Формирование технологических условий орудий для разуплотнения почвы

При интенсивной обработке почвы возникла проблема ее уплотнения, что ухудшает водно-воздушный режим и условия минерального питания растений, снижает урожайность сельскохозяйственных культур, усиливается эрозия почвы, засоренность посевов, их зараженность болезнетворными бактериями и вредителями, снижает эффективность удобрений, возрастают затраты материальных ресурсов на обработку почвы. Разуплотнение почвы может производиться естественным путем и с помощью механического рыхления, для этого разработаны глубокорыхлители [1; 2].

Основной задачей современных глубокорыхлителей является изменение структуры почвы, придание ей требуемых физико-механических свойств. Для повышения ее плодородия разрабатываются новые рабочие органы с необходимыми геометрическими параметрами, их характеристики обеспечивают оптимальную структуру почвы для накопления влаги – неотъемлемой технологической операции предпосевной подготовки почвы [3].

Широкое распространение в большинстве стран получили глубокорыхлители с пассивными рабочими органами. Они просты в устройстве и надежны в работе. Их недостаток – высокая энергоемкость: при рыхлении на глубину 0,6–0,7 м на один рабочий орган затрачивается от 20 до 40 кВт тяговой мощности и расходуется до 40 кг топлива на обработку 1 га площади. Поэтому изыскание новых приемов глубокого рыхления почвы и совершенствование конструкции рабочих органов с целью снижения их энергоемкости – актуальная проблема [4].

Материалы и методы исследования

Для определения геометрических параметров рабочих органов глубокорыхлите-лей и исследований их взаимодействия с почвой рассмотрены современные агрегаты; их техническая характеристика приведена ниже (табл. 1).

Таблица 1

Техническая характеристика глубокорыхлителей

Марка	ГРН-5,6 (Россия)	СРА-15 (Турция)	РН-4 «Атлант» Россия
Тяговый класс трактора	5	5	5
Максимальная глубина обработки (рыхления / щелевания), см	45	60	40
Рабочая ширина захвата, м	5,6	4,5	4
Количество рабочих органов, шт.	8	15	11
Расстояние между стойками, м	0,48–0,52	0,3	0,4–0,48
Рабочая скорость, км/ч	10	11	12
Производительность, га/ч	5,6	4,9	4,8

Vestnik of Omsk SAU, 2022, no. 2(46)

PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS

Существует большое разнообразие рабочих органов для глубокорыхлителей, основные из них [5]:

– стойка прямого типа и долото (классическая);

– наклонная стойка типа «paraplou».

Глубина обработки почвы стойкой прямого типа (рис. 1) достигает 40 см. Обработка почвы на такую глубину значительно улучшает ее физико-механическую структуру с сохранением стерневого фона до 63%. Происходит накопление влаги, положительно влияя на плодородие почвы.

Согласно проведенным исследованиям [6–8] геометрические параметры работы стоек прямого типа способствуют возникновению борозд, между которыми остается плотный почвенный гребень. Высота гребня h 1 – в пределах 25–35 см (рис. 1). Плотный почвенный гребень, как правило, препятствует развитию корневой системы выращиваемых культур.

Рис. 1. Стойка глубокорыхлителя классическая (прямого типа)

Для решения данной проблемы, связанной с возникновением почвенного плотного гребня h 1 , разработан рабочий орган типа «paraplou» (рис. 2). Данный тип наклонной стойки с долотом имеет геометрические параметры, которые способствуют более эффективной механизированной обработке почвы с улучшением структуры и физикомеханических свойств почвы [9; 10].

Рис. 2. Стойка глубокорыхлителя типа «paraplou»

При работе глубокорыхлителя, оснащенного стойкой типа «paraplou», оставляемый плотный почвенный гребень имеет сравнительно меньший размер, его высота h 2 варьирует в пределах 22–31 см (рис. 2). Сохранение стерневого фона при этом – 74%. Это конструктивно-технологическое решение позволяет оптимизировать физико-меха-

Vestnik of Omsk SAU, 2022, no. 2(46)

PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS нические свойства почвы, способствую большему влагонакоплению, положительно сказываясь на плодородности почвы [10].

