Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние проблемы и задачи исследований 20
1.1 Характеристика современного состояния сельского хозяйства 20
1.1.1 Основные показатели производства сельскохозяйственной продукции в Республике Татарстан 21
1.1.2 Технологическое и техническое оснащение отрасли растениеводства 28
1.1.3 Эффективность и агроэкологические аспекты производства продукции растениеводства 36
1.1.4 Агроклиматические и почвенные условия Среднего Поволжья на примере Республики Татарстан 41
1.2 Обзор исследований по проблеме 47
1.2.1 Агротехнические аспекты обработки почвы 47
1.2.2 Технологические аспекты обработки почвы 53
1.2.2.1 Противоэрозионная обработка почвы 53
1.2.2.2 Послойная обработка почвы с одновременным разрушением плужной подошвы 56
1.2.2.3 Обработка поверхностного слоя почвы 58
1.2.3 Энергосберегающие факторы обработки почвы 62
1.2.4 Основные направления совершенствования почвосберегающих приемов и машин обработки почвы 65
1.3 Задачи исследований 68
2 Агроэкологическая и энергетическая оценка технологий обработки почвы 71
2.1 Методика исследований по обоснованию элементов технологии обработки почвы 71
2.2 Изменение плотности почвы в зависимости от агротехнических приемов ее обработки 73
2.3 Основные агроэкологические свойства почвы и их изменения в зависимости от агротехнических приемов ее обработки 80
2.3.1 Влажность почвы 80
2.3.2 Содержание элементов питания в почве 84
2.3.3 Фитосанитарное состояние посевов сельскохозяйственных культур 86
2.3.3.1 Засоренность 86
2.3.3.2 Поражение растений болезнями 90
2.3.4 Урожайность сельскохозяйственных культур 92
2.4 Энергетическая эффективность получения урожая сельскохозяйственных культур в зависимости от технологий обработки почвы 96
2.5 Экономическая эффективность производства продукции растениеводства в зависимости от технологий обработки почвы 102
Выводы 105
3 Теоретическое обоснование параметров технических средств с ротационными рабочими органами для обработки почвы 106
3.1 Системный анализ факторов взаимодействия «растение-среда-машина» 106
3.2 Физико-механические аспекты обработки почвы 110
3.3 Теоретическое обоснование параметров машин с ротационными рабочими органами для обработки почвы 112
3.3.1 Теоретические исследования противоэрозионного агрегата для глубокой послойной обработки почвы 114
3.3.1.1 Уравнения движения ротационного органа комбинированного почвообрабатывающего орудия 114
3.3.1.2 Исследование процесса взаимодействия дискового рабочего органа с почвой 117
3.3.1.3 Определение реактивного момента, действующего на режущий диск 122
3.3.1.4 Обоснование взаимного размещения рабочих органов на раме комбинированного орудия 124
3.3.1.5 Определение диаметра и радиуса кривизны дисковых рабочих органов 128
3.3.1.6 Влияние конструктивных факторов на устойчивость вращения дисков 129
3.3.2 Теоретические исследования ротационного орудия для поверхностной обработки почвы 135
3.3.2.1 Уравнения движения ротационного конического рабочего органа.. 135
3.3.2.2 Исследование процесса взаимодействия ротационного конического рабочего органа с почвой 137
3.3.2.3 Обоснование взаимного расположения ротационных конических рабочих органов на раме машины 144
3.3.2.4 Определение динамических показателей ротационного конического рабочего органа 149
3.3.3 Теоретические исследования дискового культиватора для мелкой обработки почвы 157
3.3.3.1 Зависимости деформации пласта почвы между дисками рабочего органа 157
3.3.3.2 Исследование возможности отделения частиц почвы от массива 166
3.3.3.3 Движение почвы по дискам после отделения от монолита 167
3.3.4 Теоретические исследования вибрационной бороны в составе агрегата для предпосевной обработки почвы 174
3.3.4.1 Колебание рабочего органа вибрационной бороны, как системы с конечным числом степеней свободы 174
3.3.4.2 Формирование матриц жесткости и масс конечного элемента при исследовании деформации изгиба 174
3.3.4.3 Формирование матриц жесткости и масс рамного конечного элемента 181
Выводы 183
4 Методика и программа исследований, применяемые приборы и аппаратура 185
4.1 Программа экспериментальных исследований 185
4.2 Особенности методики планирования эксперимента в исследованиях 186
4.3 Методика определения агрофизических свойств и гребнистости поверхности почвы 187
4.3.1 Приборы и оборудование, используемые при исследовании свойств почвы 187
4.3.2 Методика определения основных показателей агрофизических свойств почвы 188
4.3.3 Методика определения степени крошения почвы 189
4.3.4 Методика определения гребнистости поверхности почвы 190
4.4 Методика лабораторных опытов 191
4.4.1 Определение сопротивления почвы сжатию и сдвигу 191
4.4.2 Исследование тягового сопротивления ротационного рабочего органа 191
4.4.3 Исследования по вытягиванию сорняков из почвы 194
4.5 Методика экспериментальных исследований по обоснованию конструктивно-технологических схем и определению оптимальных параметров почвообрабатывающих орудий 195
4.5.1 Методика исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы и определению оптимальных параметров опытного орудия КПО-2,5 для глубокой послойной обработки почвы 195
4.5.1.1 Устройство экспериментального орудия 195
4.5.1.2 Методика исследований тягового сопротивления 196
4.5.1.3 Методика исследований устойчивости вращения режущих дисков 196
4.5.1.4 Методика исследования агротехнических показателей работы опытного орудия 198
4.5.1.5 Определение необходимого числа экспериментов 198
4.5.1.6 Выбор факторов и интервалов их варьирования для математического планирования агротехнических исследований 199
4.5.2 Методика исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы и определению оптимальных параметров опытного орудия КРО-2,5 для поверхностной обработки почвы 200
4.5.2.1 Устройство экспериментального орудия 200
4.5.2.2 Устройство тензометрической навески конструкции ВИСХОМ 201
4.5.3 Методика исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы и определению оптимальных параметров опытного дискового культиватора КД-2,7 для мелкой обработки почвы 202
4.5.3.1 Устройство экспериментальной установки с рабочим органом дискового культиватора 202
4.5.3.2 Выбор факторов и интервалов их варьирования для математического планирования лабораторно-полевых опытов 203
4.5.3.3 Устройство опытного образца дискового культиватора 204
4.5.3.4 Выбор факторов и интервалов их варьирования для математического планирования полевых опытов с дисковым культиватором 205
4.5.4 Методика исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы и определению оптимальных параметров вибробороны ВБ-2,1 в составе агрегата для предпосевной обработки почвы. 206
