Особенности подготовки почвы к посевным работам в регионах, относящихся к зонам рискованного земледелия

Подготовка почвы к посевным работам должна быть направлена на улучшение ее плодородия и создание нормальных (оптимальных) условий для роста и развития растений, так как именно от этого зависит будущий урожай. Особенно это важно для тех областей, где на агротехническую подготовку почвы региональные особенности оказывают непосредственное воздействие. Агротехническая подготовка почвы в основном содержит следующие виды работ: рыхление поверхностного плодородного слоя, борьбу с сорняками, аэрацию, дробление крупных фракций, создание оптимальной плотности. В связи с вышесказанным основной целью такой подготовки почвы является адаптация почвообрабатывающих агрегатов под естественноклиматические особенности региона с учётом физико-механических свойств почвы и соблюдение агротехнологических требований к возделываемой культуре. В Амурской области, которую по природно-климатическим признакам относят к так называемым зонам рискованного земледелия, подготовка почвы для проведения весенних полевых работ начинается одновременно с подготовкой к посевным операциям. Промерзание почвы в зимний период из-за низких температур и резкое потепление весной затрудняют работу почвообрабатывающих агрегатов. В связи с этим для выдерживания агротехнологических сроков выполнения весенних полевых работ подготовку почвы проводят с использованием тяжёлых дисковых борон. На качество выполнения работы, как показали исследования, влияют конструктивно-технологические параметры почвообрабатывающего орудия (бороны) [1–3]. Особенно это влияние сказывается на тяжёлых почвах, обладающих большой твёрдостью, что в конечном итоге увеличивает энергоёмкость проведения данного процесса. Рассмотрим более подробно, какие агротехнические показатели (рис. 1) определяют качество работы дисковых борон:

• –    соблюдение агротехнологических требований (сроков обработки);

• –    сохранность стерни от предыдущей культуры;

• –    выдерживание глубины обработки по всему участку поля;

• –    качество обработки стыковых проходов (перекрытие смежных проходов);

• –    соблюдение прямолинейности движения бороновального агрегата;

• –    качество обработки поворотных полос (соблюдение глубины обработки поворотных полос – заглубление и подъем);

• –    обеспечение основных критериев качества обработанной площади (глубина рыхления, комковатость, выравненность обработанной поверхности).

Vestnik of Omsk SAU, 2026, no. 2 (62)

AGROENGINEERING

Рис. 1. Агротехнические показатели качества работы дисковых борон

Как показывает анализ агротехнических показателей работы дисковых борон (рис. 1), одни из главных критериев качества выполнения работ – глубина рыхления, комковатость и выравненность обработанной поверхности. Исследованиями установлено, что на урожайность сельскохозяйственной культуры до 30% оказывает качество подготовленной почвы, особенно когда при ее обработке встречаются небольшие неоттаявшие участки и участки с низкой несущей способностью [4–6]. В связи с этим возникает вопрос о необходимости адаптации бороновальных агрегатов к таким специфическим особенностям за счёт улучшения их конструктивнотехнологических параметров с учётом специфических условий региона [7–9]. В Амурской области в небольших КФХ широко используют бороны БДТ-3 в агрегате с тракторами класса 1,4…2.

Цель исследования – повышение эффективности процесса подготовки почвы под посев за счёт адаптации бороновального агрегата с учетом специфических условий региона.

Задача исследований: выявить влияние длины выхода штока гидроцилиндра адаптированного агрегата на тягово-сцепные показатели трактора (нагрузку на ведущие колеса).

Материалы и методы

Для проверки работоспособности адаптированного бороновального агрегата в составе трактора Беларус и бороны тяжёлой дисковой БДТ-3 проведены экспериментальные исследования на базе отдела семеноводства Дальневосточного ГАУ в период 2023–2025 гг. Характеристика почв опытного участка: луговые черноземовидные, среднетяжелые суглинки. Для чистоты эксперимента выбирали участки с уклоном не более 2%. Измерение силовой нагрузки на опорные поверхности трактора Беларус 82.1 и рабочие органы бороны осуществлялось с помощью электронных весов (предел взвешивания – до 10 т) с фиксацией данных на весовом терминале (рис. 2). Длину выхода штока гидроцилиндра контролировали измерительной линейкой. Объектом исследования стал процесс обработки почвы МТА

Vestnik of Omsk SAU, 2026, no. 2 (62)

AGROENGINEERING

с адаптированной бороной [10–11]. Испытания проведены в соответствии с ГОСТ 7057 – 2001 и ГОСТ 20915.

