Full Text

Обеспечение устойчивости развития территорий Российской Федерации невозможно без лесовосстановления, являющегося основой освоения лесов. При этом немаловажную роль играет разработка эффективных орудий отечественного производства, способствующих приживаемости и сохранности саженцев [1-5].

Анализ теоретических и экспериментальных исследований технологий обработки почвы в рядках посевов бахчевых культур [6, 7] и выращивания посадочного материала [9-11] позволил установить наиболее приемлемый вариант механизма, который обеспечивает выполнение агротехнических требований, предъявляемых к орудию для обработки почвы в рядках.

Разработана конструкция секции орудия для обработки почвы в рядках [8], которая устанавливается на культиваторах КРН над обрабатываемым рядком. При этом культиватор оборудован устройствами и для междурядной обработки. Применение культиватора с разработанной секцией орудия возможно только при посеве прямоугольно-гнездовым способом, при котором гнезда в поперечном направлении расположены на одной линии. Ширина захвата культиватора должна быть равна ширине захвата сеялки.

Секция орудия для обработки почвы в рядках (рис. 1) смонтирована на грядиле (рис.1, а) пропашного культиватора КРН-5,6, который имеет механизмы для обработки междурядий. Секция орудия устанавливается над рядком перед растением. При этом лапы (рис.1, г)  находятся в рабочем положении для рыхления почвы и подрезания сорняков. С началом движения оператор производит развод лап. При движении культиватора в рядке между растениями они сомкнуты, при этом представляют собой стрельчатую лапу, обеспечивающую рыхление почвы и подрезание сорняков между растениями. Щитки-отражатели (рис.1, ж) захватывают подрезанные сорняки и направляют их в междурядье, предотвращая обволакивание стойки (рис.1, в) жмыхом.

При подходе к растению оператор включает развод лап, как только передние концы лап достигают оси растений, оператор включает схождение лап. В результате образуется ромбовидный участок необработанной почвы, который обрабатывается вручную. Использование пневматического привода поворота лап и щитков-отражателей снижает трудоемкость ухода за посевами в два раза и повышает урожайность. Применение верхней заточки (рис.1, и) лезвия и наплавка (рис.1, к) нижней части твердым износостойким сплавом обеспечивает полное подрезание сорняков и самозатачивание лезвия.

 

Рис. 1. Секция орудия для обработки почвы в рядках: а – грядиль, б – поперечина, в – поворотная стойка, г – поворотная лапа, д – рычаги, е – пневмоцилиндр, ж – щит-отражатель, з – крепежные болты, и – заточка, к – наплавка.

 

Установка лезвия лап раствором вперед является лучшим вариантом размещения на поворотных стойках, учитывая величину необработанного участка (рис. 2). Секция рабочего органа также крепится на грядиле (рис.1, а), на котором закреплена поперечина (рис.1, б). К ней  установлены поворотные лапы  с помощью поворотных стоек, которые в верхней части имеют рычаги (рис1., д), соединенные шарниром с пневмоцилиндрами (рис. 1, е) двухстороннего действия.

При подходе к растениям оператор включает пневмоцилиндр и поворотные лапы  устанавливаются параллельно оси рядка. Недостаток размещения – необходимость пневмоцилиндру удерживать лапы в рабочем положении.

 

Рис. 2. Схема размещения лап раствором вперед.

 

Результатами исследований [6, 7, 12, 14] установлено, что механизм должен быть выполнен в виде плоскорежущей лапы, имеющей вертикальную ось вращения. Секция, обеспечивающая обработку посадок в рядке, состоит из поворотной лапы, установленной на вертикальной стойке, на которой закреплена двухлучевая лапа с размещением относительно стойки так, чтобы передние концы лапы были короче задних в 1,8 – 2 раза. Возможны два варианта размещения механизма. Первое – раствором вперед (рис. 2), где рабочей служит задняя часть лап, вершина угла которых направлена назад. Это уменьшает усилие на поворот лап при обходе растения. Недостаток – подрезанный сорняк сбрасывается при разводе лап в защитную зону растений. Для его устранения необходимо в конструкцию ввести механизм удержания лап раствором вперед.

