Сельское хозяйство / 2. Механизация сельского хозяйства

К.т.н. Курач А. А.

«Казахский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства», Костанайский филиал

г. Костанай, Казахстан

 

Влияние скоростного режима ротационной цепной бороны на агротехнические и силовые показатели

 

Большая зависимость от климатических условий и дефицит влаги вызывают необходимость применения в Северном Казахстане влагоресурсосберегающих технологий, обеспечивающих эффективное сохранение и использование почвенной влаги. В таких технологиях обработка почвы сводится к минимуму, поэтому основная роль в сохранении влаги отводится растительным остаткам, оставляемым на поверхности полей. Однако при фактической средней урожайности зерновых культур 10-15 ц/га разбросанная солома не обеспечивает полного покрытия поверхности почвы, из-за чего образуются почвенная корка и трещины, через которые испаряется почвенная влага конвекционно-диффузным способом [1].

Указанное объясняет возросший интерес многих сельхозпроизводителей Северного Казахстана к ранневесенней обработке почвы (ранневесеннему боронованию, закрытию влаги), которая является эффективным агротехническим приемом сохранения влаги в допосевной период, особенно на полях, обработанных с осени. Она проводится весной по мере достижения физической спелости почвы и предусматривает рыхление поверхностного слоя на глубину 4-5 см и выравнивание поверхности с максимальным оставлением растительных остатков на поверхности. Просохший поверхностный слой с разрушенными капиллярными связями и растительные остатки, равномерно распределенные на поверхности поля, существенно уменьшают испарение влаги из нижних слоев почвы. Исследования, проведенные в Костанайском НИИ сельского хозяйства, подтверждают эффективность, и даже, необходимость данного технологического приема в условиях влагоресурсосберегающих технологий производства растениеводческой продукции [1, 2].

В настоящее время в хозяйствах используют, в зависимости от условий, на полях, обработанных с осени с малым количеством стерни или чистых парах - зубовые бороны БЗТС-1 и БЗСС-1 и на стерневых фонах - игольчатые бороны-мотыги БИГ-3А и БМШ-15, средние и тяжелые бороны с пружинными зубьями и, в последние 3-4 года, зубовые цепные бороны [3]. Следует отметить, что зубовые цепные бороны выпускаются не только предприятиями России и Казахстана, но и изготавливаются самостоятельно в некоторых хозяйствах, при этом рабочие органы таких борон отличаются удельным весом используемых цепей, количеством и размерами зубьев, поэтому применение таких борон не всегда приносит желаемые результаты.

В Костанайском филиале «КазНИИМЭСХ» разрабатывается зубовая цепная борона к тракторам тягового класса 5 типа К-744Р1 шириной захвата 24 м. В отличие от существующих аналогов, у которых рабочие органы расположены в два ряда «ромбом», ее рабочие органы размещены по схеме лущильника в два параллельных ряда, что позволяет достаточно просто переводить борону в транспортное и рабочее положение (аналогично как у лущильника ЛДГ-15).

В 2015 году были проведены исследования по обоснованию конструктивных параметров рабочих органов и бороны в целом и ее ширины захвата. В текущем 2016 году изучалось влияние скоростных режимов бороны на ее агротехнические и силовые показатели при различной твердости обрабатываемого слоя почвы. При проведении экспериментальных исследований применялся макетный образец бороны шириной захвата 24 м в агрегате с трактором К-744Р1. Исследования проводились на полях ТОО «Макс», Карасуского района Костанайской области в три срока: в начале, середине и конце выполнения ранневесеннего боронования. Установочная скорость движения составляла 9, 12, 15 и 18 км/ч. Почвенные условия приведены в таблице, их можно характеризовать как типичными для зоны.

Таблица – Условия проведения исследований

Показатели

Сроки проведения

18.04

23.04

28.04

Тип почвы, механический состав

чернозем южный, средний суглинок

Влажность почвы в % по слоям:

 

 

 

от 0 до 5 см вкл.

25,5

20,8

18,1

св. 5 до 10 см вкл.

27,9

26,8

22,6

св. 10 до 15 см вкл.

28,8

28,4

24,0

Твердость почвы, МПа, по слоям:

 

 

 

от 0 до 5 см вкл.

0,51

0,81

1,20

св. 5 до 10 см вкл.

0,83

1,25

1,62

св. 10 до 15 см вкл.

1,09

1,44

1,75

Пожнивных остатков, г/м2

176,6

177,6

159,9

 

Из графиков зависимости глубины обработки h от скорости движения Ve  и твердости почвы Тв, рисунок 1а, видно, что с увеличением скорости глубина обработки уменьшается. Это связано с ростом выглубляющих усилий, действующих на рабочие органы. С увеличением твердости почвы глубина обработки снижается в среднем на 1,2-1,7 см, что также связано с ростом выглубляющих усилий. Глубина обработки, соответствующая агротребованиям 5±1 см, обеспечивается при твердости почвы от 0,51 МПа до 0,81 МПа при скоростях 9-18 км/ч, а при твердости 1,2 МПа - в пределах 9-15 км/ч.

