Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Современное состояние вопроса и задачи исследования
1. Плотность почвы - один из факторов ее плодородия 5
2. О физико-механических свойствах почвы... 9
3. Степень изученности влияния различных способов уплотнения на развитие растении 13
4. Исследования конструктивных и технологических параметров прикатывающих органов для рядкового прикатывания 16
а/ Определение зависимости между скоростью,давлением и деформацией почвы... 16
6/ Влияние технологических и конструктивных параметров на перекатывание каточка 29
5. Определение параметров рабочих органов для рядкового прикатывания почвы. 33
6. О задачах исследования 38
ГЛАВА Я. Программа и методика исследований
1. Факторы, влияющие на уплотняемость почвы под деформаторами 41
2. Методика изучения закономерности уплотняемое ти почв под штампом в лабораторных условиях 44
3. Методика проверки результатов лабораторных исследований в полевых условиях 51
4. Влияние технологических условий на перекатывание сеялочного каточка 54
5. Методика определения величины сопротивления перекатыванию сеялочных каточков... 60
6. Подготовка приборов и аппаратуры к опытам. Оценка погрешности тарировки . 73
7. Обработка экспериментальных данных.
Оценка погрешности опыта 78
ГЛАВА Ш. Теоретические вопросы исследования и экспериментальная: часть
1. Подбор обобщенного уравнения усадки почвы под воздействием давлением 83
2, Влияние влажности,предварительной плотности и создаваемого давления на уплотняемостъ почвы Под штампом 93
3* Результаты проверки лабораторных исследований в полевых условиях .».. 112
4, Определение времени, затрачиваемого напроцесс уплотнения почвы . 116
5. Обоснование давления каточками сеялки-культиватора ыа почву. 125
6. Результаты замера сопротивления перекаты ванию сеялочных каточков 132
ГЛАВА ІУ. Эффективность результатов исслщованйя 137
Общие выводы и рекомендации 139
Список использованной литературы 149
Приложения.
- Степень изученности влияния различных способов уплотнения на развитие растении
- Методика изучения закономерности уплотняемое ти почв под штампом в лабораторных условиях
- Подготовка приборов и аппаратуры к опытам. Оценка погрешности тарировки
- Определение времени, затрачиваемого напроцесс уплотнения почвы
Введение к работе
В директивах ХНУ съезда Коммунистической партии Советского Союза говорится: "Главным путем увеличения продукции земледелия считать повышение урожайности всех сельскохозяйственных культур.
Степень изученности влияния различных способов уплотнения на развитие растении
В настоящее время можно перечислить несколько способов уплотнения почвы. Естественный - когда почва не подвергается воздействию орудий обработки, а в результате влияния природных условий оседает и приобретает определенную плотность, В данном случае изменение плотности зависит от интенсивности биологических и климатических факторов.
Для получения необходимой плотности человек применяет орудия обработки почвы. Сильно уплотненные почвы обрабатывают рыхлящими орудиями, почвы рыхлые - прикатывающими.
Процесс уплотнения почвы в общих чертах заключается в том, что под действием внешних СЕЛ расстояние между агрегатами почвы уменьшается, вследствие чего объем пор так же уменьшается и увеличивается объемный вес почвы, т.е. почва приобретает более плотное состояние. Если поры почвы заполнены водой, то процесс уплотнения под действием сжимающих сил может произойти только при условии выдавливания воды из пор.
Уплотнение почвы, происходящее за счет изменения ее пористости при выдавливании воздуха, относят [86, 9l] к неупругим деформациям. Процессы уплотнения являются необратимыми и происходит это вследствие нарушения структуры почвы, а так же вследствие излома некоторых частиц. Нарушение структуры почвы возникает так ке вследствие перемещения частиц почвы друг относительно друга
В практике применяются два способа прикатываиия. СПЛОШНОЕ-когда почва по поверхности прикатывается без огрехов, И РЯДКОВОЕ прикатывание, при котором почва прикатывается только в том месте, где высеяны семена культурных растений.
При сплошном прикатывании применяются гладкие,ребристые и колъчато-шпоровые катки. Для проведения рядкового прикатываиия используются каточки малой ширины, которые как правило устанавливаются непосредственно на сеялки.