Второй вариант решения – рабочей является стрельчатая часть лап (рис.3), которые образуют вершину угла, направленного вперед, что обеспечивает сдвиг подрезанных сорняков на междурядье, при этом отсутствует необходимость применения устройств для удержания лап в рабочем состоянии. Такой вариант повышает качество обработки. Недостатком такой конструкции секции является значительное усилие, необходимое для поворота лап при обходе растения, а также увеличенная необработанная площадь защитной зоны.

Для теоретического анализа работы вариантов прополочных агрегатов рассмотрим технологический процесс работы подвижных лап (рис. 2, а). Для этого введем следующие обозначения: l_р  – заостренная часть длины лапы, обеспечивающая обработку рядка; l_м – междурядная часть длины лапы, размещенная в междурядье.

При установке лап  раствором вперед, величина защитной зоны (рис.2, б) определяется по формулам:

$$\begin{gathered} x_{{\rm A}}\text{ = R cos }\omega {\text{t + V}}_{{\rm M}}\text{t,} \\ {\text{y}}_{{\rm A}}\text{ = R sin }\omega \text{t,} \end{gathered}$$ (1)

 

где $t=\varphi /\omega ,R=0A$; V_м – скорость агрегата; ω – скорость вращения лапы.

Изменение угла поворота от ${\varphi }_2=3/2\pi$ до ${\varphi }_1=3/2\pi -\alpha$ со скоростью $\omega$ на участке траектории О^х₁А^´₁ формирует необработанный участок (рис. 2, в).

При установке лап клином вперед угол поворота лапы α от φ₁, ${\varphi }_1=\pi /2-\alpha$ до ${\varphi }_2=\pi /2$, что соответствует участку траектории А₁О₁. При возврате лапы в рядок от угла j₁^/ до j₂^/ участка траектории О₁А формируется  необработанный участок (рис. 3).

 

Рис. 3. Схема работы лапы клином вперед.

 

Качественная обработка, отсутствие подрезания сеянцев и саженцев, удобство работы оператора вызывает необходимость использовать данный вариант, потому что обеспечивается минимальная защитная зона у растения, а лапы уходят от него в боковые стороны. При использовании варианта установки клином вперед лапы перемещаются вперед и в стороны, что затрудняет реакцию оператора, а раскрытие лап начинается раньше, что увеличивает размер необработанного участка.

Это положение обосновывается, если в уравнение (1) подставим значения $t_1=\frac{\varphi }{\omega }, \mathrm{и} \omega =\frac{U}{R}$ и , получим здесь и далее R - l_P, так как $U/V_{м}=\lambda$, то

$\left.\begin{array}{l}х=R\left(\cos \varphi +\varphi /\lambda \right)\\ y=R\sin \varphi \end{array}\right\}$ (2)

Для определения площади необработанного участка разделим его на две части А^х₁О^х₁К и КОˊ₁А^х₁.

Площадь первой части необработанного участка можно определить из уравнения

 

$S=\underset{{\varphi }_1}{\overset{{\varphi }_2}{\int }}y{x}^{\text{'}}dt$ (3)

$x^{\text{'}}=\frac{dx}{dt}=-\omega R\sin \omega t+V_{м},$ (4)

$y=R\sin \omega t.$ (5)

 

Площадь второй части необработанного участка:

 

