Потребительские характеристики орудий для рыхления почвы и заделки стерни

Введение. Обработка почвы - важный агротехнический прием, существенным образом влияющий как на её продукционную функцию, так и на общую затратность применяемой технологии [1-6]. Сегодня среди ученых, руководителей и специалистов сельскохозяйственных предприятий нет единства мнений в оценке различных систем обработки почвы и принципиальной необходимости их выполнения. Выделяются следующие частные подходы: полный отказ от механической обработки почвы; минимизация обработки почвы с сохранением стерни на поверхности поля или с её заделкой; интенсивная обработка почвы с заделкой растительных остатков и хотя бы одной операцией, проводимой на глубину более 20 см; система обработки почвы с интенсивным безотвальным рыхлением; ярусная обработка почвы; специальная обработка почвы (полосовая, лункование, кротование, щелева-ние, террасирование и др.); комбинирование различных систем обработки почвы по годам и культурам [3, 5]. Несмотря на отсутствие однозначной положительной оценки влияния обработки почвы на эффективность растениеводческих технологий современный парк почвообрабатывающей техники представлен разнообразной гаммой орудий и с каждым годом на рынок поставляются все новые их марки, со своими характерными конструктивными особенностями, определяющими агротехнические и эксплуатационно-экономические показатели работы агрегатов. Их анализ -актуальная задача, решение которой является неотъемлемой частью процесса оптимизации загрузки машинно-тракторного парка сельскохозяйственных предприятий.

Анализ состояния вопроса. Почвообрабатывающие орудия классифицируют по различным признакам [5]: назначение; способ агрегатирования; степень подвижности рабочих органов относительно рамы; конструктивные особенности и т.д. Одним из характерных признаков всех почвообрабатывающих орудий является степень их воздействия на стерню и растительные остатки, находящиеся на поверхности поля. Конструкторами разработаны группы орудий, предна значенные как для максимального сохранения стерни на поверхности поля при рыхлении почвы (плоскорезные культиваторы-глубокорыхлители; чизельные плуги; игольчатые бороны-мотыги; штанговые культиваторы и др.), так и для максимально эффективной заделки стерни и растительных остатков в почву. Как для первой, так и для второй группы орудий характерны свои определенные достоинства и недостатки. С одной стороны, сохранение стерни на поверхности поля позволяет снизить степень температурных колебаний почвы; сократить потери почвенной влаги испарением; значительно снизить или полностью исключить проявления как ветровой, так и водной эрозии; в зимний период способствует снегонакоплению и т.д. [3]. С другой стороны, измельчение и заделка стерни позволяют резко сократить степень использования ядохимикатов, эффективно бороться не только с сорной растительностью, но и с вредителями и патогенами; облегчают условия работы последующих почвообрабатывающих и посевных агрегатов; позволяют заделывать в почву значительные дозы минеральных и органических удобрений; способствуют минерализации веществ, содержащихся в растительных остатках, и т.д. [3]. Благодаря этим преимуществам орудия с дисковыми рабочими органами, лемешно-отвальными (рисунок 1) или рыхляще-отвальными корпусами по-прежнему широко используются во всех сельскохозяйственных зонах страны, несмотря на наличие очевидных агротехнических недостатков.

а - плуг полунавесной оборотный ППО-5/7-35 (ЗАО «Рубцовский завод запасных частей»);

б- плуг навесной ПНУ-6х35ИП (ОАО «Светлоградагромаш»); в-лущильник ЛДГ-15Б (ОАО НПО «Сибсельмаш»); г - борона дисковая тяжелая БДТ-3,8 (ОАО НПО «Сибсельмаш»); д - дискатор БДМ-6х4ПШК (ООО «БДМ-Агро») Рисунок 1 - Почвообрабатывающие орудия с дисковыми и роторными рабочими органами

Эффективная эксплуатация и конструктивное совершенствование орудий для заделки стерни возможны только на основе использования объективной информации об их технико-технологических характеристиках и функциональных особенностях. В связи с этим целью представленного исследования является анализ агротехнологических, технических и эко номических характеристик почвообрабатывающих орудий, предназначенных для сочетания интенсивного рыхления почвы с заделкой стерни и других растительных остатков.

Условия и методы исследований. Достижение поставленной цели осложняется не только многообразием существующих конструкций почвообрабаты- вающих орудий, но и тем, что оснащенные ими агрегаты работают в стохастических, динамически меняющихся условиях. В связи с этим наиболее достоверная информация об их основных потребительских характеристиках может быть сформирована только на основе анализа результатов большого количества эмпирических исследований, проведенных в условиях, соответствующих производственным. И даже при этом полученные данные будут носить вероятностный характер, давая лишь примерное представление о характеристиках реализации реальных процессов [3, 4, 6].

В представленном исследовании в качестве источников информации использовались открытые протоколы первичных и периодических испытаний современных сельскохозяйственных машин, представленных на машиноиспытательные станции страны в период с 2014 по 2017 годы [7-10]. При этом была получена информация о 17 лемешных плугах, из которых четыре оборотные, остальные - для «классической» свально-развальной вспашки, а также о 34 орудиях с дисковыми рабочими органами, из которых три -«классические» бороны с батарейным расположением дисков, остальные - дискаторы (фронтальные бороны с индивидуальным расположением дисков). С учетом разнообразия обрабатываемых фонов и скоростных режимов испытаний число наблюдений при исследовании плугов составило 26, дисковых борон - 54. При этом было установлено, что за рассматриваемый период лущильники к испытаниям не представлялись.

