Устройство для нарезки кротовин в условиях аридной зоны



Приводится схема устройства и описывается принцип его работы. Данные исследования позволили выявить физику процесса резания грунта рабочими органами. Экспериментальные исследованиями установлено, что данное технология отличается от известных аналогов совокупностью признаков, обеспечивая подготовку почвогрунта на глубину и ширину возделываемого рядковым способом растения при одновременном внесении жидких органоминеральных удобрений в слои разрыхленной почвы на весь её объём.

Ключевые слова: механическое и биологическое рыхление, кротование, почва.

Keywords: mechanical and biological loosening, ripping and mole draining, soil.

Староорошаемые земли аридной зоны Туркменистана находятся в условиях близкого залегания грунтовых вод и относятся к тяжелым почвам, которые имеют большую потенциальную опасность вторичного засоления. Рассоление таких почв обычными промывными поливами не дают положительного эффекта, т. к. подпахотная подошва грунта, образовавщаяся в результате многократной вспашки на губине 30–35 см препятсятвует вымыву вредних солей в нижние грунты [2, 3].

Научный и практический опыт показывает, что ресурсосберегающие технологии при обоснованных условиях почвенно-климатической зоны земледелия имеют ряд преимуществ: улучшается структура почвы; повышается устойчивость урожайности хлопчатника; сокращаются затраты и повышается рентабельность производства [7].

Значительный вклад в решение проблемы снижения уплотнения почвы от движителей сельскохозяйственных тракторов и машин выполненными теоретическими и экспериментальными исследованиями внесли Ю. С. Алексеева, Н. А. Качинский, В. И. Баловнев, Р. И. Байметов, А. И. Бараев, Ю. Н. Благодатный, В. М. Бойков, А. Г. Бондарев, И. Б. Борисенко, П. Н. Бурченко, В. И. Ветохин, Ю. А. Ветров, И. И. Вилде, А. В. Водяник, А. Н. Горячкин, А. Ж. Джураев, Г. И. Зеленин, В. В. Казаков, А. М. Кацыгин, А. К. Кашкаров, А.Ковда, И. В. Кононов, А. А. Коршиков, В. Н. Кострицын, В. М. Кравченко, А. С. Кушнарев, И. П. Макаров, В. П. Максименко, Б. С. Маслов, М. Е. Мацепуро, М. М. Миркасимов, М. М. Муратов, И. М. Панов, Г. Г. Пархоменко, В. В. Покровский, А. И. Пупонин, И. С. Рабочев, В. А. Русанов, Г. Н. Синеоков, В. В. Слюсаренко, Б. Ф. Тарасенко, Ж. Е. Токушев, В. В. Труфанов, Р. Л. Турецкий, К.Хоммадов, Т. С. Худайбердиев, Г. Г. Черепанов и многие другие ученые.

Трудные в мелиоративном отношении грунтовые условия, характеризующиеся низкой естественной дренированностью и аэрацией, не позволяют получать стабильные урожаи сельскохозяйственной продукции [3].

Отечественные конструкции аэрационного дренажа представляет собой полость с наддренной щелью. Щель и уплотненная стенка кротовин являются основным недостатком данной конструкции, т. к. происходит разрушение структуры грунта околодренной зоны. При водонасыщении грунт начинает набухать, препятствуя притоку воды к дрене, а вода, поступая через щель, приводит к размыву и разрушению свода дрен. Недостатком кротовин является низкая надёжность крепления дренеров к пятке вертикального ножа, кроме того, образованные две дренажные полости в условиях грунта аридной зоны имеют стенки из деформированного грунта пониженной влажности, как снаружи полости дрены, так и в междренной зоне. В результате, в момент первого промывного полива произойдет быстрое набухание стенок кротовин, которое неизбежно вызовет выпор стенок в полость кротовины и её разрушение [4].

Предлагаемая конструкция аэрационного дренажа включает две параллельные дренажные полости, сформированные в монолите грунта естественной структуры. Сохранение естественной структуры грунта вокруг дрены обеспечивает достаточную водозахватную способность и эксплуатационную надежность [1]. Для удовлетворения изложенных требований нами были разработаны специальные, универсальные рыхлители-кротователи новой конструкции.

Техническим результатом решения данной проблемы является повышение устойчивости кротовин к заилению и к размыву при их прокладке в грунтах аридной зоны, отличающихся пониженной влажностью, которая будет обеспечена путем подачи необходимого количества влаги в зону дренажа в момент образования кротовин, необходимой для создания в деформированном грунте условий формирования стенок кротовин, близких к естественной структуре грунта. Кроме того, другим техническим результатом является повышение надёжности узла соединения дренеров к пятке вертикального ножа [3].

