Разработка технического средства для поверхностной обработки почвы

Введение. Для совершенствования технологий возделывания сельскохозяйственных культур с целью создания более благоприятных условий их произрастания необходима разработка новых и совершенствование существующих машин и орудий. Поверхностное рыхление почвы при вегетации растений оказывает положительное влияние на использование влаги, питательных веществ и газообмен [1-5]. Технически это не простая задача, так как при этом культурные растения должны получить минимальное воздействие от рабочих органов почвообрабатывающих машин.

Поставленную задачу можно решить при использовании ротационной игольчатой бороны-мотыги. Борона-мотыга является многофункциональным орудием, которое эффективно применяют для закрытия влаги в почве, разрушения почвенной корки, уничтожения ростков сорняков, улучшения проницаемости воздуха. Особенности конструкции рабочих органов и режимов работы орудия обеспечивают рациональное воздействие на поверхностный слой почвы при качественном выполнении технологического процесса с одновременным щадящим минимально травмирующим воздействием на культурные растения. Использование этого орудия является альтернативой гербицидным методам борьбы с сорными растениями, к тому же оно оказывает комплексное воздействие на почву.

Используя вышеприведенные предпосылки, Центром инжиниринга и трансфера АЧИИ ФГБОУ ВО Донской ГАУ была разработана борона-мотыга БМТ-6, которая изготавливается ООО «Таганрогсельмаш» в г. Таганроге.

Целью разработки бороны является обеспечение возможности рыхления почвы на глубину 12-14 см, полное уничтожение всходов сорных растений, снижение использования гербицидов и травматизма культурных растений [6-10,12].

Методика исследования. С целью проверки теоретических предпосылок, использованных при раз- работке бороны-мотыги, было проведено экспериментальное исследование. Для осуществления исследования было реализованы лабораторно-полевые испытания заводского образца орудия. Испытания бороны были проведены ФГБУ «Северо-Кавказская МИС» [11] на полях Агротехнологического центра АзовоЧерноморского инженерного института ФГБОУ ВО Донской ГАУ и на полях ГБ ПОУ РО «Зерноградский техникум агротехнологий» в 2017 году.

Лабораторно-полевые испытания бороны-мотыги БМТ-6 для поверхностной обработки почвы проводились при реализации технологий возделывания с.-х. культур, в частности по фону с вегетирующи ми растениями ярового ячменя и подсолнечника соответственно. Орудие на обоих фонах агрегатировалось с трактором МТЗ-80. Испытания бороны проведены в условиях, соответствующих предъявляемым требованиям.

Борона-мотыга БМТ-6 (рисунок 1) предназначена для довсходового и послевсходового боронования посевов полевых культур (зерновых, пропашных, технических), ухода за парами с целью: поверхностного рыхления и аэрации почвы; уничтожения нитевидных всходов сорняков; разрушения почвенной корки; подготовки почвы под посев.

Рисунок 1 - Борона-мотыга БМТ-6 в транспортном положении

Важнейшей особенностью орудия является возможность проведения ранневесеннего боронования озимой пшеницы в зонах засушливого земледелия.

Борона-мотыга агрегатируется с тракторами класса 1,4-2,0 (МТЗ-80, МТЗ-82, МТЗ-1221 и др.) с помощью автосцепки СА-1. Тип агрегатирования в транспортном положении - полунавесной, в рабочем - навесной.

Для качественной работы бороны-мотыги почва на участке должна соответствовать следующим требованиям: влажность почвы в слое от 0 до 10 см должна быть не более 35%; твёрдость почвы в том же слое должна быть не более 2,5 МПа; уклон поля должен быть не более 8%.

Борона-мотыга БМТ-6 состоит из следующих основных частей: рамы с навесным устройством, секций рабочих органов с игольчатыми колёсами, транспортного устройства. В состав транспортного устройства (рисунок 1) входят: прицепное устройство, балка колёс, стойки и колеса.

Секция рабочих органов (рисунок 2) состоит из кронштейна 1, на оси которого подвижно установлена стойка 2, на другом конце стойки шарнирно установлен балансир 3. На осях балансира в подшипниковых узлах установлены игольчатые колеса 4. Пружина 5 способствует заглублению игольчатых колёс и копированию поверхности поля рабочими органами. Кронштейн 1 закреплён на раме орудия при помощи скобы 6.

