Efficiency of surface treatment of soil by a stubble multifunctional cultivator

Full Text

Введение Рациональная система обработки предкавказских выщелоченных черноземов в сочетании со вспашкой, поверхностной обработкой и прямым посевом оказывает существенное влияние на их агрофизические свойства и продуктивность выращиваемых полевых культур в зернопропашном севообороте при лучших показателях экономической и биоэнергетической эффективности. Для этой цели на Кубани применяют отвальную и безотвальную вспашку, дисковые орудия и сеялки прямого посева. Однако применение дисковых орудий для поверхностной обработки почвы наносит существенный урон ее плодородию. Постоянная поверхностная или мелкая зяблевая обработка почвы дисковыми орудиями приводит к увеличению в ней содержания пыли до 9…11 %, что в 1,5…2 раза больше чем при отвальной и нулевой обработках [1]. В этой связи для сохранения более агрономически ценной структуры почвы необходимо ограничить использование дисковых орудий, особенно типа БДТМ. Для поверхностной обработки почвы более предпочтительны стерневые культиваторы (рис. 1), выпускаемые отечественным сельхозмашиностроением [2]. Рис. 1. Серийный стерневой культиватор КСУ-6 совместного российско-германского производства Эффективность стерневых культиваторов помимо сохранения структуры почвы может быть повышена за счет совмещения нескольких технологических операций за один проход машины по полю, например, с одновременным внесением основного минерального удобрения многофункциональным культиватором [3]. Цель исследования Целью исследования является обоснование оптимальной продолжительности поверхностной обработки почвы с одновременным внесением минеральных удобрений предлагаемым многофункциональным культиватором. Материалы и методы исследования В качестве метода исследования принята функция затрат и потерь, для которой разработана математическая модель и блок-схема алгоритма (рис. 2) оптимизации продолжительности поверхностной обработки почвы с одновременным внесением минеральных удобрений многофункциональным культиватором (МФК). В качестве МФК нами принят серийный стерневой культиватор КСУ-3 с приспособлением для внесения минеральных удобрений к трактору МТЗ-1221 тягового класса 2. В расчетах принята ширина захвата культиватора 3 м, а для выбора оптимальной скорости агрегата использована тяговая характеристика трактора МТЗ-1221 при максимальном тяговом КПД. Понятие функции «сумма затрат и потерь» известно. Это сумма затрат на производство выполняемых полевых работ (эксплуатационных затрат) и стоимости потерь урожая в связи с нарушением оптимальной продолжительности данных работ. Минимум функции определяет оптимальное значение продолжительности выполнения заданной работы. Поскольку предлагаемая обработка стерни предполагается перед зяблевой вспашкой, например, под кукурузу, то стоимость потерь будущего урожая зерна кукурузы будет связана с нарушением оптимальной продолжительности лущения стерни. Как известно, запаздывание со сроками обработки стерни зерновых колосовых культур на 2…3 дня снижает урожай культур следующего года на 1,5…2,5 ц/га [4]. С учетом изложенного, после преобразований функция затрат и потерь Сзп для нашего случая имеет вид: , где Uэ - эксплуатационные затраты на обработку почвы и внесение удобрений, руб./га; F - обрабатываемая площадь, га; Wч - производительность агрегата за 1 ч чистой работы, га/ч; n - продолжительность выполнения работы в днях; z - закупочная цена кукурузы, руб./т; - потери урожая из-за нарушения сроков, т/(га·день). При моделировании задачи по минимальному значению целевой функции Сзп находят оптимальную продолжительность n работы на лущении стерни многофункциональным стерневым культиватором с одновременным внесением удобрений, количество