Технологические основы операции вспашки склоновых полей

В процессе возделывания сельскохозяйственных культур почва подвергается различным агротехническим обработкам, в частности вспашке. Агротехнические воздействия призваны создавать оптимальные условия для выращивания сельскохозяйственных культур, но вместе с тем они же могут разрушать почву (приводить к эрозиям различного рода), снижая ее плодородие. Это противоречие требует специальных мероприятий по поддержанию и восстановлению плодородия почвы, причем затраты на эти мероприятия будут тем меньше, чем меньше разрушается структура почвы. Так как разрушение (эрозия) почвы зависит от агроприемов и способов ее обработки, то актуальны задачи разработки и обоснования мероприятий по предотвращению или сдерживанию эрозии при вспашке.

Достаточно большая часть полей, используемых в земледелии, расположена на склонах.

Интенсивная отвальная обработка почвы склоновых полей лемешными плугами общего назначения приводит к постепенному перемещению пахотного слоя вниз по склону. Поэтому на всех склоновых полях толщина гумусного слоя на верхней части склона всегда меньше, чем на нижней части.

Использование глубокой безотвальной обработки почвы склоновых полей не всегда приносит ожидаемые положительные результаты, т.к. неизменная по глубине обработка почвы, наряду с многократными за период роста растений вегетационными поливами, вызывает сильное уплотнение почвы в горизонтах 25...30 и 36...40 см, образуя так называемую «плужную подошву». Эти плотные слои создают исключительно неблагоприятные условия для роста и развития корней и всего растения в целом. В уплотненные слои почвы затруднено проникновение поливной воды и корневой системы. В них подавлены микробиологические процессы [I].

Во многих проведенных исследованиях о работе плугов на склонах даются объяснения отдельным факторам, явлениям, подсказывающим технические реше ния, снижающие отрицательные моменты их работы, но не достаточно разработок, раскрывающих все закономерности работы плугов на склонах. Поэтому проводимое нами дальнейшее исследование данного вопроса направлено на повышение и сохранение плодородия почвы, увеличение урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур на склоновых полях.

Для получения хорошего качества вспашки с одновременным снижением ее энергоемкости при часто изменяющихся условиях работы плуга необходимо, чтобы лемешно-отвальная поверхность корпуса плуга могла менять свои параметры. В имеющихся предложениях по конструированию таких поверхностей изменение параметров осуществляется в зависимости от скорости вспашки, и не учитываются закономерности движения пласта при вспашке на склонах [2].

В работах по оптимизации лемешноотвальных поверхностей основное внимание уделяется снижению энергоемкости вспашки, но не следует забывать и качественные показатели, влияющие на урожайность сельскохозяйственных культур, сохранение и повышение плодородия почвы.

Практически все механические средства, используемые для глубокой обработки, предназначены для противоэрозионной вспашки склоновых полей, но они защищают склоны только от водной и ветровой эрозии почвы и никак не уменьшают систематическое перемещение почвы под действием механических обработок, т.е. механическую эрозию почвы [3].

Все сказанное выше подтверждает необходимость проведения исследований по обоснованию оптимизации параметров рабочих органов почвообрабатывающих орудий для защиты склонов от механической эрозии почвы.

Анализ движения право- и леворежущих рабочих органов плуга при обработке склоновых полей поперек склона (рис. 1, 2) позволил получить зависимости для определения углов постановки лезвия лемеха к стенке и дну борозды [1], cos Е = cos /7 cos е0 — sin р sin Еу cos у у; (1)

Z

Рис. 1. Схема к определению углов г_р и ^_р при движении праворежущего рабочего органа поперек склона

Рис. 2. Схема к определению углов £р и чР при движении леворежущего рабочего органа поперек склона sin£„siny() sin / =----------L;

sm^

COS 8 = COS р COS £₍₎ + sin р sin £₀ cos /₀, (3) где + Д - ^ - крутизна склона при отваливании пласта соответственно вниз и вверх по склону;

Qa 7^- конструктивные углы рабочих органов соответственно углов постановки лезвия лемеха ко дну и к стенке борозды;

е_р, 7р - У^глы. которые принимают углы Ео и 70 при работе на склоновых полях.

При движении праворежущего рабочего органа поперек склона и при отрицательном значении угла р пласт будет отваливаться вверх по склону. В этом случае изменения его угловых параметров будут определяться по зависимостям 3 и 2. А при движении леворежущего рабочего органа поперек склона и при отрицательном значении угла Д пласт будет отваливаться вниз по склону. Тогда изменения угловых параметров у этого рабочего органа будут находиться по зависимостям 1 и 2. При движении праворежущего рабочего органа поперек склона, когда отваливание пласта происходит вниз по склону, изменение его угловых параметров можно определить по зависимостям 1 и 2, а для определения изменения угловых параметров леворежущего рабочего органа при отваливании пласта вверх по склону можно использовать формулы 3 и 2.

