В зависимости от физико-механических свойств почвы и климатических условий необходима своя оптимальная технология основной обработки почвы. Для улучшения структуры почвы и повышение урожайности зерновых культур нами предлагается применение комбинированной машины – щелевателя для нарезки водопоглощающих щелей с одновременным мульчированием их соломой (рис. 1).
Рис. 1. Схема экспериментального почвообрабатывающего агрегата:
1–
рама; 2 – щелерез; 3 – граблина; 4 – заделывающий
диск; 5 – параллелограммный механизм; 6 и 7 –
регулировочные устройства; 8 – пружина; 9 – стопор
Применение щелевателя способствует созданию более рыхлого слоя по всей глубине обрабатываемого слоя. В зоне Южного Урала плотность почвы после обработки ее осенью плоскорезом или глубокорыхлителем обычно равна 1,03…1,09 г/см3 [1], а после щелевателя она снижается до 0,95…0,97 г/см3. Это обеспечило лучшее задержание влаги при таянии снега и повысило общие запасы ее в метровом слое почвы, что дало прибавку урожайности зерновых.
Рабочим органом щелевателя являются щелерез, от геометрических параметров которого и их взаимного расположения зависит не только выполнение агротехнических требований, предъявляемых к щелеванию, но и тяговое сопротивление машины.
Рис. 2. Расчетная схема щелереза
Для исследования влияния конструктивных параметров щелереза на его тяговое сопротивление была составлена расчетная схема (рис. 2) и получены следующие зависимости для определения горизонтальной Rzщ и вертикальной Rxщ составляющих сил, действующих на щелерез [2]:
;
(1)
,
(2)
где
и
– удельное давление почвы соответственно спереди и сбоку на
стойку щелереза;
– коэффициент трения почвы о сталь;
– угол трения;
– коэффициент объемного смятия почвы;
– путь, проходимый долотом за время сжатия;
,
,
,
,
,
– конструктивные параметры щелереза.
Из рис. 3 видно, что установкой долота на щелерез можно снизить тяговое сопротивление щелереза Rxщ на 20…30% по сравнению с тяговым сопротивлением щелереза без долота (Rxщ1).
Рис. 3. Тяговое сопротивление щелереза (Rxщ)
и показателей глубины обработки почвы (
,
)
в зависимости от угла постановки щелереза относительно дна борозды
(
– экспер., ------ – теоретическая)
При различной глубине хода щелереза минимальное
значение силы Rxщ
и лучшую устойчивость по глубине (
– минимальное) обеспечивает угол
.
С увеличением ширины долота
силы Rxщ
и Rzщ возрастают, что ведет к некоторому
увеличению глубины хода щелереза
и улучшению устойчивости
(рис. 4). Однако при этом степень сохранения стерни С
уменьшается из-за увеличения зоны деформации почвы. Анализ
зависимости (1) показывает, что при увеличении длины долота
до 0,15…0,20 м сила Rxщ
уменьшается и при
>0,2
она вновь возрастает, приближаясь по величине к силе Rxщ1
(см. рис. 3).
Рис. 4. Силовые и агротехнические показатели работы щелереза от ширины долота
Итак, качественная плоскорезная обработка почвы одновременно с ее щелеванием при минимальном тяговом сопротивлении возможна при следующих значениях параметров щелереза: угол постановки стойки щелереза ко дну борозды – 90°; угол заострения передней кромки стойки щелереза – 60°; толщина стойки щелереза – 20 мм; ширина стойки щелереза у основания – 100 мм, а в верхней части – 100 мм; угол постановки долота ко дну борозды 23…27°; ширина долота – 50…70 мм; длина долота 200…220 мм; толщина долота – 20 мм.
Необходимая длина граблин соломонаправителя L будет зависить от угла установки самих граблин α (рис. 5) и от расстояния между рабочими органами – щелерезами.
Рис. 5. Схема сил, действующих на солому при контакте с граблиной соломонаправителя
При перемещении агрегата происходит сбор соломы граблинами. Со стороны граблины на солому возникает нормальное давление N. При значениях угла 90° > α > 0 сила N даёт составляющие T и P. Касательная составляющая Т стремиться вызвать относительное перемещение соломы по граблине. Этому перемещению будет препятствовать сила трения Fтр, возникающая в плоскости контакта. Величина касательной составляющей
,
(3)
а предельное значение силы трения
.
(4)
Поэтому при значениях
и
относительного перемещения соломы не наступит, солома и граблина
будут перемещаться как одно целое по направлению скорости V, т.е.
будет происходить забивание.
Относительное перемещение соломы по граблине, а, следовательно, и
подача вороха соломы к щели будет происходить при
и
.
Угол трения соломы о сталь составляет
=13,5°…21,5°
[3]. Согласно тому, что
,
следовательно, угол установки граблин α не должен превышать
68,5°.
Для проведения полевых экспериментальных исследований почвообрабатывающего агрегата был использован чизельный плуг ПЧ – 2,5, на который были установлены дополнительные рабочие органы, а именно соломонаправитель и соломозаделыватель.
Из полученных данных был построен график зависимости процента перемещённой соломы от угла установки соломонаправителя (рис. 6). Из графика видно, что при угле α = 70° и выше солома практически не перемещается в горизонтальном направлении, т.е. происходит забивание. Наибольшее количество соломы перемещается при α ≈ 38…59°, причем с уменьшение угла α (от 40° до 20°) интенсивность процесса также возрастает, но значительно сокращается ширина захвата соломонаправителя, поэтому в целом количество перемещенной соломы снижается. Таким образом, оптимальное значение угла установки соломонаправителя находится в интервале α = 45…55°.
Рис. 6. График зависимости процента перемещённой соломы от угла установки соломонаправителя
Для определения наибольшей необходимой длины граблины L примем угол установки соломонаправителя α = 45°, т.к при больших углах α будет наблюдаться перекрытие, что даст гарантированный сбор соломы по всей ширине захвата агрегата. Учитывая, что расстояние между щелерезами b=500 мм (плуг ПЧ – 2,5), то длина граблин будет равна:
мм
(5)
Замеры влажности почвы весной, показали, что данная технология позволяет увеличить влажность на 10,0…13,5%. Что в свою очередь, повышает урожайность зерновых культур на 1,2…1,5 ц/га.
Литература:
Константинов М.М. и др. Обоснование местоположения дополнительных приспособлений на рабочем органе плоскореза-глубокорыхлителя. Известия Оренбургского госагроуниверситета. – Оренбург,2011, №2.-С.78 – 81
Грибановский А.П., Бидлингмайер Р.В. Комплекс противоэрозионных машин (теория, проектирование). – Алма–Ата: Кайнар, 1990. – 256 с.
Ковалев Н.Г., Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Сельскохозяйственные материалы (виды, состав, свойства). – М.: ИК «Родник», журнал «Аграрная наука», 1998. – 208 с., ил. 113. – (Учебники и учеб. пособия для высш. учеб. заведений).