$\begin{array}{l}S=\underset{{\varphi }_1}{\overset{{\varphi }_2}{\int }}R\sin \omega t(V_{м}-R\omega \sin \omega t)dt=\underset{{\varphi }_1}{\overset{{\varphi }_2}{\int }}\left(R{V}_{м}\sin \omega t-R^2\omega {\sin }^2\omega t\right)dt=\\ =\underset{{\varphi }_1}{\overset{{\varphi }_2}{\int }}R{V}_{м}\sin \omega tdt-\underset{{\varphi }_1}{\overset{{\varphi }_2}{\int }}{R}^2\omega {\sin }^2\omega tdt=-\frac{R{V}_{м}}{\omega }\cos \omega t{|}_{{\varphi }_1}^{{\varphi }_2}-R^2\omega \underset{{\varphi }_1}{\overset{{\varphi }_2}{\int }}\frac{1+\cos 2\omega t}{2}=\\ =\frac{R{V}_{м}}{\omega }\cos \omega t{|}_{{\varphi }_1}^{{\varphi }_2}-R^2\left(\frac{\omega t}{2}-\frac{\sin 2\omega t}{4}\right){|}_{{\varphi }_1}^{{\varphi }_2}=\\ =\frac{R{V}_{м}}{\omega }\left(\cos {\varphi }_1-\cos {\varphi }_2\right)+\frac{R^2}{2}\left({\varphi }_1-{\varphi }_2\right)+\frac{R^2}{4}\left(\sin 2{\varphi }_2-\sin 2{\varphi }_1\right).\end{array}$ (6)

 

Скорость (V_м )  движения агрегата определяется агротехническими требованиями на прополку механизированным агрегатом. Согласно схеме (рис. 2), необходимо разводить лапы при положении стойки на уровне растений (линия О^х₁К) и отключать развод при выходе концов лап за эту же линию.

Анализ работы агрегата по рис. 2 показывает, что время поворота равно $t=R/V_{м}$, а требуемая угловая скорость поворота лап – . Необработанная площадь около растения определяется по уравнению

 

$S=R^2\left[\frac{1}{2}\left(\cos {\varphi }_1-\cos {\varphi }_2\right)+\frac{1}{2}\left({\varphi }_1-{\varphi }_2\right)+\frac{1}{4}\left(\sin 2{\varphi }_2-\sin 2{\varphi }_1\right)\right]$ (7)

 

Дифференцированная обработка почвы в рядке улучшает динамику органического вещества в корнеобитаемом слое почвы [12-15], а также водные свойства и воздушный режим почвы, способствует благоприятным условиям для роста и развития сеянцев и саженцев. В результате создаются условия, необходимые для получения высококачественного посадочного материала, который позволяет обеспечить высокую приживаемость растений.

Применение разработанного поворотного рабочего органа обеспечивает возможность рыхления почвы и подрезания сорняков в рядке растений, при этом значительно уменьшается необработанная зона около растения, что снижает затраты ручного труда и доводит уровень механизации данной операции до 90–95%.

About the authors

S. Ya. Semenenko

Federal State Budget Scientific Institution «Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences»; Volgograd State Agrarian University

Author for correspondence.
Email: pniiemt@yandex.ru

doctor of agricultural sciences

Russian Federation, 400062, Volgograd, Universitetskiy рrospect, 97; 400002, Volgograd, Universitetskiy рrospect, 26

V. G. Abezin

Federal State Budget Scientific Institution «Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences»; Volgograd State Agrarian University; Astrakhan state University

Email: pniiemt@yandex.ru

doctor of agricultural sciences

Russian Federation, 400062, Volgograd, Universitetskiy рrospect, 97; 400002, Volgograd, Universitetskiy рrospect, 26; 414056, Astrakhan, ul. Tatishchevayu, 20A

O. N. Bespalova

Astrakhan state University

Email: pniiemt@yandex.ru

candidate of technical sciences

Russian Federation, 414056, Astrakhan, ul. Tatishchevayu, 20A

O. M. Ageenko

Federal State Budget Scientific Institution «Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences»; Volgograd State Agrarian University

Email: pniiemt@yandex.ru
Russian Federation, 400062, Volgograd, Universitetskiy рrospect, 97; 400002, Volgograd, Universitetskiy рrospect, 26

References

Supplementary files