В статье приведены результаты экспериментальных исследований по определению и оценке показателей качества работы многооперационных рабочих органов для разуплотнения дернового слоя без оборота пласта на глубину до 10–15 см, сепарации верхнего слоя почвы (поверхностного рыхления с отделением сорных растений и их корневищ от почвы), вырывания с поверхности поля сорных растений и дискования почвы (при необходимости). При установке угла атаки рабочих органов в пределах 0–5º рабочий орган выполняет операцию уплотнения верхнего слоя на легко и среднесуглинистых почвах.
Ключевые слова: обработка почвы, многооперационный рабочий орган, качества обработки, степень рыхления почвы, глубина обработки, степень уничтожения сорняков
Выбор способа и технических средств обработки почвы определяется агроклиматическими особенностями зоны земледелия, состоянием растительного покрова, типом почвы, ее гранулометрическим составом и другими агрофизическими свойствами.
Система обработки почвы включает состав, последовательность и сроки проведения конкретных приемов рыхления или уплотнения почвы, технологию их выполнения, которые определяют в большей мере физико-химические свойства почвы, ее микробиологическую активность.
Обработка почвы должна быть подчинена решению главной задачи — обеспечению культурных растений водой, воздухом, элементами питания, рациональному использованию потенциального плодородия почвы. С помощью различных приемов обработки почвы вносятся удобрения, создаются условия для нормального прорастания семян, ведется уход за посевами в период вегетации возделываемых культур, борьба с вредителями, болезнями и сорняками. Любой конкретный прием обработки почвы должен быть строго целенаправлен, а их комплекс и технология выполнения в данных конкретных условиях должны обеспечивать нужное изменение определенных качественных параметров почвы, на которых он применяется.
Совмещение или замена операций с помощью комбинированных машин (агрегатов) является перспективным направлением совершенствования технологических процессов обработки почвы. Эффект от совмещения операций заключается в повышении производительности труда, снижении энергоемкости технологических процессов и стоимости продукции, сокращении обслуживающего персонала и числа проходов агрегатов по полю.
В Федеральном государственном бюджетном научном учреждении Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ФГБНУ ИАЭП) были разработаны и изготовлены экспериментальные образцы многооперационного рабочего органа для обработки почвы [3].
Экспериментальные образцы многооперационного рабочего органа при проведении настоящих исследований были установлены на дополнительной раме универсального комбинированного почвообрабатывающего агрегата УКПА-2,4 [1], разработанного ранее в ФГБНУ ИАЭП в 2010–2015 гг.
Рабочий орган [3] предназначен для разуплотнения дернового слоя без оборота пласта на глубину до 10–15 см, сепарации верхнего слоя почвы (поверхностного рыхления с отделением сорных растений и их корневищ от почвы), вырывания с поверхности поля сорных растений и дискования почвы (при снятии кольца). При установке угла атаки рабочих органов в пределах 0–5о рабочий орган выполняет операцию уплотнения верхнего слоя на легко и среднесуглинистых почвах.
Многооперационный рабочий орган для обработки почвы выполнен в виде кольца в форме усеченного конуса, закрепленного посредством пяти кронштейнов на стандартном вырезном сферическом диске (рисунки 1 и 2).
Рис. 1. Многооперационный рабочий орган: 1 — кольцо, 2 — сферический диск, 3 — кронштейн крепления
Подробное обоснование конструктивно-технологических параметров и функциональные особенности многооперационного рабочего органа изложены в работах [2, 4, 5].
Экспериментальные исследования проводились на полях опытного хозяйства ФГБНУ ИАЭП (ранее ЛПООС) в сентябре 2016 года. Общий вид поля до обработки представлен на рисунке 3.
Условия проведения экспериментальных исследований:
– температура воздуха — 12,9 оС;
– облачность значительная (70 %);
– атмосферное давление — 761 мм. рт. ст.;
– влажность воздуха — 70 %;
– ветер северо-восточный — 1 м/с;
– средняя длина гона — 400 м;
– засоренность камнями — 0,005 шт/м2;
– средний размер камней — 350 мм;
– тип почвы — дерново-подзолистый, среднесуглинистый на моренном суглинке;
– рельеф — 1–2о.
Рису. 2. Общий вид экспериментального образца многооперационного рабочего органа
Рис. 3. Общий вид поля до обработки почвообрабатывающим агрегатом МТЗ-920+УКПА-2,4 с новыми многооперационными рабочими органами
Конструкция агрегата позволяет регулировать угол атаки рабочих органов в пределах от 0 до 25о.
