5. Специальные плуги
Полунавесные оборотные плуги. Для гладкой пахоты почв, в том числе засоренных камнями, предназначены полунавесные оборотные плуги ППО-4-40К, ППО-5-40К, ППО-7-40К, ППО-8-40К, однотипные по устройству и регулировкам. Данные плуги агрегатируются с тракторами «Беларус» моделей 1221(22), 1522(23), 2522, 3022, 3522.
Устройство и подготовку к работе полунавесных оборотных плугов для вспашки почв, засоренных камнями, рассмотрим на примере плуга ППО-5-40.
Плуг полунавесной оборотный ППО-5-40 предназначен для гладкой пахоты на глубину до 27 см старопахотных слабо- и среднекаменистых почв с удельным сопротивлением до 0,09 МПа. Плуг агрегатируется с тракторами Беларус-1221, Беларус-1522, работает на всех типах почв с влажностью обрабатываемого слоя до 23 % при величине уклона поверхности поля, не превышающей 8°. Величина стерни и травостоя должна быть не более 25 см.
Устройство. Плуг ППО-5-40 состоит из следующих сборочных единиц: рама, тяговая балка, механизм оборота рамы, навеска, гидросистема, талреп, предохранители, рамка, ход колесный, механизм регулировки глубины пахоты, корпуса левооборачивающие с углоснимами левыми и корпуса правооборачивающие с углоснимами правыми (рис. 7).
Рис. 7. Плуг пятикорпусный полунавесной оборотный ППО-5-40: 1 – гидросистема; 2 – навеска; 3 – фиксатор; 4 – механизм оборота рамы; 5 – талреп; 6 – предохранитель; 7 – трубопровод; 9 – рама; 10 – рамка; 11 – гидроцилиндр; 12 – ход колесный;
Механизм оборота рамы служит для перевода плуга из транспортного положения в рабочее и обратно, а также для поворота рамы плуга при вспашке правооборачивающими или левооборачивающими корпусами. Он состоит из корпуса, шлицевого вала с фланцем, упора, двух регулировочных болтов, гидроцилиндров, рычагов, фиксатора, крестовины, которая шарнирно крепится к понизителям корпуса (рис. 8).
Рис. 8. Механизм оборота рамы: 1 – крестовина; 2 – понизитель корпуса; 3, 6, 14 – кронштейны; 4 – цепь; 5, 11 – гидроцилиндры; 7 – болт регулировочный; 8 – вал шлицевой с фланцем; 9 – опора; 10 – рычаги; 12 – корпус; 13 – упор; 15 – фиксатор
Упор устанавливается на шлицевом валу, к фланцу которого при помощи болтов крепится фланец рамы.
На рисунке показано положение механизма оборота рамы плуга при вспашке правооборачивающими корпусами. Для вспашки левооборачивающими корпусами масло подается в поршневую полость гидроцилиндра 5, шток которого с помощью рычага поворачивает упор вместе со шлицевым валом, поворачивая тем самым раму плуга с корпусами.
Фиксатор предназначен для жесткого соединения рамы плуга и механизма оборота рамы в транспортном положении.
Предохранитель служит для подъема корпуса плуга при наезде на препятствия (камни и др. предметы) и последующего заглубления корпуса после преодоления препятствия, а также для обеспечения устойчивой работы корпуса при вспашке почв различного механического состава, плотности и влажности.
Предохранитель состоит из грядиля, кронштейна, рычагов, тяги, рессоры и регулировочных болтов (рис. 9).
Рис. 9. Предохранитель: 1 – упор; 2 – цапфа; 3, 13, 15, 20 – ось; 4, 5, 8, 12 – кронштейны; 6 – тяга; 7 – труба; 9, 10 – болты; 11 – грядиль; 14 – рессора; 16, 18 – рычаги; 17, 19 – болты регулировочные
Работа предохранителя заключается в следующем. При наезде на препятствие корпус выглубляется, нижние упоры грядиля выходят из контакта с нижними цапфами кронштейна 4, и грядиль, поворачиваясь относительно верхних цапф и одновременно перемещаясь вдоль тяги, разворачивает рычаг 18 относительно оси 20, сжимая рессору.
Гидросистема служит для перевода плуга из транспортного положения в рабочее и обратно, а также для перевода плуга из одного рабочего положения (вспашка правооборачивающими корпусами) в другое рабочее положение (вспашка левооборачивающими корпусами) и наоборот.
Талреп (см. рис. 7) служит для изменения ширины захвата первого корпуса (плуга) и устанавливается между кронштейнами основной балки рамы и тяговой балки.
Регулировки. Регулировку глубины пахоты производят рукояткой силового регулятора трактора, а также вращением гайки штока механизма регулировки глубины пахоты хода колесного. Обычно используют смешанный (позиционно-силовой) способ автоматического регулирования глубины пахоты. Установка заданной глубины пахоты производится непосредственно в поле.
Регулировка рабочей ширины захвата первого (переднего) корпуса плуга производится талрепом.
Регулировка рессорного предохранителя. Для обеспечения вспашки слабокаменистых и среднекаменистых почв различного механического состава, влажности и плотности предусмотрена регулировка натяжения рессоры при помощи болта 17 (см. рис. 9). Предварительно рессоры сжимаются до размера 700 мм.
Регулировка горизонтального положения рамы плуга в поперечном направлении производится регулировочными болтами 7 (см. рис. 8) механизма оборота и регулировочными болтами 15 (см. рис. 7), в продольном – рукояткой силового регулятора и положением гайки штока механизма регулировки глубины пахоты (см. рис. 7), а для плугов ППО-7-40К, ППО-8-40 – дополнительно вворачиванием или выворачиванием упоров заднего колеса.
Регулировка глубины углоснима в зависимости от глубины обработки и рабочей скорости производится перемещением его по стойке корпуса на глубину 12 см и более от поверхности.
Подготовка и регулировка тракторов. Навесная система тракторов для агрегатирования с плугами должна быть смонтирована по трехточечной схеме. Если трактора использовались в работе с прицепными орудиями, их необходимо демонтировать и переналадить навесную систему по трехточечной схеме.
На тракторах должны быть установлены полные комплекты передних балластных грузов, а передние шины заправлены раствором в соответствии с руководством по эксплуатации конкретного трактора.
Ширину колеи передних колес для тракторов «Беларус» моделей 1221(22), 1522(23), 2522, 3022, 3522 устанавливают 1800 мм, а задних – 1900 мм для тракторов моделей 1221(22), 1522(23) и 2000 мм для модели 2522. При работе пахотного агрегата правые или левые колеса трактора поочередно движутся по борозде.
С плуга снимают ось навески, устанавливают ее на нижних тягах навесной системы трактора, фиксируют чеками. Ограничительные цепи навесной системы трактора должны быть натянуты, блокируя нижние тяги между собой на одном уровне от земли, при этом расстояние от правой нижней тяги до правого заднего колеса должно быть равно расстоянию от левой нижней тяги до левого заднего колеса.
Агрегатирование плуга с трактором производят на ровной площадке. Для удобства агрегатирования навеску плуга соединяют с механизмом оборота цепью. Трактор задним ходом должен подъехать к плугу так, чтобы ось навески, установленная на нижних тягах навесной системы трактора, вошла в гнезда ловителей навески, затем следует зафиксировать ее фиксаторами. Центральную тягу навесной системы трактора соединяют с отверстием в верхней части стойки навески плуга.
Гидросистему плуга соединяют с гидросистемой трактора при помощи разрывных муфт и заполняют маслом из гидросистемы трактора.
Плуг переводят в транспортное положение при помощи рычагов распределителя и фиксируют механическими фиксаторами: рукояткой на механизме оборота, пальцем на регуляторе глубины. Электрооборудование используют только при транспортировании плуга по дорогам общего пользования; для этого следует размотать жгут проводов и вставить вилку в розетку трактора.
При переводе плуга из транспортного положения в рабочее электрооборудование следует отключить от трактора, а вилку вынуть из розетки, после чего смотать жгут проводов на раме плуга и вставить вилку в корпус розетки, закрепленной на раме плуга. Для плугов ППО-7-40К, ППО-8-40 необходимо дополнительно снять кронштейн с фонарями с фланца рамы, достав из осей пружинные шплинты, и зафиксировать его на осях вдоль рамы плуга, после чего жгут проводов смотать на кронштейне с фонарями и зафиксировать штепсельную вилку, установив ее в корпус розетки, расположенный на кронштейне с фонарями.
Проход первой борозды. Вне зависимости от формы контура поля первый проход выполняется строго прямолинейно. Первый проход осуществляется путем открытия борозды последним корпусом плуга. Второй проход – холостой с ориентацией борта трактора (левого или правого) по гребню отвального пласта. Третий проход – с ориентацией борта по борозде и работой на полную глубину всеми корпусами плуга.
