Повышение эффективности применения модульного чизельного плуга путем разработки к нему устройства для поверхностной обработки каменистых почв

На сельскохозяйственных полях вследствие многократного прохода тяжелых машинно-тракторных агрегатов наблюдается уплотнение почвы на значительную глубину [2,3].

Уплотненная почва и плужная подошва, которые появляются вследствие вспашки отвальным плугом на постоянную глубину, препятствуют проникновению корневой системы растений в нижние слои почвы и способствуют застою воды в пахотном горизонте, что ухудшает водно-воздушный режим роста сельскохозяйственных культур и в конечном итоге отрицательно влияет на урожайность. Исследования, выполненные в нашей стране и за рубежом, показывают, что уплотнение почвы ходовыми системами тракторов и самоходных сельхозмашин приводит к снижению урожайности на 8.30% [38,40].

В значительной степени эти отрицательные явления можно устранить используя глубокое рыхление чизельными плугами. Безотвальной обработка почвы на глубину до 45 см и более способствует:

— разуплотнению почвы при уплотнении ее ходовыми системами сельхозмашин,.

— углублению пахотного слоя,.

— повышению фильтрационной способности тяжелых почв,.

— сохранению влаги в почве в засушливые и ликвидации переувлажнения во влажные периоды,.

— борьбе с водной эрозией почвы [47, 55, 81].

Кроме того, чизельные орудия в весенний период заменяют отвальные плуги при перепашке зяби и обработке паров [41, 43].

Таким образом, чизельные плуги обеспечивают внедрение более совершенной технологии обработки почвы, позволяют улучшить ее плодородие и уменьшить эксплуатационные затраты в растениеводстве [42, 44]. Чизелевание способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур в течение нескольких лет после проведения рыхления [40, 56].

В северо-западной зоне России, где значительная часть пахотных земель засорена камнями, глубокое рыхление почвы также необходимо.

В 2003 году, на традиционной выставке «Agritechnika», проходящей ежегодно в Ганновере, были широко представлены комбинированные агрегаты, включающие в себя 3-х или 4-х рядные рыхлительные лапы с долотообразными наконечниками, которые позволяют проводить глубокое интенсивное рыхление почвы на глубину до 35−45 см с минимальными затратами. Вслед за рыхлительными лапами установлены диски, которые выравнивают поверхность почвы, а также заделывают сорняки, удобрения и растительные остатки на глубину 10−15 см. Позади дисков следуют катки, которые дополнительно выравнивают поверхность почвы. Агрегаты данного типа используются в Европе в течение последних 5 лет. Мировые сельхозмашиностроители развивают это направление путем разнообразных модернизаций. Значительное повышение стоимости энергоносителей обусловило применение широкозахватной техники, способной выполнять комплексные задачи. В свою очередь, повышение ширины захвата и использование комбинированных агрегатов требует повышенной мощности энергетического средства. Поэтому современные трактора обладают большой рабочей скоростью и оснащаются более экономичными двигателями. По сравнению с предыдущей выставкой наблюдалось увеличение номенклатуры безотвальных орудий. Полученный опыт лишь подтверждает перспективность данного направления.

Касаясь России и ближнего зарубежья нельзя не сказать о широком распространении чизельной обработки в существующих технологиях обработки почвы. Это обусловлено социально-экономическими факторами. Выполненная с начала 70-х до конца 80-х гг. работа по созданию, исследованию и внедрению чизельных орудий способствовала развитию этого технологического приема. В результате было создано несколько модификаций чизельных плугов: ПЧ-4,5, ПЧ-2,5 — общего назначения и ПЧК-4,5, ПЧК-2,5 — для обработки почв, засоренных камнями. Максимальная глубина обработки составляет 45 см. Количество рабочих органов — 5, 7, 9, на стойках установлены гидропневматические предохранители. С 1987 поставлен на производство чизельный плуг ПЧ-2,5 и приспособление к нему ПСТ-2,5 для дополнительной обработки почвы в виде рыхления и выравнивания поверхности почвы. Отличительной особенностью является то, что данное приспособление применяется как единая конструкция, расположенная по всей ширине захвата чизельного плуга. Приспособление устанавливается только на чизельных плугах общего назначения.

По результатам проведенного анализа можно сделать вывод, что в России и за рубежом продолжаются работы по совершенствованию технологий и средств механизации глубокого рыхления почвы.

Современный сельскохозяйственный рынок в России и в странах ближнего зарубежья насыщен в основном иностранной сельскохозяйственной техникой. Это касается и чизелей, хотя имеются чизельные орудия, выпущенные на территории бывшего Советского Союза различными сельхозпроизводителями. Предпочтение отдается созданию чизельных плугов общего назначенияв любом случае, такая ситуация благоприятствует развитию конкурентоспособной продукции. Прослеживается тенденция производства многоцелевых чизельных орудий, которые комплектуются различными сменными рабочими органами. На таких орудиях все чаще применяются дополнительные обрабатывающие устройства (дисковые ножи, катки, боронки и т. д.) [82].

