Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса: воздействие движителей на почву и урожайность культур 9
1.1. Современное состояние и перспективы развития технологий и средств механизации обработки почвы в Иране 9
1.2. Исследования по воздействию на почву ходовых систем сельскохозяйственной техники в Росси 13
1.3. Условия возделывания ячменя в различных условиях 17
1.4. Влияние ходовых систем сельскохозяйственной техники на плотность почвы 18
1.4.1. Исследований по влиянию ходовыми системами сельскохозяйственной техники на плотность и плодородие почвы 20
1.5. Деформации почвы колесом машины 20
1.5.1. Распределение давлений колесных движителей на почву 21
1.6. Агрофизические показатели почв 23
1.6.1. Сопротивление почвы различным деформациям 25
1.6.2. Напряженно-деформированное состояние и критерии прочности почвы 26
Цели и задачи исследования 28
2. Теоретическое обоснование процесса деформирования и уплотнения почвы колесными движителями мобильных машин 29
2.1. Физико-механические свойства почв определяющее реологическое уравнение для уплотняющихся почв 29
2.2. Закономерности деформирования эластичных тракторных колес и их математическое моделирование 35
2.3. Контактные напряжения и деформации почвы при качении эластичных колес по уплотняющейся почве 40
2.4. Равнодействующая распределенных по контактной поверхности элементарных вертикальных реакций почвы 49
2.5. Контактные напряжения и деформации в шине при качении колеса по почве 51
2.6. Закономерности изменения плотности почвы по глубине 53
2.7. Деформированное состояние и уплотнение почвы
на различной глубине 53
2.8. Смещения почвы в течение времени воздействия колеса 55
2.8.1. Смещения почвы с постоянной по глубине начальной плотностью 55
2.8.2. Смещения почвы при линейной зависимости начальной плотности почвы от глубины 58
2.8.3. Смещения почвы при кусочно-линейной зависимости начальной плотности почвы от глубины 62
2.9. Глубина распространения деформации сжатия почвы, приведенный радиус и углы контакта эластичного колеса с почвой 63
2.10. Остаточные смещения почвы 64
2.11. Коэффициент пропорциональности К (коэффициент уплотнения почвы) 66
2.12. Изменения плотности почвы по глубине после прохода колеса 67
Выводы по главе 2 72
3. Программы и методики экспериментальных исследований 74
3.1. Программа исследований 74
3.2. Методика проведения лабораторных испытаний в почвенном канале 75
3.2.1. Методика определения напряжений в почве 75
3.2.2. Методики определения физических характеристик почвы 77
3.3. Методика проведения экспериментов по уплотняющему воздействию на почву и сопротивлению движению трактора НАТИ - 04 с резиноармированной гусеницей 78
3.3.1. Методика проведения экспериментов по уплотняющему воздействию трактора на почву 81
3.3.2. Методика проведения экспериментов по определению сопротивления передвижению трактора НАТИ - 04 83
3.4. Методика исследования деформации почвы колесами трактора и уплотняющего воздействия на вязкоупругие почвы колесных тракторов и машинотракторных агрегатов 83
3.5. Методика исследований взаимодействия жесткого колеса с вязкоупругими почвами при последовательных проходах по одному следу 88
3.6. Определение уплотнения почвы движителями трактора при возделывании ярового ячменя 89
Выводы по главе 3 92
4. Результаты экспериментальных исследований уплотнения почвы ходовыми системами мобильной техники и пути его снижения 93
4.1. Результаты статистической обработки полученных данных в канале почвы 93
4.2. Результаты уплотняющего воздействия движителя трактора НАТИ-04 на почву 101
4.2.1. Результаты оценки коэффициента сопротивления передвижению трактора НАТИ-04 105
4.3. Результаты и анализ статистической обработки экспериментальных данных по уплотнению почвы при воздействии колесных движителей мобильной сельскохозяйственной техники 107
4.4. Результаты обработки экспериментальных данных взаимодействия жесткого колеса с грунтом при последовательных проходах по одному следу 125
4.5. Результаты анализа полученных данных по уплотнению почвы движителями трактора кл. 1,4 при возделывании ярового ячменя 129
4.6. Экономическая эффективность мероприятий по снижению уплотняющих воздействий на почву 131
Выводы по главе 4 133
Общие выводы 135
Список литературы 137
Приложения 146
- Современное состояние и перспективы развития технологий и средств механизации обработки почвы в Иране
- Физико-механические свойства почв определяющее реологическое уравнение для уплотняющихся почв
- Методика исследования деформации почвы колесами трактора и уплотняющего воздействия на вязкоупругие почвы колесных тракторов и машинотракторных агрегатов
- Результаты статистической обработки полученных данных в канале почвы
Введение к работе
і Одним из важных факторов, ограничивающих рост и урожайность
сельскохозяйственных культур, является избыточное уплотнение
почвы. Одним из основных направлений повышения эффективности
производства в растениеводстве является комплексная механизация
технологических процессов и внедрение передовых технологий с
использованием универсальных и экологичных машин, оптимальных
параметров. Однако, использование на полях тяжёлой техники, ведёт к
' переуплотнению почвы, снижает её плодородие и, как следствие, резко
понижает урожайность сельскохозяйственных культур.