Производственная проверка проведена в двух режимах (стационарном и при движении) с изменением длины выхода штока гидроцилиндра (рис. 5).

Рис. 2 . Общий вид весового терминала КСК 18

Рис. 3. Общий вид МТА адаптированной бороны БДТ-3

Vestnik of Omsk SAU, 2026, no. 2 (62)

AGROENGINEERING

Рис. 4. Общий вид бороновального агрегата

Рис. 5 . Силовой распределитель (гидроцилиндр)

Vestnik of Omsk SAU, 2026, no. 2 (62)

AGROENGINEERING

Результаты исследований и их обсуждение

Для решения поставленной задачи были проведены эксперименты по выявлению зависимости между конструктивными параметрами агрегата (ход штока) и нагрузкой на ведущие движители трактора (рис. 6, 7). На рис. 8 представлены результаты экспериментальных исследований. Анализ данных показал, что увеличение длины выхода штока с 0,21 до 0,33 м приводит к росту силовой нагрузки на заднюю ось трактора с 22 000 до 33 150 Н. Данный эффект обусловлен перераспределением массы с бороны на трактор. Это позволяет временно повысить сцепной вес трактора для преодоления участков поля с низкой несущей способностью.

При дальнейшем увеличении хода штока (с 0,33 до 0,37 м) рост сцепного веса незначителен (до 33 200 Н), однако наблюдается критическое снижение нагрузки на переднюю ось, это ухудшает управляемость агрегата. Следовательно, оптимальная длина выхода штока не должна превышать 0,33 м. Это, в свою очередь, снижает управляемость бороновального агрегата. Таким образом, для повышения сцепного веса, приходящегося на задние опорные поверхности трактора Беларус 82.1, длина выхода штока не должна превышать 0,33 м. В ходе проведенных полевых испытаний установлено: использование МТА с адаптированной бороной позволило повысить скорость движения на 11,1…11,9% по сравнению с серийным вариантом.

Для выявления воздействия конструктивно-технологических параметров предлагаемого технического решения на сцепной вес, приходящийся на задние опорные поверхности (движители) трактора Беларус 82.1, построены и проанализированы эмпирические полиномиальные математические модели второго порядка, удовлетворяющие критериям ортогональности.

Рис.6. Фрагмент определения силовой нагрузки, приходящейся на ведущие движители трактора Беларус 82.1

Vestnik of Omsk SAU, 2026, no. 2 (62)

AGROENGINEERING

Рис. 7. Эксперимент по определению степени выдвижения штока гидроцилиндра

Рис. 8 . Анализ изменения нагрузки на задние движители трактора в зависимости от степени выдвижения штока гидроцилиндра

При трех сериях опытов с помощью ортогонального центрального композиционного эксперимента установлено влияние конструктивно-технологических факторов на силовое воздействие, приходящееся на задние движители трактора Беларус 82.1 (таблица):

Vestnik of Omsk SAU, 2026, no. 2 (62)

AGROENGINEERING

x._L — L – длина выхода штока гидроцилиндра, м;

x₂~ ^v – скорость движения, м/с;

x₃^— b – глубина обработки почвы, см.

Результирующей функцией является:

Y_y — P – силовая нагрузка на задние движители трактор, кН.

Условия проведения опытов при ортогональном центральном композиционном эксперименте

Фактор		*2	J3
Верхний уровень (+1)	0,33	2,6	21
Основной уровень (0)	0,27	2,4	18
Нижний уровень (–1)	0,21	2,2	15

Для проверки предположения о равенстве дисперсий применялся тест Кохрена. Значимость коэффициентов регрессионной модели определялась с использованием t-критерия Стьюдента, а соответствие модели экспериментальным данным оценивалось посредством F-теста Фишера. На основе статистического анализа данных рандомизированных экспериментов построено итоговое регрессионное уравнение

^^XV,X2,X^} — bo + b3X3 + b2X2 + b3X3 + b12X1X2 + b33X3X3 +

+b23X2X3 + bX23XxX2X3 + birXl + b22X2 + b33X3.

