The results of the operational test of a mock-up sample of the tool with an active drive of rotary working bodies with an assessment of agrotechnical indicators

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Орудия, рабочими органами которых являются различные по конфигурации и исполнению диски, активно используются во всем мире на операциях поверхностной обработки почвы. Сферические диски довольно хорошо работают на высоко увлажнённых полях, на засоренных почвах, при этом они не забиваются пожнивными остатками и стерней. Однако, дисковые рабочие органы со сплошной поверхностью обладают недостатком. На рабочую часть дисков налипает почва, что приводит к увеличению энергоемкости и снижению качества обработки почвы. В районах, где в виду природно-климатических условий преобладают высокие скорости ветра, почвы наиболее подвержены ветровой эрозии, для их возделывания применяют орудия и машины, оснащенные кольцевыми рабочими органами [1]. Вместе с тем, и у данного типа рабочих органов происходит налипание почвы на рабочую поверхность, тем самым происходит увеличение тягового сопротивления и ухудшается качество работы. «На базе данных рабочих органов разработан и изготовлен РРО с режущими ножами эллипсоидальной формы [2, 3]. Особенностью конструкции являются режущие элементы (ножи), косо установленные к оси вращения рабочего органа, при этом сам рабочий орган имеет угол атаки и приводится в работу от ВОМ трактора. Режущим элементам придана эллиптическая форма, которая позволяет избегать налипания почвы на рабочую поверхность и обеспечивать требуемое качество поверхностной обработки почвы МОО. [4, 1]». Научная новизна настоящего исследования заключается в разработке макетного образца орудия (далее МОО), оснащенного РРО, приводимыми в движение от ВОМ трактора, которые по результатам производственной проверки обеспечивают требуемое качество на операциях поверхностной обработки почвы (предпосевной и паровой обработках) по глубине обработки (конструкция РРО защищена патентом на ПМ РК № 3272). Предпосевная обработка почвы — это прием механической обработки почвы, выполняемый непосредственно перед посевом зерновых культур с целью выравнивания поверхности поля и борьбы с сорной растительностью [5]. «Согласно ГОСТ 26244-84. Обработка почвы предпосевная. Требования к качеству и методы определения. Поверхность обработанного поля должна быть выровнена, почвенные комья не должны превышать 10 см. Гребнистость поверхности поля не более 4 см, отклонение от глубины обработки не более 1 см. Полное подрезание сорной растительности, сохранение не менее 60% растительных остатков на поверхности поля [5]».

Как известно, природно-климатические условия Северного Казахстана характеризуются сильными ветрами и малым количеством осадков, что приводит к быстрому испарению продуктивной влаги с поверхности поля. Во избежание потери влаги аграриям следует обрабатывать почву на как можно меньшую глубину, в тоже время, обеспечивая качество выполняемых операций. В данном регионе наибольшее распространение при подготовке поля к посеву получают механические способы обработки почвы. Согласно данным М.К. Сулейменова наиболее широко поля под посев пшеницей (а это 85–90% всех площадей в РК) обрабатывают по 2 технологиям: почвозащитной и по технологии Mini-Till [6].

Для того, чтобы иметь высокий урожай зерновых культур, необходимо обеспечить все условия для своевременного всхода семян зерновых. Качественным показателем в таком случае служит создание благоприятного ложа семян, т.е. дно сформированной борозды должно быть достаточно уплотнено и выровнено. С этой целью применяются различные машины и орудия с РРО.

Цель исследований — проверка в полевых условиях разработанного макетного образца орудия с целью соответствия полученных показателей агротребованиям на предпосевную обработку почвы и обработки пара.

Условные обозначения:

РОО — ротационный рабочий орган;

МОО — макетный образец орудия;

ВОМ — вал отбора мощности;

ЭОЧ — эрозионно-опасные частицы;

λ — кинематический параметр;

υ — скорость движения агрегата, м/с;

β — угол атаки рабочего органа, °;

h — глубина обработки почвы, см.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для обеспечения качественной обработки почвы на операциях предпосевной обработки и паровой обработок почвы разработан МОО, оснащенный РРО, которые приводятся в действие непосредственно от ВОМ трактора, рис. 1. МОО по типу агрегатирования: навесная машина, состоящая из несущей рамы I, откоса II, РРО III, опорного колеса IV, карданного вала V, служащего для передачи крутящего момента посредством цепи VI к рабочим органам, углового редуктора VII, предохранительной VIII и обгонной муфт IX [7].