Глубина обработки почвы регулируется изменением угла атаки рабочих органов. Чем больше угол атаки рабочих органов, тем больше глубина обработки почвы.
В соответствии с программой и методикой исследований проведены измерения твердости почвы (пенетрометром DICKEY — John), количества сорных растений до и после обработки, влажности почвы, гребнистость поверхности поля, степени рыхления, глубины обработки почвы.
Средние значения твердости почвы на разных горизонтах приведены в таблице 1.
Таблица 1
Средние значения твердости почвы на разных горизонтах
|
Глубина взятия проб, см |
Твердость, фунт-сила на кв. дюйм, Ibs (по английской системе мер) |
Твердость почвы, кг/см2 (по технической системе мер) |
Твердость почвы, МПа (по метрической системе мер) |
|
0–10 |
10,22 |
0,71 |
0,071 |
|
10–20 |
15,12 |
1,03 |
0,103 |
Экспериментальные данные были обработаны по методике, изложенной в работе [6].
Обработка данных показала, что среднее значение твердости почвы в горизонте 0–10 см составлял 0,71 кг/см2, а в горизонте 10–20 см — 1,03 кг/см2. Среднее значение количества сорных растений на 1 кв. метр составляло n = 88,16 шт. Влажность почвы в горизонте 0–10 см составляла W=19,60 %, а в горизонте 10–20 см — W=23,2 %. Выровненность (гребнистость) поля составляла — 8,78 см.
Экспериментальные данные, приведенные в таблице 2, свидетельствуют о том, что при увеличении угла атаки многооперационных рабочих органов от 16о до 25о, степень уничтожения сорных растений 
увеличивается от 92,43 до 99,24 %.
Таблица 2
Степень уничтожения сорняков от угла атаки рабочих органов 
почвообрабатывающего агрегата ирасчетная формула для ее определения
|
№п/п |
Угол атаки рабочих органов |
Степень уничтожения сорняков |
Расчетная формула |
|
1 |
16 |
92,43 |
|
|
2 |
20 |
97,50 |
|
|
3 |
25 |
99,24 |
, º
,%
Закономерность изменения степени уничтожения сорных растений от угла атаки рабочих органов описывается эмпирической зависимостью, приведенной в таблице 2.
Эмпирическая зависимость (таблица 2) выражает собой закономерность изменения степени уничтожения сорных растений и справедлива в диапазоне изменения угла атаки рабочих органов 
и скорости движения почвообрабатывающего агрегата 
.
На рисунке 4 показана графическая зависимость степени уничтожения сорняков
от угла атаки рабочих органов почвообрабатывающего агрегата с многооперационными рабочими органами.
Рис. 4. Зависимость степени уничтожения сорняков от угла атаки рабочих органов почвообрабатывающего агрегата с многооперационными рабочими органами
В результате математической обработки экспериментальных данных были получены зависимости степени рыхления 
почвы от скорости движения почвообрабатывающего агрегата при угле атаки рабочих органов 
, 
и 
(таблицы 3–5).
Таблица 3
Степень рыхления почвы от скорости движения 
почвообрабатывающего агрегата ирасчетная формула для ее определения (угол атаки рабочих органов )
|
№п/п |
Скорость движения |
Степень рыхления почвы Ко,% |
Расчетная формула |
|
1 |
1,92 |
81,0 |
|
|
2 |
2,63 |
82,33 |
|
|
3 |
3,57 |
83,0 |
Так, в диапазоне изменения скорости движения почвообрабатывающего агрегата от 1,92 до 3,57 м/с, при установке угла атаки рабочих органов , среднее значение степени рыхления почвы увеличилось от 81 до 83 % (таблица 3). Закономерность степени рыхления почвы от скорости движения почвообрабатывающего агрегата описывается эмпирической зависимостью (таблица 3), справедливой в диапазоне рабочих скоростей 
.
На рисунке 5 представлена графическая зависимость степени рыхления почвы от скорости движения почвообрабатывающего агрегата (при установке угла атаки рабочих органов ).
Таблица 4
Степень рыхления почвы от скорости движения почвообрабатывающего агрегата ирасчетная формула для ее определения (угол атаки рабочих органов )
|
№п/п |
Скорость движения |
Степень рыхления почвы Ко,% |
Расчетная формула |
|
1 |
1,85 |
85,33 |
|
|
2 |
2,17 |
85,66 |
|
|
3 |
2,78 |
84,17 |
При установке угла атаки рабочих органов , с повышением рабочей скорости движения почвообрабатывающего агрегата от 1,85 до 2,78 м/с, степень рыхления почвы увеличилось от 85,33 до 85,66 % (при 
), а при дальнейшем увеличении скорости до 
степень рыхления почвы уменьшилось до 84,17 %. Эмпирическая зависимость степени рыхления почвы, справедливая в диапазоне рабочих скоростей от 1,85 до 2,78 м/с, приведена в таблице 4.