Кандидатом сельскохозяйственных наук К.И.Балтян [э] на подмосковных почвах, обработанных отвальным способом, были проведены агрономические опыты. Поверхность поля, прикатанного рядковым способом, получается гребнистой. В уплотненных полосках семена лучше обеспечены влагой, к ним сквозь неприкатаннне междурядья свободно поступают кислород воздуха и тепло, почва быстро прогревается и всходы получаются более ранними, полными и устойчивыми против выпадения. Автор констатирует: "Рядковое прикатыва-ние почвы дает существенные прибавки урожая всех культур на разных почвах и во все годы".
Исследованиями последних лет подтверждена высокая эффективность припосевного рядкового прикатывания почвы, особенно в зонах недостаточного и устойчивого увлажнения. Большинство работ этого направления было проведено на почвах, обработанных отвальным способом.
В условиях Целиноградской области на полях с сохраненной стерней были сделаны шпыт&и определить эффективность рядкового прикатывания почвы.
В трехгодичных опытах ВШИЗХ Г59 1 после посева прессовой сеялкой СЗП-24 в сравнении с сеялкой СУ-24, отличающейся от первой отсутствием прикатывающего устройства, вследствии чего за ней проводилось прокатывание почвы колъчато-шпоровыми катками, получена прибавка урожая от 1,5 до 2 ц/га.
Л.С.Роктанен /Целиноградский СХИ/ [72, 73J проводя опыты с рядковым прикатыванием почвы, закладку которых производили с помощью экспериментальной сеялки, пришел к выводу, что в уплотненной полосе, олагодаря хорошей капиллярной связи с нижними слоями почвы, режим влаге-обеспеченности более устойчив. Повышение урожайности при посеве сеялкой с рядковым прикатыванием /2 ц/га в с сравнении с сеялкой СД-24/ обусловлено следующими причинами: ускорением появления всходов, повышением полевой всхожести семян в среднем на 11,8$ и более мощным развитием растений.
Два последних примера не дают четкого ответа на вопрос эффективности рядкового прикатывания, т.к. в том и другом случаях при сравнении проверяемых вариантов накладывается влияние конструктивных особенностей применяемых сеялок.
Появилась необходимость постановки такого опыта, в котором влияние дополнительных факторов было бы сведено к минимуму.
Для этой цели была сконструирована на базе сеялки СЗС-2Д и изготовлена в металле в Специализированном конструкторском бюро по нротивоэрозионной технике /СКВ ПЭЫТ г.Целиноград/ Полевая экспериментальная установка, /рис.1/ позволяющая производить посев с различными технологиями: посев без прикатывания, посев со сплошным и рядковым прикатыванием почвы. Более подробное описание конструкции установки приводится нияе. Опыт, продолжительностью в три года /1969,1970 и 1971 гг./ проводился нами на полях Опытного хозяйства ВНИИЗХ совместно с - 16 лабораторией агротехники отдела земледелия института. В таблицах I и 2 представлены результаты этих опытов, математическая обработка которых проводилась методом дисперсионного анализа на ЭШ "Проминь-2М". В большинстве случаев вариант с рядковым прикатыванием давал существенную прибавку урожая в сравнении с другими вариантами, что доказывает преимущество этого способа и необходимость его применения в условиях Целиноградской области. Прибавка урокая объясняется созданием благоприятных условий для прорастания растений. За счет этого полевая всхожесть семян пшеницы на варианте с рядковым прикатыванием увеличилась на 10-15$ по сравнению с контролем и, следовательно,увеличивалась продуктивность каждого квадратного метра засеваемой площади.
Методика изучения закономерности уплотняемое ти почв под штампом в лабораторных условиях
С целью выявления закономерностей уплотняемоети почв под штампом была изготовлена экспериментальная лабораторная установка, представленная на рис 7.
На массивной металлической подставке (I) укреплен штатив (2), имеющий две направляющих втулки (3), в которых перемещается з вертикальном направлении шток (II). Для снижения влияния трения сопряжения шток-втулка смазывается перед каждым опытом. В верхней мертвой точке шток фиксируется штифтом (4), который приходит через отверстие во втулке (9) и концом входит в отверстие штока. Другой конец штифта крепится к рычагу (5). Нижний конец штока имеет резьбу, на которую навинчивается плунжер (13). Резьбовое соединение штока с плунжером позволяет при необходимости производить быструю замену плунжера и надежно его крепить. Сверху на шток устанавливаются грузы (6), при помощи которых создается необходимая нагрузка. Удерживаются грузы на штоке втулкой (8). Под плунжер, который для этого переводится в крайнее верхнее положение, устанавливается цилиндр (14) с насыпанной до определенного уровня почвой. Последняя насыпается с таким расчетом чтобы между ее поверхностью и плунжером зазор практически отсутствовал. Это позволяет при проведении опыта свести до минимума динамический удар свободного падения грузов.