Рис. 1. Конструкция макетного образца орудия на предпосевной обработке почвы: I — несущая рама, II — откос, III — батарея ротационных рабочих органов, IV — опорное колесо, V — карданный вал, VI — цепь, VII — угловой редуктор, VIII — муфта предохранительная, IX — муфта обгонная.

Fig. 1. Design of the mock-up sample of the tool at the pre-sowing soil treatment: I — a carrying frame; II — a sloping link; III — a pack of rotational working bodies; IV — a supporting wheel; V — a driveshaft; VI — a chain; VII — a bevel reduction gear; VIII — a slip clutch; IX — an overrunning clutch.

С помощью гидравлической системы трактора МОО переводится в состояние агрегатирования до поля. В рабочее положение для установки заданной глубины обработки секция РРО приводится с помощью винтового механизма, расположенного на опорном катке. Рама с секцией (батареей) рабочих органов крепится к раме несущей. На валу с батареями РРО имеются звездочки, которые посредством цепной передачи передают вращение от ВОМ трактора к рабочим органам.

Рабочий процесс включает в себя следующие технологические операции (рис. 2):

Рис. 2. Технологический процесс предпосевной обработки почвы с помощью макетного образца орудия, агрегируемого трактором МТЗ-82.

Fig. 2. A technological process of the pre-sowing soil treatment using the mock-up sample of the tool coupled with the MTZ-82 tractor.

• с помощью рукоятки на опорном катке устанавливается требуемая глубина обработки почвы;
• батарея РРО приводится в действие от ВОМ трактора;
• за счет ВОМ батарея с рабочими органами вращается, заглубляется и обрабатывает требуемый слой почвы, разбивая почвенные комья и уничтожая сорняки.

Полевые исследования по определению агротехнических показателей (крошение почвы, подрезание сорняков, сохранение растительных остатков, содержание ЭОЧ и высота гребней дна борозды) для поверхностной обработке почвы проводились на 2 ее операциях (предпосевной и паровой) в соответствии с «ГОСТ 20915–2011» [8, с. 11] и «СТ РК 1559–2006» [9]. Агротехнические показатели оцениваются согласно «СТ РК 1559–2006». Глубина обработки почвы в обоих случаях не превышала 6 см, при этом отношение окружной скорости РРО к поступательной скорости агрегата было в пределах λ = 0,9–0,96, скорость движения почвообрабатывающего агрегата составляла υ = 9–10 км/ч.

Одним из значимых показателей качества обработки почвы для получения хорошего урожая зерновых является гребнистость на дне сформированной борозды после прохода агрегата. Частная методика измерения h_{гребней} дна борозды включала в себя 4-х кратную повторность проведения измерений, два из которых — по направлению движения агрегата, два — против (всего 24).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Условия проведения испытаний МОО на предпосевной и паровой обработках почвы определялись в соответствии с «ГОСТ 20915–2011» и представлены в таблице 1. Почва — чернозём.

Таблица 1. Условия проведения производственной проверки МОО

Table 1. Conditions of conducting the operational test of the mock-up sample

Результаты полученных и обработанных данных по определению агротехнических показателей на поверхностную обработку почвы, таких как: сохранение стерни, подрезание сорных растений, гребнистость поверхности поля, гребнистости дна сформированной борозды, крошение почвы и содержание ЭОЧ на двух операциях поверхностной обработки почвы (предпосевной и паровой) представлены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты полученных показателей на 2 операциях поверхностной обработки почвы

Table 2. Results of the indicators obtained at two operation of surface soil treatment

В таблице 3 приведены результаты обработки данных по определению сохранения стерни на предпосевной обработке почвы.

Таблица 3. Результаты обработки данных по определению сохранения стерни

Table 3. Results of data processing on definition the stubble preserving

В таблице 4 приведены результаты обработки данных по подрезанию сорных растений на предпосевной и паровой обработках почвы при скорости движения агрегата 9,6 км/ч.

Таблица 4. Результаты обработки данных по подрезанию сорных растений

Table 4. Results of data processing on weeds cutting

Примечание: числитель — предпосевная обработка почвы, знаменатель — обработка пара.