4.5.4.1 Методика лабораторно-полевых опытов по выбору частоты и амплитуды колебаний рабочего органа вибробороны 206
4.5.4.2 Устройство опытного образца вибробороны 207
4.5.4.3 Методика исследования агротехнических показателей работы вибро-бороны в составе комбинированного агрегата МТЗ-80+АГ2,1-20 208
4.6 Методика обработки результатов экспериментальных исследований 209
5 Результаты лабораторных исследований 210
5.1 Опыты по определению механических параметров почвы 210
5.1.1 Сопротивление почвы сжатию 210
5.1.2 Сопротивление почвы сдвигу 214
5.2 Результаты лабораторных исследований силовых параметров и частоты вращения ротационного рабочего органа 215
5.3 Опыты по определению сопротивления вытягиванию сорняков из почвы 223
5.4 Результаты лабораторно-полевых опытов по оптимизации параметров дискового культиватора 225
5.4.1 Оценка степени крошения почвы рабочим органом дискового культиватора 225
5.4.2 Результаты исследований по отделению частиц почвы от массива и их движению 232
5.4.3 Результаты исследований по вытягиванию сорных растений из почвы 234
5.5 Результаты лабораторных опытов по определению прочностных характеристик вибрационной бороны и собственной частоты колебаний конструкции методом численных экспериментов 237
5.5.1 Результаты лабораторно-полевого опыта по выбору частоты и амплитуды колебаний рабочего органа вибробороны 237
5.5.2 Результаты численного эксперимента по определению напряжений в материале витков спирали и стойки 239
5.5.3 Результаты численного эксперимента по определению собственной частоты колебаний конструкции 243
Выводы 259
6 Результаты экспериментальных исследований 262
6.1 Результаты экспериментальных исследований противоэрозионного орудия КПО-2,5 для глубокой послойной обработки почвы 262
6.1.1 Технологический процесс послойной обработки почвы с одновременным разрушением плужной подошвы 262
6.1.2 Исследование влияния конструктивных и эксплуатационных параметров орудия на его технологические показатели 262
6.1.3 Исследование сохранности стерни на поверхности почвы 268
6.1.4 Определение степени крошения почвы и содержания в ней эрозионно-опасных частиц 269
6.1.5 Результаты исследований поперечного сечения пласта и водопроницаемости почвы 271
6.1.9 Результаты испытаний орудия для глубокой послойной обработки почвы в производственных условиях 273
6.2 Результаты экспериментальных исследований ротационного орудия КРО-2,5 для поверхностной обработки почвы 274
6.2.1 Оценка конструктивно-технологической схемы почвообрабатывающего орудия с ротационными рабочими органами 274
6.2.2 Результаты исследования степени крошения почвы в полевых условиях 276
6.2.3 Результаты исследования гребнистости поверхности поля 277
6.2.4 Экспериментальная проверка взаимного размещения ротационных рабочих органов на раме почвообрабатывающего орудия 278
6.3 Результаты исследований экспериментального дискового культиватора КД-2,7 для мелкой обработки почвы 279
6.3.1 Конструктивно-технологическая схема дискового культиватора 279
6.3.2 Результаты исследований технологических параметров дискового культиватора 281
6.3.3 Результаты исследования по проверке конструктивных параметров дискового культиватора 293
6.4 Результаты экспериментальных исследований вибробороны ВБ-2,1 в составе агрегата для предпосевной обработки почвы 295
6.4.1 Конструктивно-технологическая схема вибробороны 295
6.4.2 Результаты агротехнических исследований вибробороны по ее включению в агрегат для предпосевной обработки почвы 296
6.4.3 Проверка продольной устойчивости агрегата МТЗ 82+АГ 2,1-20 с вибробороной для предпосевной обработки почвы 302
Выводы 303
7 Экономическая эффективность использования новых технических средств для разноглубинной обработки почвы 307
7.1 Результаты испытаний разработанных технических средств для разноглубинной обработки почвы в производственных условиях 307
7.1.1 Результаты испытаний орудия КПО-2,5 для глубокой послойной обработки почвы 307
7.1.2 Результаты испытаний орудия КРО-2,5 для поверхностной обработки почвы 310
7.1.3 Результаты испытаний дискового культиватора КД-2,7 для мелкой обработки почвы 312
7.1.4 Результаты испытаний комбинированного орудия с вибробороной ВБ-2,1 для предпосевной обработки почвы 315
7.2 Экономическая эффективность использования новых почвообрабатывающих агрегатов 318
7.3 Энергетическая оценка использования новых почвообрабатывающих агрегатов 326
Выводы 330
8 Перспективные способы обработки почвы и новые технические решения для их реализации 332
8.1 Способ противоэрозионной обработки почвы на склонах и устройство для его осуществления 332
8.2 Способ безотвальной обработки склоновых земель и устройство для его реализации 336
8.3 Ротационное орудие для поверхностной обработки почвы 342
8.4 Винтовая борона-каток для поверхностной обработки почвы 344
8.5 Борона ротационная мульчирующая для поверхностной предпосевной обработки почвы 346
8.6 Ротационный рабочий орган для поверхностной обработки почвы 348
8.6.1 Ротационный рабочий орган на основе спиральнозубового барабана с вибраторами 348
8.6.2 Ротационный рабочий орган на основе двух спиральнозубовых барабанов, установленных консолей 350
8.7 Устройство для обработки междурядий пропашных культур 351
Заключение 354
Список литературы 358
- Технологическое и техническое оснащение отрасли растениеводства
- Влияние конструктивных факторов на устойчивость вращения дисков
- Оценка степени крошения почвы рабочим органом дискового культиватора
- Способ безотвальной обработки склоновых земель и устройство для его реализации
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Для устойчивого производства конкурентоспособной продукции сельского хозяйства необходимо дальнейшее совершенствование технической базы агротехнологий на принципах энерго-ресурсосбережения, а также снижения негативного воздействия на окружающую среду.
Одним из наиболее важных из всего комплекса техногенных факторов, обеспечивающих оптимизацию условий окружающей среды, является обработка почвы. На ее долю приходится свыше 40% прямого расхода топлива. Обработка почвы решает комплекс задач, связанных с созданием оптимальных воздушного, водного, теплового и питательного режимов, а, следовательно, условий биологической деятельности роста и развития растений. В этой связи обеспечение ресур-соэнергоэкономичности и низкозатратности производства продукции растениеводства путем дифференцированного, природоохранного и энергосберегающего применения новых технических средств для разноглубинной обработки почвы в условиях Среднего Поволжья является важной научной проблемой в земледелии, решение которой имеет существенное хозяйственное значение для страны.
