Технологические основы операции вспашки склоновых полей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2(18)2012 Механизация и электрификация животноводства, растениеводства

Zinchenko Vladimir Yevgenievich - Candidate of Agricultural Sciences, associate professor, Director of the Don Research Agricultural Institute (v. Persianovkyi of Rostov region). Phone: 8960-445-84-85 E-mail: zinchenko_msh@mail.ru.

Ladan Yevgenyi Panteleimonovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the mechanization and electrification of agricultural production department, Don State Agrarian University (v. Persianovkyi of Rostov region). Phone: 8(86360)36-1-90.

Genev Yevgenyi Dmitrievich - assistant professor of the mechanization and electrification of agricultural production department, Don State Agrarian University (v. Persianovkyi of Rostov region). Phone: 8(86360)36-1-90.

Illarionov Victor Vasilievich - assistant professor of the mechanization and electrification of agricultural production department, Don State Agrarian University (v. Persianovkyi of Rostov region). Phone; 8(86360)36-1-90.

Chernenko Vladimir Vladimirovich - Candidate of Agricultural Sciences, associate professor of the agricultural and land-reclamation department, Don State Agrarian University (v. Persianovkyi of Rostov region). Phone: 8-906-425-95-86. E-mail: instit03@mail.ru.

Dyachenko Victor Victorovich - post-graduate student of the agricultural and land-reclamation department, Don State Agrarian University (v. Persianovkyi of Rostov region). Phone: 8-928-172-92-95.

Yeremenko Nicolai Petrovich - post-graduate student of the agricultural and land-reclamation department, Don State Agrarian University (v. Persianovkyi of Rostov region). Phone: 8-928-133-64-70, E-mail; instit03@mail.ru.

Skvortsov Dmitryi Alexeevich - post-graduate student of the agricultural and land-reclamation department, Don State Agrarian University (v. Persianovkyi of Rostov region). Phone: 8-928-133-64-70. E-mail: instit03@mail.ru.

УДК 631.31:631.4:631,312

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПЕРАЦИИ ВСПАШКИ СКЛОНОВЫХ ПОЛЕЙ

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

По результатам исследований установлена зависимость качества вспашки склоновых полей от угловых параметров рабочих органов плуга. Предложена рациональная схема обработки полей с целью уменьшения перемещения пласта вниз по склону и снижения проявления чередования механической эрозии почвы.

Ключевые слова: склоновые поля, перемещение пласта, угловые параметры плуга, направление движения, скорость агрегата, рабочий орган, эрозия почвы, вспашка склонов.

By results of researches the relation between quality of the plowing and angular parameters of the plough working parts is estimated. Rational scheme of tillage for decrease of the seam slipping down along the slope and reducing of the soil mechanical erosion is offered.

Key words: slope fields, seam dislocation, angular parameters of the plough, motion direction, unit speed, working member, soil erosion, slope plowing.

39

Вестник аграрной науки Дона

2(18)2012

В процессе возделывания сельскохозяйственных культур почва подвергается различным агротехническим обработкам, в частности вспашке. Агротехнические воздействия призваны создавать оптимальные условия для выращивания сельскохозяйственных культур, но вместе с тем они же могут разрушать почву (приводить к эрозиям различного рода), снижая ее плодородие. Это противоречие требует специальных мероприятий по поддержанию и восстановлению плодородия почвы, причем затраты на эти мероприятия будут тем меньше, чем меньше разрушается структура почвы. Так как разрушение (эрозия) почвы зависит от агроприемов и способов ее обработки, то актуальны задачи разработки и обоснования мероприятий по предотвращению или сдерживанию эрозии при вспашке.

Достаточно большая часть полей, используемых в земледелии, расположена на склонах.

Интенсивная отвальная обработка почвы склоновых полей лемешными плугами общего назначения приводит к постепенному перемещению пахотного слоя вниз по склону. Поэтому 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 ожидаемые положительные результаты, 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 [ I].

