СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
METHOD FOR MINIMUM TILLAGE

Изобретение относится к области земледелия и сельскохозяйственной техники, более конкретно к способу обработки почвы, и может найти применение при создании современных высокопроизводительных машинных плугов для вспашки не засоренной камнями почвы под зерновые и технические культуры.
В соответствии с агротехническими требованиями обработка почвы осуществляется при выполнении ряда технологических операций: резания почвенного слоя, крошения, оборачивания, перемешивания, подрезания и др. Обработка почвы начинается вспашкой, которая имеет несколько видов: взмет пласта, культурная с предплужниками, винтовая, скоростная с почвоуглублением, гладкая и др. Процессы обработки почвы выполняются по-разному в зависимости от типа почв, климатических условий, энергетических возможностей и конструктивных особенностей рабочих органов (см. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Под общ. ред. Г.Е. Листопада. М.: Колос, 1976, с. 12).
В настоящее время в почвозащитной технологии широко используется минимальная обработка почвы, которая обеспечивает существенное снижение энергетических и трудовых затрат путем уменьшения числа основных междурядных обработок и совмещения нескольких технологических операций в одном рабочем процессе. Использование комбинированных почвообрабатывающих агрегатов позволяет за один проход по полю выполнить несколько работ для подготовки почвы под посев культур. В частности, используется безотвальный способ обработки почвы, который включает глубокое рыхление без оборота пласта, чизелевание, щелевание и другие работы. Для их выполнения выпускаются культиваторы-плоскорезы, чизельные плуги и др. К примеру, культиватор-плоскорез-глубокорыхлитель навесной КПГ-250 используется для глубокого рыхления и культивации почвы на глубину до 30 см без перемешивания слоев с сохранением на поверхности поля более 70% стерни зерновых культур. При этом культивируют почву на глубину до 16 см одним или двумя плоскорежущими ножами с большой шириной захвата (см. http://selteh.in.ua/obrabotka-pochv/2014/09/16/kultivator-ploskorez).
Испытания чизельных плугов и культиваторов показывают, что они способствуют накоплению и сохранению влаги в почве, разуплотняют подпахотный слой. Это улучшает водно-воздушный режим почвы, увеличивает корнеобитаемую зону растений и обеспечивает повышение урожайности культур. Как правило, такие плуги имеют большую ширину захвата, что повышает их производительность и снижает расход горючего. Прямые или наклонные рабочие органы чизельных плугов позволяют рыхлить почву на глубину до 40 см и более.
Из патентной литературы известны аналогичные упомянутым способы плужной обработки почвы, включающие подрезание, крошение и оборот пластов почвы (см., например, патенты РФ №№2118480, 2164732, 2456787, 2227384, 2457651, 2044433, 600977 и др.).
К недостаткам упомянутых способов пахоты следует отнести сравнительно низкую эффективность технологии обработки почвы, связанную с использованием разнотипных почвообрабатывающих агрегатов, повышенной энергоемкостью процесса комбинированной обработки почвы и низкой производительностью почвообрабатывающих орудий на грунтах с высоким удельным сопротивлением.
Известен способ обработки почвы, включающий подрезание, крошение и оборот пластов почвы (см. патент РФ №2233055, опублик. 27.07.2004).
Особенностью известного способа является то, что производят сепарацию части подрезанного пласта почвы, а сдвиганию подвергают его остальную часть путем ее перемещения по отвалу и последующей укладки с оборотом или без оборота в предыдущую борозду. При пахоте подрезанный и взрыхленный лемехом почвенный пласт, прежде чем попасть на отвал, просеивается в борозде просеивающим устройством, расположенным между лемехом и отвалом, а остатки пласта сдвигаются по отвалу указанным образом в предшествующую борозду.
Недостатком известного способа является сравнительно низкая эффективность процесса основной обработки почвы при пахоте на задерненных и влажных почвах, связанная с наличием просеивающего устройства, усложняющего технологию вспашки и конструктивную схему плуга.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ обработки почвы, включающий подрезание, крошение и оборот пластов почвы (см. патент РФ №2131653, опублик. 20.06.1999, - прототип).
Особенность известного способа основной обработки почвы заключается в обработке пахотного с одновременным разуплотнением подпахотного горизонта, причем пахотный горизонт обрабатывают послойно, его верхний слой на глубину 15-18 см с оборотом пласта, а нижний - безотвальным рыхлением. Реализующий данный способ плуг включает смонтированные на раме безотвальные рыхлители и расположенный сзади каждого из них разуплотнитель, выполненный в виде плоскорезной асимметричной лапы, причем перед каждым рыхлителем установлен оборотный рабочий орган, ширина захвата которого равна В, а величина погружения в почву - не более (0,4-0,6)В.