В результате анализа состояния отрасли растениеводства и, в частности, анализа технологии обработки почвы была выработана рабочая гипотеза: повышение экономической эффективности растениеводства и экологической безопасности технологических приемов обработки почвы может быть достигнуто за счет дифференцированного использования технических средств на основе ротационных рабочих органов для разноглубинной ее обработки.
Степень разработанности темы. Научные основы механической обработки почвы заложены в трудах В.П. Горячкина, М.Х. Пигулевского, В.В. Кацы-гина, А.Н. Гудкова, Г.Н. Синеокова, В.А. Желиговского, П.Н. Бурченко, А.Б. Лурье, И.М. Панова, В.В. Бледных, А.И. Любимова, Р.С. Рахимова, В.И. Медведева, Т.М. Гологурского, Я.П. Лобачевского, Ю.И. Матяшина, Н.К. Мазитова, И.И. Максимова, В.А. Милюткина, М.Н. Чаткина, А.П. Акимова, П.Г. Свечни-кова, Ф.Ф. Мухамадьярова, Г.С. Юнусова, Ю.Ф. Казакова, С.Г. Мударисова, А.С. Кушнарева, M.L. Nichols, W.R. Gill, W. Soehne и многих других.
На основе анализа выполненных ранее исследований по разработке и внедрению энергоресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур и технических средств обработки почвы отмечаем, что они проводились без должного комплексного и системного анализа факторов, обеспечивающих низкозатратность и экологическую безопасность получения сельскохозяйственного сырья, защиту почвы от уплотнения и эрозии. Недостаточное внимание уделено проблемам разработки и совершенствования машин для разноглубинной обработки почвы на основе ротационных рабочих органов бесприводного действия, которые обеспечивают скользящее резание, способствующее уменьшению тягового сопротивления орудия. При решении задач оптимизации технологических процессов не всегда учитываются механические параметры почвы, определяющие реальные процессы взаимодействия ее с рабочими органами машин.
Исследования, на основе которых подготовлена данная диссертация, выполнялись в соответствии с планами научно-исследовательских работ Казанского государственного аграрного университета на 2008-2012 гг. по теме «Механико-
технологические основы разработки и совершенствования почвообрабатывающих машин для почвозащитного земледелия» (ВНИТИЦ, № 01201000402), а также в соответствии с планами научно-исследовательских работ Минсельхоза РФ: на 2009 г. (ВНИТИЦ, № 01201000407), на 2010 г. (ВНИТИЦ, № 01201100074), на 2011 г. (ВНИТИЦ, № 01201200041), на 2016 г. (ЕГИСУ НИ-ОКТР, № ААА-А17-117031300035-3); Министерства сельского хозяйства и продовольствия РТ: на 2005-2012 гг. по теме «Внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур с минимальной обработкой почвы и по системе No-till в условиях Республики Татарстан» (ЕГИСУ НИОКТР, № АААА-А17-117040500464-0) и в рамках конкурсов «У.М.Н.И.К.» (госконтракт № 9983р/16814) и Старт-1 (госконтракт № 11987р/21949) Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Цель работы: повышение эффективности обработки почвы на основе совершенствования технических средств с ротационными рабочими органами в условиях Среднего Поволжья.
В соответствии с целью поставлены следующие задачи исследования:
-
разработать на основе системного подхода к взаимодействию «растение-среда-машина» теоретические предпосылки обеспечения эффективности и низко-затратности производства продукции растениеводства путем дифференцированного использования новых технических средств, осуществляющих адаптированные, энергосберегающие и почвозащитные приемы высококачественной обработки почвы;
-
провести полевые исследования по обоснованию приемов высококачественной обработки почвы путем адаптации их к условиям Среднего Поволжья;
-
выполнить экспериментальные исследования по определению механических параметров почвы, определяющих реальные процессы взаимодействия с ней рабочих органов орудий;
-
разработать конструктивно-технологические схемы технических средств с ротационными рабочими органами для разноглубинной обработки почвы, адаптированных к условиям Среднего Поволжья;
-
получить аналитические зависимости процессов взаимодействия ротационных рабочих органов с почвой для обоснования рациональных конструктивных и технологических параметров опытных орудий при разноглубинной обработке;
-
выполнить экспериментальные исследования в полевых условиях по обоснованию конструктивных и технологических параметров разработанных орудий для разноглубинной обработки почвы;
-
провести испытания экспериментальных орудий и определить их агротехнические, энергетические и технико-экономические показатели работы в производственных условиях.
Концепция решения проблемы заключается в выявлении важнейших факторов среды с помощью системного анализа их взаимодействия и влияния на урожайность сельскохозяйственных культур и разработке на их основе комплекса ротационных почвообрабатывающих машин для разноглубинной обработки почвы, обеспечивающих повышение ее эффективности.
Объект исследований: технологические процессы, технические средства и их рабочие органы для разноглубинной обработки почвы в условиях Среднего Поволжья.
Предмет исследования: закономерности технологических процессов обработки почвы в условиях Среднего Поволжья.
Научную новизну составляют:
системный подход к взаимодействию «растение-среда-машина», техногенные факторы в качестве управляющего воздействия на почву и энергетическая эффективность процессов ее обработки как интегральный показатель оценки этой системы;
конструктивно-технологические схемы технических средств, адаптированных к условиям Среднего Поволжья и обеспечивающих разноглубинные приемы обработки почвы: комбинированного орудия для глубокой противоэрозионной послойной обработки почвы; орудия с ротационными коническими рабочими органами для поверхностной обработки почвы; дискового культиватора для мелкой обработки почвы; вибробороны в составе агрегата для предпосевной обработки почвы. Новизна технических решений защищена патентами РФ № 2215388, 84179, 98857, 2442304, 96313, 2400035, 2433582, 128060, 2520124, 140518, 2552364, 117058;
аналитические зависимости для определения основных конструктивно-технологических параметров орудий для обработки почвы на разную глубину с учетом ее физико-механических свойств;
математические модели процессов взаимодействия ротационных рабочих органов орудий для разноглубинной обработки почвы;
экспериментально-теоретическое обоснование конструктивных параметров вибробороны на основе модели движения упругой динамической системы ее рабочего органа под действием внешних переменных сил и зависимостей, описывающих колебания механической системы в целом.