Во многих проведенных исследованиях о работе плугов на склонах даются объяснения отдельным факторам, явлениям, подсказывающим технические реше-

ния, снижающие отрицательные моменты их работы, но не достаточно 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 лемешноотвальных 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 леворежущих рабочих органов плуга при обработке склоновых полей поперек склона (рис. 1, 2) позволил получить зависимости для определения углов постановки лезвия лемеха к стенке и дну борозды [1],

cos е = cos (3cos е0 — sin (3 sin s{) cos и- 0)

40

2(18)2012 Механизация и электрификация животноводства, растениеводства

Z

с

Рис. 1, Схема к определению углов ер и ур при движении праворежущего рабочего органа поперек склона

Рис. 2. Схема к определению углов ер и ур при движении леворежущего рабочего органа поперек склона

41

Вестник аграрной науки Дона

2(18)2012

' р . •> \ /

$\П£р

COS £ = COS р COS £{) + sin р sin £{) cos /0, (3)

где + ft, - ft — крутизна склона при отваливании пласта соответственно вниз и вверх по склону; во, Уо~ конструктивные углы рабочих органов соответственно углов постановки лезвия лемеха ко дну и к стенке борозды; вр? ур - углы, которые принимают углы £о и уо при работе на склоновых полях.

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

Таблица 1

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

Угол склона, град Параметры плуга Параметры плуга

Угол постановки лезвия лемеха к стенке борозды, УР, град Угол постановки лезвия лемеха ко дну борозды, ер, град У гол постановки лезвия лемеха к стенке борозды, уР, град Угол постановки лезвия лемеха ко дну борозды, вр, град

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

J) 34 29 42 24

6 31 31 47 23

9 28 33 53 22

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.

Наблюдаемый различный оборот пласта при вспашке склонов поперек объясняется резким изменением углов вр и ур лемешно-отвальной поверхности. Так, при движении пахотного агрегата по горизон-

42

2(18)2012 Механизация и электрификация животноводства, растениеводства

тали и при отваливании пласта вверх по склону у лемешно-отвальной поверхности углы гр уменьшаются, а ур увеличиваются, при отваливании пласта вниз по склону -наоборот [ I ].

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 sp и ур в пределах рабочих склонов.

Известно, что в любой точке рабочей поверхности конкретного рабочего органа угол so изменяется в небольших пределах, и с учетом тригонометрической функции его можно считать постоянным. Угол уо 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 произведения sin so cos у о и sin so sin у о 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

sin ур sin s - sin s0 sin y0 — const. (4)

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

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):

S = U • Т, = и

Р О в р

S

тр

= S , (5)

ЮТУ 1 V /

U.

где г)р — скорость перемещения почвы по лемешно-отвальной поверхности, м/с;

Где ~ время нахождения почвы на лемешно-отвальной поверхности, с.

Так, для лемешно-отвальной поверхности с углом постановки лезвия лемеха к стенке борозды ур - 38 перемещение почвы составляет S - Smp = 0,85 м, а для рабочей поверхности с ур = 42 S = Smp = 0,81 м и перемещения после схода с отвала.

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

2 ■ 2 п ■ 4 £

ц, sin 2/sin —

Ус-Уп=2^\Р\---------------• (6)

g

Расчетные значения величин перемещения пласта (сноса почвы) представлены в таблице 2, а экспериментальные данные -в таблице 3.

Полученные зависимости (1-6) и приведенные данные (табл. 2, 3) 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 крутизну 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.

43

Вестник аграрной науки Дона

2(18)2012

Таблица 2

Снос почвы вниз по склону по ходу плуга при движении пахотного агрегата поперек склона с оборотом пласта вниз и вверх по склону (расчетные данные)

Угол склона, град Скорость движения, км/ч у-З 8й у-40и у-42и

у, м У, м у, м

J) 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: у - снос почвы вниз по склону при движении пахотного агрегата поперек склона с оборотом пласта вниз и вверх по склону; ур - угол постановки лезвия лемеха к стенке борозды.

