 - Agrobackground of the field section before the experimental studies of working bodies
Для оценки качества проведения эксперимента на существующем участке с целью установления необходимой глубины обработки почвы и соответственно подрезания нами предварительно были проанализированы основные почвенные и биометрические показатели сорной растительности, в данном случае, борщевика Сосновского.
2. Большинство корней сорняка находилось в слое почвы от 20 до 30 см (рисунок 3), а средняя ширина (толщина) корнестеблей варьировалась в пределах от 4 до 7 см на 1 м2
Рисунок 3 - Корневая система (стеблекорень) выкопанного борщевика Figure 3 - Root system (stalkroot) of dug-out hogweed
471
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
3. Число генеративных побегов (плотность растений) находилось в пределах 1-3 шт/м2. Для этого по диагонали каждого участка проводился подсчет растений на закрепленных площадках (рамка 1х1 м). На рисунке 4 показано определение количества произрастания стеблей растения на 1м2 поля. При этом измерялась средняя высота растений, которая составила 20-35 см на м2.
Рисунок 4 - Измерение плотности произрастания борщевика на экспериментальном участке
Figure 4 - Measurement of the density of hogweed growth in the experimental plot
4. Измерение твердости почвы на исследуемом участке производилось электронным пенетрологером Eijkelkamp 06.15 SA (рисунок 5). Средняя твердость почвы до обработки в слое 0-15 см составила 0,88 МПа.
Рисунок 5 - Измерение твердости почвы на исследуемом участке Figure 5 - Measurement of soil hardness in the study area
5. Определение количества находящихся камней на поверхности участка и их размеров производилось подсчетом на закрепленных площадках с помощью рамки 1х1 м. Среднее количество камней на участке составило 0,005 шт/м2. Размеры камней -250-350 мм/м2 (рисунок 6).
6. Почва опытного участка светло-серая лесная, среднесуглинистая по гранулометрическому составу, дерново-подзолистая. Влажность почвы определялась с помощью взятия почвенных проб пробоотборником и составила после сушки 20,2 %. Площадь участка - 0,5 га, длина гона - 100 м, относительная влажность воздуха - 65-70 %, температура воздуха 11-12 0С, средняя скорость ветра 3-4 м/с, рельеф поля 1-2 0.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 6 - Определение количества камней на участке и их размеров Figure 6 - Determining the number of stones in the area and their sizes
Энергетическая оценка рабочих органов проводилась с использованием измерительно-информационного комплекса ИИК-ИАЭП, агрегируемого с трактором Бе-ларус-82.1. Общий вид измерительно-информационного комплекса ИИК-ИАЭП с установленным экспериментальным рабочим органом представлен на рисунке 7.
Рисунок 7 - Общий вид измерительно-информационного комплекса ИИК-ИАЭП в агрегате с трактором Беларус-82.1
Figure 7 - General view of the measuring and information complex IIK-IAEP in the aggregate with the Belarus-82.1 tractor
Обоснование необходимой глубины обработки.
Большинство ученых [6, 14], занимающихся исследованием биологических особенностей борщевика Сосновского сходятся во мнении, что наиболее надежным способом искоренения сорняка является его подрезание на глубину не менее 10 см (в зави-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
симости от размера корневой системы), так чтобы на оставшейся в почве его части не было почек, которые дают побеги возобновления. Известно, что корневая система растения сохраняет свою жизнеспособность, имея на стеблекорне так называемые почки возобновления (или точки роста), заглубленные ниже уровня почвы на 3-5 или 7-10 см и более в зависимости от их вида и типа почвы.
Важно при этом срезать точки роста (почки) инвазии, к которым относят верхушечную (терминальную), пазушные и боковые. В противном случае оставшиеся спящие почки пойдут в рост, и корнестебель борщевика даст новые всходы.
Поэтому глубина подрезания должна находиться в пределах центра корневой системы сорняка, при этом крайние боковые почки на корневой системе должны оказаться выше лезвия подрезающего крыла рабочего органа. При этом чем меньше будет угол среза между рабочим органом и плоскостью среза корня, тем выше качество уничтожения сорняка и крайние боковые почки будут срезаны вместе с верхней частью корневой системы борщевика (рисунок 8).