Теоретическая и практическая значимость работы состоит в развитии научных основ земледельческой механики:
а) на основе системного анализа взаимодействия «растение-среда-машина»
аргументированы подходы:
обеспечивающие эффективность и низкозатратность производства продукции растениеводства путем дифференцированного использования новых технических средств, осуществляющих адаптированные, энергосберегающие и почвозащитные приемы высококачественной обработки почвы;
позволяющие обосновать конструктивно-технологические схемы орудий, обеспечивающих разноглубинные приемы обработки почвы;
б) разработаны аналитические и численные методы расчета основных пара
метров орудий для разноглубинной обработки почвы и описания процессов вза
имодействия с ней ротационных рабочих органов.
На основе выполненных исследований созданы:
противоэрозионный комбинированный агрегат для глубокой послойной обработки почвы КПО-2,5;
орудие с ротационными коническими рабочими органами для поверхностной обработки почвы КРО-2,5;
дисковый культиватор для мелкой обработки почвы КД-2,7;
виброборона ВБ-2,1 в составе агрегата для предпосевной обработки почвы. Новые машины характеризуются меньшими металлоемкостью, удельным
тяговым сопротивлением и удельным расходом топлива на их привод по сравнению с серийными машинами и позволяют обрабатывать почву с высокими показателями качества, энергетической и экономической эффективности. Новизна технологических и технических решений защищена 26 патентами РФ.
Результаты исследований доведены до стадии практического применения и переданы в конструкторские бюро ОАО «Татагрохимсервис», ООО «МеталлТех-ноСервис», Научно-техническое общество машиностроителей Республики Болгарии, приняты НТС Минсельхозпрода РТ, внедрены в ООО «Куюк», ООО «Яна Юл», ООО «Саба», ООО «Золотой колос», КФХ «Борисов В.В.», реализуются на базе, совместного с Казанским ГАУ, малого инновационного предприятия ООО «Интехагро», используются в учебном процессе Казанского, Ульяновского ГАУ, Ижевской, Вятской и Самарской ГСХА.
Результаты использования основных положений и выводов настоящего исследования подтверждены соответствующими документами.
Методология и методы исследований. Исследования выполнены на основе системного анализа и синтеза технологических процессов обработки почвы с использованием положений и законов классической механики, методов математического моделирования. Экспериментальные исследования проводились по стандартным и разработанным методикам. При их реализации, подготовке и обработке результатов использовались методы планирования эксперимента и математической статистики с использованием разработанных и стандартных компьютерных программ.
Основные положения, выносимые на защиту:
системный подход к анализу факторов взаимодействия «растение-среда-машина», позволяющий выделить техногенные факторы в качестве управляющего воздействия, а для его оценки выбрать интегральным показателем энергетическую эффективность технологических процессов обработки почвы;
теоретические предпосылки обеспечения эффективности и низкозатратно-сти производства продукции растениеводства путем дифференцированного использования новых технических средств, осуществляющих адаптированные, энергосберегающие и почвозащитные приемы высококачественной обработки почвы;
конструктивно-технологические схемы машин для глубокой противоэрози-онной, поверхностной, мелкой и предпосевной обработок почвы, обеспечивающие оптимизацию агрофизических свойств почвы;
аналитические зависимости и математические модели, позволяющие определить рациональные значения конструктивно-технологических параметров новых технических средств для обработки почвы на разную глубину;
результаты экспериментальных исследований и производственных испытаний орудий для разноглубинной системы обработки почвы;
показатели агротехнической, энергетической и технико-экономической эффективности приемов обработки почвы в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур.
Достоверность основных выводов и предложений подтверждается результатами теоретических исследований, лабораторными и полевыми опытами, положительными результатами испытаний разработанных машин в различных почвенных условиях Среднего Поволжья.
Основные положения работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях: Казанского ГАУ (2002-2016 гг.), Кубанского ГАУ (2013 г.), Курской ГСХА (2013 г.), Ульяновской ГСХА (2016 г.), Алтайского ГАУ (2016 г.); на международных научно-практических конференциях: в ОАО «Казанская ярмарка» (2003, 2009 гг.), Академии наук РТ (2004, 2006 гг.), Казанском ГАУ (2004 г.), Марийском ГУ (2005 г), Вятской ГСХА (2016, 2017 гг.); на выездном заседании Бюро секции механизации, электрификации и автоматизации Отделения сельскохозяйственных наук РАН (Казанский ГАУ, 2015 г.), Экспофоруме, г. Санкт-Петербург (2016 г.); на международных научно-практических конференциях за рубежом: «International academic cooperation» (США, Сент-Луис, 2011 г.), «Dnyvdy – 2012» (Чехия, г.Прага, 2012 г.), «Новини на научния прогресс – 2012» (Болгария, г.София, 2012 г.), «TRANS&MOTAUTO’12» (Болгария, г.Варна, 2012 г.), «Молодежь и инновации – 2013» (Белорусская ГСХА, 2013 г.), «Механизация на земледелието» (Болгария, г.София, 2013 г.), «Mechanizationin Agriculture» (Болгария, г.София, 2015 г.), «Engineering for rural development» (Латвийский сельскохозяйственный университет, 2016 г.).
Личный вклад автора. Результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно. Постановка проблемы, формулировка научной гипотезы, цели и задач исследований, определение направлений исследований, системный анализ производства продукции растениеводства, обоснование приемов высококачественной обработки почвы, разработка конструктивно-технологических схем и опытных образцов технических средств с ротационными рабочими органами для разноглубинной обработки почвы, теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию их рациональных параметров, определению механических параметров почвы, агротехнических, энергетических и технико-экономических показателей работы разработанных орудий выполнены лично автором.
Публикации. Основные положения работы изложены в 89 научных работах, в том числе опубликовано 20 статей в журналах из перечня ВАК РФ, 2 статьи в изданиях, включенных в Web of Science и Scopus, 3 монографии и 2 рекомендации. Новизна технологических и технических решений защищена 11 патентами РФ на изобретение, 15 патентами РФ на полезную модель, 5 свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ. Общий объем публикаций составляет 120,4 п.л. из них авторских 46,6 п.л.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, восьми разделов, заключения, списка литературы из 360 наименований и приложений. Основное содержание работы изложено на 389 страницах, включая 141 рисунок, 65 таблиц. В приложениях приведены данные теоретических и экспериментальных исследований, патенты, свидетельства, результаты расчетов, документы, отражающие уровень практического использования результатов исследований.
Технологическое и техническое оснащение отрасли растениеводства
Производство продукции растениеводства с высокими показателями качества и экономической эффективности в значительной мере зависит от уровня технологической и технической оснащенности отрасли. Имеется много различных понятий в формулировке технологии применительно к сельскому хозяйству. В широком смысле технология – это комплексный процесс труда, работы с нормативным отражением, как рационально это делать на всех стадиях производства, а также чем делать, если используются машинные способы производства и какие ресурсы для этого необходимы [325]. Иными словами, технология – это разумное мастерство…
Тем не менее, в настоящее время в растениеводстве [160] более 70% сельхозтоваропроизводителей получают продукцию по экстенсивным технологиям, в которых практически не используются достижения науки, передового отечественного и зарубежного опыта, применяются машины старых поколений.
