Эффективность использования культиваторов для предпосевной обработки почвы в условиях Алтайского края

УДК 631.316.2

эффективность использования культиваторов для предпосевной обработки почвы в условиях алтайского края

Ю.А. ШАПОШНИКОВ, доктор технических наук, профессор

Р.И. ОРЛОВ, аспирант

Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова, просп. Ленина, 46, Барнаул, 656038, Российская Федерация

Резюме. Конструкция культиватора определяет качество выполняемой им операции и затраты на ее осуществление. В работе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований с целью определения конструктивной схемы культиватора, наиболее эффективно выполняющего предпосевную обработку почвы. На сегодняшний день, наряду с лаповыми культиваторами традиционной конструкции, широкое распространение получили орудия, оборудованные лапами и дисковыми рабочими органами. Для повышения эффективности их применения на предпосевной обработке почвы необходимо проанализировать, каквлияютразные соотношения лаповыхи дисковых рабочих органов на качество работы. При этом следуетучитывать почвенные и ландшафтные условия местности, на которой предполагается использовать агрегат. Мы рассматривали характер работы культиваторов вусловияхАлтайско-го края. Для достижения поставленной цели осуществляли анализ конструктивных схем орудий для предпосевной обработки, а также оценивали результаты их работы. Для экспериментальной оценки использовали культиваторы КД-720, АПК-7,2, КПО-7,2, «Лидер 7,2Н». Испытания проводили в следующих условиях: тип почвы -обыкновенный чернозём суглинистый; твёрдость почвы - не более 3,5 МПа; влажность - не более 25 %; рельеф - ровный с уклоном до 3°; засорённость камнями отсутствовала, высота стерни не более 25 см. Использование комбинированных орудий, оснащенных, наряду с лапами, дисковыми рабочими органами позволяетснизить глыби-стость (долю комков почвыдиаметром 25 мм и более), по сравнению с использованием культиваторов, оснащённых только лапами, почти в 3 раза, гребнистость поверхности поля - в 1,4 раза. Ключевые слова: культиватор, предпосевная обработка почвы, рабочие органы, эксплуатационно-технологические показатели работы, конструктивная схема. Для цитирования: Шапошников Ю.А., Орлов Р.И. Эффективность использования культиваторов для предпосевной обработки почвы в условиях Алтайского края // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 3. С.

Проблема качественной обработки почвы особенно актуальна для территорий с тяжелыми почвами, подверженными ветровой эрозии. При их рыхлении возникает значительное тяговое сопротивление рабочим органам почвообрабатывающих машин, усложняется задача обеспечения качественной обработки. Подобного рода проблемы характерны для Алтайского края [1].

На сегодняшний день на рынке представлено большое количество конструкций культиваторов для предпосевной обработки почвы, как отечественного, так и импортного производства. Однако далеко не все они эффективны в любых почвенно-климатических условиях, в том числе на территории одного региона [2]. В то же время, существуют теоретические наработки и результаты экспериментальных оценок машин, позволяющие установить целесообразность применения культиваторов для предпосевной обработки в тех или иных условиях [3-8].

Цель наших исследований - определение типа культиватора, позволяющего наиболее эффективно выполнять предпосевную обработку в условиях Алтайского края.

Условия, материалы и методы. В основу работы положены результаты анализа конструкций современных комбинированных культиваторов для предпосев-

ной обработки почвы и экспериментальные данные, полученные в ходе испытаний 4 образцов орудий разных конструкций на Алтайской государственной зональной машиноиспытательной станции [3-7].

Эксперименты осуществляли в рамках периодических испытаний культиваторов на опытных полях Алтайской МИС (Алтайский край, Поспелихинский район) в период с 2009 по 2014 гг. (табл. 1) [3-7]. Для анализа были взяты данные по следующим орудиям: Лидер-7,2Н, КД-720М, АПК-7,2, КПО-7,2 (табл. 2).

