CC BY
27
УДК 631.31
00!: 10.24411/2587-6740-2019-11014
ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ ПЛОСКОРЕЗАМИ
НА ЕЕ НЕРОВНОСТЬ
А.Ф. Гасанов
Азербайджанский государственный аграрный университет, г. Гянджа, Азербайджанская Республика
В статье рассматривается ситуация на рынке продовольствия после введения в августе 2014 г. указа о введении продовольственного эмбарго. Исследуется изменение неровностей рельефа поля в процессе его обработки. Отмечается актуальность изучения влияния неравности поля на производство продукции. Описываются происходящие изменения почвенной массы в процессе перемещения их почвообрабатывающим орудием. Указывается, что под воздействием рабочих органов плоскорезов почва смещается по ходу машины, а также в направлении, перпендикулярном ему. В результате этого возникают неровности, которые отрицательно влияют не только на степень сохранения стерни, но и на устойчивость хода агрегатов при последующих операциях. Микрорельеф поля изучен путем записи его на ленту перед боронованием, после боронования и после посева. Обработка данных неровностей поверхности поля осуществлена методом математической статистики. В качестве оценки характеристики распределения неровностей на поверхности поля использованы такие показатели, как математическое ожидание, дисперсия, корреляционная функция и спектральная плотность. Математическое ожидание высоты неровностей для стерневых полей (зябь) колеблется в пределах Ь = 10 - 18 см, а для паровых — в еще более значительных: среднее квадратическое отклонение а = 2 - 5 см, с каждым последующим периодом этот показатель уменьшается. В процессе очередных обработок значение Ь сначала возрастает, что объясняется усадкой почвы, а затем уменьшается в связи со сглаживанием неровностей. Чтобы ослабить отрицательное влияние неровностей на сохранность стерни и устойчивость хода машин при последующих операциях, нужно уменьшить число борозд и гребней, то есть совершенствовать рабочие органы плоскорезов-глубокорыхлителей, а также системы подвесок. С учетном полученных характеристик микрорельефа полей удалось усовершенствовать некоторые технологические процессы и средства механизации и тем самым уменьшить отрицательное влияние микронеровностей на качество работы мобильных агрегатов при возделывании зерновых культур на почвах, подверженных эрозии. Уточнение характеристики рельефа позволяет воспроизвести реальный процесс изменения глубины заделки семян, что, в свою очередь, дает возможность судить о соответствии агротребованиям выполняемого процесса и выбрать направление совершенствования машины.
Ключевые слова: обработка почвы, неровности рельефа, высота неровностей, распределение неровностей, математическое ожидание, корреляционная функция.
Введение
От агрономической деятельности человека зависит состояние пахотных почв, их развитие, плодородие и производительность, что существенно влияет на производство растениеводческой продукции [1, 2, 3]. При этом немаловажную роль играет ровность поля после его обработки. Под воздействием рабочих органов плоскорезов почва смещается по ходу машины, а также в направлении, перпендикулярном ему. Возникающие при этом неровности отрицательно влияют не только на степень сохранения стерни, но и на устойчивость хода агрегатов при последующих операциях [4]. Преобладают неровности шириной (по ходу орудия) от 5 до 50 см (микронеровности) и от 0,5 до 30-50 м (мезо-неровности). Поэтому изучение влияния почвообрабатывающего органа на неровность поля весьма актуально.
Объект и методика исследования
Для изучения микрорельефа полей, обработанных плоскорезами, применена методика, в соответствии с которой профиль поля записывали на ленту несколько раз через заданные отрезки времени: непосредственно после обработки, через 15 дней после нее, весной перед боронованием, после боронования и после посева. Это позволило изучить процесс образования рельефа во времени. Для непрерывной записи профиля поля создан реохордный самодвижущийся прибор с
потенциометрическим измерительным преобразователем. Запись проводили с неподвижной выровненной базы.
Распределение неровностей на поверхности поля — процесс случайный, поэтому в качестве его характеристики выбраны: математическое ожидание, дисперсия, корреляционная функция рЬ(1), спектральная плотность Бь(ш) [5, 6, 7].
Результаты и их обсуждение
В результате обработки полученных записей найдены корреляционные функции случайного процесса изменения высоты неровностей (рис. 1). Графики корреляционных функций микрорельефа поля одного и того же участка в разные периоды времени неодинаковы.
Сразу после обработки рельеф менее выражен (кривая 1), чем после зимы перед боронованием (кривая 2), что связано с усадкой почвы, особенно в зоне прохода стойки плоскореза, где почва была наиболее взрыхлена.