Стратегической основой производства продукции растениеводства может быть система технологий. Таковой является Федеральный регистр технологий производства продукции растениеводства [325]. Безусловно, реализация новой технологической политики будет всецело зависеть от уровня обеспеченности сельскохозяйственных предприятий материальными ресурсами, такими как сорта адаптивных к местным условиям сельскохозяйственных культур, удобрения и средства защиты растений, а также технические средства и др.
Анализируя уровень обеспеченности сельскохозяйственных предприятий техническими средствами, выделим два основных периода. Первый характеризуется высокими темпами роста технологической и технической оснащенности, а второй сокращением выпуска сельскохозяйственной техники и ограниченной возможностью сельских товаропроизводителей ее приобретать [46, 68, 200].
К 1930 году в Республике Татарстан имелась только одна машинно-тракторная станция (МТС) с 33 тракторами. В 1935 их было уже 58, а количество тракторов достигло 1830 единиц. Мощность тракторного парка за пятилетний период возросла в 56 раз. В предвоенный год в сельском хозяйстве республики (таблица 1.5) насчитывалось 6,8 тыс. тракторов, 3,3 тыс. зерноуборочных комбайнов и 2,9 тыс. грузовых автомобилей. Парк основной сельскохозяйственной техники возрос к 1960 г. соответственно до 11,2 тыс. штук, 8,0 и 8,6 тыс. штук. Механизация работ в растениеводстве к 1966 г. достигла в колхозах 96% от общего объема работ, в совхозах — 99,5%. В 1990 г. машинный парк отрасли состоял из 35,5 тыс. тракторов, 14,5 тыс. зерноуборочных комбайнов. Суммарная мощность двигателей тракторов возросла в 1990 г. по сравнению с 1940 г. в 24,9 раза [276].
Однако, к сожалению, снижение количества основных видов техники в сельскохозяйственных организациях, начавшееся в конце прошлого века, продолжается и по ныне (таблица 1.6). В результате традиционные и интенсивные технологии не могут быть реализованы в полном объеме. Парк сельскохозяйственных машин после 1990 года недопустимо (на 60-70%) сократился. Максимальные темпы выбытия тракторов приходятся на период 2007-2012 годы. Так, в 2007 году их количество сократилось на 15,7%. В последнее время этот показатель стабилизировался на уровне 4%. Выбытие кормоуборочных комбайнов продолжает оставаться на высоком уровне. В 2015 году оно составило 11,5%. При этом ежегодное списание тракторов достигло 4,3%, а зерноуборочных и кормоуборочных комбайнов более 10% [177, 292]. Анализ возрастного состава машинно-тракторного парка говорит [174] о том, что 58% парка тракторов и 29% зерноуборочных комбайнов работают за пределами амортизационного срока. Особенно устарел парк сеялок и культиваторов, где доля техники со сроком службы свыше 10 лет составляет более 70% [177].
Динамику парка технических средств в сельском хозяйстве Республики Татарстан можно рассмотреть на примере двух характерных позиций – тракторы и кормо-уборочные комбайны (таблица 1.7). Несмотря на значительное обновление техники, например, в период 2008-2012 годы, ее выбытие продолжает опережать поступление. Необходимо также отметить, что в последние годы (2013-2015гг) темпы поступления техники значительно снизились. Парк почвообрабатывающей и посевной техники также требует обновления. Принимая во внимание, что более 80% плугов, фрез, культиваторов и машин для противоэрозионной обработки почвы сильно изношены, то очень сложно добиваться высокого качества выполнения технологических операций. Обеспеченность хозяйств республики другими видами техники от приведенных выше существенно не отличается [302].
В последние годы российские сельхозтоваропроизводители предпочитают приобретать более мощную производительную и надежную зарубежную технику. Ее доля в Республике Татарстан по тракторам составляет 5% (энергонасыщенные тракторы с мощностью двигателя 280…500 л.с.), а по комбайнам – 25%. Однако, наряду с высокой стоимостью импортных машин, серьезные негативные последствия может вызвать большая их разномарочность [160].
Поэтому в соответствии с Доктриной продовольственной безопасности Российской Федерации одним из приоритетных направлений экономической и производственной политики государства должно быть «поэтапное снижение зависимости отечественного агропромышленного и рыбохозяйственного комплексов от импорта технологий, машин, оборудования и других ресурсов».
Таким образом, переходный период, длительностью 25 лет, характеризовался отрицательным балансом парка сельскохозяйственной техники. Это привело к снижению обеспеченности хозяйств техническими средствами и увеличению нагрузки на имеющуюся технику (таблица 1.8). А это помимо всего прочего способствует интенсивному износу средств механизации и увеличению затрат на поддержание их в рабочем состоянии. За последние двадцать пять лет нагрузка на трактор возросла в 3,13 раза, зерноуборочный комбайн в 4,54 раза, картофелеуборочный комбайн более чем в 4,7 раза. Так, на 1000 га пашни (на конец 2015 г.) в Республике Татарстан приходится 3,2 условных трактора. В Аргентине это значение равно 8 шт., Канаде – 16, а в Германии – 64 трактора на 1000 га [160]. Аналогичное положение дел и с другой сельскохозяйственной техникой.
В результате энергообеспеченность в расчете на 100 га посевов уменьшилась в 2,5 раза и на конец 2015 года составила 129,5 л.с. (таблица 1.9). Необходимо отметить, что этот показатель является главным стратегическим ресурсом повышения производительности труда. В настоящее время в Германии он равен 260 л.с., Канаде – 315 л.с., а в США - 603 л.с. [174]. Для дальнейшего обеспечения сельскохозяйственного производства по интенсивным технологиям уровень энергобеспеченности в Татарстане нужно довести до 200 л.с. [302].
Для привода стационарных машин и другого оборудования в сельскохозяйственном производстве широко используется электроэнергия. Ее потребление в 2015 году по сравнению с 2000 годом уменьшилось в 2,1 раза. Динамика расхода электроэнергии в расчете на 1 га пашни [174] приведена рисунке 1.1. Уровень ее потребления косвенно характеризует производительность труда в сельском хозяйстве. Продуктивность растениеводства в значительной мере зависит от элементов питания в почве. Производство минеральных удобрений требует очень больших энергозатрат. Поэтому их использование должно быть строго научно обоснованным.