Таблица 1. Условия проведения испытаний [3-6]*

Показатель Орудие

КД-720М АПК-7,2 КПО-7,2 Лидер-7,2Н

Влажность почвы

(%) по слоям, см

0-5 19,5 15,9 15,9 8,3

5-10 20,0 22,3 22,3 15,3

10-15 15,6 23,4 23,4 15,2

15-20 14,7 24,2 24,2 15,7

Твердость почвы

(МПа) в слое, см

0-5 0,7 0,9 0,6 0,1

5-10 1,7 1,2 0,9 0,5

10-15 3,1 1,3 1,1 0,6

15-20 3,5 1,4 1,3 0,8

Глубина хода рабо-

чих органов, см 8,1 8,7 6,3 9,4

Скорость движения

агрегата, км/ч 11,2 10,1 9,9 10,7

*Рельеф ровный, уклон - до 3°.

Комбинированный почвообрабатывающий навесной агрегат Лидер-7,2Н оснащен лапами и прикатывающими катками, применим при влажности почвы до 30 % и твёрдости до 4,5 МПа, на полях с уклоном до 8°. Регулировка глубины осуществляется изменением положения опорных пневматических колёс [3].

Таблица 2. основные технические характеристики культиваторов[7]

Марка Класс энергосредства Рабочая ширина захвата, м Рабочая скорость, км/ч Глубина обработки, см

КД-720М 4-5 7,0 10-12 до 13

АПК-7,2 5 7,2 8,0-9,5 до 15

КПО-7,2 3-4 6,9 8-10 до 15

Лидер-7,2Н 3-5 7,21 8-11 до 18

Культиватор КД-720М выполнен по схеме «диск -лапа - лапа - пружинная борона - каток» и пригоден для использования во всех агроклиматических зонах, в том числе подверженных ветровой и водной эрозии, на всех типах почв, кроме каменистых, с влажностью до 25 %, твёрдостью до 2,5 МПа, при высоте сорняков до 25 см и уклоне поля до 8° [4].

Агрегат почвообрабатывающий комбинированный АПК-7,2 и культиватор КПО-7,2 выполнены по схеме «лапа -лапа - диск - каток», предназначены для обработки почв влажностью до 25 %, твёрдостью до 3,5 МПа и уклоном поверхности поля до 8° [5, 6].

Агрегаты КД-720М, АПК-7,2, КПО-7,2 прицепные, оборудованы опорными катками [4-6]. В качестве энергосредства использовали трактор К-701 [7].

Исследования проводили согласно стандартным методикам, в соответствии с требованиями нормативных документов [9-11]. Качество обработки почвы, главным образом, определяется глыбистостью (долей комков диаметрами более 25 мм и более 100 мм, выраженной в процентах), гребнистостью поверхности поля после обработки и степенью подрезания сорняков [9].

Результаты и обсуждение. В современном земледелии интенсивно развиваются новые технологии [12]. Совершенствуются технические комплексы механизации сельского хозяйства, разработчики стремятся сделать агрегаты более эффективными, внедряются решения направленные на оптимизацию конструкций, повышение производительности и качества выполнения технологических операций [13, 14].

Активное освоение современных интенсивных технологий земледелия способствовало широкому распространению высокопроизводительных комбинированных агрегатов [2, 15, 16]. При этом стандартная комплектация современных культиваторов для поверхностной обработки почвы предусматривает оснащение стрельчатыми лапами, размещенными в несколько рядов, и прикатывающими катками. Однако в последние годы все большее распространение получают культиваторы, которые помимо стрельчатых лап и катков, оборудуют дисковыми рабочими органами и секциями пружинных борон [2, 7, 15, 16]. Комбинированный агрегат способен за один проход осуществлять рыхление почвы, подрезание сорняков, заделку пожнивных остатков и выравнивание почвы [15, 16].

В Алтайском крае применяют культиваторы, выполненные по схеме «диск - лапа - лапа - пружинная борона - каток» (рис. 1) [3, 7]. Переднее расположение дисковых рабочих органов относительно стрельчатых лап обеспечивает лучшее качество уничтожения сорных растений и крошение обрабатываемого слоя при неко-

1 3 8 2 ^57 6

Рис. 2. Общий вид комбинированного культиватора, выполненного по схеме «лапа - лапа - диск - каток»: 1 - тягово-сцепное устройство, 2 - рама, 3 - опорный каток, 4 - стрельчатая лапа, 5 - сферический диск, 6 - прикатывающий каток, 7 - транспортное колесо, 8 - винтовой механизм.