Необходимость повышения уровня состояния сельскохозяйственного производства выдвигает в число наиболее актуальных проблему улучшения показателей работы ходовых систем мобильной колесной сельскохозяйственной техники - тракторов, комбайнов, сельскохозяйственных машин, имеющих собственные движители. Решение этой проблемы включает в себя решение составляющих её проблем: снижения уплотняющего воздействия на почву колесных тракторов до допустимого уровня, уменьшения сопротивления движению машин по почве, повышения тяго-сцепных свойств тракторов и др.
В связи с необходимостью разработки комплекса мер, направленных на сохранение плодородия почв, работа, проводимая по указанной проблеме, является весьма актуальной.
Основными направлениями повышения производства в сельском хозяйстве являются новые эффективные ресурсо- и энергосберегающие технологии, новая, экологичная и высоко производительная техника.
В настоящее время проблема использования новой техники не сбалансирована с учетом экологических факторов, например, по
допустимому давлению на почву. Для высокопроизводительной работы необходима энергонасыщенная, многопрофильная сельскохозяйственная техника, которую можно использовать при проведении различных технологических операций, не нарушая экологии окружающей среды [11, 15, 30,34,39,63,82,84,94,103].
Основываясь на методологических принципах, заложенных В.П. Горячкиным (полезности, экологической безопасности и экономической эффективности) [15], в работе предлагается решение этих задач.
Работа выполнялась на кафедрах «Сельскохозяйственные машины», «Тракторы, автомобили и эксплуатация МТП», «Высшая математика» РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры «Тракторы, автомобили и эксплуатация МТП» и на полевой опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева в Москве.
Автор выражает благодарность научному консультанту доктору технических наук, профессору Д.И. Золотаревской за консультации и помощь в подготовке теоретической части работы, за практические советы и помощь в подготовке и проведении полевого эксперимента.
Цель исследования заключалась в разработке и реализации мероприятий по повышению эффективности сельскохозяйственного производства, на основе использования перспективных технологий возделывания зерновых культур при использовании высоко производительных, экологически безопасных машин, и обоснование методов расчета уплотняющего воздействия на почву колесных движителей, основанных на результатах исследований процессов деформирования во времени почв и эластичных колес, а также разработке рекомендаций по снижению уплотняющего воздействия на почву тракторов.
Основными задачами исследования являются:
- Обосновать эксплуатационные факторы использования системы машин, обеспечивающих щадящий экологический режим воздействия на почву;
Выявить уплотнение почвы от воздействия ходовых систем машин с тракторами кл. 1,4 и его влияние на урожайность зерновых культур (на примере ячменя);
Установить зависимости между тяговым усилием, напряжениями и деформациями при воздействии ходовых систем тракторов на почву;
Выявить закономерности уплотняющего воздействия колес тракторов и с.-х. машин на вязкоупругие свойстве почвы.