1 - кронштейн; 2 - стойка; 3 - балансир; 4 - колесо игольчатое; 5 - пружина; 6 - скоба Рисунок 2 - Секция рабочих органов

Рисунок 3 - Борона-мотыга БМТ-6 в работе

Таблица 1 - Техническая характеристика бороны-мотыги БМТ-6

Показатель	Значение показателя по:
	ТУ         |         данным испытаний
Марка машины	БМТ-6
Тип изделия: -    в транспортном положении -    в рабочем положении	Полунавесной Навесной
Агрегатируется	Тракторы класса 1,4; 2,0	1,4(МТЗ-80)
Скорость движения агрегата, км/ч	До 15	12,0-14,8
Ширина захвата, м: - конструкционная - рабочая	6,0±0,2 6,0±0,2	6,0 5,85-6,0
Производительность, га/ч: -    основного времени -    эксплуатационного времени	До 9,0 До 6,3	8,37-8,89 6,17-6,30
Габаритные размеры машины, мм: в рабочем положении -длина -    ширина -    высота в транспортном положении -длина -    ширина -    высота	2045±250 6895±100 1050±150 7538±250 2045±100 1780±150	2115 7160 1780 (по колёсам транспортного устройства) 7815 2135 1705
Масса машины конструкционная, кг	1210±10%	1250
Количество секций рабочих органов, шт.	33	33
Количество дисков, шт.	66	66
Расстояние между рабочими органами, мм	85	84-93
Расстояние между секциями рабочих органов, мм	185	177-186
Диаметр рабочих органов, мм	550	560

Технологический процесс обработки почвы разработанной бороной-мотыгой происходит в следующем порядке (рисунок 3). При поступательном движении агрегата по полю рабочие органы орудия, игольчатые колеса, снабженные шестнадцатью иглами круглого сечения из пружинной стали каждое, под действием сил сжатия пружин заглубляются в почву, одновременно игольчатые колёса вращаются, и иглы за счёт своей геометрической формы интенсивно рыхлят почву.

Вращение игольчатых колёс осуществляется от воздействия почвы на рабочую поверхность игл, при этом подпружиненная стойка и балансирная подвеска секции рабочих органов копируют рельеф поверхности почвы. Иглы колёс начинают входить в почву практически вертикально, а выходят из неё под углом, при этом происходит резкий выброс почвы, что способствует насыщению почвы воздухом (воздух приблизительно на 78% состоит из азота, который необходим для жизнедеятельности растений), разрушению корки на поверхности почвы и капилляров внутри почвы, эффективному уничтожению ростков сорных растений. Движение по полю агрегатом осуществляется челночным способом.

Техническая характеристика бороны-мотыги БМТ-6 приведена в таблице 1.

Агротехнические показатели при лабораторнополевых испытаниях приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Эксплуатационно-технологические и агротехнические показатели при лабораторно-полевых испытаниях

Показатель	Значение показателя по:
	ТУ	данным испытаний
Состав агрегата	Тракторы класса 1,4; 2,0	БМТ-6+МТЗ-80
Вид работы	Боронование	Боронование посевов ярового ячменя		Боронование посевов подсолнечника
Скорость движения агрегата, км/ч	До 15	12,0	14,3	12,9	14,5
Тяговое сопротивление машины, кН	Нет данных	4,1	5,2	4,7	5,0
Часовой расход топлива, кг/ч	Нет данных	9,1	10,0	9,0	9,8
Рабочая ширина захвата, м	6,0±0,2	5,8	5,9	5,9	6,0
Производительность, га/ч: - основного времени	До 9,0	6,9	8,4	7,6	8,7
- эксплуатационного времени	До 6,3	5,1	6,2	5.6	6,4
Глубина обработки: - средняя, см	3-8	4,5	4,2	3,3	3,3
- стандартное отклонение, см	Нет данных	0,98	0,86	0,75	0,55
- коэффициент вариации, %	Нет данных	22,2	20,7	22,6	16,2
Вынос влажного слоя почвы: влажность почвы, %: - до прохода, в слоях, см:
от 0 до 3 включ.		17,7	17,7	14,8	14,8
св. 3 до 6 включ. св. 6 до 9 включ.	Нет данных	25,0 25,1	25,0 25,1	24,5 25,5	24,5 25,5
- после прохода, в слоях, см:
от 0 до 3 включ.		18,8	19,2	16,5	15,9
св. 3 до 6 включ.		25,4	24,2	24,6	24,0
св. 6 до 9 включ.		25,3	25,2	25,5	25,8
Гребнистость поверхности почвы, см	Не более 3	1,2	1,4	0,9	1,2
Крошение почвы, %, размеры фракций до 25 мм	Не менее 75	94,4	93,2	93,7	92,6
Уничтожение нитевидных сорняков, %	Не менее 90	100	100	100	100
Разрушение почвенной корки, %	Не менее 90	Отсутствует	Отсутствует	100	100
Повреждение культурных растений, %	Доз	0	0	0,98	1,44

При проведении исследования рациональная и максимальная скорости движения агрегата на фоне с вегетирующими растениями ярового ячменя составили соответственно 12,0 и 14,3 км/ч, что соответствует требованиям технических условий на изготовление (ТУ) до 15 км/ч. При выполнении исследований на фоне с вегетирующими растениями подсолнечника рациональная и максимальная скорости движения агрегата составили соответственно 12,9 и 14,5 км/ч и соответствовали нормативному документу.

