Экологическая эффективность комплекса почвообрабатывающих машин для механизации перспективных агротехнологий

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМПЛЕКСА ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ АГРОТЕХНОЛОГИЙ

И.И. Гуреев

Аннотация. Предложено уровень техногенной деградации обрабатываемой почвы отождествлять вредной работой, трансформируемой агрегатом на уплотнение и разрушение структуры почвы. Для всех технологически целесообразных видов обработок, используемых в перспективных агротехнологиях возделывания культур, по предложенным экологическим критериям сопоставлены почвообрабатывающие агрегаты, производимые странами таможенного союза (ТС) и импортные. Установлено, что составляющая вредного воздействия на почву меньшая у техники стран ТС. Но общая механическая нагрузка на почву и расход топлива ниже для импортного комплекса машин, что обусловлено более совершенными конструкциями рабочих органов и экономичными двигателями импортной техники.

Ключевые слова: экология, агротехнология, обработка почвы, сельскохозяйственная техника, импортные машины, вредная мощность, деградация почвы, моторное топливо.

Обработка почвы направлена на улучшение её агрофизических свойств. Но исполнению приёмов обработки сопутствует вредная техногенная деградация в виде уплотнения и разрушения структуры почвы рабочими органами и ходовыми системами машинотрак-торных агрегатов. К тому же затраты энергии на техногенную деградацию почвы приводят к повышению расхода моторного топлива и загрязнению окружающей среды выхлопными газами. Уровень механической нагрузки на почву и расход топлива являются важнейшими показателями, по которым оценивают экологическую состоятельность сельскохозяйственной техники. Немаловажны и экономические издержки, сопутствующие деградации почвы и сказывающиеся на росте себестоимости производимой продукции.

Экологическая оценка сельхозтехники особенно актуальна в последнее время, когда возросла тенденция замещения импорта. Сравнение с лучшими зарубежными аналогами позволит получить объективную картину узких мест в отечественном сельхозмашиностроении и предоставит российским конструкторам поле для деятельности [4].

Техногенную нагрузку на почву за цикл приёмов по производству культур оценивают интенсивностью механического воздействия. Определяют данный показатель отношением суммы работы, совершённой агрегатами при выполнении приёмов, к площади поля [1]. Объективную экологическую оценку почвообрабатывающих агрегатов можно получить с учётом доли вредной работы в общем потоке расходуемой энергии. Чем меньше эта доля, тем экологическая состоятельность агрегата предпочтительнее.

Целью исследований явилась экологическая оценка почвообрабатывающей техники с учётом её вредного механического воздействия на почву и обоснование предложений отечественному сельскохозяйственному машиностроению по конкурентному замещению импорта.

Структура потоков энергии, расходуемой на выполнение 1-го агроприёма, исходит из баланса мощности почвообрабатывающего агрегата (рисунок 1):

еЫд1 = ЫК1 + Ыф, + Ш, + Ыт + Ыщ ,

где е Ыдг - коэффициент загрузки и эффективная мощность двигателя трактора;

Ыкг - мощность преодоления тягового сопротивления орудия;

Ыфг - мощность привода фрезерных рабочих органов для обработки почвы (передаётся через вал отбора мощности трактора);

ЛЫг - суммарная мощность преодоления механических потерь в трансмиссии трактора и в приводах почвообрабатывающей фрезы;

Ытг, Ыдг - затраты мощности на передвижение агрегата и буксование движителей трактора.

Рисунок 1 - Баланс мощности почвообрабатывающего агрегата

В приведенном балансе составляющие Ыкг и Ыфг полезные, так как направлены на исполнение элементов технологических приёмов, обусловленных агротехно-логией. Мощность ЛЫг вспомогательная, способствующая реализации полезных функций агрегата. А вот мощности Ытг и Ыдг вредные и непременно в различной степени сопутствующие полезным.

Сущность вреда от перемещения агрегата по полю (мощность Ытг) состоит в деформации смятием и переуплотнении почвы движителями при вертикальной нагрузке на них. Вредные затраты мощности на буксование движителей (Ыдг) зависят в большей степени от тягового сопротивления почвообрабатывающих машин. Пробуксовывающие движители сдвигают слои почвы с различной скоростью в сторону вращения. Максимальная скорость горизонтального смещения поверхностных слоёв, затухающая у слоёв расположенных глубже. Экологический ущерб относительного смещения слоёв заключается в истирании и разрушении структурных агрегатов почвы.

Используя массив банка данных для проектирования перспективных агротехнологий и машин [2], а также результаты сравнительных испытаний сельскохозяйственной техники [3], по предложенным экологическим критериям сопоставлены почвообрабатывающие машины, производимые странами ТС и импортные. Сравнение выполнено для всех технологически целесообразных видов обработок почвы, используемых в аг-ротехнологиях возделывания культур (таблица 1).