Современное состояние и перспективы развития технологий и средств механизации обработки почвы в Иране
Иран находится на среднем восток. Его территория составляет 1.6 млн. квадратных километров, из которых только 51 млн.га. пригодно дла сельского хозяйства, реальная площадь сельскохозяйственных угодий составляет 19 млн.га., а ежегодно распахивается около 13 млн.га [48].
В сельском хозяйстве Ирана занято свыше 26,5% населения. По данным 1 министерства сельского хозяйства Ирана в 1998 году агропроизводстом, от занятости в котором полностно или частично зависит треть населения страны, было создано 26% ВНП и 29,2% ВВП [50]. К середине 1980-х годов в 2,65 млн. хозяйств размером менее 50 га., было сосредоточно более 85% всей обрабативаемой земли. Почти половину из этих хозяйств состовляли мелкие, имеющие до 2,0 га. пашни. В их распоряжении находилось лишь 7% обрабатываемых угодий, а 10% земель сдавалось в аренду. Приблизительно 40% посевных площадей составляют орошаемые угодья, с которых получают основную долю сельскохозяйственной продукции. Вода для полива поступает из различных источников, включая глубокие колодцы, водохранилища, созданные на реках Карачай, Сефидруд, Диз и Карун, ручьи, а также традиционные иранские системы "Кяризов" -подземных галерей, собирающих неглубоко залегающие грунтовые воды у подножий гор. Большая часть посевных площадей отведена под зерновые : пшеницу, ячмень и рис. Пшеница и ячмень выращивают главным образом на богарных (неполивных) землях в западных, северных и северо-восточных областях страны, а рис - на орошаемых полях на прибрежных территориях каспийского моря(свыше 80% сбора риса приходится на прикаспийские провинции-Гилан, Мазендеран и Голистан) [115]. К ведущим товарным культурам относятся также хлопчатник, сахарная свекла, масличные культуры и табак. Около 2/3 площадей хлопчатника находится в восточной части прикаспийских провинций и в Хорасане. До 60% хлопка-волокна идёт на экспорт. Сахарная свекла производится в большинстве районов страны, а сахарный тростник- на юго-западной. Выращиваются также чай и табак, главным образом в Гилане и Мазендеране. Свыше 50% сбора бобовых (фасоль, горох, чечевица и др.)- на севере страны и в центре в провинции Исфахан [49]. В середине 1960-х годов, в связи с ростом городского населения, важное значение приобрело производство фруктов, ореха, овощей(картофеля и лука), дынь и других культур. Поэтому повсеместно получило распространение садоводство(цитрусовые, абрикосы, яблоки, персики, инжир, фисташки, хурма, финики, гранаты, апельсины, киви, лимон, мандарин и др.), виноградство, овощеводство и бахчеводство. Культивируются корнеплоды (лакричник) и лекарственные растения, которые идут, в основном на экспорт. Для выполнения технологических операций по обработке почвы, посеву, внесению удобрений и гербицидов, уборке разных культур применяют 167 тыс. тракторов, 5600 комбайнов, 88 тыс. Мотоблоков, 2500 косилок, много плугов, сеялок, борон и другой техники. Оснащенность с.-х. производства техникой составляет 38 тракторов и 10 комбайнов на 1000 га. пашни. Несмотря на это, уровень механизации сельскохозяйства Ирана составляет лишь 75%, а доля ручного труда, основанного на мускульной силе человека и животных, составляет 25% [115]. Ежегодно в Иране подвергается обработке около 32,5 миллиарда м3 почвы. На эти процессы затрачивается до 5,6 млн.т. энерго топлива. При выборе способов и систем обработки почвы не всегда учитываются особенности с.-х. Ирана с различными почвенно-климатическими условиями, при выполнении обработки почвы используются одинаковые приемы, способы и системы как в промышленно развитых странах. Выбор способа обработки почвы при адаптивной технологии подготовки к посеву определяется конкретными природно-климатическими и производственными условиями, учитывающими её тип и состояние, предшественника, агробиологические особенности выращивания культуры и др. Следует отметить, что изучение и исследование в области использования различных способов обработки почвы и выбора лучшего из них в Иране проводится недостаточно. В Иране применяются следующие системы обработки почвы: 1- В зоне