При наличии препятствий в торцах полей (кюветы, канавы и др.) отбивается поворотная полоса путем пропахивания задним корпусом неглубокой (до 10 см) контрольной борозды. При свободном выезде на смежное поле контрольная борозда не отпахивается.
Регулировка пахотного агрегата. После открытия борозды необходимо откорректировать глубину пахоты. Для этого следует выровнять раму так, чтобы она была параллельна поверхности почвы при заглубленных корпусах. Перекосы рамы в поперечном направлении устраняют регулировочными болтами механизма оборота, в продольном – рукояткой силового регулятора и положением гайки штока механизма регулировки глубины пахоты. Для плугов ППО-7-40К, ППО-8-40 дополнительно вворачивают или выворачивают упоры заднего колеса.
Ширина захвата первого корпуса регулируется длиной талрепа, который расположен между рамой и тяговой балкой. Его сокращение увеличивает ширину захвата первого корпуса.
Корректировка глубины пахоты производится для того, чтобы все корпуса плуга вспахивали почву на одинаковую глубину.
После того как установлена заданная глубина пахоты и выдержана нормальная рабочая ширина захвата, должна производиться оценка качества пахоты плуга по следующим признакам: все корпуса, как правооборачивающие, так и левооборачивающие, после прохода должны оставлять одинаковые гребни, а борозды от прохода правооборачивающих корпусов должны быть одинаковы с бороздами от прохода левооборачивающих.
Движение агрегата осуществляют челночным способом. В конце загона производят выглубление корпусов и переводят плуг в транспортное положение. Затем с помощью гидроцилиндров механизма оборота осуществляют поворот рамы, таким образом нижние корпуса (например правооборачивающие) поднимаются вверх, а верхние (левооборачивающие) – опускаются вниз.
Запашка клина – при стыковом проходе первый корпус удерживается на глубине от 0,50 до 0,75 полной глубины.
Запашка поворотной полосы – оборот пласта в сторону основной пахоты, при этом в стыковом проходе (на линии контрольной борозды) первый корпус удерживается на глубине от 0,50 до 0,75 полной глубины.
Чизельные плуги (ПЧ-4,5 и др.) (рис. 10) могут применяться для безотвальной обработки любых почв, кроме засоренных камнями, а также рыхления почвы по отвальным и безотвальным фонам с углублением пахотного горизонта, глубокого рыхления почвы на склонах и паровых полях. В условиях Беларуси особенно рационально использовать чизельные плуги в севообороте раз в 3–5 лет после пропашных культур.
Рис. 10. Чизельный плуг: а – общий вид; б и в – рыхлители; 1 – рабочие органы-рыхлители; 2 – опорное колесо; 3 – подвеска; 4 – регуляторы глубины обработки; 5 – рама; 6 – подставка; 7 – стойка; 8 – обтекатель; 9 – долото; 10 – стрельчатая лапа
Плуги состоят из сварной рамы с навесным устройством, пяти (ПЧ-2,5), девяти или одиннадцати (ПЧ-4,5) рабочих органоврыхлителей, опорных колес с регуляторами глубины обработки и подставки. Рыхлитель включает в себя стойку, обтекатель и долото.
Плуги комплектуются двумя типами сменных рабочих органов – рыхлительными долотами с шириной захвата 70 мм для чизелевания на глубину до 45 см и стрельчатыми лапами с шириной захвата 270 мм для интенсивного рыхления на глубину до 35 см и подрезания сорной растительности.
Для проведения обработки почвы на полях, засоренных камнями, предназначены плуги ПЧК-2,5 и ПЧК-4,5, оборудованные гидропневматическими предохранителями по типу плуга ПКГ-5-40В. Глубина обработки на чизельных плугах устанавливается регуляторами опорных колес – так же, как и на навесных плугах общего назначения.
Рабочие органы устанавливаются на соответствующую ширину междуследья в зависимости от глубины обработки (табл. 1).
Таблица 1. Расстановка рабочих органов чизельных плугов
| Глубина обработки почвы, мм | Ширина междуследья лап, мм | |
| рыхлительных | стрельчатых | |
| 20–30 | 400 | 400–500 |
| 30–35 | 400–500 | 500 |
| 35–45 | 500 | – |
Перед выездом в поле необходимо расставить опорные колеса так, чтобы в процессе работы в смежных проходах они не проходили по взрыхленной почве.
Кустарниково-болотные плуги предназначены для вспашки осушенных земель, покрытых кустарником высотой до 2 м, на глубину до 35 см, а также для вспашки земель после раскорчевки лугов при их коренном улучшении.
Рабочие органы кустарниково-болотных плугов обычно имеют ширину захвата 75–100 см и рабочую поверхность полувинтовой формы. Впереди корпуса устанавливаются черенковые ножи, разрезающие пласт, древесные и растительные остатки в вертикальной плоскости на всю глубину пахоты.
На болотах, покрытых кустарником, применяют только однокорпусные плуги, так как многокорпусные забиваются древесными остатками. Для обработки окультуренных торфяных болот, а также для вспашки болотной и луговой целины при освоении болот и заболоченных минеральных земель используют трехкорпусные навесные плуги моделей ПБН-3-50А и ПБН-6-50А (производство ПО «Кузлитмаш», г. Пинск), которые агрегатируются с тракторами тягового класса 3 и 5 соответственно.
Плантажные плуги предназначены для предпосадочной обработки почвы на глубину 40–80 см под сад, плодовые питомники, ягодники, лесные насаждения. Они оборудуются корпусами, имеющими культурную рабочую поверхность с удлиненным отвалом.
Впереди корпусов устанавливаются предплужники с культурной или полувинтовой рабочей поверхностью. Между предплужником и корпусом устанавливается черенковый нож. Для уменьшения давления на стенку борозды и придания плугу устойчивости по ширине захвата полевые доски корпусов удлиняют и снабжают уширителями с общей высотой, равной максимальной глубине пахоты.
Чтобы не образовывался высокий свальный гребень, плуг регулируют при первом проходе на 1/3 глубины вспашки, при втором – на 2/3 и при третьем – на полную глубину.
Ярусные плуги предназначены для основной обработки малоплодородных подзолистых, солонцовых и каштановых почв с целью их коренного улучшения. Их применяют также для глубокой вспашки почв под посев сахарной свеклы и других технических культур.
Двухъярусные плуги применяют для глубокой вспашки под технические и другие культуры. При обработке почвы корпус верхнего яруса подрезает верхний слой пахотного горизонта на глубину до 18 см, переворачивает его и укладывает на дно предыдущей борозды.
Трехъярусные плуги предназначены для коренного улучшения солонцовых почв путем крошения и перемешивания солонцового и подсолонцового горизонтов с сохранением на поверхности плодородного слоя почвы. Плуг имеет передний, основной, задний корпуса и черенковый нож.
https://www.youtube.com/watch?v=4dkauYZ6xgQ
При трехъярусной вспашке корпуса устанавливают так, чтобы верхний слой почвы оборачивался и укладывался на поверхность поля, а второй и третий слои менялись местами. Он может переналаживаться для двухъярусной вспашки.
Технологии и технические средства для обработки почвы. дипломная (вкр). другое. 2021-06-20
ВВЕДЕНИЕ
В современных условиях самым распространенным
способом создания благоприятных условий для произрастания культурных растений
остается механическая обработка почвы. Повышение эффективности производства
сельскохозяйственной продукции и обеспечение населения продуктами питания
требует использования современных высокопроизводительных и экономичных
сельскохозяйственных машин.
Затраты на основную обработку почвы составляют
значительную долю (до 40%) в себестоимости сельскохозяйственной продукции и в
основном определяют конкурентоспособность конечного продукта. Основная
обработка почвы – наиболее энергоемкая и трудоемкая операция при возделывании
сельскохозяйственных культур, является распространенным способом воздействия на
почву с целью создания условий наиболее благоприятных для произрастания
культурных растений.
Основными задачами совершенствования
почвообрабатывающих орудий являются повышение качества обработки почвы и
снижение затрат энергии и материалов на её проведение.
Одним из направлений совершенствования
конструкций почвообрабатывающих орудий с целью снижения энергоемкости и
материалоемкости обработки почвы является оптимизация технологических и
конструктивных параметров рабочих органов с учетом реальных сил, действующих на
них.
При выполнении технологического процесса
обработки вспаханной дернины многолетних трав необходимо не только разрезать
отваленный плугом пласт, но и прижать их к дну борозды, обеспечив тем самым
возможность разложения.
Целью настоящей работы является выбор и
обоснование параметров рабочего органа культиватора для обработки вспаханной
дернины.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
.1 Задачи механической обработки
почвы
Механическая обработка почвы в сочетании с
внесением удобрений и другими агротехническими приемами – одно из основных
условий получения высоких и устойчивых урожаев. Способы обработки почвы
многообразны. Они зависят от ее качества, зоны и биологических особенностей
возделываемой культуры [22].