Математическое ожидание высоты неровностей для стерневых полей (зябь) колеблется в пределах Ь = 10 - 18 см, а для паровых полей — в еще более значительных: среднее квадратическое отклонение а = 2 - 5 см, с каждым последующим периодом этот показатель уменьшается. В процессе очередных обработок значение Ь сначала возрастает, что объясняется усадкой почвы, а затем уменьшается в связи со сглаживанием неровностей.
Например, после прохода бороны БИГ-3 сглаживание неровностей привело к увеличению времени корреляционной связи (кривая 3). Максимальное значение этот показатель имеет после посева, когда длина волны увеличивается, а амплитуда уменьшается (кривая 4).
Анализ этих данных позволяет заключить, что интервал корреляции 10 и преобладающая частота в периодических составляющих во всех случаях практически одинаковы.
Из графиков спектральной плотности (рис. 1) следует, что основная энергия процесса 5Ь(ш) попадает на интервал частот от 0,25 до 5,0 м-1. В случайном процессе имеется заметно выраженная периодическая составляющая, при этом основная гармоника спектров дисперсий имеет частоту ш = 2,8 - 3,4 м-1, что соответствует длине ¿1 волны профиля поля, обработанного плоскорезом-глубокорыхлителем КПГ-250, равной 0,9-1,15 м, то есть вписывается в захват рабочего органа.
Полученные корреляционные функции по пути I хорошо описываются уравнением:
рР) = А е-ац, + л е-^® ГОб в1,
(1)
где А1 и А2 — коэффициенты, в сумме составляющие единицу; а1 и а2 — коэффициенты, характеризующие затухание функции; в — коэффициент периодичности функции.
Для аппроксимации (1) использовали выражение:
р(1) = е-1® С05 вI.
(2)
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 1 (367) / 2019
SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
Рис. 1. Корреляционная функция ph(/) и спектральная плотность Sh(w) случайного процесса h(t)
Наличие этой характеристики рельефа позволяет воспроизвести реальный процесс изменения, например, такого важного показателя, как глубина заделки семян:
a(t) = h(t) - hm
(З)
где Ь(1) — плотность распределения неровностей поля после боронования; Ь^) — то же дна борозды, формируемого сошником сеялки.
Это, в свою очередь, позволяет судить о соответствии выполняемого процесса агротре-бованиям и выбирать направление совершенствования машины.
Средняя высота неровностей менялась по периодам измерения таким образом: непосредственно после обработки стерневого поля плоскорезом КПГ-250 Ьн=8,2 см, после
зимы Ь =9,8 см, после посева сеялкой СЗС-2,1
— б
Ьс=5,2 см. Таким образом, последующие обработки не приводят к желаемому результату и не выравнивают рельеф. Очевидно, более плодотворным окажется путь конструктивного со-
вершенствования плоскорежущих рабочих органов с учетом характеристик профиля полей.
В зависимости от условий обработки почвы математическое ожидание высоты неровностей и дисперсия изменяются, но характер корреляционных функций сохраняется при постоянных (например, захват рабочего органа) или мало меняющихся параметрах — длине волны (/), времени корреляционной связи (/к). Чтобы ослабить отрицательное влияние неровностей на сохранность стерни и устойчивость хода машин при последующих операциях, нужно уменьшить число борозд и гребней, то есть совершенствовать рабочие органы плоскорезов-глубокорыхлителей, а также системы подвесок, например, сошников. Для этого требуется полная информация о параметрах неровностей, которую нельзя получить из анализа корреляционной функции. В связи с этим возникла необходимость описать аналитически микронеровности поля, обработанного почвозащитными машинами.
Рис. 2. Профиль стерневого поля, обработанного плоскорезами-глубокорыхлителями:
1,2, 3,4 — составляющие от первого, второго, третьего и четвертого слагаемых выражения (7) соответственно; 5 — результирующий график.
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 1 (367) / 2019
Реализации таких неровностей представляют собой гармонические функции со срезанными верхними частями:
[ h, 0 < х < a
У = { Л 2п i, , (4)
(. Л cos — х, a < х < у Li
где y — текущая координата профиля неровностей; h = A cos 2nx/L, — высота среза гармоники; х — путь (проекция профиля на ось абсцисс); a = (2п)-1 L, arc cos (h/Л); Л и L, — соответственно амплитуда и период.
После преобразований получим функцию y=cos X со срезом гармоники на высоте Б = h/Л и разложим ее в ряд Фурье:
У = a + £(!=,) ak cos kx + bk sin kx, (5)
где a0 = П J0" f(x)dx; ak = П f(x) cos kxdx, (6)
bk = 0, поскольку функция четная.