Рисунок 8 - Корневая система борщевика Сосновского: 1 - терминальная почка, 2 - пазушная почка; 3 - боковая почка
Figure 8 - The root system of Sosnovsky's hogweed: 1 - terminal bud, 2 - axillary bud; 3 - lateral kidney
Оценка условий проведения эксперимента, с учетом того, что большая часть корней сорняка (корнестебля) находилась в слое почвы от 20 до 30 см (рисунок 3), позволила определить необходимую глубину подрезания - 12 см. Степень уничтожения сорной растительности исследовалась на трех скоростях перемещения каждого экспериментального рабочего органа 5, 8, 12 км/ч.
Результаты и обсуждение. Результаты исследований работы рабочего органа с крылом серпообразной формы. На рисунке 9 представлен общий вид рабочего органа крылом серпообразной формы, установленный на измерительно-информационном комплексе ИИК-ИАЭП в агрегате с трактором Беларус-82.1.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 9 - Общий вид рабочего органа крылом серпообразной формы в процессе проведения исследований
Figure 9 - General view of the working body with a crescent-shaped wing in the process of research
На рисунке 10 представлены результаты подрезания сорных растений рабочим органом с крылом серпообразной формы.
Рисунок 10 - Подрезанная корневая система сорняка рабочим органом с крылом серпообразной формы
Figure 10 - Cut the root system of the weed by a working body with a crescent-shaped wing
Средняя глубина подрезания корневой системы борщевика варьировала в пределах 11-12 см. Общее подрезание сорной растительности составило 100 %. Из десяти корней пять были подрезаны выше точек роста (почек возобновления, рисунок 8), что в дальнейшем будет способствовать повторному прорастанию борщевика от оставшегося в почве корня. При этом большая часть корнестеблей была срезана под углом от 30 до 60 градусов, что и определило наличие боковых почек на оставшейся в почве корневой системе (рисунок 10). На всех скоростях перемещения рабочего органа обеспечивалось полное подрезание корнестеблей сорняка.
Результаты исследований рабочего органа с крылом серпообразной формы (с двойным радиусом). На рисунке 11 представлен общий вид рабочего органа крылом серпообразной формы (с двойным радиусом).
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 11 - Общий вид рабочего органа крылом серпообразной формы (с двойным радиусом)
в процессе проведения исследований
Figure 11 - General view of the working body with a sickle-shaped wing (with a double radius)
in the process of conducting research
На рисунке 12 представлены результаты подрезания сорных растений рабочим органом с крылом серпообразной формы (с двойным радиусом).
Рисунок 12 - Подрезанная корневая система сорняка рабочим органом с крылом серпообразной формы (с двойным радиусом)
Figure 12 - Cut the root system of the weed by a working body with a crescent-shaped wing
(with a double radius)
Средняя глубина подрезания корневой системы борщевика варьировалась в пределах 12-13 см. Общее подрезание сорной растительности составило 100 %. Из десяти корней лишь один был подрезан выше точки роста (почек возобновления, рисунок 8), из чего можно сделать вывод, что качество подрезания соответствует требованиям агротехники. При этом подавляющая часть корнестеблей была срезана в плоскости перпендикулярной направлению роста корня. Ряд корней имел небольшой угол среза (от 0 до 20 град), что и определило отсутствие наличия боковых почек на оставшейся в почве корневой системе (рисунок 12). На всех скоростях перемещения данного рабочего органа обеспечивалось полное подрезание корнестеблей сорняка.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 13 - Глубина подрезания корнестебля сорняка рабочим органом с крылом серпообразной формы (с двойным радиусом)
Figure 13 - Depth of weed root cutting by a working body with a sickle-shaped wing
(with a double radius)
Результаты исследований рабочего органа с крылом стреловидной формы. На рисунке 14 представлен общий вид рабочего органа крылом стреловидной формы.
Рисунок 14 - Общий вид рабочего органа крылом стреловидной формы Figure 14 - General view of the working body with an arrow-shaped wing
На рисунке 15 представлены результаты подрезания сорных растений рабочим органом с крылом стреловидной формы.
Средняя глубина подрезания корневой системы борщевика варьировалась в пределах 12 см. Общее подрезание сорной растительности составило 100 %. Из десяти корней три были подрезаны выше точек роста (почек возобновления, рисунок 8), что в дальнейшем также может способствовать повторному прорастанию борщевика от оставшегося в почве корня. При этом большая часть корнестеблей была срезана под углом от 15 до 30 град., что в меньшей степени определяет наличие боковых почек на оставшейся в почве корневой системе (рисунок 15). На всех скоростях перемещения рабочего органа обеспечивалось полное подрезание корнестеблей сорняка.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 15 - Подрезанная корневая система сорняка рабочим органом с крылом стреловидной формы
Figure 15 - Weed root system cut by a working body with an arrow-shaped wing
Одновременно с определением качества подрезания сорняков была проведена энергетическая оценка всех рабочих органов на трех скоростях перемещения - 5, 8, 12 км/ч.