Основная задача механической обработки почвы –
создание благоприятных условий для развития культурных растений с целью
получения высоких и устойчивых урожаев.
Положительное воздействие обработки на
биологические, биохимические и физико-механические процессы, происходящие в
почве, и на развитие культурных растений состоит в следующем:
) пахотный слой поддерживается в таком
состоянии, при котором культурные растения имеют наиболее благоприятные условия
для высокой продуктивности;
) активизируются микробиологические процессы в
корнеобитаемом слое почвы, поэтому в период вегетации происходит постоянный
приток питательных веществ к корням растений;
) наиболее полно уничтожаются сорняки, вредители
и возбудители болезней растений, которые запахиваются в почву и подвергаются
разложению;
) заделываются в почву удобрения, стерня,
дернина и другие растительные остатки и сидеральные растения, которые
превращаются в перегной и служат новым резервом плодородия почвы и пищи
растений; регулируется водный режим почвы.
) в корнеобитаемом слое усиливается приток
кислорода к семенам и корням растений и выделение из почвы углекислоты, что
улучшает условия для фотосинтеза, микробиологических процессов, роста и
развития растений;
) регулируется тепловой режим почвы:
теплоемкость, теплопроводность, лучепоглощение; корнеобитаемый слой почвы летом
предохраняется от сильного перегрева, а зимой в некоторой степени — от
глубокого промерзания;
) создаются наилучшие условия для посева и
заделки семян в почву на требуемую глубину, во влажный слой, чем обеспечивается
быстрое прорастание и дружное появление всходов;
) облегчается появление всходов, усиливается
вегетация растений; создаются наилучшие условия для развития корневой системы,
корней сахарной свеклы, клубней картофеля и других корнеклубнеплодов;
) специальной обработкой почвенный покров предохраняется
от водной ветровой эрозии; увеличивается пахотный слой путем применения
почвоуглубителей с одновременным внесением органических и минеральных
удобрений.
При создании новых почвообрабатывающих машин и
орудий, а также при механической обработке почвы учитываются технологические
свойства почвы, ее удельное сопротивление и влияние на износ рабочих органов.
[2].
При обработке почва подвергается многообразным
технологическим процессам, которые сводятся к следующему:
) подрезание слоя почвы и корней;
) рыхление или крошение;
) оборачивание пласта;
) заделка в почву дернины, жнивья и удобрений;
) перемешивание;
) уплотнение;
) выравнивание поверхности;
) образование борозд или валков на поверхности
почвы.
1.2 Способы обработки почвы
Обработка почвы является важнейшим
агротехническим мероприятием, способствующим повышению урожайности культурных
растений. В результате обработки почвы происходит уничтожение сорняков,
создаются водный, воздушный, питательный и тепловой режимы для корней растений,
а также для микроорганизмов почвы.
Наиболее важными способами основной обработки
почвы являются вспашка, безотвальная (в том числе плоскорезная) обработка и
фрезерование.
Вспашка – это основной прием обработки почвы.
При этом происходит оборачивание и рыхление пласта почвы на глубину 20-25 см.
Обычно вспашку производят плугом с предплужником. Предплужник способен срезать
лишь поверхностный слой почвы около 10-12 см толщиной.
Безотвальная обработка производится плугом без
оборачивания пласта почвы. Глубина вспашки достигает 30-40 см.
Обычно этот способ применяют в засушливых
районах, подверженных ветровой эрозии.
Плоскорезную обработку почвы осуществляют с
помощью специальных плоскорезов, при этом остается нетронутой значительная
часть стерни (стерня – срезанные стебли злаков, оставшиеся на корню после
жатвы). Зимой стерня задерживает снег, снижает скорость ветра в приземном слое
и тем самым предохраняет почву от выдувания и повышает в ней запасы
продуктивной влаги.
Фрезерование – обработка почвы с применением
вращающихся фрез на глубину до 20 см, что позволяет тщательно перемешивать и
измельчать как верхний плодородный слой почвы, так и более глубинные
бесполезные слои. Обычно его применяют на подзолистых и серых лесных почвах для
более интенсивного их окультуривания.
Существуют также способы поверхностной обработки
почвы: лущение, культивация, боронование и прикатывание.
Лущение почвы проводят на глубину – 6-16 см, при
этом подрезают стерню и сорняки, а также крошат и частично оборачивают почву.
Иногда применяют лущение на уже вспаханных участках с целью сохранения влаги.
Для лущения используют лемешные или дисковые лущильники.
Культивация – это рыхление почвы на глубину от 5
до 10 см без оборачивания верхнего слоя. С помощью культивации подрезают
сорняки, обрабатывают пропашные культуры, а также готовят почву к посеву.
Культивацию проводят с использованием культиваторов или окучников.
Боронование – рыхление почвы боронами
конструкции на глубину от 2 до 8 см. Боронование применяют для обработки почвы
после дождей или зимы с целью перемешивания и выравнивания поверхности почвы с
частичным уничтожением сорняков.
Прикатывание – способ уплотнения почвы,
например, после вспашки, осуществленной в сухую погоду. Прикатывание позволяет
разбить глыбистые части почвы. Для этого используют различные катки.
Сочетание различных приемов и способов обработки
почвы создает систему обработки почвы под яровые, озимые культуры.
На рисунке 1.1 приведена условная классификация
способов обработки почвы в сельскохозяйственном производстве.
Рисунок 1.1 – Способы обработки почвы
В классическом понимании обработка почвы
подразделяется на основную обработку (глубокую, первичную) и дополнительную
(мелкую, поверхностную). К основной обработке относятся вспашка, глубокое,
безотвальное рыхление и фрезерование. К дополнительной обработке почвы –
культивация, боронование, мелкое рыхление, выравнивание поверхности, уплотнение
(прикатывание), аэрация и др.
В последнее время внимание уделяется
прогрессивным системам минимальной обработки почвы, которые предусматривают
совмещение или одновременное выполнение нескольких различных операций за проход
агрегата. Для этого создаются комбинированные почвообрабатывающие орудия и
машины.
Анализ почвозащитных систем обработки почв позволяет
выделить наиболее распространенные [3].
Нулевая обработка (no
tillage) предусматривает в
течение вегетационного периода лишь один контакт почвообрабатывающих орудий с
почвой – во время посева. Посев производится, как правило, в узкие бороздки
шириной 2,5-7,5 см одновременно с одной или несколькими дополнительными
операциями. Для борьбы с сорняками интенсивно используются гербициды. При
нулевой системе обработки экономия топлива может достигать 70-80%.
Гребневая обработка (ridge
tillage). В этом случае
почва не обрабатывается до посева. Одновременно с посевом примерно 1/3
поверхности почвы обрабатывается стрельчатыми лапами или очистителями рядков,
формирующими гребни. Посев производится в гребни обычно на 10-15 см выше рядка.
Для борьбы с сорняками применяются гербициды в сочетании с культивацией.
Полосная обработка (strip
tillage). Как и в случае
гребневой обработки при полосной обрабатывается около 30% поверхности почвы
фрезерными, дисковыми рабочими органами или пассивными рыхлителями. Как
правило, обработка совмещается с посевом. Сорняки уничтожаются гербицидами в
сочетании с культивацией.
Мульчирующая обработка (mulch-tillage).
Перед посевом производится рыхление почвы с одновременным измельчением и
сохранением на поверхности почвы крупностебельных остатков пропашных
предшественников. Глубина обработки почвы при этом способе обработки
определяется типом возделываемой культуры.
Сокращенная обработка (reduced
tillage) – любая система
обработки почвы, кроме четырех перечисленных, удовлетворяющих определению
почвозащитной обработки. Термин минимальная обработка (minimum
tillage) носит обобщающий
характер. Это понятие включает в себя все виды почвозащитной обработки за
исключением нулевой.
Основой всех разновидностей почвообрабатывающих
технологий (минимальной, нулевой, гребневой, полосной и т.д.) являются
сокращение числа и глубины обработок, регулирование стока дождевых и талых вод,
повышение стойкости поверхности поля к дефляции (выдуванию) путем сохранения на
ней крупных почвенных комков и части стерни [23].
1.3 Существующие способы и
применяемые плуги для вспашки дернины многолетних трав
Из всех агротехнических мероприятий,
направленных на получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур,
основное значение имеет правильная подготовка почвы.
При правильной подготовке почвы создаются
оптимальные условия для физических, химических и биологических процессов и этим
повышается эффективность других агротехнических приемов (севооборот, удобрение,
борьба с сорняками и болезнями).
