Сельское хозяйство/2. Механизация сельского хозяйства

К.т.н. Валиев А.Р., аспирант Яруллин Ф.Ф.

Казанский государственный аграрный университет, Россия

Совершенствование комбинированных орудий для поверхностной мульчирующей обработки почвы

Дальнейшее развитие отрасли растениеводства АПК основано на внедрении высокоэффективных наукоемких интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, обеспечивающих увеличение продуктивности пашни и получение экологически безопасной продукции с минимальными затратами материальных, трудовых и энергетических ресурсов.

В настоящее время в мире по энергоресурсосберегающим технологиям (Mini-Till, No-Till) обрабатываются в более 500 млн.га земли, в России – около 30 млн.га, а в республике Татарстан – более 1 млн. га пашни. При этом, с каждым годом площади сельхозугодий под интенсивные агротехнологии имеют тенденцию к увеличению [1].

Внедрение интенсивных технологий в земледелии предполагают различные варианты минимизации обработки почвы, которые рассматривается как один из важнейших условий экологизации земледелия, а также снижения энерго- и ресурсоемкости производства продукции растениеводства[2]. Основными требованиями к системе обработки почвы и почвообрабатывающим агрегатам при этом являются:

- создание благоприятных условий для протекания биологических, физико-химических и физических процессов, обеспечивающих повышение ее плодородия;

- подготовка почвы под посев за один проход агрегата по полю и снижение уплотняющего воздействия на почву, как рабочих органов почвообрабатывающих орудий, так и ходовых систем самих агрегатов;

- полное подрезание сорняков и создание мульчированного пожнивными и растительными остатками поверхностного слоя;

- защита почвы от водной и ветровой эрозии;

- выравнивание поверхности поля и создание однородной мелкокомковатой структуры в слое заделки семян;

- снижение энергоемкости и трудоемкости процесса обработки почвы.

В настоящее время, в системе минимальной обработки почвы применяются различные орудия как отечественного, так и зарубежного производства [3]. Среди них можно выделить дискаторы серии БДМ, БДП, комбинированные орудия АДП-6, КСН-4, КНК-4, КПИР-3,6. Из зарубежных аналогов наиболее широкое применение находят орудия модели «Smaragd», «Rubin» производства фирмы LEMKEN, дисковые бороны компании «Sunflower» и другие орудия от различных отечественных и зарубежных производителей сельскохозяйственной техники.

Большинство современных орудий в системе минимальной обработки почвы являются комбинированными и включают различные дисковые и рыхлительные рабочие органы, установленные с разными углами атаки и наклона к вертикали, а также ротационные или прутковые бороны и катки.

Сравнительная оценка качества работы различных комбинированных орудий для поверхностной обработки почвы на базе ООО «Саба» (рисунок 1) показывает [4], что они не всегда обеспечивают качественное перемешивание и мульчирование поверхностного слоя почвы пожнивными остатками. Как видно из рисунка, на вариантах обработки почвы агрегатами К-701 + БДМ 4х4 (рисунок 1а) и ХТЗ-17221 + КСН-4 (рисунок 1б) после прохода поверхность поля остается неровной, гребнистость составляет от 3 до 12 см, что не допускается агротехническими требованиями. Более качественную поверхностную обработку обеспечивают агрегаты зарубежного производства John Deere 9420 + RUBIN 800 (рисунок 1в), John Deere 9420 + SUNFLOWER 1434-36 (рисунок 1г) и John Deere 9420 + SMARAGD (рисунок 1д).

Таким образом, основными недостатки применяемых в настоящее время комбинированных орудий для поверхностной обработки почвы, сдерживающие переход к интенсивным энергоресурсосберегающим технологиям возделывания сельскохозяйственных культур являются:

а) б)

в) г) д)

Рисунок 1 – Сравнительная оценка качества работы различных комбинированных орудий для поверхностной обработки почвы.

- не обеспечивается качественное перемешивание и мульчирование поверхностного слоя почвы пожнивными и растительными остатками;

- большое удельное тяговое сопротивление и высокая энергоемкость технологического процесса подготовки почвы под посев;

- недостаточное крошение почвы, неровная, гребнистая поверхности поля после прохода орудия;

- неполное подрезание и уничтожение сорняков, забивание рабочих органов растительными остатками при тяжелых условиях работы;

- высокая стоимость (особенно у зарубежных аналогов).

Поэтому, в условиях перехода к интенсивным энерго- ресурсосберегающим технологиям возделывания сельскохозяйственных культур, разработка и исследование комбинированных орудий для поверхностной мульчирующей обработки почвы, обеспечивающих снижение энергоемкости и повышение качества подготовки почвы под посев за один проход агрегата является актуальной задачей.

На основе анализа существующих конструкций машин и с учётом их недостатков нами разработана конструктивно-технологическая схема комбинированного орудия для поверхностной мульчирующей обработки почвы с ротационными коническими рабочими органами (рисунок 2) [5, 6].