Решив (6), определим коэффициенты a0, a, при k = 1 и ak при k * 1; по статистическим данным, для стерневого поля, обработанного пло-скорезом-глубокорыхлителем КПК-250, L, = 100 см; А = 9 см; h = 3 см. Поставив известные величины в (5), после преобразований получим выражение, описывающее микрорельеф поля:
, „ ,, 2пх , „ 4пх 6пх y = 1,8+6,3 cos— - 1,2 cos—— - cos— ..., (7) ' ' ' 100 100 100
которое графически представлено на рисунке 2.
С помощью (7) может быть определено, например, влияние неровностей на отклонение глубины заделки семян от заданной величины, на отклонение режущего аппарата жатки комбайна от установленной высоты среза и др. С учетном полученных характеристик микрорельефа полей удалось усовершенствовать некоторые технологические процессы и средства механизации и тем самым уменьшить отрицательное влияние микронеровностей на качество работы мобильных агрегатов при возделывании зерновых культур на почвах, подверженных эрозии [8, 9, 10].
Мезонеровности, как правило, имеют естественное происхождение, и поэтому влиять на их формирование пока невозможно. При статистической оценке этого вида неровно-
www.mshj.ru
стеи использованы такие характеристики, как математическое ожидание высоты, ширины и уклона неровностеИ: среднее квадратическое отклонение этих параметров, коэффициент вариации. Исследования полеИ многих раИонов низменноИ зоны АзербаИджанскоИ Республики показали, что здесь преобладают мезоне-ровности со следующими параметрами: ширина 8 — 12 м, высота (глубина) 0,3 — 0,6 м, уклон 0,08 — 0,12.
Для количественноИ оценки введена дополнительная характеристика, представляющая собоИ долю площади, заниженноИ неровностями типичного размера на единице площади поля, и названная коэффициентом выраженного мезорельефа (%):
100B i IL
д = ср ср^ уч
IS '
(8)
где Вср и / — математическое ожидание соответственно ширины и уклона неровностеИ; Цуц — суммарная длина неровностеИ на учетных участках; £5уч — суммарная площадь учетных участков при исследовании рельефа поля.
Так, для исследуемого участка при Вср = 12 м; / = 0,1; Ц = 3150 м; 15 = 30 га получено
ср уч уч 1
X = 10%. Иными словами, из каждых 10 га площади на неровности приходится 1 га. Как показали исследования, такие неровности неудовлетворительно копируются широкозахватными машинами.
Имея характеристику мезорельефа полей, можно получить аналитическое выражение для копирующей способности машин, удовлетворительно работающих в типичных условиях: I h
K= (a - ^y tan a + r' a~', f9'
где a — глубина обработки почвы или заделки семян; tan a — уклон мезонеровностей; I — длина жесткой части машины; r — величина, характеризирующая скругление дна понижения; b — расстояние от точки опоры колеса до крайней точки жесткой части машины.
Заключение
Полученное уравнение позволяет определить предельную длину жесткой части машины, при которой последняя будет еще отвечать агротребованиям.
Литература
1. Плескачев Ю.Н., Кощеев И.А., Кандыбин С.С. Влияние способов обработки почвы на урожайность зер-
новых культур // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2013. № 1(99). С. 23-26.
2. Халилов М.Б., Айтемиров А.А., Халилов Ш.М. Состояние и перспективы развития технологии предпосевной обработки почвы // Горное сельское хозяйство. 2016. № 1. С. 82-86.
3. Джабборов Н.И. Научные принципы выбора эффективных технологических процессов обработки почвы // Молодой ученый. 2016. № 15. C. 251-260.
4. Абдуллаев Р.Р., Троц В.Б. Влияние рельефа поля на фитосанитарное состояние и урожайность посевов яровой пшеницы // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2015. № 6(128). С. 40-44.
5. Бобриков В.П., Бобриков К.П. Statistika. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М.: Информационно-издательский дом «Фи-линъ», 1997. 608 с.
6. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки данных. М.: Колос, 1973. 197 с.
7. Темиров И.Г. Исследование влияния рельефа хлопкового поля на работу двухъярусного плуга // Молодой ученый. 2017. № 16. С. 202-206.
8. Валиев А.Р., Зиганшин Б.Г., Семушкин Н.И. и др. Машины для предпосевной подготовки почвы сельскохозяйственных культур — регулировка, настройка и эксплуатация. Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2013. 156 с.
9. Панов И.М., Ветохин В.И. Физические основы механики почв. Киев: Феникс, 2008. 266 с.
10. Медведев В.В. Твердость почв. Харьков: Изд-во КГ1 «Городская типография», 2009. 152 с.
