Разработка комбинированного почвообрабатывающего агрегата и оценка эффективности его использования

Аграрная наука Евро-Северо-Востока, № 4 (41), 2014 г. УДК 631.31: 631.51

Разработка комбинированного почвообрабатывающего агрегата и оценка эффективности его использования

Сергей Леонидович Дёмшин, кандидат техн. наук, зав. лабораторией, Дмитрий Анатольевич Черемисинов, кандидат техн. наук, научный сотрудник, Людмила Михайловна Козлова, доктор с.-х. наук, зав. лабораторией, Фёдор Александрович Попов, кандидат с.-х. наук, научный сотрудник, Евгения Николаевна Носкова, кандидат с.-х. наук, научный сотрудник ГНУ НИИСХ Северо-Востока, г. Киров, Россия

E-mail: niish-sv@mail.ru

Представлены результаты исследований по определению рациональных параметров конструктивно-технологической схемы почвообрабатывающего агрегата для основной безотвальной обработки почвы и результаты его использования при возделывании сельскохозяйственных культур.

В ходе экспериментальных исследований выявлено, что технологическая схема орудия, при которой дисковая секция воздействует на пласт почвы, сходящий с плоскорезной лапы, обеспечивает высокое качество безотвальной обработки почвы с созданием на поверхности мульчирующего слоя. При этом для компактности агрегата наиболее предпочтителен вариант размещения дисковой секции на минимальном расстоянии от плоскорезных лап, при котором лучшие показатели крошения почвы обеспечивает применение в качестве рабочих органов дисковой секции плоскосферических гладких дисков 00,450 м. Полевые испытания показали, что агрегат устойчиво выполняет безотвальную обработку почвы согласно агротехническим требованиям, выдерживает рабочую ширину захвата и установочную глубину обработки. Отказов по итогам испытаний не выявлено.

При обработке почвы комбинированным агрегатом наблюдается тенденция увеличения урожайности озимой ржи на 0,18 т/га, викоовсяной смеси - на 0,26 т/га при одновременном снижении энергетических затрат на 32,6% по сравнению с контролем - вспашкой. При этом агрофизические показатели почвенного плодородия остаются на оптимальном уровне для дерново-подзолистых средне-суглинистых почв.

Ключевые слова: почва, безотвальная обработка, дискование, прикатывание, вспашка, почвообрабатывающее орудие, плоскорезные лапы, дисковые секции, показатели качества обработки почвы, урожайность

В условиях европейской части Северо-Востока России наиболее эффективна комбинированная система основной обработки почвы, заключающаяся в чередовании вспашки и безотвальной обработки [1], для осуществления которой разработан плуг-плоскорез ППН-3-35/2-70 для тракторов тягового класса 1,4. Его использование показало достаточно высокую эффективность данного типа комбинированных орудий со сменными рабочими органами [2]. Основным достоинством плуга-плоскореза ППН-3-35/2-70 является его универсальность, позволяющая обеспечивать выполнение двух видов основной обработки почвы с достаточным качеством. В то же время размещение плоскорезных лап на раме лемешно-отвального плуга обуславливает и его недостатки: увод орудия в сторону необработанного поля, приводящий к тому, что стойки плоскорезных лап двигаются под углом к направлению движения и формируют большие развальные борозды, и недостаточную загрузку тягового средства при обработке легких почв или на

малой глубине обработки из-за небольшой ширины захвата орудия. При этом предложенная технологическая схема орудия, при которой дисковая секция воздействует на пласт почвы, сходящий с плоскорезной лапы, обеспечивает высокое качество безотвальной обработки почвы с созданием на поверхности мульчирующего слоя, что стало предпосылкой для разработки на её базе почвообрабатывающего агрегата.

Цель исследований - создание ресурсосберегающего агрегата для безотвальной обработки почвы, адаптированного к поч-венно-климатическим условиям СевероВосточного региона европейской части РФ, и оценка эффективности его использования.

