Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА Ї 8
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 8
Место возделывания зерновых, зернобобовых, крупяных культур, многолетних трав и льна в общей структуре растениеводства России 8
Агротехнические требования и биологические основы предпосевной обработки почвы создания принципиально нового культиватора 8
История совершенствования технологии предпосевной обработки почвы
Анализ конструкций современных отечественных и зарубежных технических средств для предпосевной обработки почвы к началу ХХ1-века
Отечественные культиваторы и их анализ
Зарубежные культиваторы и их анализ
1.5. Цель и задачи исследовании «0
ГЛАВА II 40
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБОСНОВАНИЮ
КОНСТРУКЦИИ БЛОЧНО-МОДУЛЬНОГО КУЛЬТИВАТОРА 40
Ориентиры оптимизации механизмов подвески выравнивателя и пруткового катка 4П
Конструкция культиватора и результаты оптимизации ,~
Влияние положения рабочей зоны рычага подвеса рабочего органа на приведенное усилие воздействия _. 2.4.Выводы и предложения по результатам теоретических исследований по выбору механизмов подвески _ 2*5. Обоснование конструктивных параметров рыхлящего рабочего 55
органа культиватора
Модель, описывающая деформацию пружинной стойки „
Выводы по обоснованию конструктивных параметров рыхлящего рабочего органа (стойки) культиватора fiQ 2.6. Обоснование конструктивно-технологической схемы блочно-модульных культиваторов fig
Составление агрегатов с блочио-модульными культиваторами „
Выводы по обоснованию конструктивно-технологической схемы блочно-модульных культиваторов „ ГЛАВА Ш 76 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 76
A. Методика лабораторно-полевых исследований 1(.
Цель и программа лабораторно-полевых исследований _fi
Методика совершенствования технологии и технических средств предпосевной обработки почвы __
Методика полевых исследований колебаний упругом лапы _q
Условия и методика проведения экспериментальных исследований по оценке агротехнических показателей _ Б. Методика производственно-полевых исследований „,
Цель и программа производственно-полевых исследований
B. Методика приемочпо-полевых исследований ол
3.6. Рабочая программа и методика приемочных и периодических
испытаний культиватора блочно-модулыюго КБМ-7,2 модифика
ций: КБМ-7,2Н (навесной), КБМ-7,2П (прицепной) ои
3.7. Основные показатели прпемочно-полевых испытаний ос
3.7.4. Эксплуатационно-экономическая оценка машины „_
Экспертиза конструкции
Агротехническая оценка по видам работ и режимам 3.73. Энергетическая оценка машины
ГЛАВА IV
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Лабораторно-полевые исследования
Обоснование параметров механизма подвески рабочих органов — катка и выравнивателя
Проверка верности выбранных параметров модуля блочно-модулыюго культиватора
4.2. Производственно-полевые исследования р
Исследования в Ивановской области 0_
Производственно-полевые исследования в различных Регионах , л» 43. Приемочно-полевые исследования -14 4.4. Обоснование экологической технологии предпосевной обработки почвы и его роли в сочетании с основной обработкой почвы ~. „ ГЛАВАV
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ И НАВЕСНОГО КУЛЬТИВАТОРА ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ, ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОСВОЕНИЕ И АПРОБАЦИЯ
5.1. Экономическая и энергетическая эффективность технологии
предпосевной обработки почвы различными моделями блочно-
модульных культиваторов в сравнении с существующими техноло
гиями на основе серийных машин
5.2. Производственное освоение блочно-модульных культиваторов . -<.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ! 4g
ЛИТЕРАТУРА 149
ПРИЛОЖЕНИЯ 164
Введение к работе
В агропромышленном секторе России сложилась сложная ситуация. Технический парк села изношен. Многие заводы сельскохозяйственного машиностроения прекратили выпуск продукции почти полностью. Внутренний рынок стал обедняться и на него хлынул поток зарубежной техники. Процесс этот усиливается и расширяет свои масштабы в ущерб благосостояния собственного народа: безработица, преступность, превышение смертности над рождаемостью и др.
Тем не менее, результаты испытаний и опытная эксплуатация зарубежной техники не выявляют в полном объеме тех положительных эффектов, которые фирмы рекламировали при продаже.