nаг этих агрегатов, оптимальную стоимость затрат Сз на выполнение работ, оптимальную стоимость потерь Сп, связанных с недобором урожая, учитывая заданную площадь F обработки, урожай U зерна и его закупочную цену z. Результаты исследования и обсуждение Зависимость функции затрат и потерь Сзп представлена на рис. 3. Оптимальное ее значение приходится на 8-й день выполнения работ. Это означает, что за этот срок на площади 1000 га после уборки озимых культур должны быть внесены минеральные удобрения и заделаны в почву многофункциональным стерневым культиватором. Рис. 3. Зависимость функции затрат и потерь от продолжительности поверхностной обработки почвы с одновременным внесением удобрений МФК Характер изменения функции Сзп затрат и потерь экстремальный. Минимум ее находится над точкой с минимальным значением функции (рис. 3). Функция потерь Сп монотонно возрастает в зависимости от продолжительности n, а функция затрат Сз убывает. В табл. 1 представлены значения составляющих функции затрат и потерь в зависимости от продолжительности работ n. В таблице приведены результаты расчетов для площади посевов F = 1000 га, недобора урожая = 0,03 т/(га·день), закупочной цене зерна z = 9000 руб./т, часовой производительности агрегата Wч = 4,2 га/ч, часовом расходе топлива трактором МТЗ-1221 - 17,6 кг/ч и емкости бункера для удобрений V = 1 м3 . Минимум функции затрат и потерь при n = 8 дней составил Сзп = 1722,6 тыс. руб, максимум при n = 1 день Сзп = 9228,9 тыс. руб. и при n = 30 дней - Сзп = 8328,1 тыс. руб. Функция затрат Сз, соответственно, составила: Сз min = 309,1 тыс. руб; Сз max = 9220 тыс. руб, а функция потерь Сп: минимум при n = 1 день - Сп = 8,91 тыс. руб; максимум при n = 30 дней - Сп = 8019 тыс. руб. Однако главный эффект от стерневого многофункционального культиватора - это сохранение структуры почвы, снижение содержания в ней пылевидных частиц после обработки по сравнению с дисковыми орудиями. Кроме того, обеспечивается также экономия затрат за счет совмещения двух операций, рыхления почвы и внесения удобрений. Характер изменения зависимости функции затрат и потерь Сзп многофункционального культиватора в представленной статье и полученной ранее по результатам уборки зерна в работе Г.Г. Маслова [5] имеет экстремальный характер и составляет восемь календарных дней. Выводы Обосновано эффективное применение многофункционального стерневого культиватора на поверхностной обработке почвы с одновременным внесением минеральных удобрений. На примере агрегата в составе трактора МТЗ-1221 с культиватором КСУ-3 и приспособлением для внесения минеральных удобрений с использованием функции затрат и потерь получена оптимальная продолжительность обработки стерни составляющая 8 дней. Функция затрат и потерь облегчает принятие решения при выборе альтернативных вариантов технологий и машин. Рис. 2. Блок-схема алгоритма оптимизации параметров и режимов работы многофункционального агрегата Таблица ١ Изменения стоимости затрат Сз , потерь Сп и затрат и потерь Сзп от продолжительности выполнения работ Продолжительность n выполнения работ, дней Стоимость затрат Сз, тыс. руб. Стоимость потерь Сп, тыс. руб. Стоимость затрат и потерь Сзп, тыс. руб. 1 9220 8,91 9228,9 5 1844 222,8 2066,8 10 921,9 891,0 1812,9 15 612,8 2004,8 2617,6 20 460,9 3564,0 4024,9 25 368,8 5568,8 5937,5 30 309,1 8019,0 8328,1 8 1152,4 570,2 1722,6

About the authors

G. G Maslov

Kuban State Agrarian University named after Ivan Trubilin

Email: yudina2010.63@mail.ru
DSc in Engineering

E. M Yudina

Kuban State Agrarian University named after Ivan Trubilin

Email: yudina2010.63@mail.ru
PhD in Engineering

I. A Zhurij

Kuban State Agrarian University named after Ivan Trubilin

Email: yudina2010.63@mail.ru

References

Supplementary files