К недостаткам известного способа обработки почвы следует отнести пространственное разнесение операций в технологии послойной обработки пахотного с одновременным разуплотнением подпахотного горизонта вследствие использования последовательно размещенных на несущей конструкции плуга различных по назначению рабочих органов, что приводит к увеличению энергопотребления пахотного агрегата и металлоемкости плуга. Кроме того, известный способ имеет преимущественное использование при сравнительно малой глубине обработки почвы.
Предложенное изобретение направлено на устранение вышеперечисленных недостатков известных способов вспашки и повышение эффективности обработки почвы путем увеличения производительности и качества вспашки за единицу рабочего времени за счет использования более совершенной технологии комбинированной обработки пахотного с одновременным разуплотнением подпахотного горизонта почвы каждым корпусом плуга с полным или частичным оборотом пласта. Технический результат заключается в увеличении глубины обработки почвы, степени ее крошения, скорости пахоты и упрощении технологии вспашки. Дополнительный технический эффект от реализации предложенного способа состоит в увеличении глубины корнеобитаемого слоя, улучшении водно-воздушного режима обрабатываемой почвы, более полной заделке растительных остатков, а также снижении энергопотребления при вспашке, металлоемкости плуга и в повышении эксплуатационной надежности его рабочих органов.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки почвы, включающем подрезание, крошение и оборот пластов почвы, согласно изобретению одновременно с обработкой пахотного горизонта на глубину 12-35 см с оборотом правого по ходу корпуса плуга пласта почвы подрезают и безотвально рыхлят левый относительно корпуса плуга пласт почвы шириной, меньшей ширины захвата правого пласта, а на участке между указанными пластами выполняют чизелевание почвы на ширину 0,1-0,25 от ширины захвата правого пласта при глубине рыхления 6-12 см.
Кроме того, правый по ходу корпуса плуга пласт почвы можно подрезать по вертикали и крошить дугообразным ножом, сопряженным с грудью отвала корпуса плуга, а по горизонтали - правым по ходу корпуса плуга горизонтальным ножом, примыкающим к отвалу, при этом левый относительно корпуса плуга пласт почвы можно подрезать и безотвально рыхлить, не выбрасывая на поверхность, противодействующим правому левым горизонтальным ножом, ширина захвата которого составляет 0,4-0,8 от ширины захвата правого, а чизелевание можно выполнять дополнительной рабочей кромкой дугообразного ножа, выступающей ниже уровня примыкающего к отвалу горизонтального ножа.
Кроме того, обработку правого и левого по ходу корпуса плуга пластов почвы и чизелевание можно выполнять с использованием сменных отвала и режущих ножей с двумя режущими кромками при углах атаки в направлении хода плуга 15-60°, причем дугообразный нож может быть выполнен симметричным относительно срединной линии, а подрезание левого пласта почвы можно выполнять выше уровня подрезания правого пласта, причем рабочие кромки упомянутых ножей могут иметь зубчатую форму.
Кроме того, основную обработку почвы можно выполнять навесным или полунавесным плугом с указанными рабочими органами каждого из корпусов при общей ширине захвата 1,2-5,4 м на глубину 12-35 см с оборотом пласта на угол 160-180° для обеспечения крошения почвы на 75-90% и заделки стерни до 95-98%.
Такое выполнение предложенного способа устраняет указанные недостатки известных технических решений и обеспечивает повышение эффективности комбинированной технологии обработки почвы. Как показано ниже, практическая реализация предложенного способа на плугах опытных серий обеспечивает увеличение глубины обработки почвы от 12 до 35 см и более при высокой степени крошения почвы и скорости пахоты около 10 км/ч. Увеличение производительности и качества вспашки за единицу рабочего времени обеспечивается в том числе за счет использования менее энергоемкой и более совершенной технологии комбинированной обработки пахотного горизонта с одновременным разуплотнением и чизелеванием подпахотного горизонтов почвы каждым корпусом плуга.
