Агротехнические подходы при проектировании рабочего органа минимальной обработки почвы с полосным углублением

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.312.021, 631.51.01

АГРОТЕХНИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ РАБОЧЕГО ОРГАНА МИНИМАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ С ПОЛОСНЫМ УГЛУБЛЕНИЕМ

И.Б. Борисенко, доктор технических наук М.Н. Шапров, доктор технических наук, профессор П.И. Борисенко, аспирант

Волгоградский государственный аграрный университет

Разработан комбинированный рабочий орган минимальной обработки почвы с полосным углублением, состоящий из чизельной наклонной стойки, имеющей внутрипочвенный гиб, в сторону полевого обреза, и плоскорежущей лапы, закрепленной с возможностью перемещения вдоль стойки с противоположной стороны. Рабочий орган спроектирован с учетом агро-технологических требований, предъявляемых к выполняемому процессу.

Ключевые слова: агротехнология, водопроницаемость, эрозионные процессы, обработка почвы, рабочий орган, чизель, плоскорежущая лапа, энергозатраты.

Засушливые погодные условия в Среднем и Нижнем Поволжье требуют поиска и совершенствования агротехнологий возделывания полевых культур. Одним из главных лимитирующих факторов данной зоны является влага, половина которой приходится на осенне-зимний периоды. Ранневесенние запасы влаги зависят не только от количества осенне-зимних осадков, но и от особенностей почв, в частности, от водопроницаемости. Кроме того, в данном регионе больше половины пахотных земель размещены на склонах от 3 до 8 градусов, в связи с чем, на таких полях в период весеннего снеготаяния и выпадения ливневых осадков имеют место эрозионные процессы вследствие поверхностного стока воды.

Агротехнические противоэрозионные приемы по характеру воздействия можно разделить на четыре основные группы:

1. Улучшение водно-физических свойств почв и, в первую очередь, на повышение водопроницаемости: углубление пахотного слоя, окультуривание, искусственное оструктуривание почвы, чизелевание, щелевание, кротование и др.

2. Поверхностное водозадержание: поперечная и контурная вспашка зяби, создание искусственного микрорельефа.

3. Приемы, обеспечивающие высокую противоэрозионную устойчивость почвы: мульчирование поверхности почвы, поверхностные обработки, безотвальная обработка, и др.

4. Приемы, направленные на регулирование снегоотложения и снеготаяния.

Наиболее высокой водопроницаемостью (0,64-0,68 мм/мин) обладают верхние горизонты почв [1]. В местах максимального скопления карбонатов (горизонт ВС) коэффициент фильтрации резко уменьшается и составляет 0,19 мм/мин для солонцеватой разновидности и 0,005 мм/мин - для карбонатной. Глубина залегания весьма плотного, сцементированного карбонатами горизонта ВС определяет скорость впитывания воды с поверхности. Так, у карбонатной разновидности скорость впитывания за четвертый час составляет всего 0,25 мм/мин, что в 2,8 раза меньше, чем у солонцеватой.

«Поймать» и сохранить зимнюю влагу можно на основе использования технологии глубокого рыхления почвы. По характеру воздействия чизельная глубокая обработка выполняет первые три группы противоэрозионных мероприятий. Глубокая обработка почвы является важнейшим звеном в системе агротехнических мероприятий, направленных на содержание оптимальных условий развития растений, для проявления высокой эффективности различного рода мелиорантов, удобрений, рационального использования почвенной влаги и элементов питания. В результате обработки почвы происходит мобилизация её плодородия, усиливаются активность почвенной микрофлоры, процессы минерализации и гумификации органического вещества, улучшаются физические свойства почвы. Но глубокая обработка требует дополнительных энергозатрат.

С позиции энерго-ресурсосбережения, дополнительного влагонакопления осенне-зимних осадков чизельная обработка имеет преимущества относительно отвальной и плоскорезной обработок. Дополнительно можно снизить энергоёмкость технологического процесса обработки почвы, при условии соблюдения агротехнических требований сохранения структуры почвы, за счет комбинации глубокой и мелкой безотвальных обработок почвы. При этом необходимо обрабатываемый слой почвы разделить в вертикальной плоскости на две части. Нижнюю часть рыхлить по полосам, а в верхней части проводить сплошное рыхление (рис. 1.).

- интенсивное поступление воды

- капнлярное впитывание воды

Рисунок 1 - Технология минимальной обработки почвы с полосным углублением

В современных условиях технология минимальной обработки почвы с полосным углублением является самым высокоэффективным, почвозащитным, экологичным и энергосберегающим звеном среди безотвальных технологий возделывания зерновых и других культур. По урожайности, влагонакоплению и влагосбережению, предлагаемая технология эффективней общепринятым [3].

Учитывая выше обозначенные ключевые агротехнические подходы нами разработан рабочий орган «РОПА» [4], выполняющий поверхностную обработку с полосным углублением через 0,7 м. Рабочий орган (рис. 2) состоит из наклонной стойки 1, имеющей внутрипочвенный гиб, на которой расположены нож 2, башмак с накладным долотом 3 и плоскорежущее крыло 4. Внутрипочвенный гиб стойки имеет наклон в сторону полевого обреза, а длина горизонтальной проекции ножа на поперечно-вертикальную плоскость равна 1/4 расстояния между стойками. Плоскорежущее крыло 4 закреплено с возможностью вертикального перемещения, посредством болтового соединения 5 через отверстия в крыле и отверстия 6, расположенные вдоль вертикальной части стойки. Длина горизонтальной проекции плоскорежущего крыла 4 на поперечно-вертикальную плоскость равна 1/2 расстояния между стойками.