Из графиков, рисунок 1б, следует, что при низкой твердости почвы 0,51 МПа с ростом скорости крошение почвы Кр несколько увеличивается из-за  повышения интенсивности воздействия рабочих органов на почву. При средней твердости 0,81 МПа крошение почвы имеет тенденцию к незначительному снижению, так как глубина обработки уменьшается и меньший слой почвы подвергается воздействию. При высокой твердости 1,20 МПа обрабатываемого слоя крошение почвы существенно снижается, что связано со значительным уменьшением глубины обработки. Соответствующее агротехническим требованиям крошение почвы (не менее 80% почвенных агрегатов размером до 20 мм),  макетный образец бороны обеспечивает при твердости почвы 0,81-1,20 МПа в диапазоне скоростей 9-15 км/ч.

 

                     а)                                                               б)

1 - Тв =0,51 МПа; 2 - Тв =0,81 МПа; 3 - Тв =1,20 МПа

Рисунок 1 – Зависимости глубины обработки h (а) и крошения почвы Кр (б) от скорости движения Ve и твердости почвы Тв

 

Исследования показали, что удовлетворяющее агротребованиям разрушение почвенной корки  Рк  (не менее 75%) обеспечивается макетным образцом бороны при твердости обрабатываемого слоя почвы 0,51-1,20 МПа во всем диапазоне скоростей движения 9-18 км/ч, рисунок 2а.

 

                     а)                                                               б)

1 - Тв =0,51 МПа; 2 - Тв =0,81 МПа; 3 - Тв =1,20 МПа

Рисунок 2 – Зависимости разрушения почвенной корки Рк (а) и сохранения стерни Сс (б) от скорости движения Ve и твердости почвы Тв

Установлено, рисунок 2б, что, с увеличением скорости движения сохранение стерни снижается при всех значениях твердости обрабатываемого слоя почвы из-за повышения интенсивности присыпания растительных остатков. С увеличением твердости почвы сохранение стерни возрастает, так как уменьшается глубина обработки и снижается присыпание растительных остатков. Соответствующее агротребованиям сохранение стерни (не менее 80%) макетный образец бороны обеспечивает при твердости обрабатываемого слоя 0,51-1,20 МПа в диапазоне скоростей движения 9-16 км/ч.

Рабочие органы макетного образца бороны хорошо выравнивают поверхность - во всем исследованном диапазоне скоростей движения и твердости обрабатываемого слоя почвы гребнистость поверхности поля после прохода  Гр удовлетворяет агротехническим требованиям – не более 3 см, рисунок 3а.

 

                     а)                                                               б)

1 - Тв =0,51 МПа; 2 - Тв =0,81 МПа; 3 - Тв =1,20 МПа

Рисунок 3 – Зависимости гребнистости поверхности Гр (а) и тягового сопротивления макетного образца бороны Rx (б) от скорости движения Ve и

твердости почвы Тв

 

Из графиков зависимости тягового сопротивления макетного образца бороны Rx от скорости движения Ve и твердости почвы Тв. следует, что с увеличением скорости от 9 до 18 км/ч при всех значениях твердости почвы тяговое сопротивление возрастает на 12-15%, что связано с ростом динамической составляющей силы сопротивления почвы. А рост твердости почвы с 0,51 до 1,20 МПа приводит к снижению тягового сопротивления на 20-25% при всех скоростях, что связано уменьшением глубины обработки по мере роста твердости почвы.

Таким образом, результаты лабораторно-полевых исследовательских испытаний показали, что макетный образец широкозахватной зубовой цепной бороны при твердости обрабатываемого слоя почвы 0,51-1,20 МПа обеспечивает соответствующие агротехническим требованиям глубину обработки 4-6 см, крошение почвы 80,5-85,2%, разрушение почвенной корки 78,1-85,4%, сохранение стерни 81,5-87,2% и гребнистость поверхности 1,5-2,3 см в диапазоне рабочих скоростей движения 9-15 км/ч. В указанном диапазоне твердости почвы и скоростей движения тяговое сопротивление макетного образца бороны составляет 23-32 кН, что соответствует тяговым возможностям трактора К-744Р1.

На основании проведенных исследований разрабатывается экспериментальный образец широкозахватной зубовой цепной бороны.

 

Литература:

1. Шилов М.П., Гавриленко К.А. «Влияние приемов ранневесеннего боронования на сохранение влаги в сберегающем земледелии Северного Казахстана» // Materialy XI miedzynarodowej nau-kowi-praktycznej konferencji. Naukowa przestren Europy - 2015. 7-15 kwietnia 2015. Volume 24. Przemysl. – C. 24-28.

2. Суходолец В. Боронование и сберегающее земледелие: что эффективнее? // Агрорынок – 2016. - №5(38). – С.8.

3. Басаревский А.Н. Техническое обеспечение ресурсосберегающей технологии ранневесеннего закрытия почвенной влаги // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2013. - № 5. – С. 32-33.