Методы исследования. 
Экспериментальное обоснование применения некоторых мелиоративных машин в условиях орошаемого земледелия

В процессе исследований применялись стандартные методики с внесением необходимых частных дополнений и уточнений. Опыты проводились с применением изготовленной лабораторно-полевой установки, в том числе с динамометрическим и тензометрическим устройствами. Результаты эксперимента обработаны методами математической статистики. Форма и параметры рабочего органа чизеля-рыхлителя и дренажно-кротового орудия оптимизированы с использованием метода математического планирования экспериментов. Лабораторные опыты проведены на имитированных фонах в почвенном канале кафедры механики Бухарского технологического института пищевой и легкой промышленности (Бух ТИП и ЛП) согласно ОСТ 70.4.1−80-«Плуги и машины для глубокой обработки почвы. Программа и методы испытаний» [2, 9].

Основная часть

Для разуплотнения загипсованных почв нами разработан специальный чизель-рыхлитель с оптимальными параметрами и эти орудия изготавливаются в Бухарском акционерном обществе «Бухараремонт».

Во время работы чизеля-рыхлителя для разуплотнения гипсовых почв рабочие органы должны перемещаться ниже 1−2 см по толщине гипсовых прослоек. Этот процесс происходит в блокированных условиях, поэтому загипсованный слой почвы будет подниматься по поверхности рабочего органа, образуя на ней почвенный нарост определенной толщины. Этот нарост может быть столь устойчивым и прочным, что в дальнейшем резание почвы происходит им, а не рабочим органом. Ввиду меньшего угла трения и меньшей липкости твердых загипсованных частиц, этот нарост получается незначительным. Можно предположить, что не следует стремиться к непрерывному деформированию загипсованного слоя, достаточно ограничиться его разрушением лишь носком рыхлительной лапы, когда этот слой начинает наползать на нее. По результатам проведенных многократных экспериментальных исследований рекомендуемые параметры чизеля-рыхлителя приведены в табл. 1 [2, 3].

Таблица 1 Рекомендуемые параметры чизеля-рыхлителя.

Экспериментальные исследования показывают, что по рекомендованным параметрам чизель-рыхлитель с криволинейными рабочими органами по сравнению с существующими имеет меньшее тяговое сопротивление на 14−16%. Применение экспериментального чизеля-рыхлителя способствует повышению производительности на 16,3%, снижению затраты труда на 14,9% и прямых эксплуатационных затрат на 9,6%. Результаты эксперимента приведены в табл. 2 [10].

Таблица 2 Агротехнические и энергетические показатели рабочих органов чизеля-рыхлителя.

Установлено, что с точки зрения снижения тягового сопротивления чизеля-рыхлителя ширина захвата рыхлительных лап должна быть в пределах bЛ =0,10−0,15 м.

Предлагаемый чизель-рыхлитель позволит увеличить скорость движения агрегата до 1,9 м/с против 1,4 м/с существующего.

На основании проведенных сравнительных испытаний можно сделать вывод, что предлагаемый чизель-рыхлитель обладает преимуществом перед серийными глубокорыхлителями ГРХ-2−50 как по качественным, так и по энергетическим показателям.

Получены сравнительные показатели работы рыхлителей — равномерность глубины обработки, качество крошения почвы и гребнистость по дну обработки. По гребнистости дна обработки лучшие показатели имеет предлагаемый чизель-рыхлитель, по гребнистости поверхности поля — серийный глубокорыхлитель, что объясняется особенностью конструкции и характером воздействия рабочих органов на почву.

Результаты широкой хозяйственной проверки работы экспериментального чизеля-рыхлителя показали, что прямые эксплуатационные затраты на 18,5% повысили производительность агрегата на 16,3% при высоких (в 1,1−1,3 раза) качественных показателях его высокой надежности и экономичности по сравнению с существующим глубокорыхлителем.