Угол постановки лезвия лемеха к дну борозды £,,=260.

Таблица 3

Снос почвы вниз по склону по ходу плуга для рабочего органа с угловыми параметрами ^=30°, Ур=42° при движении пахотного агрегата поперек склона с оборотом пласта вниз и вверх по склону (опытные данные)

Угол склона, град Скорость движения, км/ч У, м

3 7,2 0,082

9,6 0,146

10,8 0,185

6 7,2 0,171

9,6 0,304

10,8 0,385

9 7,2 0,203

9,6 0,361

10,8 0,457

Представленные на рисунке 3 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 4.

44

2(18)2012 Механизация и электрификация животноводства, растениеводства

а

Угол склона, град.

Угол склона, град.

- механический снос почвы, т м;

ТГГ?

VVVV,

- перемещение вверх, гм

перемещение вниз, т м

Рис. 3. Снос почвы при обработке склоновых полей: при классической схеме обработки «всвал-вразвал» (а); при рациональном чередовании направлений оборота пласта (б)

45

Вестник аграрной науки Дона

2(18)2012

Таблица 4

Рациональное чередование направлений оборота пласта по годам обработки склоновых полей

Угол склона, град 1-й год 2-й год 3-й год 4-й год 5-й год Снос почвы, Т'М

3° Оборот пласта вверх по склону V=7,2 км/ч Оборот пласта вверх по склону V=7,2 км/ч Оборот пласта вниз по склону V=7,2 км/ч вверх 0,0095

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

6° Оборот пласта вверх по склону V=7,2 км/ч Оборот пласта вверх по склону V=7,2 км/ч Оборот пласта вниз по склону V=7,2 км/ч вверх 0,0085

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

9° Оборот пласта вверх по склону V=7,2 км/ч Оборот пласта вверх по склону V=7,2 км/ч Оборот пласта вниз по склону V=7,2 км/ч вверх 0,0065

Оборот пласта вверх по склону V=9,6 км/ч Оборот пласта вниз по склону V=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.

I. 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 6 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. 3).

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 I года.

4. Максимального эффекта можно добиться, применяя почвообрабатывающие орудия с регулируемыми угловыми параметрами рабочих органов (угол постановки

46

2(18)2012 Механизация и электрификация животноводства, растениеводства

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 техниче-

ских 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, Северо-Кавказская МИС. - Зерноград, 2003. -26 с.

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

Сведения об авторах

Макарова Мария Станиславовна - канд. техн. наук, ассистент кафедры энергетики Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).

Тел. 8(86359)42-4-00.

Зацаринный Владимир Андреевич - канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой организации перевозок Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)43-8-35.

Information about the authors

Makarova Maria Stanislavovna - Candidate of Technical Sciences, instructor of the power engineering department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zemograd). Phone: 8(86359)42-4-00.

Zatsarinny Vladimir Andreevich - Candidate of Technical Sciences, chief of the organization of transport department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-8-35.

УДК 632.935.4:621.3

АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ УНИЧТОЖЕНИЯ ПРИКОРНЕВЫХ ВРЕДИТЕЛЕЙ В САДОВОДСТВЕ

© 2012 г. А.В. Вужицкий, Ю.Н. Кущепко

Работа посвящена анализу существующих и разрабатываемых методов и технических средств обезвреживания прикорневых вредителей в садоводстве. Установлено, что наиболее перспективным способом по данному направлению является применение электромагнитных полей (ЭМП) дециметрового диапазона.

Ключевые слова: электромагнитное поле сверхвысокой частоты, садоводство, прикорневые вредители.

The analysis of existing and developing methods and techniques of neutralization basal pests in horticulture is adduced. Found that the most promising way is to use electromagnetic fields UHF.

Key words: electromagnetic fields UHF (ultrahigh frequency), horticulture, basal pests.

47