Важнейшими общими вопросами механической
обработки почвы являются также ее способы (с оборачиванием – отвальная, без
оборачивания обрабатываемого слоя – безотвальная) и глубина обработки
(поверхностная, мелкая, нормальная, средняя, глубокая), углубление и
окультуривание пахотного слоя, разноглубинная обработка почвы в севооборотах,
сроки, техника (всвал, вразвал, контурная, гладкая), скорости движения
почвообрабатывающих агрегатов и качество обработки почвы [4].
Почва из-под многолетних трав значительно
отличается от полей, на которых возделывали однолетние растения как сплошного,
так и широкорядного сева. Верхняя часть пахотного слоя задернена и имеет
повышенную связность. Верхний слой почвы, густо переплетенный корнями
многолетних трав, называют дерниной. Если многолетние травы дают высокий
урожай, то почва выходит из-под них сравнительно чистой от сорняков, с хорошими
физическими свойствами. Она имеет больше водопрочных агрегатов, повышенную
влагоемкость и хороший газообмен между атмосферным и почвенным воздухом. При
обработке дернины преследуют три дополнительные задачи: лишить жизненности
растения; разрыхлить задерненный верхний слой почвы; улучшить условия для
разложения дернины, чтобы увеличить содержание в почве усвояемых питательных
веществ к посеву культур по пласту. Все эти задачи сравнительно полно решаются
при глубокой вспашке, хорошем обороте пласта и хорошем его крошении и улучшении
водно-воздушного режима почвы.
Основная задача обработки почвы на ранних этапах
плужной обработки – умертвление естественной целинной растительности полным
оборачиванием обрабатываемого слоя почвы. Вместе с тем верхний слой должен быть
хорошо взрыхлен. Однако из-за большой упругости дернины пласт плохо крошится и
рыхлится. Для хорошей заделки семян нужно хорошо разрыхлять верхний слой почвы.
Это достигается многократным боронованием, что влечет за собой сильное
распыление почвы.
Вспашка (пахота) – основной приём механической
обработки почвы отвальными плугами. При вспашке происходит одновременно
оборачивание, крошение и перемешивание почвы. Оборачиванием достигается заделка
дернины, удобрений, семян сорных растений, многих с.-х. вредителей и
возбудителей болезней. В нижней части пахотного слоя, перемещённой вспашкой на
поверхность, под влиянием аэрации, повторного увлажнения и быстро активизирующейся
полезной почвенной микрофлоры увеличивается содержание доступных растениям
питательных веществ. Вспашка даёт возможность поддерживать мелкокомковатое
сложение пахотного слоя. Степень оборачивания зависит от формы отвалов,
соотношения глубины обработки и ширины пласта. Плуги с винтовыми отвалами
наиболее полно оборачивают пласт, но слабо крошат почву (используются на
тяжёлых глинистых и сильно задернелых землях); с цилиндрическими отвалами
хорошо крошат почву, но неудовлетворительно оборачивают пласт; с культурной
формой отвалов хорошо оборачивают и крошат пласт на почвах средней связности (с
предплужниками и на задернелых почвах) [5].
Обработка пласта злаковых трав трех-четырех и
более лет использования требует предварительной разделки дернины чизельным
культиватором, оборудованным специальным лапами. Предварительную обработку
следует проводить за 3-4 дня до основной вспашки т.е. с винтовыми или
полувинтовыми отвалами, оборудованными углоснимами и пером для лучшего
оборачивания пласта и заделки дернины.
Различают следующие виды вспашки:
) Оборот пласта, когда пласт шириной до 40 см
при относительно небольшой глубине пахоты винтовым отвалом оборачивается на
180°. Это самый древний вид вспашки дернины; он требует многих дополнительных
обработок (боронование, культивация, дискование, прикатывание), приводящих к
чрезмерному распылению почвы (под термином «оборот пласта» в практике с.-х.
производства понимают также вторую вспашку целины, залежи или поля из-под
многолетних трав).
) Взмёт, когда пласты отвалами полувинтового
типа оборачиваются на 135°, плотно прилегают друг к другу, располагаясь под
углом в 45° к поверхности почвы. При взмёте целины или залежи дернина не
успевает разложиться в течение нескольких месяцев; такая вспашка неприемлема и
на старопахотных землях, она дополнительно требует многократного дискования и
боронования.
) Культурная вспашка проводится плугом, каждый
корпус которого снабжён предплужником. Предплужник срезает поверхностный слой
почвы и сбрасывает его на дно борозды; отвал основного корпуса плуга поднимает
жёсткий слой почвы и покрывает им оказавшийся на дне борозды верхний слой. Это
самый совершенный вид пахоты. Площадь вспаханного поля получается ровной, что
облегчает последующую предпосевную обработку (предплужник снимают лишь при
запашке навоза или повторной вспашке парового поля).
Глубину вспашки устанавливают в зависимости от
мощности пахотного горизонта, биологических особенностей возделываемых
растений, обработки почвы под предшествующие культуры, степени и характера
засорённости поля, наличия вредителей и болезней с.-х. растений. Вспашка на
глубину 20 см считается нормальной, на большую глубину – глубокой, на меньшую –
мелкой. Вспашка на одну и ту же глубину нередко приводит к образованию на дне
борозды уплотнённого слоя (плужная подошва), что нарушает нормальный водный
режим почвы и затрудняет развитие корневой системы растений. Поэтому
целесообразно в каждом поле севооборота периодически проводить пахоту несколько
глубже обычной. Глубокая вспашка – одно из важнейших условий получения высоких
и устойчивых урожаев. На почвах с пахотным горизонтом менее 20 см,
ограничивающим глубину вспашки, постепенно создают мощный окультуренный
пахотный слой. Большое значение при этом, как и при глубокой пахоте, может
иметь вспашка с почвоуглубителем, разрыхляющим подпахотный горизонт почвы.
В Беларуси преимущественно применяются лемешные
тракторные навесные, прицепные и полунавесные плуги. Классификация плугов
приведена на рисунке 1.2 [16].
Рисунок 1.2 – Классификация плугов
По типу рабочего органа чаще применяются
лемешные и реже – дисковые орудия. Как правило, лесные плуги представлены
лемешными однокорпусными и двухотвальными конструкциями. Дисковые плуги
используются для обработки почвы на вырубках, сухих уплотненных или
переувлажненных почвах. Орудия безотвальной обработки в настоящее время находят
применение в сельскохозяйственном производстве в виде чизельных орудий.
1.4 Оценка качества вспашки дернины
многолетних трав
Основная задача контроля за качеством обработки
почвы заключается в выполнении утвержденной технологии и предупреждении брака в
работе. Для определения качества полевых работ установлены определенные
показатели, которые в зависимости от природных условий и других причин в
колхозах и совхозах могут уточняться и конкретизироваться на основе местного
производственного опыта.
На рисунке 1.3 дано определение показателей
качества при вспашке дернины многолетних трав.
1. Глубина пахоты.
Определение производится при помощи стержня-линейки (рисунок 1.3, а) с
делениями через каждые 0,5 см и общей длиной 40…50 см или бороздомерами при
наличии открытой борозды. Этим стержнем следует сделать на участке не менее 15
замеров высоты вспаханного слоя и вычислить среднюю величину. Из средней высоты
нужно вычесть величину вспушенности почвы, выраженную в сантиметрах. Полученная
величина и будет фактической средней глубиной пахоты. Сразу же после вспашки
среднесуглинистых почв коэффициент вспушенности колеблется от 20 до 30%.
Глубину пахоты можно определять во время работы
агрегата по бороздам с 5-кратной повторностью за каждым корпусом плуга,
пользуясь бороздомером.
Таким образом, если вспашка производится 3
корпусным плугом, потребуется 15 измерений, 4 корпусным – 20.
Средняя глубина пахоты должна соответствовать
заданной. При отклонении более чем на ±2 см расценивается как некачественная
вспашка, что приводит к ухудшению свойств почвы.
Рисунок 1.3 – Контроль качества вспашки почвы: а
– глубины вспашки; б – гребнистости пашни; в – глыбистости
. Равномерность глубины пахоты.
Определяется одновременно с оценкой глубины пахоты. Допускается максимальное
отклонение от средней глубины пахоты 5 см.
3. Гребнистость поверхности пашни
определяется замером высоты гребней или глубины борозд с помощью планки и
линейки (рис. 1.3, б): планка накладывается поперек пахоты на двух смежных
заездах, и глубина впадин между гребнями измеряется линейкой, не менее чем в 10
точках с 5-кратной повторяемостью по диагонали. Допускается высота гребней не
более 5…6 см.
4. Глыбистость пашни.
Определяется наложением квадратной рамки (рис. 1.3, в) с длиной стороны в 1 м,
разделенной через 25 см натянутой проволокой. Затем учитывается количество
глыб, комьев диаметром 6…10 см и более и занимаемая ими площадь на 1 м2 рамки.
Определение проводится с 5-кратной повторяемостью по диагонали участка.