Для засоленных почв нами разработаны дренажно-кротовые орудия Дренажно-кротовое устройство навешивается с помощью специального приспособления к трактору, тянущему через подпочвенный слой на выбранной глубине конический цилиндр, изготовленный из стали, так называемый «крот». Он образует непрерывную дрену в подпочвенном слое для отведения лишней влаги. При помощи дренажной системы решается задача регулирования водного баланса почвы. Система эффективна в течение нескольких лет и только на участках с глинистым подпочвенным слоем.

С древних веков для развития земледелия хозяин земли старается привести к норме промывание засоленных земель. В ряде Европейских стран, и в том числе в России, для улучшения мелиоративного состояния почвы применяется специальное дренажно-кротовое орудие различных конструкций. Поэтому в условиях орошаемого земледелия решили разработать навесную конструкцию орудия на тракторе Magnum фирмы Кейс. Схемы навесного орудия кротовых дрен приведены на рис. 1.

Рис. 1 Дренажно-кротовое орудие

а) схематический боковой вид навесного орудия; б) профильный вид навесного орудия. 1 — дренаж-кротов; 2 — трость; 3 — стойка; 4 — долото; 5 — подвижная рама; 6 — гидроцилиндр; 7 — неподвижная рама.

Навесное орудие работает следующим образом: на жестко закрепленной стойке через стальную трость установлен конус-цилиндр, который образует кротовой дренаж на установленную глубину в зависимости от уровня грунтовых вод.

Обоснование параметров дренажно-кротового орудия [7].

Диаметр крота для средних типов почвы мм, для устойчивой почвы мм. Эти параметры обоснованы в полевых условиях:

(1).

где hмаксимальная глубина обработки дренажно-кротового орудия, м.

h. (2).

Длина конус-цилиндра определяется по следующей формуле:

. (3).

Во время работы на рабочие органы дренажно-кротового орудия действуют следующие силы:

(4).

где — коэффициент трения металла о почву; - реакция силы трактора на почве, кН; горизонтальные составляющие силы при резание почвы, кН; - тяговое сопротивление предел текучести почвы; - тяговое сопротивление стального троса; - гравитационное сопротивление почвы.

(5).

где — касательные напряжения при обработке почвы, кН.

=, (6).

где — энергия, затрачиваемая на орудие, кВт; скорость движения агрегата, м/с.

Сопротивление почвы при большой влажности или при нижних пределах пластичности равно.

. (7).

Удельное сопротивление при большой влажности почвы — МПа.

(8).

где — площадь поперечного сечения дренажа, м; - диаметр дренажа, м;

Действующие нормальные силы при работе кротового дренажа:

=(0,3−0,5). (9).

Силы сопротивления стального троса между конус-цилиндром и стойкой:

F =, (10).

где Ксреднее удельное сопротивление стального троса, кН/м.

Глубина обработки дренажно-кротового орудия =0,65; 0,75; 0,85; 0,95; 1,0 м. Глубина обработки устанавливается в зависимости от расположения грунтовых вод. При изменении глубины обработки силы удельного сопротивления троса меняются: К =57; 52; 48,1; 46,6; 45,4 Н/м. — длина стального троса, м. 0,1−0,15 м. Силы удельного тягового сопротивления при начальной тяге К=(10−20), Н. Сопротивление почвы при большом или верхнем пределе пластичности:

. (11).

Сопротивление кротователя для образования дренажа:

(12).

где Кудельное сопротивление при сжатии почвы К0,01−0,12 МПа.

Общая мощность дренажно-кротового орудия во время работы:

. (13).

Данные исследования позволяют сделать вывод, что на засоленных почвах, где расположен уровень грунтовых вод, нужно использовать дренажно-кротовое орудие. Эти орудия в поливных условиях нужно применять в перпендикулярном направлении к озеру. Еще можно использовать там, где нет озер или озера расположены далеко от используемой земли. В таком случае можно использовать полосно-перекрестный способ открывания дренажа.