Указанные технические результаты реализуются в устройстве для нарезки кротовин, включающем вертикальный нож, имеющий в нижней части шарнирно установленную режущую перемычку с укреплёнными на её концах дренерами в виде пары усечённых в передней части цилиндров, симметрично обращённых скосами друг к другу, кроме того, вертикальный нож выполнен полым, а его боковые грани снабжены соплами малого расхода, например, в виде узких щелей, а тыльная сторона ножа над местом установки дренеров, снабжена клапаном, сообщающимся с полостью ножа, фронтальная (передняя) часть вертикального ножа снабжена двумя установленными друг над другом и вынесенными вперед по ходу движения долотообразных зуба, причём, носок верхнего долотообразного зуба вынесен вперёд относительно носка нижнего зуба на отрезок, равный или незначительно выступающий за линию скола грунта от действия на него передней режущей плоскости нижнего зуба вертикального ножа, а установленная в его нижней части режущая перемычка выполнена в виде режущей подковы, средняя часть которой посредством шарнира взаимодействует с пяткой вертикального ножа, а концы подковы также шарнирно связаны с носками дренеров в зоне вершин их носков, зеркально ориентированных в сторону их сближения.

Таким образом, за проходом устройства в грунте оставляются две параллельные дрены, наружные поверхности (половины) которых в монолите с сохранением естественной структуры почвы, а внутренние поверхности (в междренной зоне) в искусственно уплотнённой почве. Влажность грунта в придренной области будет находиться в пределах 22–25 процентов и со временем деформированный дренами влажный грунт консолидируется до природной прочности (см.рис.) [5, 6].

Исследованиями в области глубокого рыхления грунта экспериментально доказано, что в условиях прочных почвогрунтов наименее энергоёмко (имеет относительно минимальное сопротивление рыхлению) резание грунта двухъярусным ножом с долотообразными режущими зубьями, расположенными так, чтобы как на верхнем ярусе, так и на нижнем ярусе происходило послойное резание грунта с его сколом, направленным вперёд и вверх, то есть в сторону свободной поверхности грунта, при этом происходит резание с выпором срезаемой грунтовой стружки в сторону с меньшим сопротивлением.

После прохода такого двухъярусного рыхлителя, уплотнения грунта не происходит, а образовавшаяся траншея в поперечном сечении представляет собой трапецеидальную, скошенную к низу форму, заполненную разрыхлённым грунтом. Поступление влаги из сопел вертикального ножа по всей глубине, в количестве, необходимом для создания необходимой естественной влажности, позволит сформировать слой над кротовинами, устойчивый по скорости фильтрации при первом промывном поливе.

Устройство поясняется схемами, приведёнными на рисунках 1 a, b:

— на рис. 1а представлена схема устройства, вид сбоку, формы стержневого корня возделываемого культурного растения;

— на рис. 1b дан разрез А-А по рис. 1а.

a)

b)

Рис. 1. Схема устройства, вид сбоку (a) и разрез А-А (b): 1-вертикальный нож; 2-нижний задней части режущей подковы; 3-дренеры; 4-полость; 5-боковые сопли; 6-узкий щель; 7-клапан; 8-нижний долотообразный зуб; 9-верхний долотообразный зуб; 10-носок долотообразный зуб; 11-нижний зуб; 12-клиновидный зуб; 13-усечение дренеры; 14-шарнир; 15-тяга; 16-шарнир

Устройство для нарезки кротовин состоит из вертикального ножа 1 с установленной в его нижней задней части режущей подковы 2 и двух дренеров 3. Нож 1 по высоте имеет полость 4, а боковые грани снабжены соплами 5 малого расхода, выполненные в виде узких щелей 6.

С тыльной стороны ножа 1 над дренерами установлен клапан 7, соединённый с полостью 4. Передняя часть ножа 1 имеет два установленных друг над другом и вынесенными вперёд по ходу движения долотообразных зуба: нижнего 8 и верхнего 9, причем носок 10 верхнего зуба 9 вынесен вперёд носка 10 нижнего зуба 8 на отрезок 1, равный, или незначительно выступающий за линию 1 скола грунта, от действия передней режущей плоскости 11 нижнего зуба 8. Вертикальная режущая кромка ножа 1 имеет клиновидную симметричную форму 12. Дренеры 3 имеют форму цилиндров, усечённых в передней части по ходу работы дренеров скосами 13, обращёнными зеркально друг к другу. Носки дренеров 3 связаны с концами режущей подковы 2 посредством шарниров 14, а средняя часть подковы 2 посредством тяги 15 и шарнира 16 подвижно связана с пятой вертикального ножа 1.