Согласно теории процесса глубокого рыхления почвы один из главных технологических параметров этого процесса – критическая глубина резания H кр [10]. Согласно этой теории H кр – глубина резания почвы, при которой прекращается отделение слоев грунта в виде стружки; определяется из выражения

Н кр = 0,74^b,

где b – ширина долота, м.

Критическая глубина зависит от коэффициента k бок , равного отношению высоты расширенной части прорези к полной глубине резания. Величина коэффициента k бок варьирует в пределах 0,70–0,95 в зависимости от типа грунта [10].

По данным [10], зависимость критической глубины обработки почвы

H кр

'________0,14 Т________ а отр (4+0,32 ідф ")

-1,024

6,8+ctga

где Т – удельное сопротивление почвы смятию, кН/м²;

σ ОТР – временное сопротивление почвы отрыву, кг/см²;

ψ – угол наклона равнодействующей сил сопротивления почвы к горизонту, θº.

Согласно результатам расчетных значений зависимости (2) наибольшее значение H кр и минимальное тяговое сопротивление рабочего органа при условии, если угол резания α = 20°.

T / σ ОТР = 100–150 и b = 0,05 м [10].

С увеличением глубины рыхления напряжение сжатия почвы перед долотом, необходимое для образования стружки скола (сдвига), растет и достигает величины, равной напряжению смятия почвы в боковых направлениях. Возникающее напряжение сжатия грунта перед долотом возрастает с глубиной заделки рабочего органа в почву. В боковом пространстве от долот происходит смятие почвы. Таким образом, максимальная глубина рыхления почвы зависит от ширины долот [11; 12].

Результаты исследования

Результаты некоторых энергетических и физико-механических показателей качества обработки глубокорыхлителем ГРН-5,6 со стойками фирмой «Bellota» (Испания) в сравнении с работой глубокорыхлителя, рабочий орган которого имеет классический тип стоек, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Сравнительные результаты работы глубокорыхлителя ГРН-5,6 с «классическими стойками» и стойками фирмы «Bellota»

Показатель	Значение показателя
	для классической стойки	для стойки «Bellota»
Энергетические показатели
– тяговое сопротивление машины, кН	44,3–59,2	45,8–62,0
– потребляемая мощность машины, кВт	97,8–121,4	101,8–144,7
– удельные энергозатраты машины, МДж/т	110,5–181,7	120,6–131,9
Глубина обработки, см
– средняя, см	37–41	42–44
– высота гребня (среднее значение h 1 , h 2 ), см	30	26,5
Крошение почвы, %
– содержание комков размером до 50 мм	84,4–95,8	78,6–91,3
Гребнистость поверхности почвы, см	1,7–3,4	1,2–2,9
Сохранение стерни, %	60,8–65,9	71,3–78,1

Vestnik of Omsk SAU, 2022, no. 2(46)

PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS

Результаты сравнительных испытаний рабочих органов привели к выводу, что исследования, направленные на модернизацию конструктивно-технологических параметров рабочих органов глубокорыхлителей, актуальны и их надо продолжать.

Проведенные ранее исследования урожайности зерновых культур [11; 12], выращиваемых на почвах, в технологические условия которых входила механизированная обработка глубоким рыхлениям, позволили получить зависимость относительной урожайности от плотности почвы (рис. 3).

Урожайность относит. единицы

Рис. 3 . Зависимость относительной урожайности от плотности почвы

Заключение

Исходя из вышесказанного следует вывод о необходимости проведения исследований по формированию технологических условий механизированной обработки почвы для повышения ее плодородия. Сохранение влаги в почвенных слоях, минимизация потерь урожая в засушливые периоды, предотвращение возникновения водной и ветровой эрозии возможны за счет разуплотнения почвы глубокорыхлителями.

Оптимальная плотность почв типа черноземных и суглинистых – в пределах 1–1,3 г/см3.

Рыхление почвы стойками типа «paraplou» влияет на показатели:

• –    сохранения стерневого фона до 75% (это на 10–12% больше в сравнении со стойками прямого типа);

• –    высоты гребня h 2 относительно h 1 – в пределах 22–31 см (рис. 2), это на 12% меньше.