Исследуемые рабочие органы проверяли в полевых условиях на средне засоленных площадях и изучали образование кротового дренажа. В процессе исследований изучены физико-механические свойства почвы. На глубине 50 см средняя влажность составляет 22,5%, твердость — 1,7 г/см3. В однометровом слое почвы хлорные ионы являются средне засоленными и составляют 0,665%. Эти свойства почвы определяли по стандартной методике в полевых и лабораторных условиях.

На основании проведенных исследований пришли к выводу, что образование кротового дренажа в подпочвенном слое снижает засоленность почвы. Орудие можно применять один раз в 2−3 года. Этим способом улучшается мелиоративное, водно-воздушное состояние почвы и создаются благоприятные условия для роста и развития растений.

По результатам эксперимента степень осушения участка зависит от глубины заложения дрен, так как при отсутствии регулярного полива значительную долю занимает питание растений от грунтовых вод. Уровень грунтовых вод понижается до глубины закладки дрен. Чем ниже расположены дрены, тем меньшее количество воды достигает поверхности почвы. Оптимальная глубина заложения дрен зависит от механического состава почвы и видов выращиваемых растений. При отсутствии орошения на глинистых почвах глубина заложения дрен может быть увеличена до 1,5 м, а на легких песчаных и торфяных почвах снижена до 0,6 и 0,3 м соответственно. Естественно, что при установке системы полива все эти показатели корректируются. Для деревьев максимальный уровень грунтовых вод не должен превышать 1,0−1,5 м, для большинства кустарников — 0,5−0,6 м, для многолетних цветов — 0,3−0,4 м и для газона — 0,2 м [6].

Но сплошная глубокая пахота значительно дороже обычной, поэтому для борьбы с водной эрозией разработаны методы полосного глубокого рыхления почвы, которое значительно уменьшает развитие процессов смыва и повышает урожайность сельскохозяйственных культур. Поэтому дренажно-кротовое орудие для засоленных земель, где не имеются озера, применяется полосно-перекрестный способ. Этот способ обработки почвы понижает уровень грунтовых вод.

Повышению накопления влаги, регулированию стока, предотвращению смыва способствует кротование почвы.

Недостатками известных орудий является то, что производительность агрегата очень низкая, при глубине дренирования более 1,0 м тяговое сопротивление орудий часто превышает тяговые возможности трактора, что приводит к увеличению эксплуатационных затрат. При использовании этих орудий в почвах поливного земледелия из-за большого удельного сопротивления почв качество проложенного кротового дренажа в подпочвенном слое ухудшается.

Поставленная задача решается тем, что в орудие для прокладывания кротового дренажа, содержащеее раму, рабочие органы в виде массивных ножей из полосной стали, снабженные S-образным долотом, с тыльной стороны рабочих органов с помощью гибкой стальной тростью закреплены сменные кротователи. Расстояние между рабочим органом и кротователем в продольном направлении выбирается в зависимости от типа почв изменением длины стальной трости. Предлагаемое дренажно-кротовое орудие отличается от существующих.

Существующие дренажно-кротовые машины ДКГ-100 предназначены для прокладывания кротового дренажа в торфяных и минеральных грунтах с целью их осушения и регулирования водно-воздушного режима почвы в Российских условиях.

Предлагаемое (ДТОМ-1−100 Дренаж-туйнук очувчи машина) дренажно-кротовое орудие отличается от существующих тем, что рабочие органы снабжены для условий средне и сильно засоленных земель в хлопкосеющих районах Республики Узбекистан. Поэтому разработать новое орудие в условиях хлопкосеющих районов считается актуальным.

Отличительными особенностями являются рабочие органы в виде массивных ножей из полосной стали снабженные долотом S-образной формы, с тыльной стороны рабочих органов с помощью гибкой стальной трости закреплены сменные кротователи. Расстояние между рабочим органом и кротователем в продольном направлении выбирается в зависимости от типа почвы изменением длины стальной трости. Предлагаемое исполнение рабочего органа обеспечивает образование кротового дренажа в подпочвенном слое при минимальных затратах энергии.