орошаемого земледелия, можно выделить две системы: - система обработки под озимые культуры, включающая операции; а) послеуборочной обычной обработки (вспашка) отвальными 2,3 или 4- корпусными плугами (больше всего трёхкорпусными плугами) и сразу же после нее мелкое рыхление дисковыми или зубовыми боронами (один раз или два раза); б) выравнивание и создание орошаемых гряд и борозд выравнивателями, грядоделателями и бороздоделателями. - система обработки под яровые культуры, включающая операции: а) послеуборочную обычную обработку отвальными плугами в летне осенний период; б) ранневесеннюю мелкую обработку дисковыми и зубовыми боронами; в) выравнивание и создание орошаемых гряд и борозд выравнивателями, грядоделателями и бороздоделателями. Для ухода за паром целесообразно используются паровые культиваторы. 2-В зоне богарного земледелия система обработки почвы включает процессы: а) послеуборочной глубокой обработки (25-40см) чизельными плугами с долотообразными рыхлителями в летне-осенний период; б) ранневесенней мелкую обработку почвы (10-15см) чизельными плугами с стрельчатыми лапами; в) поздне-весенней поверхностной обработки почвы (7-10см) чизельными плугами с стрельчатыми лапами (после появления проростков сорняков проводят вспашку); Для склоновых земель применяют системы почвозащитной обработки, основанные на применении безотвальной чизельной обработки. З-Обработка почвы в увлажненных районах: Поскольку в этих районах ежегодно выпадает большое количество осадков (более 500 мм, а в нескольких районах до 1500мм), хозяйства специализируются на выращивании риса, чая, цитрусовых и др. С другой стороны, ввиду наличия мелких хозяйств, применяются ручной труд с использованием малогабаритных почвообрабатывающих машин, которые присоединяются к мотоблокам мощностью от 3,5 л.с. до 13,5 л.с. чаще других используются плуги с вырезными отвалами (1 и 2- корпусные) и фрезы.
Также используются другие почвообрабатывающие машины, в том числе глубокорыхлители, сплошные культиваторы, катки, выравниватели, грядоделатели, бороздоделатели и др. Однако их число очень мало и не оказывает заметное влияние на общую ситуацию с обработкой почвы.
Физико-механические свойства почв определяющее реологическое уравнение для уплотняющихся почв
Почва является биологической дисперсной средой. Она представляет собой дисперсную систему взаимодействующих между собой частиц, находящихся в твердом, жидком и газообразном состояниях. Почвы насыщены метаболитами (корнями растений, микробами, ферментами). Твердая часть почв состоит из частиц разных размеров (мм).
По гранулометрическому составу различают минеральные почвы (глинистые, суглинистые, супесчаные и песчаные) и почвы, состоящие в основном из отложений частиц органического вещества (торфяно-болотные и илистые).
К важнейшим характеристикам почв относятся их плотность, структурность, связность. Плотность почвы определяют как массу единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении. Плотность почв изменяется в широких пределах: у минеральных - от 0,9 до 1,8 г/см3, у торфяно-болотных - от 0,15 до 0,40 г/см3 [87]. Плотность почв зависит от их минералогического и гранулометрического состава, содержания органического вещества, структурности.
Структурность почвы представляет собой способность распадаться на агрегаты различных размеров, формы и качественного состава. Суглинистые и глинистые почвы могут быть структурными и бесструктурными или малоструктурными. Связность характеризует способность почвы сопротивляться действию внешнего усилия, стремящегося разъединить почвенные частицы. Связность вызывается силами сцепления между частицами почвы. Степень связности обусловлена гранулометрическим и минералогическим составом, структурным состоянием почвы, ее влажностью. Наибольшей связностью обладают глинистые почвы, наименьшей - песчаные.
Необходимой характеристикой почв является их влажность. Влажность и плотность определяют физическое состояние почв. Почвы одного и того же гранулометрического состава, содержащие одно и то же количество гумуса, но находящиеся в различных физических состояниях, обладают различными механическими свойствами.