Согласно требованиям ГОСТ на поверхностную обработку почвы после производственной проверки орудия проведена оценка следующих показателей: крошение почвы, степень подрезания сорных растений, сохранение растительных остатков (стерни), гребнистость поверхности поля, содержания ЭОЧ, а также hгребней на дне борозды, рис. 3.

Рис. 3. Результаты производственной проверки с оценкой агротехнических показателей макетного образца орудия: a — крошение почвы, %; b — подрезание сорной растительности, %; c — сохранение растительных остатков (стерни), %; d — высота гребней на поверхности поля, см; e — содержание ЭОЧ, %; f — высота гребней дна борозды, см.

Fig. 3. Results of the operational test with the assessment of agrotechnical indicators of the mock-up sample of the tool: a — soil crumbling, %; b — weed cutting, %; c — stubble preserving, %; d — height of ridges on field surface, cm; e — content of erosion-hazardous particles; %; f — height of ridges at the bottom of a furrow, cm.

Оценка и измерение гребней на дне борозды, сформированной МОО с активным привоом РРО проводилась при 4-х кратной повторности (всего 24 опыта) по ранее указанной частной методике представлены в таблице 5. Все результаты подвергались математической обработке данных.

Таблица 5. Результаты измерений высоты гребней дна борозды на предпосевной обработке почвы

Table 5. Results of measuring height of ridges at the bottom of a furrow at the pre-sowing soil treatment

Таким образом, в результате производственной проверки макетного образца орудия (МОО) на 2 операциях поверхностной обработки почвы с оценкой агротехнических показателей можно сделать вывод, что применение данного орудия способно обеспечить требуемое качество при подготовке почвы к посеву зерновых культур.

ВЫВОДЫ

1. Производственная проверка МОО, оснащенного РРО эллипсоидальной формы с оценкой агротехнических показателей на предпосевной и паровой обработках почвы (не более 6 см), характеризуется требуемым качеством — подрезание сорняков более 98,18–98,26%. Одновременно достигается выравнивание поверхности поля — высота гребней не более 1,41–1,63 см, крошение почвенных комьев до 84,46–83,87%. Создается плотное ложе для семян — высота гребней дна борозды не превышает требуемую величину — 1,81 см.
2. Во избежание возникновения ветровой эрозии почв на поверхности поля сохраняется 64,45% растительных остатков (стерни), при этом содержание ЭОЧ при выполнении операций поверхностной обработки почвы сократилось на 4,22–4,43% в сравнении с результатами до проведения полевых исследований.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Вклад автора. Р.И. Кравченко — проведение экспериментальной части, определение показателей качества для поверхностной обработки почвы, разработка частной методики для определения высоты гребней на дне борозды, обработка результатов. Автор подтверждает соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (автор внес существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочел и одобрил финальную версию перед публикацией).

Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Автор заявляет об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Author’s contribution. R.I. Kravchenko — conducting the experimental part, determining quality indicators for surface soil treatment, developing a privately-owned methodology for determining the height of ridges at the bottom of a furrow, processing the results. The author made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agrees to be accountable for all aspects of the work.

Competing of interests. The author declares the absence of obvious and potential conflicts of interest.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

About the authors

Ruslan I. Kravchenko

Author for correspondence.
Email: ruslan_kravchenko_15@mail.ru
ORCID iD: 0009-0007-7456-9901
SPIN-code: 8479-4468

PhD, Acting Associate Professor of the Agricultural Technology and Transport Department

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Design of the mock-up sample of the tool at the pre-sowing soil treatment: I — a carrying frame; II — a sloping link; III — a pack of rotational working bodies; IV — a supporting wheel; V — a driveshaft; VI — a chain; VII — a bevel reduction gear; VIII — a slip clutch; IX — an overrunning clutch.

Download (286KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. A technological process of the pre-sowing soil treatment using the mock-up sample of the tool coupled with the MTZ-82 tractor.

Download (176KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Results of the operational test with the assessment of agrotechnical indicators of the mock-up sample of the tool: a — soil crumbling, %; b — weed cutting, %; c — stubble preserving, %; d — height of ridges on field surface, cm; e — content of erosion-hazardous particles; %; f — height of ridges at the bottom of a furrow, cm.

Download (179KB)

Indexing metadata