Допускается площадь под глыбами не более 15…20%.
5. Степень заделки дернины.
Определение производится глазомерно. Должен быть полный оборот пласта и
полностью заделана дернина, удобрения и сорные растения. Единичные огрехи
допустимы площадью менее 0,1% (10 м2 на га).
6. Качество обработки поворотных
полос. Определяется одновременно с оценкой степени
заделки пожнивных остатков. Огрехи не допускаются, окончания поля и поворотные
полосы должны быть опаханы. Возможны случаи недорезанного пласта между
корпусами плуга на площади не более 0,1%.
Одним из главнейших требований, предъявляемых к
работе плуга, является полная заделка травянистой растительности и удобрений,
что достигается оборачиванием пласта травой вниз.
Рабочий процесс лемешных плугов и
качество обработки зависят от ширины захвата b и глубины обработки a. Для
создания устойчивого оборота пласта необходимо, чтобы отношение ширины захвата
корпуса b к глубине обработки a было 
>1,27 (значение =1,27
соответствует углу наклона пласта δ=52
(рис. 1.4.)) или чтобы сила тяжести
пласта находилась правее точки опоры D.
Рисунок 1.4 – Схема процесса оборота
пласта плугом без предплужника
Обычно на тракторных плугах общего
назначения при вспашке без предплужника условием устойчивого оборота пласта
служит соотношение 1,27<<2. Для крошащих отвалов =1,3…1,4.
При работе плугов с предплужниками
для устойчивого оборота пласта достаточно >0,94 (1,1…1,3), см рисунок 1.5.
Рисунок 1.5 – Схема процесса оборота
пласта плугом с предплужником
У плугов глубоко пахотных (плантажных, рыхлителях)
КУ<1,27.
Принятое соотношение предопределяет
максимальную глубину вспашки: при =1,27 a max b; при =3,0 a max
b.
Ширину захвата плуга b определяют по формуле
1.1:
(1.1)
где η – коэффициент
использования тягового усилия трактора (0,75…0,95);
Рт – тяговое усилие трактора на соответствующей
передаче;
Кп – удельное сопротивление почвы;
а – предельное значение глубины вспашки.
Удельное сопротивление большинства пахотных
земель находится в пределах Кп=30…90 кПа. В зависимости от влажности
сопротивление почвы на одном и том же поле может изменяться в 1,5…2 раза,
причем влияние влажности сильно проявляется на бесструктурных почвах.
Уплотнение почвы и задернение вызывают
увеличение удельного сопротивления примерно в 1,5 раза, для дернины, например,
Кп = 60…80 кПа. [6].
1.4.1 Особенности вспашки дернины
многолетних трав
Основная обработка полей из-под многолетних трав
отличается существенными особенностями, что объясняется большой связностью
дернины и продолжительным ростом трав вплоть до наступления устойчивых холодов.
Лучшим способом обработки полей из-под многолетних трав на старопахотных землях
вспашка плугами с предплужниками, обеспечивающая хорошее крошение и заделку
пласта.
Поля с очень плотной дерниной перед вспашкой
дискуют. В случае засорения поля пыреем ползучим и другими корневищными и
корнеотпрысковыми сорняками с неглубоко расположенными вегетативными органами
размножения эту операцию проводят вдоль и поперек поля в целях разрезания
корневищ и корневых отпрысков на мелкие отрезки.
В практике известны три срока вспашки
задерненных почв:
) весенне-летний под посев культур будущего
года;
) осенний (зяблевая обработка) также под посев
будущего года;
) весенний под посев текущего года.
Большинство целинных и залежных земель под
яровые культуры обрабатывают в осенне-летний период (по типу чистого пара).
Вначале дернину дискуют в продольном и поперечном направлениях. Это делается в
основном для облегчения работы плуга при вспашке и лучшей заделки дернины.
Затем проводят вспашку плугами с предплужниками на глубину 20-22 см (если
позволяет гумусовый горизонт) с одновременным боронованием. Если в этом случае
почва плохо рыхлится, ее боронуют в 2-3 следа сразу после вспашки при полной
спелости.
С появлением на вспаханном поле пырея участок в
течение весны и лета несколько раз дискуют. Производственный опыт показал, что
пласт, поднятый в весенне-летний период, не следует перепахивать ни осенью, ни
весной перед посевом яровой культуры. При перепашке на поверхность
выворачивается неразложившаяся дернина, которую необходимо дополнительно
дисковать. Если к посеву яровых культур дернина еще не разложилась, проводят
дискование с боронованием. В сухую весну хорошие результаты дает предпосевное
прикатывание почвы кольчатым катком.
На почвах с маломощным гумусовым слоем и ярко
выраженным подзолистым горизонтом дернину пашут на глубину перегнойного слоя с
рыхлением подзолистого на месте его залегания почвоуглубителем или другими
орудиями. В этом случае оподзоленная почва не выворачивается на поверхность
пашни. Делается это для того, чтобы не ухудшить свойства пахотного горизонта.
Не следует также при вспашке выворачивать глеевый горизонт.
Вспашка должна проводиться с полным оборотом
пласта. Слабозадерненные луга и низинные болота с хорошо разложившимся торфом
пашут осенью. Сильно задерненные луга, низинные и переходные болота со слабо
разложившимся торфом – летом или ранней осенью. Пласт разделывают сразу после
вспашки. Первичную вспашку дерново-подзолистых почв проводят на полную глубину
перегнойного горизонта, торфяно-болотных – на глубину не менее 25-30 см.
Для разделки пласта и создания рыхлого слоя на
поверхности вспаханной целины применяют тяжелые дисковые бороны [9].
Для создания на вспаханной поверхности рыхлого
слоя достаточной мощности и выравнивания поверхности поля необходима разделка
пласта дисковыми боронами. Глубина разделки пласта должна составлять 1/2…1/3
его мощности и превышать 16…18 см. Разделывать пласт необходимо при
оптимальной влажности слоя вслед за вспашкой на минеральных землях и через
несколько дней (3…5) после вспашки на торфяниках. Увеличение разрыва между
вспашкой и дискованием ведет к уменьшению степени крошения почвы. Во избежание
огрехов разделка пласта выполняется с перекрытием смежных проходов на 10%
конструктивной ширины захвата дисковых борон. На дисковых батареях должны быть
установлены почвоочистители, а лезвия дисков заточены. Для разделки пластов
рационален диагонально-перекрестный способ движения, когда достигаются лучшее
крошение пласта и выравнивание поверхности. На участках, где заделка дернины
мелкая, дисковать в один-два следа необходимо вдоль пласта, чтобы исключить
вынос дернины на поверхность, затем следует сделать один-два прохода под углом
до 30о к основному направлению пласта. Лучшее качество обеспечивают навесные
дисковые бороны. Если вспашка глубокая, разделку пласта следует проводить под
углом более 40о к направлению вспашки, а иногда и поперек пласта
диагональным и диагонально-перекрестным способом, что обеспечивает лучшее
крошение пласта и выравнивание поверхности. Повышение качества разделки пласта
обеспечивает не только направление дискования к пахоте, но и правильная
установка угла атаки дисковых батарей (на минеральных землях – 13…14о,
на торфяных – 8…11о) [9].
После дискования поверхность почвы должна быть
ровной, а верхний слой ее хорошо раскрошен. На обработанном участке не
допускаются огрехи и пропуски, разъемные борозды должны быть заделаны, а
поворотные полосы обработаны. При этом количество кустов дерна и грунта
размером от 7 до 15 см на участке 5х5 не должно превышать 5 шт.
Планировка поверхности мелиорируемых земель
производится после осушения и вспашки в сочетании с дискованием почв.
Планировочные работы включают: засыпку понижений глубиной до 25 см и шириной
20…30 м; ликвидацию микропонижений, возникающих при обработке почвы;
качественное выравнивание поверхности. При этом неровности после работы
длиннобазовых планировщиков должны быть в пределах ± 7 см от горизонтали.
Влажность почвы для производства работ в % от абсолютно сухой рекомендуется в
пределах 20…28 (для глинистых), 13…25 (суглинистых), 12…17 (супесчаных),
10…15 (песчаных), 50…70 (торфяных).
Фрезерование – эффективный способ обработки
сильно задернелых сенокосов и пастбищ, осушенных торфяных болот, суходолов с
неглубоким перегнойным горизонтом при отсутствии в пахотном слое крупных
древесных корней и камней.
Дискование − обработка верхнего слоя почвы
дисковыми орудиями (дисковыми боронами, лущильниками и др.). Дискование пласта
многолетних трав, сидерального пара обеспечивает хорошее разрезание дернины,
сидератов и высококачественную их заделку при последующей вспашке. Глубина
рыхления, степень крошения, перемешивания и оборачивания почвы зависят от угла
постановки дисков к линии тяги (“угол атаки”), их формы, остроты,
веса орудия и свойств почвы. С уменьшением “угла атаки” рыхление и
крошение почвы резко ухудшаются, она меньше перемешивается и оборачивается [8].