При изменении гранулометрического состава, содержания гумуса и физического состояния почвы изменяются ее сопротивление сжатию и сопротивление сдвигу, а также характер деформаций, возникающих под действием внешних сил - преобладание обратимых или остаточных деформаций и т.п.; изменяются закономерности связей между деформациями и напряжениями.
Каждому состоянию почвы в зависимости от ее влажности соответствует своя закономерность деформирования под действием сжимающей нагрузки. При влажностях (w), которые ниже соответствующих полной влагоемкости (wnovi) и при сжимающих напряжениях (а), меньших предела прочности почвы (Gnp), почва под действием на нее нагрузки уплотняется и упрочняется. Неуплотненные почвы при таких (w) и (а) под нагрузкой уплотняются и упрочняются, бокового выпирания почвы почти не происходит, вследствие чего с ростом нагрузки увеличение осадки постепенно затухает и деформации стабилизируются. В данной работе исследовано качение колес по почве, находящейся в таком состоянии. Поэтому далее нами будут рассматриваться природа и закономерности деформирования уплотняющихся почв. Благодаря наличию зерен одной из характерных особенностей почв является их механическая неоднородность: сцепление между структурными элементами кристаллической решетки частиц значительно меньше, чем сцепление этих частиц между собой. При действии внешних сил в почвах возникают как общие деформации, присущие сплошным телам, так и деформации, обусловленные взаимными перемещениями отдельных зерен. Если при действии внешних сил прочность структурных связей между частицами почвы не нарушается, то она деформируется как сплошное тело; в случае же нарушения этих связей деформации будут определяться главным образом перемещениями отдельных зерен. Поэтому, кроме закономерностей, присущих деформациям сплошных сред, для почв имеется еще ряд своих закономерностей деформирования. Одним из отличительных свойств почв как дисперсных сред является их значительная сжимаемость, т.е. способность уменьшать объем под действием сжимающей нагрузки, высыхания, коагуляции коллоидов и др. Сжимаемость почв обусловлена следующими основными причинами: уплотнением почв, т.е. уменьшением их пористости при более компактной упаковке частиц; изменениями физического состояния, возникающими при высыхании почвы, сопровождающимися уменьшением ее объема [116]. Материалы и деформируемые среды, для которых зависимости между деформациями и напряжениями включают в себя время, обладают реологическими свойствами. Такие материалы называются вязкоупругими. К вязкоупругим материалам относятся полимеры и их композиции, сплавы, бетоны, металлы при высоких температурах и другие. К числу вязкоупругих сред относятся уплотняющиеся почвы. Характерными для вязкоупругих материалов и сред являются их релаксационные свойства: изменение напряжений при постоянных деформациях (релаксация напряжений) и изменение деформаций при постоянных напряжениях (ползучесть) [93-61]. Полная деформация, возникающая в уплотняющейся почве под действием внешней нагрузки, складывается из остаточной и обратимой частей. Обратимые деформации почвы, появляющиеся при качении колес в течении времени контакта колеса и почвы, значительны даже при качении по рыхлой почве. С ростом числа проходов колеса по колее доля обратимой деформации в полной деформации почвы возрастает. Деформации в уплотняющихся почвах, возникающие при действии внешней нагрузки, а также скорость нарастания этих деформаций, зависят от величин контактных напряжений и скорости их изменения. Увеличение скорости изменения напряжений вызывает рост скорости деформирования почв. Это свидетельствует о том, что уплотняющиеся почвы обладают вязкоупругими свойствами [34,35,38,39,40].
Методика исследования деформации почвы колесами трактора и уплотняющего воздействия на вязкоупругие почвы колесных тракторов и машинотракторных агрегатов
Эксперименты выполнены на опытном поле Тимирязевской академии в Москве. Почва дерново-подзолистая супесь. Содержание гумуса в пахотном слое от 2,4 до 2,5%. Кислотность почвы оценивается показателем рН, равным 4,5 - 5,0. Деформируемый слой почвы распространен на глубину до Н = 0,9 м. Перед опытами было дважды проведено дискование почвы .