При перемещении штока вниз, под воздействием грузов, частицы поверхностных слоев почвы перемещаются вместе с плунжером. Происходит усадка почвы, величину которой мокшо определять путем замера величины перемещения ллуннера, соответствующего заданному давлению. Выдавливаемый при уплотнении воздух выходит через отверстия (7), просверленные в плунжере.
Шток установки посредством кривошинно-шатункого механизма (12) с жесткими звеньями соединен с потенциометром (10). Пара-леллограмный механизм позволяет превратить поступательное движение штока во вращательное движение оси потенциометра, по углу поворота которой производится запись величины-перемещения штока. В схеме, представленной на рис. 7 используются два потенциометра, одни из которых предназначен для изменения сопротивления, другой-для балансировки моста.
Сигнал разбаланса поступает на гальвонометры шленфого осцилографа марки Н-700 /заводской й 1003/, который производит запись сигнала на светочувствительную бумагу. Питание электрической системы производится от двух аккумуляторных батареи марки 6СЇМ-І28. На осциллограф подается напряжение в 24 вольта, на потенциометры - 4 вольта Сопротивление обоих потенциометров одинаково и равно 500 ом.
Балансировка моста производится в момент нахоящеиия плунжера в верхней мертвой точке. В момент движения плунжера ось соединенного с ним потенциометра проворачивается, происходит раз 47 баланс моста и полученный сигнал, величина которого пропорциональна перемещению плунжера, подается на гальванометр чувствительностью 1350 ЩТЕГ Скорость записи процесса /протяжки ленты/ 64 см/сек., с отсечкой времени в 200 герц.
Как было установлено выше, влажность почвы во время посева зерновых культур в условиях Целиноградской области во время посева зерновых культур колеблется в пределах от 28 до 13$ или от 80 до 35% полной полевой влагоемкости. В наших опытах влажность почвы изменялась так: 30,27, 25, 23, 14 и 7$.
Образцы почвы насыпались в ящик, где они смачивались водой и тщательно перемешивались. Для того, чтобы влажность выравнялавь по всей массе, производилась выдержка 10-12 часов и только после этого почва бралась для проведения опытов. Уменьшение влажности почвы достигалась за счет ее естественного высыхания.
Неоднородность почвы по ее структурному составу в сильной степени сказывается на показателях при исследованиях. Наличие крушшх комков в уплотненной почве приводит к сильному разбросу цифровых показателей ж поэтому в лабораторных опытах использовалась почва примерю однородная, что достигалось просеиванием ее через сито с диаметром отверстий в 3 мм.
Ранее было установлено, что одним из факторов влияющих на уплотнение почвы, является приложенное внешнее давление. В нашем опыте применялись следующие значения создаваемого давления от ОД до 1,3 кг/кв.см, с интервалом в 0,1 кг/кв.см. Нагрузка создавалась специальными изготовленными грузами, которые устанавливались на верхний конец жтока (II) /рис.7/. Вес больших грузов составлял 9,8 кг, малых - 7,8 кг. Давление расчитыва - 48 лось делением общего веса установленных грузов на контактную площадь плунжера, которая равна 91,56 кв.см»
Верзшій предел применявшихся в опыте давлений определился из расчета предельно возможного веса сеялки. Кроме того, по исследованиям Васильева A.M. f2I, 22] известно, что разрушение микро-агрегатов вызывает нежелательное изменение физических свойств почвы. Такое разрушение наблюдается; если почву при оптимальной влажности уплотнить выше 1,2 г/куб.см. Достигнуть такого уплотнения МОЙНО только в том случае, если приложенное давление будет превышать 1,5 кг/кв.см. Для припоеевного прикатывания вполне достаточно только уменьшить поровое пространство, максимально сблизив агрегаты почвы, не разрушая их, и этим создать хороший контакт семян с почвой.