На рисунке 16 представлены зависимости тягового сопротивления Ra почвообрабатывающих рабочих органов от скорости V их перемещения при средней глубине обработки почвы 12 см.
Ra. кН (Rtt.kN)
L ,75
1,5
1,25
0,75
3
2
1
10
11
Y км /ч 12 (X bill)
Рисунок 16 - Зависимости тягового сопротивления Яа экспериментальных рабочих органов от
скорости V их перемещения: 1 - рабочий орган с крылом стреловидной формы, 2 - рабочий орган с крылом серпообразной формы (с двойным радиусом), 3 - рабочий орган с крылом серпообразной формы
Figure 16 - Dependences of the traction resistance Ra of experimental working bodies on the speed
V of their movement: 1 - working body with a swept wing, 2 - working body with a sickle-shaped wing (with a double radius), 3 - working body with a sickle-shaped wing
Экспериментальные данные дают представление о том, что с увеличением скорости движения V рабочих органов растет их тяговое сопротивление Ra по слабовыпуклым кривым 1, 2 и 3. При этом наименьшее тяговое сопротивление имеет рабочий орган с крылом стреловидной формы, которое находится в пределах от 0,9 до 1,75 кН (кривая 1). Сопротивление рабочего органа с крылом серпообразной формы, имеющим двойной радиус, находится в пределах от 1,06 до 1,9 кН (кривая 2). Рабочий орган с крылом серпообразной формы имеет сопротивление от 1,43 до 1,91 кН (кривая 3). Уве-
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
личение сопротивления рабочих органов имеющих серпообразную форму крыла объясняется большей траекторией (длиной) резания и плавно возрастающим углом раствора по сравнению с крылом стреловидной формы.
Следовательно, на основании полученных экспериментальных данных можно с уверенностью утверждать, что при использовании новых рабочих органов с крылом серпообразной формы появление незначительного дополнительного сопротивления будет компенсировано более высоким качеством выполняемой операции.
Выводы. В результате проведения полевых экспериментов были исследованы рабочие органы с тремя различными формами подрезающих лап (крыльев) для обработки почвы и уничтожения сорной растительности, имеющей мощную корневую систему.
Средняя глубина подрезания корневой системы борщевика рабочими органами составила 10-12 см. Общее подрезание сорной растительности 100 %.
Наилучшее качество подрезания сорной растительности обеспечил рабочий орган, имеющий серпообразную форму с двойным радиусом. Такой рабочий орган позволит повысить в целом качество обработки почвы благодаря полному подрезанию и, соответственно, уничтожению сорной растительности, имеющей мощную корневую систему.
Тяговое сопротивление рабочих органов по результатам энергетической оценки находилось в пределах от 0,9 до 1,75кН (с крылом стреловидной формы); 1,06 до 1,9 кН (с крылом серпообразной формы, имеющим двойной радиус); 1,43 до 1,91 кН (с крылом серпообразной формы) при скоростях перемещения от 5 до 12 км/ч.
Полученные в процессе исследований закономерности изменения агротехнических и эксплуатационных показателей исследованных экспериментальных рабочих органов в дальнейшем могут быть использованы при проектировании агрегатов и обосновании рациональных режимов их работы для успешного уничтожения сорной растительности в системе билогизированных технологий производства сельскохозяйственной продукции.
Библиографический список
1. Бабицкий Л. Ф., Соболевский И. В., Куклин В. А. Теоретические предпосылки к бионическому обоснованию параметров рабочих органов стерневого культиватора // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2019. № 2 (20). С. 183-191.
2. Бартенев И. М., Казаков В. И., Казаков И. В. Аналитические исследования рыхлительно-подрезающих лап культиватора для питомников // Лесотехнический журнал. 2011. №1. С. 17-21.
3. Василенко В. В., Борзило В. С. Зона рыхления почвы культиваторной лапой // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2018. Т. 12. № 4. С. 48-52.