Дискование проводят до и после вспашки. До
вспашки дискуют сильно задернённые почвы, чтобы обеспечить быстрое разложение
дернины, после вспашки – слабо задернённые поперёк пластов или под острым углом
атаки к направлению пахоты. Дискование незаменимо при освоении торфяно-болотных
почв и торфяников после их вспашки болотным плугом. Дискование широко применяют
для предпосевной подготовки почвы. Дискование перед подъёмом зяби вызывает
гибель малолетних сорняков, вредителей сельскохозяйственных растений, зимующих
на стерне, сорняках и в верхних слоях почвы, защищает почву от потери влаги.
Дисковые орудия хорошо разрезают горизонтально
расположенные корневища и корневые отпрыски до глубины 8-12см на небольшие
отрезки и провоцируют их к прорастанию. При этом происходит заделка в почву осыпавшихся
семян сорных растений. После прорастания сорняки легче уничтожаются, снижается
засорённость почвы. Дискование – эффективный приём борьбы со злостными
сорняками: овсюгом, пыреем ползучим и острецом. Против овсюга проводят
тщательное осеннее дискование на глубину 5-7 см, против пырея ползучего –
дискование в двух направлениях на глубину 10-12 см и последующую запашку
проросших измельчённых корневищ, против остреца – вспашку с последующим
дискованием.
На переувлажнённых тяжёлых почвах дискованием заменяют
осеннюю вспашку под картофель или другие культуры позднего срока сева.
В засушливых районах при обработке чистых паров
дискование менее эффективно, чем культивация плоскорежущими орудиями, особенно
опасно летнее дискование чистого пара, при котором неизбежно усиление ветровой
эрозии. Дискование – хороший приём ухода за лугами и посевами многолетних трав,
особенно старыми люцерниками. Проводят дискование обычно челночным способом.
Качество работ оценивают по равномерности глубины, степени обработки почвы,
отсутствию огрехов, сроку выполнения.
1.5 Технологические свойства дернины
Для обоснованного проектирования рабочего органа
для разделки дернины многолетних трав необходимо знать её технологические
свойства.
Первостепенное значение имеют такие физико-механические
характеристики дернового слоя, как толщина, степень задернения, связность
дернины. Важное значение имеют также объемная масса, влажность, коэффициент
внешнего трения, коэффициент внутреннего трения, удельное сопротивление
резанию, удельное сопротивление разрыву.
ГОСТ 20915-75 при испытании почвообрабатывающих
машин, предназначенных для обработки дернины, предусматривает определять
толщину слоя дернины, степень задернения и связность [21].
А.Д. Далин писал [24]: “Задернелость грунта
при известном накоплении корней на многолетнем минеральном лугу переводит его в
другой тип – волокнистый; Но в отношении 2-х летней дернины до сих пор не
изучено, действует здесь сильнее скрепление грунта корнями растений или
уплотнение почвы, которое с каждым годом увеличивается из-за прекращения
рыхления. Это уплотнение проявляется в увеличении объемной массы”.
Объемная масса задерненной почвы составляет [24]
1,25…1,5 г/см3. В зависимости от состояния дернины она изменяется
в следующих пределах: для дернины средней на минеральной почве – 1,1…1,4 г/см3;
для дернины слабой на минеральной почве – 1,4 г/см3; для дернины на
полуболотной почве – 1,0-1,1 г/см3; для дернины между кочками на
болоте -1,0 г/см3; для торфа – 0,6…0,8 г/см3; для осоковых кочек – 0,8 г/см3;
для осоко-торфяных дернин – 0,9 г/см.
Влажность дернины в зависимости от места
расположения на гидрографической сети изменяется в очень больших пределах – от
20…30% (суходольная дернина) до 200% (лугоболотная дернина, низинные луга).
Если для минеральных грунтов влажность является решающим фактором сопротивления
резанию, то крепость волокнистых грунтов меньше зависит от влажности.
Рисунок 1.6 – Зависимость
нормального напряжения растяжения задернённой почвы 
от её
абсолютной 
и
относительной 
деформации
– предел упругости и
пропорциональности, – предел текучести, – предел прочности.
соответственно фазы упругих
деформаций, течения и разрушения дернины [24].
и 2- пределы прочности и упругости; A, B и С – зоны
упругопластических деформаций и разрушения.
Режущие ножи для обработки задернелых почв
строятся, исходя из принципов резания волокна, так как при этом возникают
наименьшие сопротивления. Волокнистые грунты, представляющие сплетение стеблей
и корней ней, дополненное смесью органических и минеральных частиц, упруги и
при измельчении легче всего разрушаются чистым резанием острым ножом (лезвием).
А.Д. Далиным опытным путем определено, что работа, расходуемая на резание
волокнистых грунтов в 1,5,..1,8 раза меньше работы разрыва. Из этого следует,
что при разделке дернины ротационными рабочими органами всю поверхность стружки
следует получить преимущественно резанием лезвием, а не разрывом.
Среднее удельное сопротивление дернины резанию
составляет: для дернин на торфе – 65 Н/см; для злако-осоковой дернины между
торфяными кочками -40 Н/см; для осоковых конек – 80,..100 Н/см.
Коэффициент трения дернины о сталь» по опытным
данным А.Д. Данина, составляет [24]: двух-трехлетней залежи – 0,35…0,40;
сильно задернелых злако-осоковых кочек – 0,80…0,85. При проектных расчетах
лугоболотных фрез коэффициент трения грунта о грунт рекомендуется принимать в
пределах 0,80… 1,20.
.6 Существующие способы разделки
вспаханной дернины многолетних трав
Обработка почвы после многолетних трав имеет
свои особенности ввиду повышенной плотности и связности почвы из-за наличия в
ней большой массы корней. Такие поля часто засорены двулетними и многолетними
сорняками; кроме того, на полях после уборки продолжается жизнедеятельность
большинства многолетних злаковых и бобовых растений. Таким образом, обработка
почвы после многолетних трав должна быть направлена:
) на прекращение вегетации многолетних растений,
произрастающих на обрабатываемом поле, и создание благоприятных условий для
разложения дернины;
) на создание оптимального строения пахотного
слоя почвы для накопления влаги и микробиологических процессов;
) на уничтожение вегетирующих сорняков и
ослабление вегетативных органов размножения многолетних сорных растений.
При разделке пластов должны учитываться и
биологические особенности возделываемых растений. Под посев трав, например,
фрезерование полезно во всех природных зонах, а кормовая капуста лучше удается
по раз дискованным пластам.
Пласт дернины после вспашки имеет неровную,
гребнистую поверхность, часто состоящую из сильно скрепленной дернины и больших
комков земли. Для разрыхления и выравнивания поверхности пласт разделывают
тракторными дисковыми боронами. Дискуется пласт сначала вдоль, а затем под
небольшим углом.
Более совершенным способом обработки почвы при
первичном освоении целинных земель является фрезерование [25]. При фрезеровании
кочки, дернина и почва разрезаются, рвутся крючьями или ножами на комки и
перемешиваются между собой. Таким образом, при фрезеровании осуществляются одновременно
вспашка и разделка пласта; оно может применяться на любых почвах, в пахотных
горизонтах.
Разрыхляя и перемешивая почвенные горизонты,
фрезерование создает прекрасные условия для развития биохимических и
микробиологических процессов, вследствие чего обеспечивается высокий урожай
культур. Особенно ценно применять фрезерование при сильно освоении площадей с
мощной дерниной.
Для фрезерования почвы используются фрезы
ФБН-0.9, ФБН-1,5, ФБН-2 и др.
При освоении целины почву фрезеруют 2 раза.
Первую обработку производят с поднятой решеткой на глубину 10-12 см, а на
кочкарниках срезают кочки иа 5-7 см ниже их основания. Вторая обработка
производится на глубину 18-20 см (с опущен-ной над барабаном, решеткой) через
10-15 дней с расчетом, чтобы дернина подсохла и появились всходы сорняков [54].
Пахотный слой при фрезеровании хорошо
проветривается, и биологические процессы в нем протекают более интенсивно. При
дисковании же пластов дернина измельчается на более крупные фракции, но полнее
и глубже заделывается.
1.7 Проблемы разделки вспаханной
дернины
Многие задерненные земли содержат очень мало
питательных веществ в усвояемой для растений форме. В результате этого
культурные растения, высеянные по вспаханной дернине, в первые фазы развития
испытывают недостаток в азоте и фосфоре. Поэтому система обработки
задеревенелых земель должна быть направлена в первую очередь на ускоренное
разложение заделанной дернины и обогащение почвы основными питательными
веществами в доступной форме [19].