Технологический процесс работы почвообрабатывающего орудия сводится к рыхлению почвы от долота 3 и плоскорежущего крыла 4 рабочего органа. Глубина обработки почвы от долота 3 регулируется опорным колесом орудия, а от плоскорежущего крыла 4 перестановкой его вдоль вертикальной части стойки, совмещая отверстие в крыле 4 по отверстиям 6. Числовые отношения между длинами горизонтально-составляющей проекции ножа 2 и лезвия крыла 4, на поперечно-вертикальную плоскость, соответственно равны У и У относительно расстояния между стойками.

В предлагаемом варианте плоскорежущая лапа как более энергоемкий рабочий орган относительно чизельного (при равных условиях), всегда работает в полублокированной среде, что приводит к дополнительному снижению энергозатрат на обработку почвы.

Техническая возможность перемещения плоскорежущего крыла вдоль стойки позволяет регулировать зону сплошного рыхления независимо от величины полосного углубления. Полосное углубление регулируется в пределах 0,25-0,4 м, зона сплошного рыхления - до 0,2 м. Раздельная регулировка глубины рыхления от долота и от крыла позволяет оптимизировать объём деформируемой почвы с учётом создания оптималь-

Рисунок 2 - Ресурсосберегающий рабочий орган «РОПА»

ной структуры для корнеобитаемого слоя в зависимости от выращиваемой культуры (т.е. с учетом ее отзывчивости на обработку и местом в севообороте), что, в конечном счёте, сказывается на урожае и его затратах.

Возможные технологические процессы основной обработки почвы, выполняемые рабочими органами «РОПА», представлены на рисунке 3.

Принятая ширина захвата 0,7 м обосновывается возможностью установки на серийных плугах с кратностью расстановки рабочих органов через 0,35 м. Кроме того, для производства пропашных культур (с междурядьем 0,7 м) по технологии Strip-till.

Рисунок 3 - Технологические процессы рыхления рабочими органами «РОПА»: а) - обработка на минимальную глубину; б) - обработка на максимальную глубину; в) - обработка на максимальную глубину рыхления и минимальную зону сплошной обработки; г) - обработка на максимальную глубину рыхления со снятым крылом

Предварительно полученные МИСовские результаты, данные экспериментальных исследований и производственной проверки, выполненные методом сравнительных исследований, позволили произвести расчёты эксплуатационно-экономической эффективности применения орудия ОМПО-5.6 в агрегате с трактором Кейс-340, относительно МТА с плугом ПП-9-35ЕП. На данный момент, эффективность МТА определялась согласно методике [2] без учёта получения дополнительной продукции и предотвращенного ущерба, которые будут рассчитаны в 2014 году согласно полученным данным.

Таблица - Эксплуатационно-экономическая эффективность МТА в составе трактора

Кейс-340 с орудием ОМПО-5,6 относительно агрегата с плугом 1Ш-9-35ЕП

Технические затраты на основную обработку почвы

гсм, кг гсм, руб з.п., руб аморт.тр-ра аморт.схм всего

МТА: тр-р К ЕСейс-340+С >МПО-5.6

На обраб. площадь 24099 602496 51312 389221 120256 1163286

В среднем на 1 га 13,69 342,13 29,14 221,02 68,29 660,58

М [ТА: тр-р Кейс-340+ПП-9-35ЕП

На обраб. площадь 42620 1065502 90745 688330 183754 2028333

В среднем на 1 га 24,20 605,06 51,53 390,87 104,35 1151,81

Эффективность применения МТА с ОМПО-5.6 относительно ПП-9-35ЕП

На обраб. площадь 18520 463106 39432 299108 63498 865046

В среднем на 1 га 10,51 262,97 22,39 168,85 36,06 491,22

Результаты расчёта эксплуатационно-экономической эффективности МТА в составе трактора Кейс-340 с орудием ОМПО-5,6 относительно агрегата с плугом ПП-9-35ЕП для хозяйства ООО «Дон-Агро» Нехаевского района Волгоградской области приведены в таблице 1. Повышение эксплуатационных показателей МТА с экспериментальным орудием привело к снижению затрат на топливо, заработную плату механизатора и амортизационные отчисления трактора и почвообрабатывающего орудия в соответствии с нагрузками данного хозяйства, что способствовало снижению приведенных затрат на 491 рубль на 1 гектар.

Библиографический список

1. Борисенко, И.Б. Агротехнические аспекты развития почвозащитных технологий [Текст]/ И.Б. Борисенко, В.М. Дринча, Ю.Н. Плескачев. - Волгоград: Перемена, 2004. - 146 с.

2. Борисенко, И.Б. Программирование урожайности сельскохозяйственных культур при возделывании их с применением инновационных технологий [Текст]/ И.Б. Борисенко, Ю.Н. Плескачев, А С. Овчинников. - Волгоград: ИПК ФГОУ ВПО ВГСХА «Нива», 2011. - 132 с.

3. Власенко, А.Н. Минимизация глубокой плоскорезной зяблевой обработки сибирских черноземов [Текст] / А.Н. Власенко, В.Н. Слесарев, В.И. Лынов // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2009. - № 9.

4. Почвообрабатывающее орудие [Текст]: пат. 2489826 Российская Федерация С1. /И.Б. Борисенко, В.Н. Кияев, Ю.В. Махнов, А.Е. Новиков, А.С. Овчинников, Ю.Н. Плескачев, А.Н. Цепляев, П.И. Борисенко; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО ВГСХА, ООО «ЮГЖЕЛДОРМАШ» - №2012114638, заявл.12.04.12; опубл. 20.08.13.

E-mail: mshaprov@bk.ru