а)

б) в)

1,2 – продольные секции, 3 – навеска, 4 – ротационный рабочий орган, 5,6 – катки,
7 – опорное колесо, 8 – поперечная балка, 9 – односторонний нож, 10 – цепная передача, 11,12 – сменные звездочки, 13 – продольная балка, 14 – тяга, 15 – шарнир, 16 – ступица,
17 – спица, 18 – пласт почвы.

Рисунок 2 – Конструктивно-технологическая схема комбинированного орудия: а) вид сбоку, б) вид сверху, в) технологическая схема работы конического рабочего органа

Комбинированное орудие работает следующим образом. При проходе орудия по полю ротационные рабочие органы 4, совершая вращательное движение под действием сил трения почвы, приникают в почву на глубину обработки и движутся на этой глубине по направлению движения комбинированного почвообрабатывающего орудия. При этом пласты почвы 18, вращаясь вместе с рабочими органами 4, поднимаются на некоторую высоту и при падении переворачиваются, заделывая в почву часть пожнивных остатков, возбудителей болезней культурных растений и семян сорняков для провокации их к прорастанию. А односторонние бритвы 9 внедряются в почву и обрабатывают ее на глубине обработки «а», исключая образование необработанных гребешков и образуя небольшие щели по линии врезания в почву конических рабочих органов 4, расположенных на переднем ряду, облегчения тем самым проникновение их в обрабатываемую среду.

В процессе работы, в отличие от сферических и плоских дисков, где заглубление в почву обеспечивается дополнительным давлением на них за счет массы всего орудия, конические рабочие органы, имеющие положительный задний угол резания, внедряются в почву за счет давления со стороны срезаемого пласта почвы. Это позволяет стабильно выдерживать заданную глубину обработки и уменьшить общую массу комбинированного орудия. Важным является и то, что срезаемый коническим рабочим органом пласт почвы, попадая на его поверхность, лишь незначительно скользить в продольном направлении и больше вращается и поднимается вместе с ней, что будет способствовать снижению тягового сопротивления комбинированного орудия.

Выполнение рамы в виде шарнирно соединенных двух продольных секций 1 и 2 позволяет лучше копировать поверхность поля рабочими органами комбинированного почвообрабатывающего орудия, повышая качество поверхностной обработки почвы.

Наличие в устройстве винтовых спиральных шлейф-катков 5 и 6, выполненных с правой и левой навивкой, расположенных в два ряда и регулируемых по высоте, а также снабжение заднего шлейф-катка 6 приводом в виде ускоряющей цепной передачи 10 от переднего шлейф-катка большего диаметра 5 позволяет получить необходимую степень измельчения комков и единовременное уплотнение ее в зоне заделки семян разных по механическому составу почв, согласно агротехническим требованиям, предъявляемым к поверхностной обработке почвы.

Таким образом, следует ожидать, что по сравнению с существующими аналогами, разрабатываемая конструкция комбинированного орудия с ротационными коническими рабочими органами для поверхностной мульчирующей обработки почвы будет обеспечивать:

- создание мульчированного слоя на поверхности почвы (измельчение растительных остатков, стерни и перемешивание их с поверхностным слоем);

- снижение энергоемкости процесса обработки на 10-15% за счет скользящего резания почвы, а также уменьшения скольжения пласта по рабочей поверхности;

- высокую степень крошения почвы рабочими органами за счет деформации отрезаемого пласта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях;

- полное подрезание и уничтожение сорняков;

- выравнивание поверхности поля и подготовку почвы для посева за один проход агрегата;

- повышение урожайности сельскохозяйственных культур за счет повышения качества обработки почвы.

Литература:

1. Орлова Л.В. Быть или не быть ресурсосберегающим технологиям в России? // Земледелие. – 2007. – № 2. – С. 18-19.

2. Кирюшин В.И. Минимизация обработки почвы: перспективы и противоречия // Земледелие. – 2005. – № 5. – С. 12-14.

3. Жук А.Ф, Ревякин Е.Л. Развитие машин для минимальной и нулевой обработки почвы: научно-аналитический обзор. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. – 156 с.

4. Яруллин Ф.Ф., Валиев А.Р. Комбинированное орудие для поверхностной мульчирующей обработки почвы с ротационными коническими рабочими органами / Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Инновационное развитие агропромышленного комплекса». – Казань: изд-во Казанского ГАУ, 2010. – Т 77. – Часть 2. – С 308-312.

5. Патент № 98857 РФ, МПК 7 А 01 В 49/00. Комбинированное почвообрабатывающее орудие / Валиев А.Р., Макаров П.И., Яруллин Ф.Ф. Хамидуллин Н.Н. – Заявлено 08.06.2010. Опубл. 10.11.2010. Бюл. № 31.

6. Патент № 2400053 РФ, МПК 7 А 01 В 35/16. Лущильник ротационный. Валиев А.Р., Яруллин Ф.Ф., Макаров П.И., Сафиуллин Р.Г. – Заявлено 26.03.2009. Опубл. 27.09.2010. Бюл. № 27.