Подготовка приборов и аппаратуры к опытам. Оценка погрешности тарировки
Проверка приборов, которыми производят измерения во время исследований и их тарировка являются основными условиями точности измерения. Чем выше точность измерений, тем надежнее результат исследований.
В Tose время независимо от способов и приемов измерения изучаемых величин получить абсолютно точное значение их не представляется возможным из-за неизбежных погрешностей и ошибок. Теория ошибок дает ориентировку в подборе инструментов, приборов и методики измерений [36, 37J .
Различные значения изучаемых величин могут быть следствием, во-первых, ошибок и погрешностей из-за неточности инструмента, прибора, ошибочной методики измерений или ошибок наблюдателя, во-вторых, неизбежных отклонений ввиду изменчивости изучаемого явления, обусловленной самой его природой.
Первая группа ошибок - это систематические. Их влияние можно учесть количественно путем введения поправок в показаниях приборов, уточнения методики и приобретения навыков наблюдателями при измерениях. Вторая группа ошибок - это случайные, причина которых за - 74 ранее не известна и поэтому они не могут быть учтены в качестве поправок. Встречается еще одна группа ошибок - это промахи. Источник их появления, как правило, невнимательность со стороны наблюдателя. В этом случае опыт бракуют, а измерении повторяют при том ие режиме работы. Проверка приборов сводится к сравнению показаний его с показаниями образцового прибора с целью установления погрешности. Проверка с целью установления масштаба или нанесения шкала называется тарировкой. В наших исследованиях применялись: весы технические ВТ 25/250, весы электрические КЇЇТК-500, секундомер. Проверка весов производилась взвешиванием эталонных гирь. Ошибка показаний весов О определялась по формуле: Ч -—5 /37/ где: \% вес эталонной гири, Рп - среднее значение показании проверяемых весов, р - максимальный вес, определяемый при проведении опытов. Для технических весов ошибка показаний не превышала 0,8$. С учетом неточности отсчета по шкале /0,5%/ суммарная ошибка для этих весов составила 1,3$. Для электрических весов ошибка показаний ие превышала 0,3$, неточность отсчета составила 0,7$. Суммарная ошибка не более 1$. Показания секундомера, применяемого в исследованиях, срав нивались с показаниями образцового. Поправка определялась по выражению , і - 75 где: IOSP - показания образцового секундомера, tn. - показания проверяемого секундомера. Лабораторные исследования по определению зависимости величины усадки почвы от давления проводились с применением тен-зотлетрической аппаратуры /см. 2, rvi.II/. Скорость протяжки светочувствительной бумаги в осциллографе определялась из условия II протяяки \ U усадки /39/ Пробные замеры показали, что максимальная величина усадки при заданных давлениях достигає 16 см. /при свободном сжатии/ на что затрачивается время до 0,20 сек. Выполняя условие /39/ и учитывая возможности осциллографа Н-700 U протяжки была установлена 64 см/сек. При определении величины сопротивления каточков перекатыванию скорость протяяки оспиллографической бумаги определялась из выракенля Lnt\ lis V ізротжжи = -0-У— , /40/ где: Апл - необходимая дайна пленки для записи одного опыта, \! - поступательная скорость движения установки, 3чг - мина учетного гона. 3 лабораторных опытах, проведенных в почвенном канале, где скорость движения установки с каточкаыи достигала 2,78 м/сек и длина зачетного участка составляла 15 метров, скорость протяжки бумаги имела значение 16 см/сек.
В полевых условиях, при длине зачетного гона 100 метров и поступательной скорости установки - 1,8 м/сек, скорость протяжки была принята 6 см/сек.