Материал и методы. Для определения параметров почвообрабатывающего агрегата проведены исследования совместного функционирования плоскорезных лап и дисковой секции [3]. Анализ результатов эксперимента показал, что для компактности конструкции, что актуально при разработке навесного почвообрабатывающего агрегата,

наиболее предпочтителен вариант размещения дисковой секции на минимальном расстоянии а = 0,4...0,5 м (рис. 1, б) от заднего обреза стойки плоскорезной лапы до крайней точки дисков. В этом случае наиболее оптимальным вариантом рабочего органа дисковой секции является плоскосферический гладкий диск 00,45 м, тем более что данные диски широко применяются в сельскохозяйственных орудиях. При этом гладкие диски обеспечивают лучшие показатели крошения почвы при минимальной скорости движения, т.е. для них оптимальным является разрезание пласта почвы, не полностью опустившегося на дно борозды. С увеличением скорости движения агрегата пласт почвы подается выше и без подпора для разрезания пласта со стороны дна борозды гладкие диски снижают степень крошения, а кроме того увеличивается частота забивания почвой междискового пространства. В связи с этим для повышения рабочей скорости движения агрегата без ущерба для качества обработки почвы расстояние а увеличено до 0,7 м.

Для сравнения влияния различных способов основной обработки почвы на агрофизические показатели почвенного плодородия и урожайность возделываемых культур был заложен полевой опыт, в ходе которого использование почвообрабатывающего агрегата КПА-2,2 сравнивалось со вспашкой на глубину 0,18. 0,20 м плугом ПЛН-3-35.

Осенью 2011 г. в первой закладке высеяна озимая рожь, весной 2012 г. во второй закладке - викоовсяная смесь на зеленый корм. Повторность опыта четырехкратная, размещение вариантов рендомизированное. Площадь делянок 4 х 8 = 32 м2, учетная площадь 17,6 м2. Общее число делянок - 72. Почва опытного участка - дерново-подзолистая среднесуглинистая. Агрохимические показатели почвы: рН (солевое) - 5,0; гидролитическая кислотность - 3,6 мг-экв. на 100 г почвы; содержание Р205 - 140.180 мг и К20 - 150.200 мг на 1 кг почвы, гумуса - 1,7%. Удобрения внесены в дозе К45Р45К45.

Результаты и их обсуждение. На основании полученных данных и результатов проведенных исследований по разработке плуга-плоскореза ППН-3-35/2-70 предложена конструктивно-технологическая схема орудия для безотвальной обработки почвы [2], которая реализована в навесном комби-

нированном почвообрабатывающем агрегате КПА-2,2 (рис. 1, табл. 1) для тракторов тяговых классов 1,4 и 2,0. Он состоит из рамы с опорными колесами, на которой последовательно установлены три плоскорезные лапы, две дисковые секции и сменный рабочий орган для дополнительной обработки почвы - прутковый каток или гребнеобразующие корпуса. Плоскорезные лапы расположены на раме агрегата по схеме обратного клина для снижения тягового сопротивления и лучшей заглубляемости [4], а также повышения компактности конструкции. Плоскорезные лапы унифицированы с рабочими органами плуга-плоскореза ППН-3-35/2-70, дисковая борона - с дисковыми секциями лущильника ЛДГ-5.

Данный агрегат предназначен для основной безотвальной обработки почвы на глубину 0,16.0,20 м с одновременным лущением поверхностного слоя. При плоскорезной обработке почвы на глубину 0,08.0,16 м с одновременным лущением поверхностного слоя агрегат может быть оснащён прутковым катком для последующего выравнивания и прикатывания почвы (рис. 2, а). При обработке почвы под посадку картофеля предусмотрено оснащение почвообрабатывающего агрегата гребнеобразую-щими корпусами (рис. 2, б). С уменьшением глубины обработки и при большом количестве корней растений на глубине подрезания пласта рекомендуется применять плоскорезные лапы с углом раствора 2у, обеспечивающим самоочищение лезвий лап от растительных остатков.

Полевые испытания показали, что агрегат устойчиво выполняет безотвальную обработку почвы согласно агротехническим требованиям, выдерживает рабочую ширину захвата и установочную глубину обработки.