при выполнении технологической операции. Задней частью культиватор опирается на прикатывающий каток, поэтому его можно считать опорно-прикатывающим. Глубину обработки на таких орудиях регулируют при помощи опорных и опорно-прикатывающих катков.

Кроме того, существуют навесные культиваторы, которые не оснащают опорными катками, при выполнении технологических операций они опираются на транспортные колеса и опорно-прикатывающие катки (рис. 3), соответственно, этими узлами регулируют глубину обработки [7].

Встречаются орудия и других конструктивных схем, например, импортные образцы часто выполняются по схеме «лапа - лапа - диск - диск - каток» [7].

тором снижении тягового сопротивления орудия [15].

рис. 1. Общий вид комбинированного культиватора, выполненного по схеме «диск - лапа - лапа - пружинная борона -каток»: 1 - тягово-сцепное устройство, 2 - рама, 3 - опорный каток, 4 - сферический диск, 5 - стрельчатая лапа, 6 - секция пружинных борон, 7 - прикатывающий каток, 8 - транспортное колесо,9 - винтовой механизм.

Также в крае распространены культиваторы, выполненные по схеме «лапа - лапа - диск - каток» (рис. 2) [4, 5, 7].

При заднем расположении дисковых рабочих органов относительно лап заглубляющую способность орудия определяют, главным образом, параметры лап, так как дисковые рабочие органы обрабатывают частично разрыхленный поверхностный слой, что положительно влияет на

рис. 3. Общий вид навесного комбинированного культиватора, выполненного по схеме «лапа - лапа - диск - каток»: 1 - навесное устройство, 2 - рама, 3 - опорный каток, 4 - стрельчатая лапа, 5 - сферический диск, 6 - прикатывающий каток.

Помимо схем компоновки культиваторов, к возможным конструктивным различиям относится ширина захвата, количество рабочих органов, конструкция стоек рабочих органов и дополнительного оборудования [4, 15, 16, 17]. Более того, рабочие органы могут иметь различную конструкцию.

Среди сравниваемых агрегатов наилучшую степень крошения почвы показал КД-720М, обеспечивший глыби-стость не более 8,7 % (табл. 3). При использовании АПК-7,2 величина этого показателя находилась на уровне 14,5 %, КПО-7,2 - 19,8 %, Лидер-7,2Н - 27,4 %. Таким образом, наиболее высокую степень крошения почвы продемонстрировал агрегат, выполненный по схеме «диск - лапа -лапа - пружинная борона - каток», ниже показатели у

устойчивость хода по глубине. При этом поверхностный слой более интенсивно крошится, а растительные остатки полностью перемешиваются в разрыхленном слое почвы [15].

Агрегаты, выполненные по упомянутым схемам, прицепные и оборудуются катками, на которые орудие опирается передней частью

Таблица 3. результаты испытаний [3, 4, 5, 6, 7, 9]

Показатель По СТО АИСТ 1.12-2006 По результатам испытаний

КД-720М АПК-7,2 КПО-7,2 Лидер-7,2Н

Крошение почвы, %

размер комков почвы:

до 25 мм 80-85 91,3 86,5 80,2 72,6

более 100 мм не допускается нет нет нет нет

Гребнистость поверхности поля, см 2-4 1,8 1,3 1,3 1,8

Подрезание сорняков, % 100 100 100 100 100

Забивание и залипание рабочих

органов не допускается не наблюдали

агрегатов, сделанных по схеме «лапа - лапа - диск - каток». Наименьшую степень крошения почвы, продемонстрировал агрегат, не оснащенный дисковыми рабочими органами [7]. Использование дисковых рабочих органов в комбинации с лапами в определенных условиях может обеспечить снижение глыбистости почвы в 3,1 раза.

По показателям гребнистости поверхности поля наилучшие результаты продемонстрировали орудия, выполненные по схеме «лапа - лапа - диск - каток». У КД-720М («диск - лапа - лапа - пружинная борона -каток») и Лидер-7,2Н (без дисковых рабочих органов), показатели гребнистости были схожими [7]. В целом можно сказать, что орудия с задним расположением

дисков продемонстрировали результаты в 1,4 раза лучшие, чем агрегаты с другими компоновками.