Рис. 5. Зависимость степени рыхления почвы от скорости движения почвообрабатывающего агрегата (угол атаки рабочих органов )
На рисунке 6 показана зависимость степени рыхления почвы от скорости движения почвообрабатывающего агрегата и расчетная формула для ее определения (при установке угла атаки рабочих органов ).
Рис. 6. Зависимость степени рыхления почвы от скорости движения почвообрабатывающего агрегата (угол атаки рабочих органов 
)
Таблица 5
Степень рыхления почвы от скорости движения почвообрабатывающего агрегата ирасчетная формула для ее определения (угол атаки рабочих органов )
|
№п/п |
Скорость движения |
Степень рыхления почвы Ко,% |
Расчетная формула |
|
1 |
1,85 |
86,33 |
|
|
2 |
2,78 |
90,0 |
|
|
3 |
3,12 |
87,33 |
При установке угла атаки рабочих органов 
, с повышением рабочей скорости движения почвообрабатывающего агрегата от 1,85 до 3,12 м/с, степень рыхления почвы увеличилось от 86,33 до 90,0 % (при 
), а при дальнейшем увеличении скорости до 
степень рыхления почвы уменьшилось до 87,33 % (таблица 5). При этом закономерность изменения степени рыхления почвы от скорости движения почвообрабатывающего агрегата описывается эмпирической зависимостью, которая приведена в таблице 5.
На рисунке 7 показана зависимость степени рыхления почвы от скорости движения почвообрабатывающего агрегата и расчетная формула для ее определения (при установке угла атаки рабочих органов 
).
Рис. 7. Зависимость степени рыхления почвы от скорости движения почвообрабатывающего агрегата (угол атаки рабочих органов 
)
В результате математической обработки экспериментальных данных методом аппроксимации с помощью интерполяционной формулы Лагранжа получены эмпирические зависимости (таблицы 3–8).
Полученные зависимости позволяют рассчитывать средние значения степени уничтожения сорных растений и рыхления почвы в пределах ограничений наложенных условиями проведенных экспериментов.
Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что показатели качества работы многооперационных рабочих органов соответствуют установленным агротехническим требованиям и нормам, предъявляемым к технологическим операциям обработки почвы.
Рассмотренные закономерности изменения агротехнических показателей связаны с наиболее полным математическим описанием исследуемого процесса и будут использованы при обосновании оптимальных режимов работы новых многооперационных рабочих органов в составе почвообрабатывающих агрегатов.
Литература:
- Джабборов Н. И., Добринов А. В., Лобанов А. В., Федькин Д. С., Евсеева С. П. Комбинированный почвообрабатывающий агрегат. Патент РФ на полезную модель № 130473. 2013.
- Джабборов Н. И., Добринов А. В. Проблемы восстановления запущенных земель в Северо-Западном регионе России и пути их решения / Международный агроэкологический форум 21–23 мая 2013 г. Санкт-Петербург. Том 1. С. 90–96.
- Джабборов Н. И., Ожегов Н. М., Добринов А. В., Федькин Д. С. Рабочий орган для обработки почвы. Патент РФ на полезную модель № 154915.
- Добринов А. В., Джабборов Н. И. Разработать исходные требования на почвообрабатывающий агрегат на основе изучения особенностей процесса механизированного восстановления необрабатываемых земель в условиях повышенного увлажнения. /ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. Отчет о НИР за 2013 г. № госрегистрации 01201255893. — 72 с.
- Джабборов Н. И., Федькин Д. С. Обоснование конструктивно-технологических параметров рабочего органа для поверхностной обработки почвы /Сборник научных статей. Таджикский аграрный университет им. Ш. Шотемур. Материалы международной научно-практической конференции на тему «Инновация — основа развития сельского хозяйства», посвященная 20-летию Конституции Республики Таджикистан 01 ноября 2014 года, Душанбе, 2014. С. 71–74.
- Валге А. М., Джабборов Н. И., Эвиев В. А. Основы статистической обработки экспериментальных данных при проведении исследований по механизации сельскохозяйственного производства с примерами на STATGRAPHICS и EXCEL /главный редактор А. М. Валге; Калмыцкий государственный университет. Санкт-Петербург-Элиста, 2015. — 140 с.