Результаты исследований и их обсуждение. В таблице 1 представлены основные показатели качества работы орудий для крошения и оборота почвенного пласта, при этом использованы следующие обозначения: а_ср - средняя глубина обработки почвы, см; о_а - среднеквадратическое отклонение от средней глубины обработки почвы, см; К - степень крошения почвы, %; Г - гребнистость поверхности поля, см; И - степень измельчения растительных остатков, %; 3 - полнота заделки растительных остатков, %; х/ср - среднее значение /-го параметра; о_х; - среднеквадратическое отклонение значений /-го параметра [11]; Хтах - максимальное значение /-го параметра; Xmin - минимальное значение /-го параметра.

Таблица 1 - Агротехнические показатели работы плугов и дисковых орудий

Из данных таблицы 1 видно, что отвальные плуги в среднем обеспечивают глубину обработки почвы в 2,5 раза больше, чем бороны, причем, из-за конструктивных особенностей рабочих органов неравномерность глубины дискования выше, чем вспашки. И те и другие орудия обеспечивают высокую степень крошения обрабатываемого пласта - более 73%. При этом дисковые рабочие органы дополнительно обеспечивают измельчение растительной массы на куски около 10 см. В среднем диски в 1,2 раза более интенсивно крошат почву, что, с одной стороны, обеспечивает её качественное рыхление, с другой - дополнительно провоцирует развитие эрозионных процессов. Гребнистость поверхности поля после плугов составила в среднем около 4,8 см, что меньше допуска агротребований (5 см). Однако следует отметить, что в отдельных случаях гребнистость доходила до 8 см, что чаще всего обусловлено низкой влажностью и высокой твердостью обрабатываемой почвы. После прохода дисковых орудий поле можно считать выровненным (средняя гребнистость - 2,6 см). Это может объяснять- ся как высокой степенью крошения почвы, так и практически обязательным наличием катка в конструкции дискаторов. При этом дискаторы заделывают в почву около 80% растительных остатков, а плуги - почти 100%.

Некоторые технико-экономические и эксплуатационные характеристики орудий, используемых для крошения и оборота почвенного пласта, представлены в таблице 2.

В таблице приняты следующие обозначения: У_р - средняя скорость движения почвообрабатывающего агрегата, км/ч; В_р - рабочая ширина захвата почвообрабатывающего орудия, м; а_ср - средняя глубина обработки почвы, см; И/_о - производительность почвообрабатывающего агрегата за час основного времени, га/ч; И/_э - производительность агрегата за час эксплуатационного времени, га/ч; д_уд - удельный расход топлива при обработке почвы, кг/га; т - масса почвообрабатывающего орудия, кг; Про - количество рабочих органов на орудии, шт; Ст - стоимость орудия (по данным завода-изготовителя в ценах 2014-15 гг.), тыс. руб.

Таблица 2 - Характеристики плугов для отвальной вспашки

Средняя рабочая скорость пахотных агрегатов около 8 км/ч, МТА с дискаторами - 10,8 км/ч. Коэффициент использования времени смены для «классических» плугов составил 0,68; для оборотных - 0,75; при дисковании - около 0,71. Производительность дисковых орудий в среднем больше, чем у плугов примерно в 2,3 раза. Среднее значение удельного расхода топлива при работе «классических» плугов составляет 16,53 кг/га, при работе агрегатов с оборотными плугами - в 1,11 раза больше. Средний удельный расход топлива при дисковании - 7,26 кг/га. Приведенная металлоемкость плугов для свально-развальной вспашки - 645 кг/м, дискаторов - 855,5 кг/м; оборотных плугов -1437 кг/м. Стоимость исследуемых орудий варьируется в широких пределах. При примерно равной ширине захвата стоимость оборотных плугов выше в 3,2 раза, чем плугов для свально-развальной вспашки. Примерная приведенная стоимость дискаторов (в ценах 2015 года) - 205 тыс. руб./м. Удельная стоимость (в ценах 2015 года) для «классических» плугов составляет около 165 руб./кг, для дискаторов - около 240 руб./кг, для оборотных плугов - 337 руб./кг.

Выводы. В целом проведенное исследование позволило выявить основные статистические показатели некоторых потребительских характеристик орудий, применяемых для крошения и оборота почвенного пласта. Анализ протоколов испытаний показал, что орудия к тракторам класса 8, а также лущильники производителями на испытания в 2014-2017 годах не поставлялись, а все испытанные оборотные плуги были предназначены для эксплуатации с тракторами тяговых классов 5-6. При этом было установлено, что отвальные плуги в среднем обеспечивают глубину обработки почвы в 2,5 раза больше, чем бороны, при более высокой равномерности. И те и другие орудия обеспечивают степень крошения обрабатываемого пласта выше 73%. При этом дисковые рабочие органы допол нительно обеспечивают измельчение растительной массы. Гребнистость поверхности поля после плугов -в среднем около 4,8 см, после прохода дисковых орудий - 2,6 см. Дискаторы заделывают в почву около 80% растительных остатков, а плуги - почти 100%. Средняя рабочая скорость отвальных плугов была примерно равна 8 км/ч, дисковых орудий - 10,8 км/ч. Коэффициент использования времени смены для «классических» плугов составил 0,68; для оборотных -0,75; для дискаторов - около 0,71. Среднее значение удельного расхода топлива при работе «классических» плугов - 16,5 кг/га, оборотных плугов - 18,4 кг/га, при дисковании - 7,26 кг/га. Приведенная металлоемкость плугов для свально-развальной вспашки составляет 645 кг/м, для дискаторов и оборотных плугов этот показатель выше соответственно в 1,33 и 2,23 раза. Примерная удельная стоимость (руб./кг) дискаторов и оборотных плугов в среднем выше, чем «классических» плугов в 1,45 и 2,04 раза соответственно. Полученные данные могут быть использованы при сравнительной оценке показателей работы новых машин, при планировании работы МТА, при проведении научных и учебных расчетов и т.д.