Стало необходимым оценить социальную и экономическую эффективность использования зарубежных технологий и комплексов машин в сельскохозяйственном производстве России и выработать эффективную стратегию наполнения внутреннего рынка современными отечественными техническими средствами — системой машин для влаго-энерго-ресурсосберегающих технологий.
Основой при разработке системы машин является максимальная производительность при минимуме затрат без снижения качественных технологических показателей (урожайность, потери и др.). Все это возможно достичь за счет максимального использования энергонасыщенных агрегатов с колесными тракторами типа Джон Дир, а также ВТ-100, ХТЗ-171, МТЗ-1221, МТЗ-82 и др., которые обеспечивают:
максимальные рабочие скорости движения агрегатов без перегрузок и соответственно высокую производительность;
в сочетании с модульным исполнением широкозахватных агрегатов резко снижаются непроизводительные затраты особенно при движении по асфальтовым дорогам при переезде из хозяйства в хозяйство и с поля на поле;
6 - их универсальность, что позволяет в значительной мере увеличить их годовую загрузку и расширить временной диапазон эксплуатации в течение года;
Весьма престижно широкое внедрение комбинированных агрегатов, которые обеспечивают за один проход выполнение нескольких технологических операций, способствуют созданию благоприятных условий для вегетации растений за счет сохранения влаги в почве, лучшему качеству поверхностной обработки почвы особенно при посеве.
Целесообразно при разработке «системы машин...» в большей степени ориентироваться на создание и применение простейших и дешевых машин и оборудования, потому что главной причиной «развала» отрасли сельскохозяйственного машиностроения является низкий спрос на технику из-за отсутствия финансовых средств. В этой связи, как показывают результаты испытаний на Поволжской и др. МИСах, «интервенция» импортной техники бесперспективна в силу 5... 10-и кратного превышения ее стоимости против аналогичных образцов отечественного производства. Рекламные же показатели эффективности зарубежных комплексов являются преувеличенными.
Наши машины, как показали испытания на Поволжской и Владимирской МИСах, при соответствующем их энергообеспечении (энергонасыщенные тракторы) не уступают в производительности импортным, а обеспечивают даже более высокие технологические показатели в силу лучшей адаптации рабочих органов к нашим условиям.
Разработанные нами блочно-модульные культиваторы КБМ-4,2Н; КБМ-6Н; КБМ-8Н прошли Государственную приемку, включены Госреестр, удостоены Приза Россельхозакадемии за «Лучшую завершенную работу 2000 года», Золотой медали ВВЦ РФ 2003 г., одобрены выездными Заседаниями Коллегии РАСХН 10 июля 2000 г., Бюро Отделения механизации, электрификации и автоматизации РАСХН 19 июня 2002 г. Их производство освоено на 6-ти заводах Республики Татарстан, а также в Ивановской, Ярославской областях.
Актуальность работы заключается в её своевременности, в соответствии периоду перехода к рыночной экономике — снижению себестоимости работ по производству зерна при меньших энерго-, ресурсозатратах.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ГНУ ТатНИИСХ Россельхозакадемии по Проблеме: «Разработать интенсивные энергосберегающие почвоохранные технологии и создать комплексы высокопроизводительных машин и оборудования нового поколения для производства зерна, технических и кормовых культур, обеспечивающих экологическую защиту окружающей среды, снижение затрат труда в 2,5...3,0 раза, энергетических ресурсов на 15...25%». Код-01.01.И. -(І-НТП)-0670126.
Цель исследований — совершенствование технологии и навесного культиватора предпосевной обработки почвы.
Объект исследований - технологический процесс предпосевной обработки почвы.
На защиту выносятся:
Оптимизация конструкции механизмов подвески выравнивателя и катка культиватора;
Конструктивные параметры колебательных рыхлителей культиватора;
Результаты производственных и государственных приемочных испытаний блочно-модульных культиваторов КБМ-4,2Н; КБМ-6Н; КБМ-8Н.
Технология предпосевной обработки почвы в сочетании с основной обработкой почвы.
s ГЛАВА I
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Место возделывания зерновых, зернобобовых, крупяных культур, многолетних трав и льна в общей структуре растениеводства России
В настоящее время — за последние 5 лет общая площадь сельхозугодий с небольшими колебаниями по годам составляет около 200 млн. гектаров. 120 млн. гектаров из них составляет пашня, 73 млн. га - занимают кормовые угодья.