Экспериментальная установка была смонтирована на базе трактора Т-16. Вместо заднего колеса установлено стальное жесткое колесо диметром 1.05 м и шириной обода 0.2 м (приложение 2). На ободе колеса были вмонтированы тензометрические датчики давления мембранного типа с диапазоном измерения 0-0.6 мПа, а также бесконтактные датчики давления нижнего положения. Сигналы с установки поступали на прибор Е-140 компании «L-CARD». Полученные эпюры обрабатывались с помощью компьютерной программы «PowerGraph 3.2 professional» (приложение 3).
Было проведено 3 серии опытов, каждая из которых состояла из 6 последовательных проходов по вспаханному грунту трактора Т-16 на постоянном пути S = 30 м. Тяговая нагрузка на трактор Т-16 создавалась в результате буксирования им трактора Т-25А. Буксируемый трактор Т-25А двигался по своей колее, отличной от следов переднего трактора.
В каждой серии опытов сохранялись постоянными передача, на которой двигался трактор Т-16. В каждом опыте трактор двигался с максимально возможной для данной передачи постоянной скоростью. Продольная база трактора L - 2,5 м, расстояние центра масс от задней оси хц - 0,83 м. Перед проведением опытов трактор был взвешен. Вертикальные статические нагрузки на ось колеса G = 7,5 кН . Измерения проводили при движении трактора Т-16 на I, II и III передачах. Опыты проведены с выключенным передним мостом трактора. Перед проведением опытов определена плотность на различной глубине деформируемого слоя почвы (приложение 4). В каждой серии опытов находили влажность и плотность почвы. Данные о плотности и влажности почвы получены с трехкратной повторностью в слоях 0 - 0,1 м, 0,1 - 0,2 м, 0,2 - 0,3 м. Влажность почвы в слое 0-0,1 м изменялась в интервале w = 10,3 - 13,1 %. Во всех опытах определяли нормальные напряжения а(/) в продольных плоскостях симметрии трактора, распределенные вдоль линий контакта колеса и почвы. На осциллограмме были записаны эпюры напряжений j(t) на колесе, отметки нижнего положения соответствующих датчиков, Ркр - сила тяги на крюке трактора, отметки времени через каждые 0,01 с. Силу Р измеряли с помощью тензометрического тягового звена. Определение уплотнения почвы движителями трактора при возделывании ярового ячменя Многократные проходы универсально-пропашных тракторов в значительной мере влияют на урожайность сельскохозяйственных культур. В результате этих проходов почва переуплотняется. Негативное последействие этого процесса - снижение эффективности использования растениями корнеобитаемого слоя. Исследования, проведенные многими организациями показали, что урожаи большинства сельскохозяйственных культур с повышением плотности почвы снижается. Это проблема становится все острее в связи с массовым применением тяжелых колесных тракторов . Планирование эксперимента при проведении полевых исследований заключалось в определении задач и объектов наблюдений, разработке схемы работ, выборе земельного участка и оптимальной структуры полевого опыта. Испытания проводили на полях экспериментального хозяйства МСХА, МТА с трактором МТЗ-82, при этом изучали влияние ходовых систем трактора на уплотнение почвы и на урожайность ячменя. Для проведения исследований выбрали участок размером около 0,6 га, в соответствие с ГОСТ 7050-81. Исследование проводили по зяблевой пахоте в ранневесенний период. Влажность почвы в слое 0-0,3 м была в пределах 15-21%. Ширина каждой делянки равна 3,6 м соответствует ширине захвата сеялкой СЗ-3.6А. Между делянками оставляли просевы 0,5 м. Во всех опытах проводили отбор почвы по следам и вне следов для определения влажности и плотности почвы при посеве, после посева и в середине вегетационного периода и непосредственно перед уборкой урожая ячменя.