Указанные операции подрезания и крошения правого и левого пластов почвы и чизелевание между ними выполняют при углах атаки указанных ножей 15-60°. При углах подрезания почвенного слоя менее 15° снижается эффективность крошения почвы, а более 60° - резко возрастает необходимое тяговое усилие плуга. Одновременно с обработкой пахотного горизонта подрезают и безотвально рыхлят подпахотный горизонт на меньшую ширину захвата посредством левого горизонтального ножа в оптимальном для достижения указанного технического результата диапазоне, 0,4-0,8 от ширины захвата правого горизонтального ножа. При этом подрезание и крошение левого относительно корпуса пласта почвы можно выполнять выше на 10-40% и более от уровня подрезания правого пласта для дополнительного регулирования и оптимизации водно-воздушного режима почвы и корнеобитаемой зоны растений.
Чизелевание, в свою очередь, дополнительно способствует накоплению и сохранению влаги, а также повышению качества обработки почвы. Данную операцию выполняют при использовании дополнительной рабочей кромки дугообразного ножа, выступающей ниже уровня примыкающего к отвалу горизонтального ножа на глубину рыхления, выбранную в том числе из условия прочности дополнительной рабочей кромки при заданной ширине криволинейного ножа, составляющей величину 0,1-0,25 от ширины захвата корпуса (для правого горизонтального ножа ширина захвата - около 60 см).
При указанной ширине захвата пахотного и подпахотного горизонтов для каждого корпуса и при указанных углах атаки ножей в направлении хода плуга основную обработку почвы на глубину 12-35 см с оборотом пласта на угол до 180° можно выполнять с высокой эффективностью при помощи навесного или полунавесного многокорпусного плуга с винтовым отвалом (количество корпусов от двух до девяти) при общей ширине захвата 1,2-5,4 м с крошением почвы до 90% и заделкой стерни до 98%. Как показывает практика, выполнение рабочих органов с режущими кромками ножей зубчатой формы также способствует дополнительному увеличению степени рыхления почвы. В результате комбинированная технология обработки почвы по предложенному способу позволяет устранить недостатки известных способов вспашки, повысить ее эффективность и качество пахоты за счет использования более совершенной технологии комбинированной обработки пахотного горизонта и одновременным разуплотнением подпахотного горизонта почвы.
Предложенный способ обработки почвы осуществляют следующим образом.
При поступательном движении навесного многокорпусного плуга его рабочие органы заглубляются в почву на установленную опорными колесами глубину до 35 см и каждый из корпусов плуга обеспечивает возможность обрабатывать как пахотный, так и подпахотные горизонты. При движении каждого корпуса плуга в рабочем положении правый нож оборотного рабочего органа подрезает правый слой пахотного горизонта на указанные глубину и ширину захвата, рыхлит, оборачивает его и сбрасывает в соседнюю борозду на взрыхленный нижний слой пахотного горизонта. При этом одновременно выполняются операции подрезания и рыхления левого пласта почвы подпахотного горизонта на уровне правого ножа или на 10-40% выше уровня подрезания правого пласта. В том же корпусе одновременно выполняется операция чизельного рыхления почвы на участке между правым и левым подрезаемыми пластами почвы на ширину 0,1-0,25 от ширины захвата правого пласта при глубине рыхления 6-12 см.
Правый пласт почвы подрезается по вертикали и по горизонтали, соответственно, дугообразным ножом и правым по ходу плуга горизонтальным ножом, примыкающим к отвалу. При этом происходит одновременное подрезание и крошение почвы на рабочих кромках ножей, отрывание правого пласта почвы, перемещение его на отвал, оборачивание и перемещение в борозду вместе с взрыхленной частью от прохода предыдущего корпуса. Одновременно левый пласт невспаханного массива почвы подрезает снизу и крошит, не выбрасывая на поверхность поля, левый противодействующий правому горизонтальный нож, ширина захвата которого меньше ширины захвата правого ножа. При этом чизелевание почвы между правым и левым пластами на указанную глубину выполняет выступающая ниже уровня правого горизонтального ножа вторая рабочая кромка дугообразного ножа.
Пример реализации способа. Осуществляют обработку почвы с твердостью до 3,0 МПа под зерновые культуры навесным девятикорпусным плугом при общей ширине захвата 5,4 м на глубину 30 см с оборотом на 180° правого по ходу корпуса плуга пласта почвы. Одновременно подрезают и безотвально рыхлят левый относительно корпуса плуга пласт почвы, а на участке между указанными пластами выполняют чизелевание почвы на ширину 0,2 от ширины захвата корпуса при глубине рыхления 8 см. Обработку правого и левого по ходу корпуса плуга пластов почвы и чизелевание выполняют с использованием режущих ножей с двумя режущими кромками на углах атаки 60°, а подрезание левого пласта почвы выполняют на уровне подрезания правого пласта, при этом обеспечивается крошение почвы на 80% и заделка стерни до 95%.