По уровню минерального питания в растениеводстве Республики Татарстан туков вносится в 1,5…2,0 раза больше, чем в целом по России [293]. Причем удельный вес удобренной минеральными удобрениями площади во всей посевной превышает 83%. Данные о внесении минеральных удобрений в пересчете на действующее вещество и органических приведены на рисунке 1.2. Они говорят о достаточно высокой стабильности показателей по годам.
Подводя итог анализа технологической и технической оснащенности растениеводства, можно констатировать достаточно благополучное положение отрасли, за исключением обеспеченности средствами механизации. Поэтому в сельскохозяйственном производстве основной упор должен быть сделан на более эффективное использование техногенных факторов и технических средств.
Влияние конструктивных факторов на устойчивость вращения дисков
В комбинированном почвообрабатывающем орудии дисковые рабочие органы с целью получения скользящего резания расположены в виде стрелы с перекрытием е в поперечном направлении [168, 239].
Рассмотрим процесс взаимодействия сферического диска с почвой (рис. 3.13) [32, 52]. Радиус сферы, по которой изготовлена поверхность диска - R, а радиус режущей кромки - г. На основании следствий из принципа Даламбера [207] главный вектор и главный момент всех активных сил, реакции связей и сил инерции равны нулю в любой момент времени движения механической системы. В процессе взаимодействия на диск, вращающийся на оси, действуют силы тяжести (которыми в дальнейшем пренебрегаем в силу их незначительности); силы воздействия почвы: N - равнодействующая распределенных нормальных усилий и FTV - сила трения.
Сила iV приложена у края режущей кромки диска в центре тяжести площадки контакта с не разрыхленной почвой и направлена по нормали к сферической поверхности. На рисунке 3.13 сила iV противоположна оси zs. Сила трения FTV - приложена в той же точке, что и N, но направлена в плоскости (z5y5) по направлению относительной скорости срезаемой почвы V г при ее движении по диску. Также действуют реакции подшипников в точках закрепления О и В, которые по осям fay4 24) имеют составляющие Х ХХ0 (подшипник с упором в точке О) и ХВХ (подшипник в точке В) и момент трения в подшипниках Мс, который зависит от коэффициентов трения /І, /2, диаметра вала d и величин реакций в точках О и В.
Силы инерции и их моменты при вращении диска вокруг оси Z4 определяются величиной угловой скорости со и углового ускорения є, а также массой системы М и тремя компонентами тензора инерции в точке О: J2 ,JXZ, Jyz..
При известном коэффициенте трения почвы о поверхность диска / можно проанализировать произведение sJz для разных конструкций диска при единичном воздействии N=1. Для его нахождения момент сопротивления Мс выразим через силу N по формулам (3.43) и (3.44). В уравнениях (3.44) и (3.45) необходимо определить направляющие косинусы силы трения FTV: Ах,Ау,А2. Рассмотрим декартовую систему координат. Оси координат fay ) движутся поступательно и прямолинейно со скоростью агрегата Ve, которая для диска является переносной скоростью движения, направленной противоположно оси у і ,ось г\ - вертикальна, а ось х\ - горизонтальна и направлена влево по движению. Оси (xiyiZ2) преобразуются из осей (xiym) при повороте на угол у/ (угол прецессии) вокруг оси zi = z2. Угол ці при фронтальном движении диска равен нулю (у = 0), что соответствует максимальной ширине захвата диска.
Для исследования возможности вращения диска за счет сил трения о почву будем предполагать возможность изменение угла у/ от нулевого уровня, несмотря на уменьшение ширины захвата машины.
Оси (хз уз 2з) получим поворотом осей ІХ2 у2 г і) вокруг Х2 = хз на угол нутации є0. Его величина обеспечивает заглубление диска в почву. Для исследуемой конструкции є0 = 2...6. Ось гзявляется осью ОВ собственного вращения диска.
Оси (х4 у4 z4) преобразуются поворотом осей (хз уз z3) вокруг хз = Х4 на угол в, называемый углом собственного вращения. В нашем случае угол в является постоянным и отражает смещение точки приложения равнодействующих давления почвы на диск в плоскости (гз уз)- Точка Мприложения сил N и FTV лежит в плоскости {г4 уІ)- При \f/ = 0 угол в может отличаться от нуля в результате наложения следа предыдущего диска на последующий. Его величина зависит от расположения центра тяжести площадки диска в контакте с не разрыхленной почвой.
Для нахождения направляющих косинусов силы трения FTV удобно ввести оси (х5 у5 z5), которые преобразуются из осей (х4 у4 г4) поворотом вокруг х4 = х5 на угол v, который задается конструкцией диска: tg v = r/R.
Ось Х5 направлена навстречу силе нормального давления N, а сила трения FTV лежит в плоскости, параллельной (xsys), которая, в свою очередь, является касательной к сферической поверхности диска в точке М.
Эта скорость в момент срезания слоя от монолита мала, поэтому будем учитывать только ее составляющую в направлении силы N, то есть Vazs фО, а две другие будем считать равными нулю: Vaxs = Vays = 0. Такое допущение оправдано тем, что срезаемая почва в момент контакта с лезвием при абсолютном движении только отделяется от монолита, и ускорения частиц существенны, а скорости - малы по величине. Тогда в проекциях на оси xsys равенство (3.48) позволяет получить
Подставив проекции r4} в уравнение (3.47), сократим величину Ve. Так как рассматриваемые выражения достаточно велики, то их целесообразно рассчитывать с помощью компьютерных программа для конкретных значений углов у/, в, so, v.
Результаты влияния конструктивных факторов на произведение / (уравнение 3.45) с учетом 6=arcsin{e/D) исследовались в численном эксперименте (рисунок 3.15) при помощи компьютерной программы [291]. Чем больше оно по величине, тем устойчивее вращательное движение диска за счет воздействия почвы.
Как видно из графиков, на устойчивость вращения дисков влияние оказывает величина перекрытия е, а влияние заднего угла резания єо в пределах от 0 до 6 не существенное. Кроме того, для повышения устойчивости вращения рабочего органа необходимо использовать сферический диск, а не плоский.
Таким образом, следует полагать, что скользящее резание почвы дисками обеспечит снижение тягового сопротивления орудия.
Оценка степени крошения почвы рабочим органом дискового культиватора
Экспериментальные исследования по оценке степени крошения почвы дисковым культиватором проведены на серой лесной почве в трех кратной повторно-сти. Изучали влияние расстояния между дисками d, угла наклона дисков и радиуса диска R на степень крошения почвы [33]. На первом этапе исследований с целью уточнения уровней и интервалов варьирования факторов были проведены однофак-торные эксперименты.