При обработке задерненных почв ставятся задачи –
лишить жизненности дернину, разрыхлить пласт и создать условия для ускоренного
разложения дернины и корневых остатков. Эти задачи успешно решаются при
своевременной обработке дернины многолетних трав после вспашки (с помощью
средств указанных в пункте 1.6).
При первичном освоении задеревенелых земель,
даже при многократном дисковании, дернина крошится только на комки значительной
величины, в почве остается много пустот, отчего разложение органического
вещества замедляется. Поэтому при освоении всех целинных земель необходимо
производить уплотнение почвы катком – на болотах тяжелым (наливным), на
суходолах легким.
В процессе вспашки дернины многолетних трав, при
обороте пласта вся дернина укладывается на дно борозды в нижнюю часть пахотного
слоя, почва плохо крошится, могут быть обрывы пласта, образуются пустоты.
Дернина медленно разлагается. В засушливых условиях такая обработка ухудшает
подток влаги в пахотный слой из лежащих ниже подпахотных горизонтов. Несмотря
на недостатки, этот способ обработки может быть применен на сильно задернелых
дерново-подзолистых почвах тяжелого гранулометрического состава. Применение
плуга с предплужниками в таких условиях затруднено. Плуг забивается, а
культурный отвал плохо оборачивает пласт. Для вспашки пласта нужно использовать
плуги с полувинтовыми и винтовыми отвалами, обеспечивающими более качественную
и полную заделку дернины [10].
Сроки обработки имеют большое значение для
правильного использования пласта многолетних трав. При их установлении
необходимо учитывать климатические условия, культуру, под которую производится
обработка пласта, а также гранулометрический состав и влажность почвы.
1.8 Задачи исследования
Малоэффективная и недостаточно экономичная
система приёмов обработки, большая энергоёмкость разделки пласта дернины
многолетних трав потребовало расширения области исследований по изучению
физико-механических свойств, резанию и рыхлению дернины.
В процессе резания и рыхления дернины
многолетних трав должны быть изучены два объекта: обрабатываемая среда
(дернина) и рабочий орган. Поэтому теорию резания и рыхления дернины
многолетних трав разделяют на две основные части, тесно связанные друг с
другом. В первой части рассматривается только влияние свойств дернины на
процесс резания и рыхления. Во второй части рассматривается влияние
конструктивных параметров рабочего органа, скорость и характер его перемещения
при неизменных свойствах дернины.
Исследования влияния указанных факторов на
процесс резания и рыхления дернины многолетних трав были положены з основу
настоящей работы. Решение этой задачи сводится к рассмотрению следующих
вопросов:
. Влияние системы приемов обработки на водный
режим почвы.
Главной задачей системы приемов обработки почвы
является создание наилучших условий для бактериологической деятельности, это
значит нужно создать наилучший водно-воздушный режим, т.к от него зависит
интенсивность бактериологической деятельности. Показателем эффективности
почвообработки является степень интенсификации почвообработкой деятельности
почвообразующих бактерий, т.е. показателем эффективности почвообработки
является создание водно-воздушного режима почвы.
. Изменение основных физико-механических свойств
вспаханной дернины, связанных с процессом почвообработки: влажность, твёрдость
почвы, сопротивление сдвигу, разрыву, коэффициенты трения дернины о сталь на
прямую зависят от сроков разделки пласта, с точки зрения наименьшей затраты
энергии, после вспашки. Энергоёмкость выполняемой работы при почвообработке
зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала.
. Влияние физико-механических свойств дернины и
параметров рабочего органа культиватора на величину коэффициента скольжения при
резании ножами. Удельная работа резания и величина усилий, возникающих при
резании дернины зависят от коэффициентов скольжения. Изучив причины
коэффициентов скольжении можно меняя эти причины, коэффициент скольжения
установить таким, когда будут созданы с точки зрения экономии энергетических
затрат, наилучшие условия резания дернины многолетних трав.
Результатом этих исследований должно явиться
определение количиственного и качественного влияния влияния различных факторов
на процесс почвообработки, установления системы приёмов обработки почвы,
создающей оптимальные условия обработки дернины, а также определение
оптимальных параметров рабочих органов, предназначенных для разделки пласта
дернины многолетних трав.
Выводы:
1. Механическая обработка почвы в сочетании с
внесением удобрений и другими агротехническими приемами – одно из основных
условий получения высоких и устойчивых урожаев.
. Вспашка – это основной прием обработки почвы.
При этом происходит оборачивание и рыхление пласта почвы.
. Одним из главнейших требований, предъявляемых
к вспашке дернины многолетних трав, является полная заделка травянистой растительности
и удобрений, что достигается оборачиванием пласта травой вниз.
. В процессе вспашки под пластом образуются
воздушные карманы, их наличие значительно ухудшает разложение дернины, что
значительно ухудшает последующие этапы обработки почвы.
. Разделка вспаханной дернины преследует цель не
столько её измельчению, но и ликвидацию воздушных карманов под пластами, путём
их прижатия к дну борозды.
. Для выполнения п.5 требуется обоснование
конструкции рабочего органа культиватора и обоснование его параметров.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ
ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ВСПАХАННОЙ ДЕРНИНЫ
.1 Исследование физико-механических
явлений происходящих в процессе резания дерна
При резании дерна разными рабочими органами на
величину возникающих сил влияют не только конструктивные параметры рабочих
органов, но и такие физико-механические явления, как образование уплотненного
ядра, форма и величина распространения деформации. Физико-механические явления
в основном влияют и на качество разреза дерна, это особенно важно при
конструировании дерноразрезающих машин [11].
Исследование физико-механических явлений при
резании дерна рабочими органами дерноразрезающих машин производилось путем
анализа среза в вертикальном и горизонтальном сечениях. Получены следующие
результаты анализа:
. При резании дерна толщиной 5-11 см образование
уплотненного ядра перед горизонтальным ножом не происходит при самых различных
углах резания (исследовании производились при углах наклона ножа р от 15° до
45°). Это объясняется тем, что согласно теории резания грунта образование
уплотненного ядра происходит в тех случаях, когда перед рабочими органами
плоскости скалывания и сдвига отделяют от массива некоторый объем сжатого
грунта. Так как в отрезаемой полосе дерна горизонтальным ножом плоскости скалывания
и сдвига направлены под углами γ и
β
только
вверх, отделение сжатого грунта от массива и тем самым образование уплотненного
ядра не могут иметь места.
2. При резании дерна в суглинке и
супеси перед рабочим органом грунт деформируется и возникают щели двух
направлении: по плоскостям скалывания и горизонтальные. Величина этих
деформации зависит от толщины дерна и угла наклона ножа, т.е. с увеличением
толщины и угла наклона эти деформации резко увеличиваются. Направление
плоскостей скалывания определяет угол 
, величина которого может быть
установлена по формуле профессора К.А. Зворыкина [11]:
(2.1)
где: 
– угол резании;
– угол трения дерна о нож
– угол внутреннего трения дерна.
Рисунок 2.1 – Схема сил, действующих на
наклонную рабочую поверхность ножа при скалывании дернового слоя
. Возникновение в грунте перед рабочим органом
горизонтальных щелей связано с образованием зоны растяжения, которое создается
вследствие наличия в грунте тонкой и густой корневой системы. Величина и
количество горизонтальных щелей увеличиваются с увеличением крупности корней.
. При резании дерна в торфяном грунте
распространение деформации имеет иной характер; с увеличением толщины разрезаемого
дерна до 9 см происходит увеличение деформации, при увеличении толщины дерна
сверх 9 см деформации имеют тенденцию падать.
5. Величина угла установки горизонтального ножа
в плане не имеет существенного влияния, так как щели всех деформации в
горизонтальном сечении дерна являются соответствующими проекциями деформации
вертикального сечения дерна.
2.2 Определение влияния основных
параметров рабочих органов дернорежущих машин на силу резания
Анализ основных выводов теории резания грунта
показывает, что вопрос определения величин сил резания теоретическим путем до
сих пор полностью не решен. Величины сил резания, определяемые по так
называемой рациональной формуле академика В.П. Горячкина [12], не всегда
применимы, поскольку, как показывают экспериментальные исследования, во многих
случаях резания дернины эта формула дает резко искаженные результаты. Это
связано с тем, что сила резания зависит не, только от механических свойств
грунта, но и от многих других факторов, главным образом, от конструктивных параметров
рабочего органа. Поэтому для определения величин сил резания часто необходимо
применение эмпирических формул, полученных на основе математической обработки
экспериментальных данных исследования.
Основными конструктивными параметрами рабочих
органов дерноразрезающих машин, оказывающими влияние на величину сил резания
дерна, являются следующие:
1) толщина разрезаемого дерна;
2) длина ножа;
3) угол наклона ножа (угол резания);
4) угол установки ножа в плане.