В ходе производственного использования в 2007.2013 гг. проводилась обработка чистых паров под посев озимой ржи и обработка почвы перед посадкой картофеля на площади 145 га. Качество обработки почвы соответствует агротребованиям. Отказов по итогам испытаний не выявлено.

Результаты полевого опыта выявили следующее влияние вида основной обработки почвы на основные агрофизические показатели состояния почвы и энергетическую эффективность возделывания сельскохозяйственных культур.

а

б

Рис. 1. Комбинированный почвообрабатывающий агрегат КПА-2,2 для безотвальной обработки почвы: а) вид сбоку; б) вид сверху; 1 - опорное колесо; 2 -автосцепка; 3 - механизм регулировки глубины обработки; 4 - рама; 5 - лапы плоскорезные; 6 - дисковые секции;

7 - механизм регулировки глубины обработки дисковой секции;

8 - чистик

Таблица 1

Техническая характеристика комбинированного почвообрабатывающего агрегата КПА-2,2

Обработка почвы

Показатели основная безотвальная с прикаты-ванием с нарезанием гребней

Производительность за час основного времени, га до 1,6 до 2,0 до 2,0

Глубина обработки, м 0,16.0,20 0,08.0,16 0,10.0,16

Рабочая скорость, м/с 1,0.2,5

Ширина захвата, м 2,2

Ширина захвата плоскорезной лапы, м 0,76

Габаритные размеры, мм: - длина 1970 2450 2500

- ширина 2200 2400 2400

- высота 1300 1300 1300

Масса, кг 475 590 575

Средняя трудоемкость переоборудования орудия, чел.-ч. не более 2,5

Способ основной обработки почвы не оказал существенного влияния на влажность почвы в фазу кущения озимой ржи. Влажность в слое 0...0Д м была в

пределах 14,7.15,3%, в слое 0,1.0,2 м -15,8.17,4%. В фазу всходов викоовсяной смеси различий во влажности почвы по вариантам также не было.

в г

Рис. 2. Комбинированный почвообрабатывающий агрегат КПА-2,2 в комплектации с прикатывающим катком

В фазу кущения озимой ржи запасы продуктивной влаги в слое почвы 0.0,1 м при плоскорезной обработке составили 13,7 мм, что выше на 1,5 мм, чем при вспашке (НСР05 = 0,51). В слое 0,1.0,2 м запасы влаги также увеличивались по плоскорезной обработке на 2.3 мм, но существенных различий не обнаружено. В фазу всходов викоовсяной смеси различий между вариантами по запасам продуктивной влаги не было - 11 мм в слое 0.0,1 м и 13.14 мм в слое 0,1.0,2 м. В среднем по пахотному слою 0.0,2 м запасы продуктивной влаги по шкале А.Ф. Вадюниной и З.А. Корчагиной оценивались как удовлетворительные.

Плотность почвы после ранневесенне-го боронования озимой ржи достоверных различий по вариантам обработки не имела (табл. 2). После посева викоовсяной смеси варианты основной обработки почвы также не оказали влияния на плотность почвы. Предпосевная обработка способствовала разрыхлению почвы в слое 0.0,1 м при сопутствующем уплотнении слоя 0,1.0,2 м.

Агрономически ценной структурой почвы считается комковато-зернистая струк-

тура с размером агрегатов от 0,25 до10 мм, обладающая пористостью, механической прочностью и водопрочностью. Обработка почвообрабатывающим агрегатом способствовала созданию лучшей почвенной структуры (табл. 3) по содержанию агрономически ценных агрегатов, водопрочности и коэффициенту структурности. Структурное состояние пахотного слоя почвы оценивалось как хорошее по шкале С.И. Долгова и П.У. Бахтина.

Урожайность озимой ржи в среднем по вспашке равнялась 2,34 т/га, по плоскорезной обработке - 2,52 т/га (на 0,18 т/га выше контроля, НСР05 = Fф<Fт). Средняя урожайность викоовсяной смеси составила по вспашке 4,77 т/га сухого вещества (СВ), по плоскорезной обработке - 5,03 т/га СВ (на 0,26 т/га выше контроля, НСР05 = Fф<F05).