Опыты по реализации плана выполнены в соответствии с матрицей, представленной в таблице 5.5. Исходные данные для получения математических моделей на трех уровнях глубины обработки почвы (0,08 м;0,12 м; 0,16 м) приведены в таблице 4.3.
Обработку экспериментальных данных по оценке степени крошения почвы в зависимости от конструктивных и регулировочных параметров рабочего органа дискового культиватора проводили с помощью программы Statistica 64. Результаты расчета представлены в приложении (Приложение Н).
В результате расчетов получены следующие уравнения регрессии, проверенные на адекватность по F- критерию Фишера (вероятность p=0,95):
Анализ математических моделей показывает, что наибольшее влияние на критерий оптимизации оказывает фактор Х3 – угол наклона диска относительно вертикальной оси. Коэффициент при этом факторе во всех моделях имеет максимальное значение. Далее по убыванию влияния на степень крошения почвы следует фактор Х2 – расстояние d между дисками. Наименьшее влияние на критерий оптимизации оказывает фактор Х1 – радиус диска R. Их ранжирование по результатам экспериментальных исследований подтвердило аналитические выкладки в третьей главе работы.
Для анализа влияния факторов на критерий оптимизации и обоснования оптимального их значения рассмотрим уравнение регрессии для глубины обработки почвы 0,12 м. Она является наиболее распространенной при мелкой обработке почвы. Графически уравнение регрессии (5.19) представлено на рисунке 5.7.
Двумерное сечение поверхности отклика, описываемое уравнением 5.19, по факторам радиус диска (Х1) и расстояние между дисками (Х2) представлено на рис. 5.7а. При фиксированном значении фактора Х3- угла наклона диска на уровне 90 увеличение радиуса диска с 0,2 м до 0,255 м способствует повышению степени крошения почвы. Дальнейшее его возрастание снижает эффективность обработки почвы. Увеличение расстояния между дисками с 0,10 м до 0,165 м также повышает степень крошения почвы. При больших значениях данного фактора его влияние на критерий оптимизации меняется на противоположное.
Двумерное сечение поверхности отклика по факторам радиус диска (Х1) и угол наклона диска (Х3) представлено на рис. 5.7 б. При фиксированном значении фактора Х2 – расстояния между дисками на уровне 0,15 м увеличение угла наклона диска с 30 до 10,80 повышает степень крошения почвы, а при дальнейшем его увеличении наблюдается ее снижение. Влияние фактора Х1 – радиус диска на критерий оптимизации аналогично, как и на рисунке 5.7 а.
Двумерное сечение поверхности отклика по факторам: расстояние между дисками (Х2) и угол наклона диска (Х3) при фиксированном значении фактора Х1 – радиус диска на уровне 0,25 м представлено на рисунке 5.7в. На нем влияние данных факторов на степень крошения почвы совпадает с анализом рисунков 5.7а и 5.7б.
Изменение фракционного состава почвы по данным таблицы 5.5 представляется возможным анализировать только для разных глубин обработки при фиксированных значениях факторов на среднем уровне. Так коэффициент структурности почвы, равный отношению массы агрономически наиболее ценных агрегатов к оставшейся почве для глубины обработки 0,08 м составил 0,86, а для уровней 0,12 м и 0,16 м соответственно 1,14 и 1,13. По этим данным видно, что наибольшее количество агрономически ценных агрегатов образуется в почве при работе культиватора с расположением рабочих органов на глубине 0,12 м – 0,16м.
Помимо степени крошения почвы рабочими органами дискового культиватора анализировали профиль дна, образованный между дисками. По результатам теоретических исследований было выявлено, что при определенных параметрах установки дисковых рабочих органов между ними образуется выпуклый профиль поверхности дна в виде бугорка. Результаты лабораторно-полевых опытов подтвердили теоретические исследования. На рисунке 5.8 приведена фотография поверхности дна на глубине обработки 0,12м после выемки почвы при следующих конструктивных и регулировочных параметрах: радиус дисков R =0,25 м, расстояние между дисками d = 0,20 м и угол между дисками =30. На рисунке виден выпуклый профиль дна борозды. Его высота для вышеприведенных параметров составила 40 мм. По твердости почвы бугорок значительно отличается от основного монолита. На фотографии видны крупные поры и трещины от воздействия рабочих органов, указывая на частично взрыхленную по структуре почву. Однако, в соответствии с требованиями на предпосевную обработку почвы [90] ее необходимо обрабатывать равномерно на заданную глубину. Отклонение средней глубины обработки почвы от заданной не должно превышать 0,01 м. Поэтому профиль дна борозды должен быть ровным. Установив диски радиусом R =0,25 м, на расстояние d = 0,15м и угол =120 (значение параметров с наибольшим влиянием на критерий оптимизации), видим, что профиль дна получился ровным (рисунок 5.9) без явного проявления бугорка.
Тем не менее, эффект выпуклого профиля дна может быть использован для влагозадержания. При обработке почвы поперек склона бугорок будет препятствовать стоку влаги и одновременно обеспечит более высокую возможность для ее впитывания за счет разрыхленной почвы.
Обработка почвы рабочим органом при его настройке на оптимальные значения параметров дискового культиватора: R =0,25 м; d =0,165 м; =10,80 позволила констатировать, что неровности дна не существенны. Их высота (Рисунок 5.10) не превышает 0,007м.
Исследованиями, проведенными на почвах с разной плотностью, получены данные, позволяющие сделать заключение, что с увеличением плотности почвы степень крошения почвы возрастает, а профиль дна становится более ровным.
Способ безотвальной обработки склоновых земель и устройство для его реализации
Анализ существующих способов обработки склоновых, эрозионно-опасных почв показал, что при безотвальной обработке стерня сохраняется в значительной степени, однако происходит выраженная дифференциация пахотного слоя, как по агрофизическим параметрам (плотность сложения, порозность, твердость и т.д.), так и агрохимическим свойствам (содержанию макро- и микроэлементов, кислотности почвенного раствора и т.д.). Из-за преобладания анаэробных микробиологических процессов особенно ухудшается азотное питание растений. При плоскорезном рыхлении в верхнем слое накапливается инфекционное начало вредителей и болезней, усиливается засоренность. Так же проявляется выраженная гетерогенность пахотного слоя.
Кроме того, общим признаком рассмотренных способов обработки склоновых земель является то, что механическое воздействие осуществляют в основном горизонтально установленными рабочими органами параллельно поверхности почвы, что также увеличивает опасность стока почвенной и поверхностной влаги.
Целью предложенного нами способа безотвальной обработки склоновых земель является повышение качества обработки подверженных водной эрозии почв, включая их предпосевную подготовку при наименьших затратах энергии.