Об авторе:
Гасанов Аяз Фаррух оглы, кандидат технических наук, доцент кафедры наземных транспортных средств и технического сервиса, hesenov.adau@gmail.com
THE IMPACT OF TILLAGE PLOWS ITS BUMP
A.F. Hasanov
Azerbaijan state agrarian university, Ganja, Azerbaijan Republic
The article discusses the situation on the food market since the Introduction In August 2014 decree on the Introduction of the food embargo. Examines the change In the uneven terrain of the field in the process of its handling. The urgency of studying the influence of uneven field on production is noted. Describes the changes in the soil mass during the movement of their tillage tools. It is specified that under the influence of working bodies of shape cutting the soil moves on the course of the machine, and also in the direction perpendicular to it. As a result, there are irregularities that adversely affect not only the degree of preservation of stubble, but also on the stability of the units in subsequent operations. The micro relief of the field was studied by recording it on tape before harrowing, after harrowing and after sowing. Data processing of field surface irregularities is carried out by the method of mathematical statistics. Such parameters as expectation, dispersion, correlation function and spectral density are used as an estimate of the characteristic of the distribution of irregularities on the field surface. The expected height of the incorrect for stubble fields (plowing) is in the range of h = 10-18 cm, and for steam — in even more significant: the standard deviation a = 2-5 cm, with each subsequent period, this figure decreases. In the course of the next treatments, the value of h first increases, which is explained by the shrinkage of the soil, and then decreases due to the smoothing of irregularities. In order to reduce the negative impact of irregularities on the safety of stubble and the stability of the course of machines in subsequent operations, it is necessary to reduce the number of furrows and ridges, ie. To improve the working bodies of the cultivators-tillers, and also suspension system. Using the controls, they are disrupting the micro relief of the field are defined, for example, the influence of roughness on the deviation of the depth of seeding from the target value, the deviation of the cutting device of a combine harvester of the set cutting height. Taking into account the obtained characteristics of the microrelief of the fields, it was possible to improve some technological processes and means of mechanization and thereby reduce the negative impact of micronutrients on the quality of mobile units in the cultivation of grain crops on soils subject to erosion. Clarification of the characteristics of the terrain allows you to reproduce the real process of changing the depth of seeding, which in turn makes it possible to judge the compliance of the agricultural requirements of the process and choose the direction of improvement of the machine.
Keywords: tillage, relief irregularities, height of irregularities, distribution of irregularities, mathematical expectation, correlation function.
References
1. Pleskachev Yu.N., KoscheevI.A., Kandybin C.C. Influence of soil tillage methods on the yield of grain crops. Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo univer-siteta = Bulletin of the Altai state agrarian university. 2013. No. 1(99). Pp. 23-26.
2. Khalilov M.B., Ajtemirov A.A., Khalilov Sh.M. State and prospects of development of technology of presow-ing tillage. Gornoe selskoe khozyajstvo = Mining agriculture. 2016. No. 1. Pp. 82-86.
3. Dzhabborov N.I. Scientific principles of selection of effective technological processes of soil cultiva-
About the author:
tion. Molodoj uchenyj = Young scientist. 2016. No. 15. Pp. 251-260.
4. AbdullaevR.R., Trots V.B. Influence of the field relief on the phytosanitary condition and yield of spring wheat crops. Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Bulletin of the Altai state agrarian university. 2015. No. 6(128). Pp. 40-44.
5. BobrikovV.P., BobrikovK.P. Statistics. Statistical analysis and data processing in the Windows environment. Moscow: information and publishing house "Filin", 1997. 608 p.
6. Vedenyapin G.V. General method of experimental research and data processing. Moscow: Kolos, 1973. 197 p.
7. Temirov I.G. Study of the influence of the relief of the cotton field on the work of the two-tiered plow. Molodoj uchenyj = Young scientist. 2017. No. 16. Pp. 202-206.
8. Valiev A.R. Ziganshin B.G. Semushkin N.I. et al. Machinery for seedbed preparation crops — adjustment, setup, and operation. Kazan: publishing house of Kazan state agrarian university. 2013. 156 p.
9. Panov I.M., Vetokhin V.I. Physical basis of soil mechanics. Kiev: Fenix, 2008. 266 p.
10. Medvedev VV. The hardness of the soil. Kharkov: publishing house KG1 "City printing house", 2009. 152 p.
Ayaz F. Hasanov, candidate of technical sciences, associate professor of the Department of land vehicles and technical service, hesenov.adau@gmail.com
hesenov.adau@gmail.com
зз
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 1 (367) / 2019