Все рассмотренные орудия обеспечили 100 %-ное подрезание растительных остатков [3-7].

выводы. Согласно результатам проведенных исследований, использование культиваторов, оснащенных лапами и дисковыми рабочими органами, позволяет добиваться более качественной обработки почвы. В результате работы комбинированных орудий возможно снижение глыбистости почвы до 3 раз, гребнистости поверхности поля - до 1,4 раза, по сравнению с использованием культиваторов, не оборудованных дисковыми рабочими органами.

Литература.

1. Беляев В.И. Повышение эффективности обработки почвы и посева зерновых культур при использовании перспективных маши-нотракторныхагрегатов:автореф. дис. ...д-ра техн. наук. Барнаул, 2000.42с.

2. Несмиян А.Ю., Должиков В.В. Обзор культиваторов для сплошной обработки почвы и тенденции их производства // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 4. С. 6-9.

3. Протокол испытаний № 01-60-13(1020172) агрегата комбинированного почвообрабатывающего навесного «Лидер - 7,2Н» от 20 ноября 2013 г. [Электронный ресурс]. Алтайская МИС: Поспелиха, 2013. 22 с. URL: http://altmis.ru/board/mashiny_dlja_ poverhnostnoj_obrabotki_pochvy/kultivatory_dlja_sploshnoj_obrabotki_pochvy/agregat_kombinirovannyj_pochvoobrabatyvajushhij_ navesnoj_lider_7_2n/20-1-0-141(дата обращения 23.01.2017).

4. Протокол № 01-50-09 (4020582) периодических испытаний культиватора КД - 720М от 10 декабря 2009 г. [Электронный ресурс]. Алтайская МИС: Поспелиха, 2009. 34 с. URL: http://altmis.ru/board/mashiny_dlja_poverhnostnoj_obrabotki_pochvy/ kultivatory_dlja_sploshnoj_obrabotki_pochvy/kul_poverhnostnoj_obrabotki_pochvy/kultivatory_dlja_sploshnoj_obrabotki_pochvy/kul tivator_k_ 720m/20-1-0-38(дата обращения 23.01.2017).

5. Протокол № 01-76-13 (5020342) периодических испытаний агрегата почвообрабатывающего комбинированного АПК -7,2 от 20 декабря 2013 г [Электронный ресурс]. Алтайская МИС: Поспелиха, 2013. 22 с. URL: http://altmis.ru/board/mashiny_ dlja _poverhnostnoj_obrabotki_pochvy/kultivatory_dlja_sploshnoj_obrabotki_pochvy/agregat_pochvoobrabatyvajushhij_kombini-rovannyj_apk_7_2/20-1-0-146(дата обращения 23.01.2017).

6. Протокол № 01-83-13(5020262) периодических испытаний культиватора почвообрабатывающего КПО - 7,2 от 27 декабря 2013 г. [Электронный ресурс]. Алтайская МИС: Поспелиха, 2013. 22с. URL: http://altmis.ru/board/mashiny_dlja_poverhnostnoj_obrabotki_pochvy/ kul_39_tivatory_predposevnye/kultivator_pochvoobrabatyvajushhij_kpo_7_2/25-1-0-148 (дата обращения 23.01.2017).

7. Технико-эксплуатационные характеристики культиваторов для сплошной обработки почвы по результатам испытаний на Алтайской МИС// Сравнительный анализ технического уровня культиваторов по результатам испытаний на машиноиспытательных станциях [Электронный ресурс]. Солнечногорск: ФГБУ ГИЦ, 2014. С. 4-15. URL: http://www.sistemamis.ru/protocol/(дата обращения23.01.2017).

8. Орлов Р.И. Силовое воздействие рабочего органа культиватора на обрабатываемую почву // Научное творчество студентов и сотрудников факультета энергомашиностроения и автомобильного транспорта: сборник тезисов и докладов 74-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава технического университета: в 3-х частях. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2016. Ч. 3. С. 46-53.