Указанная цель достигается тем, что обработку почвы осуществляют в две фазы [245, 267]. Первая, влагонакопительная фаза, выполняется осенью. В почве лопатообразными рабочими органами в шахматном порядке делают вертикальные щели размерами kxbxh1 (соответственно 0,05 х 0,3 х 0,3 м) с регулируемым шагом S, который можно менять в пределах от 0,1 до 0,3 м. На рисунке 8.6 приведено продольное сечение пласта после выполнения первой фазы глубокой безотвальной обработки почвы.
Воздействие на почву осуществляется путем вертикального или наклонного надреза пахотного 1 и подпахотного 2 слоев режущей частью лопатообразных рабочих органов. Количество вертикальных щелей 4 колеблется от 105 до 305 на одном гектаре. Шахматное их расположение исключает появление сплошной линии, по которой может идти поверхностный сток с опасностью возникновения и развития эрозионных процессов. После надреза пласт почвы совершает движение вверх, при этом происходит незначительное рыхление нижнего слоя пахотного горизонта, что существенно увеличивает его способность к поглощению внутрипочвенной влаги и ее дальнейшее движение в подпахотные горизонты. В последующем отрезанный пласт без оборота возвращается на свое место.
Вертикальные щели 4 способствуют задержанию и накоплению влаги от 40 до 120 м3/га, что увеличивает содержание продуктивной влаги в метровом слое почвы на 20-50 мм по сравнению с отвальной обработкой. На рисунке 8.8 приведены фотографии щелей от рабочего органа на поверхности почвы осенью (рис.8.8а) и весной (рис.8.8б).
Вторую, влагосберегающую фазу (рис. 8.9), выполняют весной при подготовке почвы к посеву путем сплошного рыхления и мульчирования поверхностного слоя 3 ротационными рабочими органами на глубину посева семян h2 = 0,05…0,07 м. Она способствует сохранению продуктивной влаги в почве.
В таблице 8.1 приведены основные показатели агротехнической оценки нашего способа [28] по сравнению с плоскорезной обработкой и контролем (без обработки) из которых видно, что запасы продуктивной влаги в почве при нарезании щелей выше по сравнению с плоскорезной обработкой на 20...40%.
Анализ влияния различных способов обработки почвы на агрофизические ее свойства показал, что применение разработанного способа обеспечивает наилучшие параметры по сравнению с нулевой и безотвальной. Интегральным показателем агрофизических свойств почвы является плотность. Многочисленными исследованиями установлено, что для серой лесной почвы среднесуглинистого механического состава оптимальная плотность для зерновых культур находиться в пределах (1,1-1,4)103 кг/м3. В разработанном нами способе данный показатель находится в пределах нормы, тогда как по другим способам плотность почвы значительно выше оптимальных значений. Снижение плотности почвы связано с разрыхляющим действием льда, образующегося зимой в щелях во время ее промораживания, с последующим его оттаиванием весной.
Благодаря вертикальным надрезам существенно выросла степень аэрации почвы. Это способствует сбалансированному протеканию аэробных микробиологических процессов и лучшему обеспечению растений доступными формами азота. Создаются оптимальные условия для гумификации и повышения уровня естественного плодородия.
Рассматривая водный режим почвы, видим, что при плоскорезной обработки почвы атмосферная влага поглощается мульчирующим верхним слоем почвы (0...0,07 м). За счет капиллярной влаги осуществляется вертикальное движение воды. Однако при этом способе происходит резкая дифференциация пахотного горизонта по условиям увлажнения и аэрации между верхним (0-0,10 м) и нижним (0,10-0,20 м) слоями. Это может оказать негативное влияние на рост и развитие растений. При использовании разработанного нами способа рыхление почвы осуществляется только на уровне пахотного горизонта. Поэтому распределение атмосферной влаги по горизонтам и капиллярное движение воды улучшаются.
Таким образом, использование предлагаемого решения позволяет добиться следующих агротехнических преимуществ по сравнению с другими способами:
- сохранение стерни на уровне 85...90% от первоначального, что имеет важное значение в предотвращении развития водной эрозии;
- создается возможность внутрипочвенного внесения удобрений и пестицидов. Это существенно снижает их потери в результате смыва и разложения;
- доступ кислорода к слоям почвы при отсутствии интенсивного рыхления между надрезами улучшает условия гумификации;
- создается подталкивающее усилие агрегату, поскольку касательная сила при отрезании пласта совпадает с направлением движения трактора, снижая буксование его движителей на 75...80%;
- частичное рыхление нижнего слоя пахотного горизонта создает лучшие условия для влагонакопления, повышает супрессивность почвы, способствует лучшему развитию корневой системы растений;
- частичное рыхление почвы и подрезание пахотного слоя приводит к снижению засоренности посевов за счет механического их уничтожения и провокации прорастания, что существенно повышает эффективность последующего применения гербицидов;
Внедрение способа безотвальной обработки склоновых земель позволит снизить энергозатраты на осуществление процесса, аккумулировать запасы воды до 120м3/га, предотвратить водную эрозию и обеспечить оптимальные условия для гу-мусообразования. За счет экономии топлива и роста урожайности сельскохозяйственных культур ежегодный экономический эффект на 1 га склоновых земель составит 2500…3500 рублей. Кроме того, благодаря использованию способа, возможно включение в хозяйственный оборот более 500 тыс. га земель вышеуказанной категории.
Ротационно-колебательный рабочий орган [225], используемый в способе безотвальной обработки склоновых земель, имеет лопатообразную форму (рис.8.10). Данный рабочий орган устанавливается на почвообрабатывающее орудие для безотвальной обработки почвы [227] с кривошипно-коромысловым механизмом, который соединен с валом отбора мощности трактора.
Ротационно-колебательный рабочий орган 1 имеет форму равнобедренной трапеции с верхним основанием Ъ\ = 0,3 м, нижним основанием &?= 0,5bi; высотой h равной максимальной заданной глубине обработки почвы hmax= h = 0,3 м. Для обеспечения продольной устойчивости при движении и надежности конструкции ротационно-колебательный рабочий орган 1 снабжен ребром жесткости 2 длиной h и шириной 0,2/г, размещенным по его середине. На каждом рабочем органе установлен сектор-регулятор 3 для получения различных траекторий движения «лопаты» за счет изменения угла ее входа в пределах от 0 до ±45.
Принцип действия ротационно-колебательного рабочего органа заключается в следующем. При работе он совершает возвратно-поступательные движения вверх и в низ. При его заглублении в почву и выглублении из неё, на поверхности поля образуются т-образные щели с глубиной до 0,3 м.