Количественно определена полезная энергия, трансформируемая машинотракторным агрегатом на выполнение агротехнических работ, и вредная - на деградацию почвы.

Сравнение проведено раздельно по комплексам техники для основной и предпосевной обработкам почвы.

Установлено, что при выполнении наиболее энергоёмких видов зяблевых обработок составляющая вредного воздействия на почву в основном ниже у техники стран ТС. Однако более совершенные конструкции рабочих органов и экономичные двигатели позво-

ляют импортным машинам работать с меньшей на 9...25 % общей нагрузкой на почву, экономя при этом 1,3 .2,8 кг/га моторного топлива.

Максимальное значение вредной нагрузки на почву у приёма отвальной вспашки и оно практически одинаково для сравниваемых вариантов (107.109 МДж/га), несмотря на более высокий вес импортных агрегатов (рисунок 2). Объясняется это тем, что повышенная уплотняющая нагрузка на почву движителей более тяжёлых тракторов компенсируется снижением буксования за счёт улучшения тягово-сцепных свойств.

Таблица 1 - Экологические показатели почвообрабатывающих машин

Виды обработок почвы Техника стран ТС Импо этная техника

Расход моторного топлива, кг/га Вес агрегата, кН Интенсивность механического воздействия на почву, МДж/га Расход моторного топлива, кг/га Вес агрегата, кН Интенсивность механического воздействия на почву, МДж/га

Общая Полезная Вредная Общая Полезная Вредная

Лущение стерни предшественника 8,2 168 101 42 59 5,4 183 89 26 63

Безотвальная обработка зяби 8,9 154 118 59 59 7,6 168 96 34 62

Отвальная вспашка зяби 20,0 120 253 146 107 16,1 139 203 94 109

Предпосевная обработка почвы под озимые 4,3 122 51 15 36 5,4 111 55 12 43

Глубокое предзимнее рыхление зяби 14,9 105 191 108 83 12,5 129 175 95 80

Предпосевная обработка почвы под яровые 3,8 85 49 20 29 4,2 116 49 14 35

—п— Интенсивность механического воздействия на почву

Рисунок 2 - Сравнение техники по показателям экологической эффективности

У отвальной вспашки и глубокого рыхления зяби на долю вредной нагрузки на почву приходится примерно половина (42.54 %) общей интенсивности механического воздействия. Данные приёмы расточительны и по моторному топливу. На их исполнение техникой ТС расходуется 14,9.20, а импортной техникой -12,5.16,1 кг/га топлива. В обоих случаях большое количество топлива (5,7.8,6 кг/га) используется не на формирование полезных агротехнических свойств почвы, а на её деградацию и загрязнение окружающей среды выхлопными газами. Это свидетельство глубокого несовершенства способа передачи мощности почвообрабатывающим рабочим органам от двигателя трактора посредством его ходовых систем. Поэтому перспективны машины с активными рабочими органами для обработки почвы, потребляющими энергию через вал отбора мощности.

На предпосевной обработке отмечается повышенный на 0,4.1,1 кг/га расход топлива по импортной технике, что обусловлено применением комбинированных машин, которые обеспечивают лучшее качество подготовки не только посевного слоя, но и слоя ниже уровня семян, расходуя дополнительную энергию.

Таким образом, предложено техногенную деградацию почвы, сопутствующую обработке, отождествлять вредной работой, трансформируемой агрегатом на уплотнение и разрушение структуры почвы.

Результаты анализа экологических последствий применения почвообрабатывающей техники могут быть использованы отечественными предприятиями сельскохозяйственного машиностроения для конкурентного замещения импорта. Это более совершенные конструкции рабочих органов и экономичные двигатели, обеспечивающие меньшую общую интенсивность воздействия на почву и экономию топлива. Перспективны машины с активными рабочими органами для обработки почвы. В земледельческой отрасли ЦЧР будет востребована импортная комбинированная техника для предпосевной обработки, осуществляющая качественную подготовку не только посевного слоя, но и слоя ниже уровня семян.

Список использованных источников

1 Гуреев И.И. Эколого-экономические показатели новых машин в комплексе перспективных агротехнологий производства сельскохозяйственных культур // Достижения науки и техники АПК. - 2014. - № 10. - С.61-64.

2 Методика формирования системы машин для комплексной механизации агротехнологий. - Курск: ГНУ ВНИИ-ЗиЗПЭ РАСХН, 2008. - 23 с.

3 Сравнительные испытания сельскохозяйственной техники: науч. издание. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2013. - 416 с.

4 Черкасова О.В. О сравнительных испытаниях сельскохозяйственной техники // Сахарная свёкла. - 2014. - № 10. - С.12-14.

Информация об авторе Гуреев Иван Иванович, доктор технических наук, профессор, Заслуженный изобретатель РФ, заведующий лабораторией механизации почвозащитного земледелия ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, е-шаД: gureev06@mail.ru