С учетом значимости коэффициентов полинома уравнение (1) принимает вид

Y{XV,X2,X^ = 22,7641 + 2,782726%! + 0,916325X2 + 0,643829%3 +

+0,322708X1X2%3 + 2,494862X? + 2,754351Х^

Проведем раскодирование переменных факторов уравнения (2) с учетом

L 0,27                  л

x,=-^ = 16^-0.21,

v — 2,4 X2 =------= 5v - 12;

2      0,2

Y^L.v.h) = 22,7641 + 2,782726(16,671 - 0,21) + 0,916325(5v - 12) + +0,643829(0,33h - 6) + ,322708(16,671 - 0,21)(5v - 12)(0,33/i - 6) + +2,494862(16,671 - 0,21)2 + 02,754351(0,33/i - 6)2

Путем ряда выкладок уравнение сводится к следующему выражению

Vestnik of Omsk SAU, 2026, no. 2 (62)

AGROENGINEERING

Y(L, v, h) = 101, 7081 + 416,24761 + 6,6146;; - 10,4263/; + 693,29551? + 0,2999/;2 -

-161,3863Lv - 21,3030L/i - 0,1118Wt + 8,87621,4;.

Зависимость силовой нагрузки, приходящейся на задние движители трактора, от рассматриваемых факторов при постоянной скорости ( v = 2,4 м/с) представлена формулой (6).

Y(L,v) = 10,9141 + 32,79761 + 4,61461? 4- 693,295512 - l,6183Lv.

Графическая визуализация уравнения (6) представлена на рис. 9.

Рис. 9. Влияние скорости движения и рабочего хода штока гидроцилиндра на тяговое усилие задних движителей трактора при глубине обработки почвы h = 18 см

Согласно результатам экспериментальных исследований (рис. 9) максимальный рост нагрузки на задние движители трактора наблюдается при скорости движения 2,60 м/с и достигает 17% относительно базового значения. При увеличении длины выхода штока в пределах изученного диапазона силовая нагрузка на задние движители возрастает с 22,9 до 30,1 кН. Совместное действие рассматриваемых факторов способствует дополнительному повышению нагрузки на задние движители – до 32,9% по сравнению с исходными показателями.

При скорости движения, составляющей v = 2,4 м/с, зависимость (регрессионная модель) силовой нагрузки на задние движители трактора описывается уравнением

Vestnik of Omsk SAU, 2026, no. 2 (62)

AGROENGINEERING

Y^L,^ = 117,5817 + 28,920481 - 10,6946/i + 693,29557?

+0,2999/i2 + 0,103027Л.

На рис. 10 показано графическое представление уравнения (7).

Рис. 10. Влияние глубины обработки и рабочего хода штока гидроцилиндра на тяговое усилие задних движителей трактора при постоянной скорости V = 2,4 м/с

При фиксированной скорости (2,4 м/с) увеличение глубины обработки с 15 до 21 см обеспечивает рост нагрузки с 24,8 до 25,5 кН. В исследуемом диапазоне увеличение длины выхода штока гидроцилиндра носит параболический характер, позволяя повысить нагрузку на задние движители трактора на величину до 20%.

При зафиксированном значении длины выхода штока гидроцилиндра L = 0,27 м регрессионная зависимость (5) для определения силовой нагрузки на задние движители трактора имеет математическую форму:

Y^L.v.K) = 264,6362 - 36,9597v - 16,1781/1 + +0,2999/i2 + 2,2848v/i.

При фиксированном ходе штока (0,27 м) увеличение скорости до 2,6 м/с повышает нагрузку на задние движители на 17%, при этом сохраняется возможность регулирования глубины хода рабочих органов в заданном диапазоне.

Vestnik of Omsk SAU, 2026, no. 2 (62)

AGROENGINEERING

Рис. 11. Влияние глубины обработки и скорости движения на силовую нагрузку задних движителей трактора при фиксированном выходе штока гидроцилиндра

Заключение

По итогам производственных испытаний бороновального агрегата с модернизированной бороной БДТ-3 установлено, что предлагаемое техническое решение позволяет кратковременно увеличивать сцепной вес энергетического средства; эффективно регулировать сцепной вес трактора за счет перераспределения силовой нагрузки с рабочих органов орудия на ведущие движители трактора Беларус 82.1; нагрузка возрастает с 22 000 до 33 550 Н. Увеличение сцепного веса повышает его тягово-сцепные возможности при преодолении участков поля, обладающих низкой несущей способностью почвы. Использование адаптированной бороны позволяет снизить негативное воздействие на почву за счёт снижения величины буксования и увеличить скорость движения бороновального МТА на 11,1…11,9% по сравнению с серийным вариантом и повысить эффективность её работы за счет увеличения производительности.