Для оценки механических свойств дерна измерялось
удельное сопротивление вертикальному вдавливанию (при помощи плотномера системы
Ю.Ю. Ревякина) и сила резания в специально изготовленной эталоновой коробке
[13].
При расчетах дернорежущих машин удобнее иметь не
суммарную силу резания, а горизонтальный, фронтальный и боковой ее компоненты.
Величина фронтальной силы резания зависит от
всех основных конструктивных параметров рабочего органа. Эта зависимость, при
резании дерна в различных грунтах, графически показана на рисунках 2.2, 2.3,
2.4 и 2.5. плуг почва культиватор дернина
Уменьшение величины фронтальной силы резания в
интернале толщины дерна 5-9 см, а также интенсивность этого уменьшения зависит
от плотности корневой системы. Увеличение фронтальной силы резания при длине
ножа l >20 см в
различных грунтах происходит но прямой зависимости.
Для установления величины фронтальной силы
резания дерна путем математической обработки экспериментальных данных
исследовании были созданы следующие эмпирические формулы:
(2.2)
и
(2.3)
Где 
и 
– коэффициенты редуцирования сил
резания;
– сила резания дерна в эталоновой
коробке в кГ;
вдавливанию резания в кГ/см2;
– длина горизонтального ножа в см.
Рисунок 2.2 – Влияние глубины резания на
фронтальную силу резания дерна: 1 – суглинок, 2 – супесь, 3 – торф. (α
= 900; β
= 250)
Рисунок 2.3 – Влияние длины ножа на фронтальную
силу резания дерна: 1 – суглинок, 2 – супесь, 3 – торф. (α
= 900; β
= 250)
Рисунок 2.4 – Влияние угла наклона ножа на
фронтальную силу резания дерна: 1 – суглинок, 2 – супесь, 3 – торф. (α=900)
Рисунок 2.5 – Влияние угла установки ножа в
плане на величину фронтальной силы резания дерна (супесь)
Численные значения коэффициентов редуцирования
приведены в таблице 2.1.
Таблица
2.1
Численные значения коэффициентов редуцирования
Грунт |
| |||
Суглинок | 0,075 | 0,740 | 0,165 | 1,630 |
Супесь | 0,088 | 0,650 | 0,272 | 2,000 |
Торф | 0,074 | 0,395 | 0,167 | 0,880 |
Как показывают кривые на рисунке 2.4, наименьшая
фронтальная сила резания дерна в суглинке и супеси соответствует углу резания β=20°,
а в торфяном грунте – β =35°(рисунок
2.1).
При уменьшении или увеличении угла резания
фронтальная сила резания увеличивается.
Увеличение фронтальной силы резания при
увеличении угла резания происходит по двум причинам:
) увеличение деформации разрезаемой полосы
дерна,
) увеличение силы трения дерна о рабочую
поверхность ножа, Увеличение деформации и увеличение силы трения вызываются
увеличением нормального давления ножа..
Увеличение фронтальной силы резания при
уменьшении угла резания связано с повышенным воздействием обратной деформации
грунта на заднюю плоскость лезвия рабочего органа.
Влияние угла резания, при расчете фронтальной
силы резания, можно оценивать соответствующим коэффициентом, который
представляет собой отношение между фронтальной силой, действующей на нож,
установленный под некоторым углом резания β,
и па нож, установленный под углом β = 25°.
При установлении коэффициента у основной угол резании следует принять β
=
25° в связи с тем, что исследования влияния остальных конструктивных параметров
на силу резания проводились при угле резания β =25°.
Коэффициент у можно выразить теоретическим
путем, исходя из усилия резания дерна режущей кромки ножа, усилии деформаций и
трения дерна, при чем он получит следующую формулу:
(2.4)
где 
– сила резании дерна режущей кромки
ножа;
– нормальное давление дерна ли
рабочую плоскость ножа;
– сила трения дерна о рабочую
плоскость ножа.
Численные значения коэффициента у
представлены в таблице 2.2.
Таблица
2.2
Численные значения коэффициента у
Грунт | Угол | ||||
15 | 20 | 25 | 35 | 45 | |
Суглинок | 0,89 | 0,80 | 1,0 | 1,04 | 1,21 |
Супесь | 0,90 | 0,95 | 1,0 | 1,11 | 1,53 |
Торф | 1,12 | 1,02 | 1,0 | 0,80 | 0,94 В суглинке, супеси и торфе, при углах установки При углах установки ножа в плане α При уменьшения угла установки ножа в плане α Проведенные Зеленин А.Н. [13] экспериментальные Физическая сущность изменения удельного
Рисунок 2.6 – Удельное сопротивление резанию
Рисунок 2.7 – Удельное сопротивление резанию Переменный компонент характеризует способность При определении оптимальных параметров рабочих Проведенные многочисленные экспериментальные При определении требуемых размеров разрезаемого Наименьшая фронтальная сила резания дерна В результате оценки всех факторов следует вывод, толщина разрезаемого дерна – c точки угол установки ножа в плане – α =90°; угол наклона ножа (угол резания): в суглинке и супеси – β в торфе – β=25°; угол заточки ножа – Длину ножей обуславливает конструктивное решение 2.3 Изучение конструкций рабочих Предпосевная обработка уплотненной дернины Но при этом затраты средств на выполнение Кроме того, в результате неоднократного прохода Исключение отрицательного последствия Разрезание дернины в вертикальной плоскости Известны два вида рабочих органов, применяемых Основоположник земледельческой механики академик Далее, развивая теоретическую концепций резания Процесс резания элементарными вертикальными Во всех случаях непосредственно перед профилями Характер движения пласта почвы в
Рисунок 2.8 – Схема сил взаимодействия почвенного пласта с Рассматривая обратную задачу динамики – по
но Fmp=Pτ×f, где f Следовательно,
откуда
Аналогично составляется и дифференциальное
Здесь вес пласта G
или
Таким образом, уравнения (2.8) и (2.11)
откуда, в соответствии с (4) и (7):
или в дифференциальной форме:
Полученное уравнение движения в m = pabds, где ρ – а – глубина обработки, м; b – ширина захвата 2.4 Исследование процесса резания и Работа черенкового ножа заключается в резании и В данном случае сила сопротивления по кромке В трудах академика Горячкина В.П. [16] делается Тяговое сопротивление черенкового ножа в общем
Рисунок 2.8
Сила трения (касательная сила)
где
Нормальное давление на боковые
Сила трения
где Проекция этих сил в направлении
где Подставляя значения
Первые два члена формулы отражают Выводы: В результате теоретических . Резание дерна рабочими органами 2. Зона распространения деформации почвы под 3. Расстояние между рядами лап культиватора 4. Определена зависимость тягового сопротивления . Установлено, что тяговое сопротивление 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА .1 Устройство и принцип работы Объектом исследований является чизельный В самой простой интерпретации рабочий орган
Рисунок 3.1 – Схема рабочих органов чизеля и Из числа рабочих органов для чизельных орудий Данные чизельно-отвальное орудие производит «Классические» чизели с прямыми или наклонными Вторым недостатком данных устройств является то, В предлогаемой нами машине рабочие органы Задача модернизации – прижать пласт дернины к
Рисунок 3.2 – Схема лапы культиватора – механизм регулировки глубины, 2- изогнутая – режущая кромка, 4 – лапа, 5 – носок. На рисунке 3.2 изображена полезная модель (вид
Рисунок 3.3 – Схема лапы культиватора (вид Лапа культиватора [рисунок 3.2, рисунок 3.3] Механизм 1 регулировки глубины обработки почвы Полезная модель работает следующим образом. При Направление выпуклости стойки в сторону движения
Рисунок 3.2 – Схема работы машины для разделки и Чизель культиватор работает следующим образом. 3.2 Определение физических и Для механизированной технологии обработки дернины Физико-механические свойства почвы обуславливают Следует отметить, что для изучения физических Физика почвы, как наука, имеет тесный контакт о Поэтому при проведении испытаний тракторов и Исходяиз вышесказанного возникает Нами изучены основные физические (влажность, ЗАКЛЮЧЕНИЕ Технологии и технические средства для обработки Проведенные научно-исследовательская работа по Предлагаемая конструкция машины, при выполнении На мой взгляд, внедрение новой технологии СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. . 4. 5. 6. 7. 10. . 13. 16. К.А. 17. 18. 20. . 22. . . 26. 28. 29. 50. 51. 49. / . . с |
=10°.
(2.5)
(2.7)
(2.8)
(2.9)
(2.10)
(2.11)
(2.12)
(2.13)
(2.14)
(2.12)
(2.13)
– глубина погружения ножа;
– удельное давление на боковые
– коэффициент трения почвы о
(2.14)
(2.15)
– удельное давление на боковые
(2.16)
и 
в формулу
(2.17)