Почва опытного участка по гранулометрический составу представляла собой средний суглинок. Перед посевом ячменя за 2 дня на участок вносили минеральные удобрения (около 200 кг/га). Для внесения удобрений использовали агрегат трактор Т-25 и РНУ-0,5. Трактор Т-25 имеет допустимое (по ГОСТу) давление на почву, что не оказывало заметного влияния на плотность почвы. Затем проводили культивацию агрегатом с тем же трактором и культиватором. После культивации производили посев ярового ячменя трактором МТЗ-82 с сеялкой СЗ-3.6А. Непосредственно после посева проводили замеры плотности, влажности и твердости по слоям пахотного слоя почвы (0-30 см). Уборку ячменя проводили на каждой делянке раздельно: контроль и по следам трактора, выделяли с помощью рамки размером 2,5х 4м контрольные площадки, с которых вручную убирали урожай ячменя и связывали в снопы. Снопы ячменя, убранные с контрольных площадок (Юм2) укладывали в бумажные мешки и маркировали. После подсушки (влажность 16 %) в течение 2-х дней в естественных условиях обмолотили снопы. После обмолота брали пробы зерна для просушки, с целью уточнения влажности, определения засоренности и урожайности ярового ячменя с контрольных площадок. Взвешивали не зерновую часть (солома, полова) и определяли урожайность с контрольных площадок.
Результаты статистической обработки полученных данных в канале почвы
Экономическая эффективность мероприятий по снижению уплотнения почвы складывается из нескольких составляющих.
Новая (энергонасыщенная) сельскохозяйственная техника при использовании на полевых работах технологических циклов возделывания сельскохозяйственных культур ходовыми системами переуплотняет почву, разрушает структуру, снижает ее плодородие.
Использование тракторов с допустимым воздействием на почву типа НАТИ-04 и машинно-тракторных агрегатов составленных на их базе позволяет оставаться плотности на одинаковом уровне в течении вегетации, получать более высокие урожаи сельскохозяйственных культур.
Высокая экономическая эффективность достигается применением специальных технологических приемов разуплотнения почвы. Как показали исследования эффективными приемами являются сочетание периодического чизелевания на глубину до 40 см и разноглубинной фрезерной обработки (6-8 см под яровые культуры). Действие и последействие глубокой чизельной обработки уплотненной ходовыми системами тракторов почвы в сочетании с традиционными приемами разуплотнения дают более высокий экономический эффект, чем традиционные приемы разуплотнения.
При переуплотнении деформации аккумулируются в почве (как в пахотном, так и в подпахотных слоях), повышенная плотность не снижается даже основной обработкой (вспашкой) почвы, что в значительной степени влияет на почвенное плодородие. Поэтому применение тракторов и агрегатов с допустимым воздействием ходовых систем на почву (НАТИ-04, тракторы типа МТЗ-80/82 с пониженным давлением воздуха в шинах, средние скорости, тракторы с эластичными (агрофильными) шинами низкого и сверхнизкого давления и т. д.) сохраняет почвенное плодородие и позволяет
в дальнейшем получать высокие урожаи. Применение на опытном поле РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева на возделывании ячменя машинно-тракторных агрегатов с трактором МТЗ-82 с пониженным давлениям на почву позволило получить прибавку урожая 3,7 ц/га (14%), что составило экономический эффект 4440 руб/га . Давление ходовой системы трактора влияет на уплотнение почвы, на густоту всходов и урожайность ярового ячменя. При увеличении плотности почвы снижается густота всходов 10% и урожайность ячменя на 14%. При использовании на возделывании ячменя агрегата составленного на базе трактора МТЗ-82 с пониженным давлением воздуха в шинах за счет снижения уплотнения в почве получен урожай 25,1 ц/га и это без учета сохранения плодородия почвы. 1. Анализ результатов исследований показывает, что нормальные напряжения в слое почвы 0-30 см, при воздействии заднего колеса (шина 18,4R34) изменяется в пределах 0,0442-0,0538 МПа, от переднего - (шина 11,2-20) изменяется с 0,0931 до 0,1166 МПа, а с уменьшением скорости движения и увеличения нагрузки на колеса трактора нормальные напряжения увеличивается, а с уменьшением давления воздуха в шине уменьшается. 