9. СТОАИСТ1.12-2006. Испытания сельскохозяйственной техники. Тракторы сельскохозяйственные, машины почвообрабатывающие, посевные и посадочные, машины для защиты растений. Показатели назначения и надежности. М.: Изд-во РосНИИТиМ, 2006, 66с.

10. СТО АИСТ 4.2-2010. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для поверхностной и мелкой обработки почвы. Методы оценки функциональных показателей. М.: Изд-во РосНИИТиМ, 2005, 12 с.

11. СТО АИСТ4.6-2010. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины почвообрабатывающие. Показатели назначения. Общие требования. М.: Изд-во РосНИИТиМ, 2011. 20 с.

12. Pollock C., Reeder R. No-till. Plenty of Positives // Resource Engineering & Technology for a Sustainable. 2010. January / February. Рр. 4-7.

13. Maslov G.G., Trubilin E. I., Truflak E. V. Parameters Optimization for Multifunctional Aggregates in Plant Growing Mechanization // Research Journal of Pharmecentical Biological and Chemical Sciences. 2016. № 7 (3). Pр. 19.

14. Jorgensen M.H. Agricultural Field Machinery for the future - from an IEngineering Perspective //Agronomy Research Biosystem Engineering. 2012. № 10. Pр. 109-113.

15. Ворокосов И. В. Разработка схемы и обоснование параметров комбинированного универсального орудия для обработки почвы и посева к тракторам класса тяги 20 - 30 кН: автореф. дис.... канд. техн. наук. Челябинск, 2014.24 с.

16. Падальцин К.Д. Снижение энергозатрат и повышение качественных показателей поверхностной обработки почвы комбинированием рабочих органов культиватора: автореф. дис.... канд. техн. наук. Ставрополь, 2015. 20 с.

17. Дмитриев С. Ю. Автоматизированный расчет процесса колебаний почвообрабатывающего рабочего органа на упругой стойке // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. № 6. С. 35-37.

EFFICIENCY OF CuLTIVATORS FOR SEEDBED PREPARATION uNDER CONDITIONS OF ALTAI KRAI

Yu.A. Shaposhnikov, R.I. Orlov

I.I. Polzunov Altai State Тechnical University, prosp. Lenina, 46, Barnaul, 656038, Russian Federation

Abstract. A design of a cultivator determines the quality of their operation and costs of its implementation. The paper presents the results of theoretical and experimental studies on the determination of a construction arrangement of cultivators, the most efficiently performing seedbed preparation. Today, along with tine cultivators of the traditional construction, the machines, equipped with sweep and disk working bodies, have come into widespread acceptance. To enhance the efficiency of their application for preplant tillage it is necessary to analyze the impact of different ratios of sweep and disk working bodies on the work quality. In this case, you should take into account soil and landscape conditions, where you intend to use the unit. We examined the work of cultivators under conditions of Altai Krai. This goal is achieved by the analysis of construction arrangements, according to which the aggregates for the preplant treatment are made, as well as by the evaluation of the results of their work. For the experimental evaluation we used cultivators KD-720, APK-7.2, KPO-7.2, "Leader 7.2N". The tests were carried out under the following conditions: loamy ordinary chernozem; soil hardness was not more than 3.5 MPa; moisture content was not more than 25 %; relief was smooth with a slope up to 3 degrees; the infestation with stones missed; the stubble height was no more than 25 cm. The use of combined aggregates, equipped, together with sweeps, by disk working tools, enable to reduce lump content (the share of lumps of soil with a diameter of 25 mm or more) almost 3 times, compared with the cultivators with sweeps only; the surface imperfections - 1.4 times. Keywords: cultivator, pre-sowing tillage, working tools, operational and technological performances, construction arrangement. Author Detals: Yu.A. Shaposhnikov, D. Sc. (Tech.), prof. (e-mail: u_shaposhnikov@mail.ru); R.I. Orlov, post graduate student. For citation: Shaposhnikov Yu. A., Orlov R. I. Efficiency of Cultivators for Seedbed Preparation under Conditions of Altai Krai. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2017. Vol. 31. No. 3. Pp. (in Russ.).