-Тарировка тензометрической аппаратуры, применяемой з лабораторных опытах по усадке почвы, производилась в девятикратной повторності! ступенями через каздде Ю ш движения длункера. Ввиду того, что во время опытов рабочий ход штока установки происходит сверху вниз, тарировку проводили только в этом направлении. Ыток устанавливался в верхнее положение, производилась настройка нулевого гальванометра и кратковременная запись перемещения луча гальванометра на светочувствительную бумагу, которая проявлялась и результаты обрабатывались [28]. Показатели тарировки приведены в приложении Л9 и на рис.40. Средняя общая статистическая ошибка otoSu cm. не превышала значения 1,6% и определялась по формуле
Определение времени, затрачиваемого напроцесс уплотнения почвы
От времени, в течении которого будет происходить усадка почвы каточком, во многом зависит качество уплотнения. Очевидно, что время, затрачиваемое на усадку, должно быть равно или меньше времени активного контакта каточка с почвой 88 ,
Если нагруженный каточек диаметром Jj движется по поверхности поля с поступательной скоростью Va , то он произведет усадку почвы на глубину 2 /рис.28/. Без учёта поперечного профиля обода можно считать, что контакт каточка с почвой бу - 117 дет происходить по дуге Л и характеризоваться углом контакта oi . Линейную скорость точки обода обозначим через
Время контакта каточка с почвой обозначім ся
Поступательная скорость движения для выпускаемых сеяяок-культиваторов по агротехническим показателям ограничена и находится в пределах 5-9 км/час. Угол охвата из условия отсутствия скольжения должен быть в пределах 12-40 74, 75 . Следовательно, в формуле /78/ неизвестным остается t , которое определяется в процессе лабораторных исследований.
Запись времени, затрачиваемого на процесс уплотнения почвы, производилась одновременно с записью величины усадки почвы в лабораторных опытах с использованием тензометрической аппаратуры и лабораторной установки / рис. 7/.
При работе осциллографа включался отметчик времени, который настраивался на частоту 200 герц. Линии отсечки времени наносились на осщллографическую бумагу. Количество линий, расположенных между началом и концом /рис. 18/ усадки, умно-лепное на масштаб /1/200 сек/, определяло время в секундах.
Такие как и для усадки почвы опыт проводился при разных давлениях и влажности почвы. В таблице 8 приведены данные по времени, затрачиваемого на усадїсу почвы, говорящие о том, что с увеличением давления соответственно увеличивается затрачиваемое время. Так, при влажности почвы W =25% время увеличивается с 0,105 сек. до 0,156 сек. при изменении давления от 0,2 до 1,0 кг/кв.см.
Для влажности почвы в пределах 14-27% и в диапазоне давлений 0,4-1,0 кг/кв.см при компрессионном сжатии время, затрачиваемое на усадку почвы /южный карбонатный чернозем/ определяется значениями 0,08-0,15 сек.
Результаты замеров времени, представленные в таблице 9, подтвердили и для свободного сжатия вывод о увеличении затрачиваемого времени с повышением давления. При влажности почвы
W = 25% время увеличивается с 0,080 до 0,195 сек. Давление при этом изменялось в пределах от 0,1 до 1,3 кг/кв.см.
В диапазоне влажности 19-29% и давлении 0,4-1,0 кг/кв.см время, затрачиваемое на усадку почвы, имеет значения от 0,08 до 0,2 сек.
Согласно формуле /77/ время контакта зависит от диаметра каточка, поступательной скорости движения посевного агрегата и угла оС . Последний зависит от глубины погружения каточ ка в почву и из условия минимального проскальзывания каточка должен быть не более 35-40 /74,75/.
Влияние изменения поступательной скорости движения каточка на величину времени активного контакта каточка с почвой представлено на рис. 24. Кривые получены расчетным путем с использованием формулы /77/ для диаметров 450, 500, 550, 600 и 800 мм. Кривые, помещенные на рис. 23, дают наглядную зависимость веса сеялки-культиватора от изменения диаметра прикатывающих рабочих органов при давлениях 0,5, 0,6 и 0,7 кг/кв.см.
Если принять за основу, что время, затрачиваемое на уплотнение почвы до заданных агротребованиями пределов, додано быть не меньше времени активного контакта каточка с почвой, то скорость движения посевного агрегата додана быть ограничена. Так для каточка диаметром 550 мм в зависимости от влажности почвы она может изменяться от 0,9 до 1,6 м/сек. /от 3,5 до 6 км/час/. Прикатывание таким каточком со скоростью свыше 6 км/час приводит к снижению плотности в посевном слое почвы.
Увеличение диаметра каточка на 50 мм позволяет повысить скорость укатывания только на 0,2 0,3 м/сек., в то время как вес сеялки должен быть увеличен: если заданное давление 0,5 кг/кв.см на ПО кг, если давление 0,6 кг/кв.см на 140 кн и при давлении 0,7 кг/кв.см на 160 кг.