Анализ вышеприведенных зависимостей показывает, что при работе почвообрабатывающих орудий на односкатных склонах угловые параметры их рабочих органов изменяются как от направления движения, так и от крутизны склона. Об изменении углов е_р и ^_р можно судить по расчётным данным, представленным в таблице 1, в которой приведены диапазоны изменения параметров рабочих органов.

Таблица 1

Угол склона, град	Параметры плуга		Параметры плуга
	Угол постановки лезвия лемеха к стенке борозды, 7Г , град	Угол постановки лезвия лемеха ко дну борозды, Ер, град	У гол постановки лезвия лемеха к стенке борозды, 7Р, град	Угол постановки лезвия лемеха ко дну борозды, Ер, град
движение агрегата поперек склона с оборотом пласта вниз по склону			движение агрегата поперек склона с оборотом пласта вверх по склону
3	34	29	42	24
6	31	31	47	23
9	28	33	53	22

Изменение параметров плуга в зависимости от угла склона и направления движения агрегата

Эти данные указывают на то, что на склонах рабочие органы в зависимости от направления движения работают с другими параметрами. Следовательно, у них будут различные агротехнические и энергетические показатели работы. Так, наблюдаемый механический снос почвы при обработке на склоновых полях можно объяснить и тем, что при движении почвообрабатывающих орудий вниз по склону (особенно плугов)

угол постановки образующих рабочей поверхности рабочих органов к направлению движения значительно возрастает. Это приводит к увеличению перемещения почвы вниз по склону.

Наблюдаемый различный оборот пласта при вспашке склонов поперек объясняется резким изменением углов ер и 7р лемешно-отвальной поверхности. Так, при движении пахотного агрегата по горизон- тали и при отваливании пласта вверх по склону у лемешно-отвальной поверхности углы Ер уменьшаются, а ур увеличиваются, при отваливании пласта вниз по склону -наоборот [I].

При изменении склона от 3 до 9 градусов от среднего значения (при угле склона 6 градусов) отклонение угла у_р незначительно и не превышает 6 градусов. Это позволяет предположить, что можно устанавливать постоянные значения Ер и ур в пределах рабочих склонов.

Известно, что в любой точке рабочей поверхности конкретного рабочего органа угол во изменяется в небольших пределах, и с учетом тригонометрической функции его можно считать постоянным. Угол уо изменяется в зависимости от параметров склона и направления движения и, кроме того, может регулироваться. Но при установленном угле ур для каких-то условий вспашки (угол склона и направления движения) он не изменяется, то есть остается постоянным. Это позволяет принять, что произведения sin ео cos уо и sin eq sin уо являются постоянными величинами для определенной крутизны склона и направления движения. Учитывая это и анализируя приведенные выше зависимости (1, 2, 3), можно констатировать, что при движении рабочего органа по горизонталям склона sin ур sin 8 = sin ^ sin /0 = const. (4)

Анализ приведенных зависимостей показывает, что при движении почвообрабатывающего орудия поперек склона, когда пласт отваливается вверх по склону, у его рабочего органа угол е_р уменьшается, а угол у_р возрастает, а когда пласт отваливается вниз по склону - наоборот. Эта закономерность подтверждается данными таблицы I.

Перемещение пласта при вспашке складывается из перемещения почвы по лемешно-отвальной поверхности S (пласт перемещается по траектории S_w, которая приближается к геодезической линии), что подтверждается выражением (5):

8 = и - и = 5 ,   (5)

Dp где Ър — скорость перемещения почвы по лемешно-отвальной поверхности, м/с;

т^ - время нахождения почвы на лемешно-отвальной поверхности, с.

Так, для лемешно-отвальной поверхности с углом постановки лезвия лемеха к стенке борозды у_р - 38 перемещение почвы составляет 5 - S_mp = 0,85 м, а для рабочей поверхности с у_р = 42 5 = S_mp = 0,81 м и перемещения после схода с отвала.

Рассматривая движение частиц пласта после схода с лемешно-отвальной поверхности, получили зависимость для определения абсолютного перемещения частиц пласта вниз по склону при движении агрегата поперек склона:

и sin 2ysin —

Ус - У О = 2tg I Д |------------- Р (6)

g

Расчетные значения величин перемещения пласта (сноса почвы) представлены в таблице 2, а экспериментальные данные -в таблице 3.

Полученные зависимости (1-6) и приведенные данные (табл. 2, 3) указывают на то, что для обеспечения качественной обработки почвы на склонах уменьшения механической эрозии почвы почвообрабатывающие орудия должны иметь рабочие органы с регулируемыми угловыми параметрами. Изменения этих параметров при регулировке должны учитывать как крутизну склонов, так и направление движения почвообрабатывающего агрегата [1,2].

Для сохранения и поддержания плодородия почвы важным условием является оборот пласта с минимальным перемещением в сторону отбрасывания и по ходу движения агрегата. Решение этого вопроса достигается чередованием направлений движения пахотного агрегата с отбрасыванием пласта почвы вверх и вниз по склону поля за цикл обработки.

Таблица 2