Результаты исследований и их обсуждение. На каждом фоне орудие осуществило качественную обработку почвы, полное уничтожение всходов сорных растений и бережное обращение с культурными растениями на рациональной и максимальной рабочих скоростях движения агрегата (таблица 2).

Ширина захвата обработки почвы на обоих фонах с увеличением скорости движения увеличивается с 5,85 м до 6,0 м и соответствует ТУ (6,0±0,2 м).

Орудие обеспечивает среднюю глубину обработки почвы на фоне с вегетирующими растениями ярового ячменя в интервале 4,2-4,5 см, при этом прослеживается тенденция уменьшения средней глубины при увеличении скорости движения агрегата.

На фоне с вегетирующими растениями подсолнечника получена средняя глубина обработки почвы 3,3 см, из-за большей плотности почвы. Необходимо отметить, что на каждом из фонов удалось получить хорошую устойчивость хода рабочих органов соответственно ±0,86-0,98 см и ±0,55-0,75 см, а глубина проникновения игл в почву достигает 14 см в зависимости от жесткости пружины секции.

При обработке почвы орудием вынос влажного слоя почвы на поверхность незначителен и находится в пределах 1,1-1,7%. Рабочие органы бороны качественно выравнивают поверхность почвы. Гребнистость поверхности почвы составила 0,9-1,4 см, что соответствует ТУ (не более 3 см). Почвенная корка на фоне с вегетирующими растениями подсолнечника разрушается полностью, а на втором фоне - отсутствовала.

На качественное рыхление почвы орудием указывает и наличие после прохода орудия фракций почвы размером до 25 мм от 92,6% до 94,4%, при нижнем пределе требований ТУ не менее 75%.

Нитевидные сорные растения на обоих фонах и скоростных режимах уничтожаются полностью. При этом гибель культурных растений ярового ячменя не была выявлена. Наблюдается лишь незначительное повреждение листового аппарата отдельных растений. На фоне с вегетирующими растениями подсолнечника отмечена гибель культурных растений в пределах 0,98-1,44%, при этом соблюдается требование ТУ не более 3%.

При проведении исследования тяговое сопротивление орудия составило 4,1-5,2 кН, что свидетельствует о резерве увеличения ширины захвата для тракторов тягового класса 1,4 до 15 м. Удельный расход топлива за время исследования при глубине обработки до 4 см составил 1,59 кг/га, при глубине обработки до 5 см составил 1,66 кг/га, что гарантирует низкие затраты на проведение работ при получении большого эффекта от насыщения почвы азотом и от сохранения почвенной влаги.

Выводы. Таким образом, в условиях 2017 года борона-мотыга БМТ-6 в агрегате с трактором МТЗ-80 по качеству работы соответствовала предъявляемым требованиям и вписывается в технологии производства сельскохозяйственных культур.

По тяговым и мощностным показателям борона удовлетворительно агрегатируется с трактором МТЗ-80 на бороновании посевов ярового ячменя и подсолнечника.

По результатам испытаний производительность в час основного времени на бороновании посевов ячменя составила 8,4 га при рабочей скорости 14,3 км/ч и рабочей ширине захвата 5,9 м. На бороновании всходов подсолнечника производительность в час основного времени получена 8,7 га при рабочей скорости 14,5 км/ч и рабочей ширине захвата 6,0 м. Полученные на обоих фонах показатели соответствуют требованиям ТУ.

По безопасности и эргономичности конструкции борона-мотыга БМТ-6 соответствует требованиям ГОСТ Р 53489. Борона-мотыга БМТ-6 безопасна при эксплуатации и проведении технического обслуживания, обеспечивается безопасность транспортирования по дорогам общего пользования.

За период испытаний в объёме наработки 126 часов по бороне-мотыге БМТ-6 выявлено два отказа: один отказ конструкционный и один производственного характера.

Конструкция бороны-мотыги БМТ-6 требует доработки в части подбора характеристик пружин стоек рабочих органов (по жёсткости), обеспечивающих увеличение вертикальной нагрузки на рабочие органы.

Борона вписывается в технологию производства сельскохозяйственной продукции.

Борона-мотыга БМТ-6 рекомендуется к применению в сельскохозяйственном производстве.