Затраты энергии на вспашку составляют 1023 МДж/га, на плоскорезную обработку агрегатом КПА-2,2 - 689 МДж/га. Замена вспашки плоскорезной обработкой позволяет экономить до 334 МДж/га, или до 32,6% энергетических затрат на основную обработку почвы. Коэффициент энергетической эффективности по технологии возделывания озимой

б

а

ржи с плоскорезной обработкой в среднем со- ной смеси этот показатель находится пример-ставил 2,14, что на 12,6% выше, чем по но на одном уровне: вспашка - 2,57, плоско-вспашке - 1,87. При возделывании викоовся- резная обработка - 2,51.

Таблица 2

Плотность почвы по слоям, кг/м3

Варианты обработки почвы Викоовсяная смесь

0...0,1 м 0,1.0,2 м 0.0,1 м 0,1.0,2 м

ПЛН-3-35 1130 1270 1190 1280

КПА-2,2 1190 1300 1200 1280

Таблица 3

Структурное состояние почвы в слое 0...0,1 м

Варианты Содержание агрегатов Водопрочность Коэффициент

обработки почвы 0,25.10мм, % структуры, % структурности

ПЛН-3-35 67,9 59,3 2,27

КПА-2,2 70,3 62,3 2,33

Выводы. Разработан почвообрабатывающий агрегат КПА-2,2 для основной безотвальной обработки почвы, использование которого в сравнении с плугом ПЛН-3-35 позволяет снизить энергетические затраты на обработку почвы на 32,6% при сохранении оптимальных агрофизических показателей почвенного плодородия и высокой урожайности возделываемых культур.

Список литературы 1. Кирюшин В.И. Минимизация обработки почвы: перспективы и противоречия // Земледелие. 2006. №5. С.12-14.

2. Андреев В.Л., Козлова Л.М., Дёмшин С.Л., Попов Ф.А. Модернизация плуга для безотвальной обработки почвы и его использование при возделывании яровой пшеницы // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. №2 (33). С. 63-66.

3. Дёмшин С.Л., Нуризянов Р.Р. Повышение эффективности комбинированного орудия для основной обработки почвы // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: Тр. 6-й Междун. научн.-техн. конф. Ч.2. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008. С. 108-113.

4. Юдкин В.В., Катрич А.И. Рациональная схема расстановки рабочих органов плоскорезов-глубокорыхлителей // Техника в сельском хозяйстве. 1987. №3. С. 7-8.

Working out of the combined soil-cultivating unit and estimation of efficiency of its use Dyomshin S., Cheremisinov D., Kozlova L., Popov F., Noskova E.

Results of researches on definition of rational parameters of design-technological scheme of the soil-cultivating unit for the basic mold processing of soil and results of its use at cultivation of agricultural crops are presented.

During experimental researches it is revealed that the technological scheme of the tool at which the disk section influences the layer of soil descending with flat hoe, provides high quality of mold processing of soil with creation of mulching layer on a surface. Thus the variant of placing of disk section on the minimum distance from flat hoe is most preferable to compactness of the unit at which the best indicators of soil crumbling provides by application of disk section of flat-spherical smooth disks 0450 mm as working organs. Field tests have shown that the unit carries out of mold soil processing steadily according to agrotechnical requirements, maintains working width of capture and adjusting depth of processing. It is not revealed refusals following the results of tests.

The tendency of increase in productivity of a winter rye on 0.18 t/ha, witch-oats mixes - on 0.26 t/ha at simultaneous decrease in power expenses for 32,6% in comparison with the control (ploughing) is observed at soil processing by the combined unit. Thus agrophysical indicators of soil fertility remain on an optimum level for sod-podzolic middle loamy soils.

Keywords: soil, mold processing, disking, packing, ploughing, the soil-cultivating unit, flat hoe, disk sections, indicators of quality of soil processing, productivity