Пример реализации предложенного способа по одному из его вариантов, но без чизелевания почвы связан с использованием корпуса плуга, выполненного по патенту РФ №89319. Другой пример частичной реализации способа в условиях обработки почвы с высоким удельным сопротивлением может найти применение при безотвальной обработке брошенных и залежных земель, закладке многолетних садовых или лесных насаждений. В этом случае обработку правого по ходу корпуса плуга пласта почвы выполняют без использования сменного отвала, а подрезание и рыхление правого и левого пластов почвы и чизелевание выполняют, как указано выше. Подобную обработку почвы осуществляют периодически через 2-4 года для разуплотнения плотных слоев почвы с малым гумусным горизонтом. При этом, как и в других примерах реализации, возможна периодическая переустановка на корпусе плуга указанных ножей с двумя режущими кромками для смены затупленных кромок ножей на острые.
В соответствии с изобретательским замыслом предложенный способ обработки почвы обеспечивает более совершенную, по сравнению с известными, технологию комбинированной обработки пахотного горизонта с полным или частичным оборотом пласта и одновременным разуплотнением и чизелеванием подпахотного горизонта почвы каждым корпусом плуга. При реализации предложенного способа возможно создание широкой гаммы новых современных промышленных скоростных комбинированных плугов для эффективной вспашки почвы под зерновые и технические культуры. Основные составляющие технического решения по предложенному способу были апробированы и прошли необходимые опытно-промышленные испытания на плугах скоростных комбинированных серии ПСК (ПСК-4; ПСК-5; ПСК-4-5-6; ПСК-8, ПСК-7-8-9), агрегатированных с тракторами класса 2, 3, 4. Испытания плугов серии ПСК 4-5-6 с корпусами нового типа проводились на полях Кубанской машиноиспытательной станции, где зарекомендовали себя как надежные, высокотехнологические почвообрабатывающие машины. По сравнению с другими способами обработки почвы с использованием серийных плугов общего назначения плуги данной серии с принципиально новыми корпусами повышают производительность пахоты на 40-50%, при этом экономия дизельного топлива составляет 7-9 кг на каждом гектаре обрабатываемой пашни. В результате испытаний доказано, что предложенный способ позволяет повысить эффективность обработки основных типов почв под сельскохозяйственные культуры на глубину до 35 см при удельном сопротивлении почвы до 0,1 МПа, твердости почвенного слоя до 4 МПа и влажности до 30%, а также сохранить естественную структуру сложения пахотного горизонта по мере прохождения многокорпусного плуга при одновременном улучшении условий влагонакопления почвы.
Положительный эффект отмечается и в резком снижении засоренности при весенней вспашке паров за счет полного оборота пласта и перемещения семян сорных растений на большую глубину, при этом всходы сорняков задерживаются и появляются почти на месяц позже в ослабленном состоянии. Предложенный способ обработки почвы обеспечивает сравнительно высокую эффективность обработки под зерновые, овощные и технические сельскохозяйственные культуры на полях практически всех типов почв, не засоренных камнями и с ровным или волнистым рельефом, а также при обработке склонных полей, имеющих уклон до 8 градусов. Дополнительный технический эффект от реализации предложенного способа состоит в снижении потребления топлива, упрощении технологии вспашки за счет повышения эксплуатационной надежности рабочих органов плуга, снижении его металлоемкости и стоимости.
Плуги, реализующие предложенный способ, эффективно выполняют работу культурной вспашки с высокой степенью крошения и оборота пласта почвы. Использование предложенного способа обработки почвы, по сравнению с известными, способствует повышению урожайности на 15-20% и производительности - почти вдвое при указанной экономии топлива на каждом гектаре обработанной пашни. К техническим преимуществам плугов, функционирующих по данному способу, также можно отнести использование винтового отвала, обеспечивающего полный поворот пласта на 180° при ширине захвата одного рабочего органа 60 см. В настоящее время поставки плугов ПСК осуществляются в 18 регионов России для более 70 предприятий, коллективных и индивидуальных хозяйств. Учитывая высокий инновационный и технологический потенциал предложенного способа, дальнейшее усовершенствование плугов серии ПСК позволит дополнительно повысить их технико-экономические характеристики и расширить область применения.