4. Греков С. Е. Обоснование оптимальных параметров рабочего органа для поверхностной обработки почвы // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса. 2010. № 3 (19). С. 199-206.
5. Камбулов С. И., Бабенко О. С., Божко И. В. Технологический процесс рыхления почвы плоскорежущей лапой и стойкой // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2020. № 4 (40). С. 241-255.
6. Ламан Н. А., Прохоров В. Н., Масловский О. М. Гигантские борщевики - опасные инвазивные виды для природных комплексов и населения Беларуси. Минск, 2009. 40 с.
7. Никонов М. В. Силовые воздействия на культиваторную лапу в процессе работы и возможности их оценки // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2015.№ 3. С. 177-181.
8. Пархоменко Г. Г. Параметрическая оптимизация криволинейного рабочего органа для послойной безотвальной обработки почвы // Тракторы и сельхозмашины. 2018. № 3. С. 12-18.
9. Пикмуллин Г. В., Булгариев Г. Г. Методика проектирования формы рабочего органа культиватора для предпосевной обработки почвы // Вестник Казанского ГАУ. 2011. № 1 (19). С. 107-109.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
10. Припоров Е. В. Технологические, энергетические и экономические показатели работы универсального парового культиватора // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 3 (83). С. 198-201.
11. Слободян С. М., Романишин А. Е., Романишина С. А. Скольжение почвы по режущему органу // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2014. № 7 (117). С. 146-153.
12. Юнусов Г. С., Ахмадеева М. М., Жук А. Ф. Обеспеченность растениеводства почвообрабатывающей техникой: состояние и перспективы // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2018. Т. 13. № 1 (48). С. 132-137.
13. Basic Parameters Substantiation of the Cultivator Working Body for the Continuous Tillage in the System of Ecologically Safe Resource-Saving Agriculture / V. V. Myalo, O. V. Myalo, E. V. Dem-chuk, V. V. Mazyrov // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 224. 2019. № 012023.
14. Dalke I., Malyshev R., Maslova S. Growth of Heracleum sosnowskyi Manden. plant in indoor conditions after end of vegetation period (Version 0.1). Zenodo, 2018. http://doi.org/10.5281/zenodo.1244757.
15. Dobrinov A. V., Trifanov A. V., Chugunov S. V. Analysis and estimate of efficiency technological methods the destruction of Sosnowsky hogweed in the north-west region of Russia // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. № 723 (3). Р. 032087.
16. Dzhabborov N. I., Dobrinov A. V., Eviev V. A. Evaluation of the energy parameters and agrotechnical indicators of aggregate for deep subsurface tillage // Journal of Physics: Conference Series. 2019. № 012036.
17. Modeling of the accumulation of kinetic energy in elastic elements and change in the constructive parameters of a dynamic soil-processing working part / N. I. Jabborov, A. V. Sergeev, V. A. Eviev, N. G. Ochirov // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2021. Vol. 16. № 6. Р. 623-629.
Информация об авторах Добринов Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник отдела технологий и технических средств производства продукции растениеводства (196625, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация), тел. 8(812) 466-55-78, ORCID: 0000-0002-3242-1235, E-mail: a.v.dobrinov@yandex.ru.
Джабборов Нозим Исмоилович, доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник отдела технологий и технических средств производства продукции растениеводства, (196625, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация), тел. 8(812) 466-55-78, ORCID: 0000-0001-8910-2625, E-mail: nozimjon-59@mail.ru.
Чугунов Сергей Валерьевич, научный сотрудник отдела технологий и технических средств производства продукции растениеводства (196625, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация), тел. 8(812) 466-55-78, 0000-0001-6820-3152, E-mail: mexfak@inbox.ru.
DOI: 10.32786/2071-9485-2022-02-58 RESEARCH OF CHANGES IN THE LEVEL OF WATER ACIDITY IN RECIRCULATING AQUACULTURE SYSTEM
A. P. Evdokimov, R. A. Evdokimov. A. A. Cherniaev
Volgograd State Agrarian University, Volgograd Received 22.04.2022 Submitted 26.05.2022
The research was carried out within the framework of the postgraduate training program in the department "Electrical equipment and electrical equipment of agricultural enterprises " of the Volgograd State Agrarian University on a budgetary basis
Summary
The article presents the results of a study of changes in the pH level in recirculating aquaculture system. The dependences of the change in the level of water acidity over time during normal operation and in an emergency are obtained.