В ГНУ СЗНИИМЭСХ разработан экспериментальный образец плуга ПКЧ-(4+1)-50 для безотвальной обработки почвы.

Чизельный плуг создан на основе принципа модульности. Базовый модуль состоит из четырех корпусов, к которому с помощью фланцевого соединения крепится пятый корпус. Благодаря такой расстановке рабочих органов плуг может агрегатироваться с тракторами тяговых классов 2 и 3.

Несмотря на универсальность чизельного плуга ПКЧ-(4+1)-50, цена значительно меньше иностранной техники.

Периодичность проведения чизельной обработки в севообороте определяется составом сельскохозяйственных культур и их реакцией на чизелевание, почвенными условиями и характером засоренности полей камнями. На почвах с мощным гумусовым горизонтом чизелевание проводят через 3−4 года, на маломощных почвах с резким ухудшением агрофизических и агрохимических свойств — через 2−3 года.

Для повышения эффективности применения экспериментального образца чизельного плуга разработано устройство, позволяющее дополнительно проводить обработку почвы и улучшать агротехнические показатели подготовки почвы для последующих технологических операций возделывания сельскохозяйственных культур (предпосевной подготовки почвы и посева).

Целью данной работы является разработка и теоретическое обоснование устройства к модульному чизельному плугу ПКЧ-(4+1)-50 (конструкции СЗНИИМЭСХ) для поверхностной обработки каменистых почв.

В данной работе к чизельному плугу ПКЧ-(4+1)-50 подобраны наиболее эффективные для поверхностной обработки почвы рабочие органы, обоснованы параметры и режимы работы предохранительного механизма устройства и определены силы, действующие при ударе рабочих органов о препятствие.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

1. Теоретически и экспериментально подтвержден выбор способа крепления устройства к модульному чизельному плугу.

Навесное устройство к чизельному плугу для поверхностной обработки каменистых почв должно быть максимально приближено к гидравлической сцепки трактора, равномерно распределяться по раме плуга для сохранения продольной устойчивости трактора и обладать незначительной металлоемкостью (до 200 кг/м).

2. Разработана математическая модель соударения препятствия и рабочего органа грядиля чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв. Математическая модель позволяет представить процесс столкновения и обхода препятствия рабочим органом с устройством. При моделировании ударного процесса (при V = 0,8.2,2 м/су = 30°.70°) обосновано, что параметр lFs должен быть не менее 0,7 м. Силовые характеристики кинематической схемы предохранительного устройства полученные экспериментально (уравнение 16), нашли свое отражение в схеме конструкции устройства для поверхностной обработки каменистых почв к чизельному плугу ПКЧ-(4+1)-50. Результаты экспериментальных исследований дают основание считать, что при столкновении препятствия и рабочего органа грядиля чизельного плуга с устройством, устройство для поверхностной обработки каменистых почв помогает выглублению и заглублению.

3. Разработана информационная модель чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв, учитывающая скорость перемещения рабочих органов в почве V (t), его ширину захвата B (t), глубину обработки почвы a (t), сопротивление почвы R (t), влажность почвы y/(t), твердость почвы T (t), степень засоренности камнями Y (t). Информационная модель позволила выявить доминирующие факторы влияющие на работу грядиля чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв.

4. Результаты лабораторно-полевых исследований экспериментальных устройств к чизельному плугу, проводимых на ФГУ СЗ МИС, показали, что конструкция устройства № 3, состоящие из дисковой секции и трубчатого катка, обеспечивает лучшие агротехнические показатели из сравниваемых вариантов. После прохода чизельного плуга с устройством № 3, агротехнические требования выдерживаются не менее, чем на 99,9% площади обрабатываемого участка, что на ~ 9% больше, чем в сравниваемых вариантах.

5. Определена оптимальная рабочая скорость 8,5 км/ч, обеспечивающая максимальную производительность агрегата за час основного времени при соответствующей ширине захвата.

6. На основании результатов исследований было изготовлено устройство к модульному чизельному плугу для поверхностной обработки каменистых почв. Разработанное устройство для поверхностной обработки каменистых почв повышает эффективность использования чизельного плуга ПКЧ-(4+1)-50. Например, чизельный плуг ПКЧ-(4+1)-50 с устройством для поверхностной обработки каменистых почв может выполнять предпосевную обработку каменистых почв под посев наиболее отзывчивых к этой обработке зерновых культур.

7. Полученная комбинированная машина позволяет снизить трудоемкость при возделывании с. х. культур и улучшить качество обработки почвы. При нормативной загрузке чизельного агрегата ожидаемый годовой экономический эффект от использования результатов научно-исследовательских работ составляет 199 руб. на 1 га (в ценах 2007 года).