К концу 2000 года зерновые и зернобобовые культуры занимали 45636 тыс. га; в том числе: пшеница — 23204 тыс. га, рожь - 3539 тыс. га, ячмень -9178 тыс. га, зернобобовые - 922 тыс. га, крупяные - 3340 тыс. га, кормовые культуры - 29086 тыс. га, лен — 108 тыс. га.
Урожайность же их составила — по зерновым и зернобобовым культурам 14,4 ц/га, просо и гречиха - 7,1 и 6,3 ц/га, льноволокно - 4,8 ц/га. Соответственно оказались невысокими и валовые сборы сельскохозяйственных культур: зерновые и зернобобовые культуры - 65506 тыс. т, в т.ч. пшеница - 34455 тыс. т, зернобобовые — 1199 тыс. т, крупяные - 2121 тыс. т, сахарная свекла— 174,5 ц/га, ячмень—15,3 ц/га, льноволокна — 51 тыс. т. [133].
Практика последующих лет показывает, что в целом существенных изменений в сторону улучшения показателей - нет.
Отсюда вывод — ігужньї более совершенные технологии возделывания сельскохозяйственных культур, способных резко повысить их урожайность.
1.2. Агротехнические требования и биологические основы предпосевной обработки почвы и создания принципиально нового культиватора
Многовековыми исследованиями ученых физиологов и земледельцев установлено, что главным лимитирующим условием роста растений является влага (Жюрен, А.Т.Болотов, И.Н.Овсинский, К.А.Тимирязев, Д.Н.Прянишников, Н.И,Вавилов, Т.С.Мальцев, Н.М.Тулайков, А.В.Советов, А.И.Бараев,
А.НЛСаштанов) и условия её сохранения в почве, в основном, решаются технологией, когда условия её испарения подчиняются конкретным законам капиллярного испарения и термодинамического эффекта (рис.1 L).
Благоприятное прохождение этих процессов в первую очередь, зависит от состояния поверхностного — посевного слоя почвы, главными параметрами чего являются: отсутствие глыб и комков; наличие мульчированного верхнего слоя, сохраняющего тепло и влагу; равномерного рыхления по глубине; уплотнение не на поверхности поля, а на глубине посева семян - под поверхностного уплотнения - семенного ложе, где останавливается дальнейший подъем влаги с нижнего слоя почвы в поверхностный.
Существующие отечественные и зарубежные конструкции машин для поверхностной и предпосевной обработки почвы эти условия не обеспечивают за один, или даже два прохода агрегата по полю, а требуют многократного (до 5-ти) проходов различных агрегатов, что существенно растягивает агросроки посева, ведет к потере имеющейся влаги в почве, повышает себестоимость работ.
Для решения этих проблем в Татарском научно-исследовательском институте сельского хозяйства Россельхозакадемии, в результате многолетни экспериментальных исследований, (1980...2001 гг.) разработана принципиально новая технология поверхностной и предпосевной обработки почвы и комплекс машин для её выполнения, которая включает в себя следующие показатели:
рыхление на требуемую глубину — 3 см, 4 см, 5 см, 6 см;
исключение гладкого дна обработанного слоя, т.е. «плужной подошвы», способствующей смыву верхнего слоя почвы;
наличие шероховатого - мелко гребнистого высотой не более 1 см дна обработанного слоя;
исключение верхнего предпосевного прикатывания, притягивающего влагу из нижнего слоя до дневной поверхности поля;
наличие подповерхностного прикатывания — уплотнения на глубине посева, что останавливает подъем влаги из нижнего слоя только до семян; обеспечи-
Лес шумит.
а трава молчит.
Наверху лес
шумит
а внизу грибы
растут.
t Є
_ a
СП CQ
Л.
CO,
"Л Тургор 1\ устьица
%
^^ Зерновые ^Я^С Картофель
Капилляр J^- Горох
Облаго. Со,
Мд. N. Кр, Р20
Испарение благи капилляром и устьицами растения
Вечером
Явление бриза. ветер от холода
теплу
Термодинамический эффект
і
Запасы почбтш благи
Рис. 1.1. Условия испарения и сохранения почвенной влаги
11 вшощего плотный контакт семян с влажной почвой, ускоряющего их всхожесть; исключающего обрыв первичных корней при усадке почвы;
создание мелко комковатого мульчированного поверхностного слоя, гарантирующего стабильный тепло-водно-воздушный режим для семян и растений; образование и соединение с почвой вторичных корней, улучшение кущения;
массовое вычесывание всходов сорняков в стадии их развития в виде «белых ниток» на дневную поверхность поля, не допуская их развития до зелёных листьев;
возможность предпосевной обработки почвы при влажности почвы до 40%, чего невозможно выполнить ни одной отечественной или зарубежной техникой;
ресурсосбережение по агросрокам до 5 раз, по энергозатратам - от 2-х до 8 раз.