Устройство работает следующим образом.

При движении устройства в грунте, вертикальный нож 1 прорезает узкую вертикальную щель в грунте. Поверхность щели увлажняется поступающим через сопла 5 малого расхода, способствую путём набухания процессу закрытия щели. Дренера 3, следуют за ножом 1 и, благодаря скосам, направленным в междренную полость, формируют уплотнённую зону в междренье. Одновременная дозированная подача жидкой фазы из клапана 7 повышает влажность деформированного грунта. В результате создаются условия для формирования исходной структуры, которая существовала до прокладки кротовин. В качестве рабочей жидкости, помимо воды, может быть использована навозная жижа или раствор, содержащий личинки дождевых червей. Подача жидкости в вертикальный нож может производиться насосом, имеющим привод от тягового трактора [6].

Таким образом, устройство позволяет осуществить строительство дренажа высокопроизводительным методом в тяжёлых грунтах аридной зоны, влажность которых обычно находится за пределами оптимальных величин. При этом уменьшается сопротивление грунта, что в последующем приведёт к снижению расхода топлива.

В ходе анализа технических решений предназначенных для кротования с одновременным внесением на глубину почвы жидких органоминеральных удобрений или другой рабочей жидкости, не было найдено устройств с аналогичными существенными признаками данному устройству для кротования, с одновременным внутрипочвенным внесением жидких органоминеральных удобрений [8].

Результаты теоретических исследований технологического процесса мелиоративного рыхления почв, выполненных на основе разработанной в работе системы управления характеристиками рабочих органов рыхлителей и режимами их работы, позволяют сделать вывод о практической возможности создания почвенного профиля с заданными параметрами. При использовании жидких удобрения из него корневая система хлопчатника быстрее развивается, глубже проникает в почву.

Следовательно, разработана технология и рабочее оборудование нарезки аэрационного дренажа, которые воплощены в новой конструкции НАД-2–60 и универсальной агромелиоративных машин для внесения органоминеральных удобрения НАД-2–60М, позволяющие улучшить мелиоративное состояние тяжелых почв орошаемых земель аридной зоны. На основании 215 приказа министра сельского хозяйства Туркменистана от 11 декабря 2013 года составленная Экспертная комиссия провела научно-исследовательские испытания и в соответствии с протоколом испытаний составила акт испытаний, одобренный и подтвержденный в Отделе механизации сельского хозяйства Научно-техническим советом при министерстве 15 января 2014 года, указанные агромелиоративных машин предложили для широкого внедрения в производство сельского хозяйства страны.

Литература:

1. Войтович, И.В., Данатаров, А. Оптимизация параметров рабочих органов кротователей. Гидротехника и мелиорация на Украине. Сборник научных трудов вып. 3. Киев, 1994. с.42–45.
2. Данатаров, А. Об экологической напряженности в аридной зоне. Экологические проблемы при орошении и осушении: материалы Международ. науч. конф. (Киев, 16–17 сентября 1993 г.). часть I. –Киев, 1993. с.7–8.
3. Данатаров, А. Технология нарезки аэрационного дренажа и эффективность его работы в условиях аридной зоны. Дис. канд. тех. наук. Киев. -1994. с.4–217.
4. Данатаров, А. Эффективность почвоуглубления орошаемых почв. ООО «Издательство Молодой ученый» -Чита, 2010. № 8. т.1. с.53–56.
5. Данатаров, А. Теоретическое обоснование технология нарезки аэрационного дренажа в условиях Туркменистана. ООО «Издательство Молодой ученый» -Чита, 2010. № 9. с.23–27.
6. Данатаров, А. Расчет аккумулирующей способности аэрационного дренажа в условиях Туркменистана. ООО «Издательство Молодой ученый» Чита, 2010. № 9. с.27–29.
7. Османов Б., Данатаров А. Экономия воды и железа в агромелиоративных универсальных машинах в условиях Туркменистана «Наука, техника и инновационные технологии в эпоху могущества и счастья: материалы Международ. науч. конф. (г.Ашхабад, 12–13 июня 2020 года) г.Ашхабад с.399–401.
8. Патент ТМ № 609 (№ 13/I 01219). Устройства для нарезки кротовин. А.Данатаров, [и др.]. 28.03.2013.