2. Получено уравнение регрессии второго порядка - функция отклика а в зависимости от натуральных значений эксплуатационных факторов (V, Р, G) которое показало, что при уменьшении скорости движения, и увеличении нагрузки на оси и давления воздуха в шине, напряжения в почве увеличиваются. 3. На основе экспериментальных данных показано, что при скорости движения трактора менее 3 км/ч, резко увеличивается продолжительность контакта с почвой, а это приводит к росту уплотнения почвы. 4. Проведенные экспериментальные исследования показали, что новый гусеничный трактор НАТИ-04 при выполнении с- х. работ не переуплотняет почву. Он оказывает уплотняющее воздействие на почву соответствующее требованиям существующего государственного стандарта. 5. Выявлено, что характеристики g и q вязкоупругих свойств исследованной почвы зависят от плотности и влажности почвы и скорости ее деформирования, определяемой угловой скоростью (Oj. Получение соответствующие уравнения регрессии. 6. Уравнения регрессии отражают физическую природу деформаций почвы. С увеличением плотности почвы и скорости ее деформирования характеристика g вязкоупругих свойств почвы уменьшается, а характеристика q возрастает. При этом g — 0, a q — Е, где Е - модуль упругости почвы. Свойства почвы при этом приближаются к упругим. При повышении влажности почвы характеристика g возрастает, а характеристика q убывает, причем q— 0. С ростом w физическое состояние почвы приближается к текучему. 7. Увеличение средней за серию опытов скорости трактора с 2,7 до 5,4 км/ч привело к уменьшению приращения плотности почвы Ар во всех исследованных слоях пахотного горизонта. Снижение /?w и /?w2 также способствовало уменьшению Др. 8. Проведенные экспериментальные исследования показали, что плотности почвы при увеличении числа п последовательных проходов колес трактора по одному и тому же следу возрастает. С ростом числа проходов (п) плотность р— рп, где рп - предельно возможная плотность почвы (неразрушенной структуры). Рост вертикальной динамической нагрузки на оси колес значительно ускоряет процесс уплотнения почвы, что приближает ее свойства к упругим. 9. Эксперименты и выполненные расчеты, показали, что при увеличении числа проходов колеса по одному следу (п) величины упругих деформаций (/гобр)возрастают и свойства почвы приближаются к упругим. 10. Плотность почвы на контроле и после прохода движителя существенно отличается по следу на 5—7% во время посева, а при уборке на 4%. Уплотнение почвы влияет, на густоту всходов и урожайность ярового ячменя. При увеличении плотности почвы снижается густота всходов 10% и урожайность ячменя на 14%. 11. Применение на опытном поле РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева на возделывании ячменя машинно-тракторных агрегатов с трактором МТЗ-82 с пониженным давлением воздуха в шинах позволило получить прибавку урожая 3,7 ц/га (14%), что составит экономический эффект 4440 руб/га. 1. Разработана математическая модель процесса деформации почвы с учетом ее вязкоупругих свойств, колесом с пневматической шиной, позволяющая для заданных условий движения колеса по почве, производить расчеты характеристик деформационно-напряженного состояния и плотности почвы после прохода колеса. 2. Для оценки уплотняющего воздействия на почву движителей мобильных колесных машин предложено использовать следующие основные показатели: приращение плотности почвы на различной глубине после прохода машины, остаточная глубина колеи, глубина распространения деформации сжатия почвы, которые, в отличие от принятых в настоящее время (максимальное давление колесного движителя на почву и нормальное напряжение в почве на глубине 0,5 м), позволяют непосредственно и более полно характеризовать свойства почвы, влияющие на ее плодородие. 3. Показатели уплотняющего воздействия колесных машин на почву предложено определять расчетным путем по предложенной методике, которую позволяет реализовать разработанная нами компьютерная программа. Предложенная методика расчета и реализующая ее компьютерные программы могут быть использованы для прогнозирования уплотняющего воздействия на почву колесных сельскохозяйственных тракторов и для оценки эффективности различных мер, предлагаемых для его снижения. 4. Получено уравнение регрессии (4.3), позволяющее найти функцию отклика а в зависимости от натуральных значений факторов (V, G, Р).