Разработанная нами новая технология выполняется комплексом унифицированных блочно-модульных прицепных и навесных культиваторов — КБМ, защищенных Патентами: №№ 2081533, 2120204, имеющих особые конструктивные свойства:
-отрыв обрабатываемого пласта и его рыхление не клином со сплошным лезвием, а вибрирующим рабочим органом в продольной и поперечной плоскостях к направлению движения агрегата;
измельчение комков, выравнивание поверхности поля, вычесывание сорняков производятся не пассивно установленными за основным рыхлителем рабочими органами по типу борон «зиг-заг», а планочно-зубовым выравнивателем и прутковой винтовой подрессоренной бороной-катком с прутками квадратного сечения;
высокая степень копирования рельефа поля;
возможность выполнения рабочего процесса (обработки-рыхления) как при повышенной влажности почвы - до 40%, так и пониженной - 14%. Такой универсальностью на сегодня не обладают как отечественные, так и аналогичные зарубежные конструкции;
- существенно низкое тяговое сопротивление.
1.3. История совершенствования технологии предпосевной
обработки почвы
Среди комплексных агротехнических мероприятий, направленных на получение высоких и устойчивых урожаев зерновых и других сельскохозяйственных культур, качественная предпосевная обработка почвы играет первостепенную роль. Только при ней в почве создаются оптимальные условия для физических, химических и биологических процессов, которые увеличивают эффективность таких мер, как севообороты, внесение удобрений и другие [23, 30, 31, 42, 60,149].
К.А.Тимирязев писал: «Всего яснее, всего нагляднее выступает зависимость растения от почвы; в то же время этот фактор более остальных находится во власти человека, потому неудивительно, что ему с незапамятных времен приписывалось выдающаяся, чуть не исключительная роль. Почве всегда приписывалось значение не только твердого материка, к которому растение прикрепляется корнями, - почти столь же естественным представлялось, что этот корень пользуется ее «соками» [150].
Исключительную важность изучения приемов предпосевной обработки почвы отмечали Е.Ф.Вотчал [33], Н.Н.Крашенинников [84],В.П.Мосолов [107а], В.Л.Воривода [32], А.В.Ватагин [27] и другие исследователи [19,28, 63, 64,70].
Так, профессор Н.Н.Крашенинников считал: «...создание максимально благоприятных условий для прорастания семян, начального роста и кущения растений в нечерноземной полосе имеет огромное значение, в связи с чем поверхностный слой почвы должен быть разрыхленным и выровненным» [79].
Большой вклад в решение проблем обработки почвы внесла земледельческая механика, фундаментом для развития которой послужили труды В.П.Горячкина [43], К.И.Дебу [50], заложивших основы теории разрушения почвенного пласта. В дальнейшем их развили Г.ИСинеоков [136, 137],
В.А.Желиговский [61], А.Т.Вагин [21, 22], П.МБасиленко [24]. Работы М.Н.Летошнева [88], А.Н.Карпенко [69], Н.Б.Бок [14], группы ученых под руководством профессора А.И.Любимова [91] и других [35, 41, 55, 55а, 100, 146] сделали конкретный вклад в изучение технологических процессов взаимодействия рабочих органов сельскохозяйственных орудий с почвой.
В сельском хозяйстве нашей страны, как правило, последней операцией перед посевом зерновых культур является предпосевная культивация с боронованием или боронование.
Однако исследования показывают: для лучшего развития и роста этих культур требуется известное сближение комочков почвы, обеспечивающее достаточную ее плотность [65, 70, 79].В.С.Титов [151], В.П.Фролов [157], В.Н.Дроздов [55а], Л.И.Храмцов [159] установили, что после обработки культиватором и боронами семена зерновых при посеве заделываются по глубине неравномерно и не имеют достаточно тесного контакта с почвой. Это приводит к изреженности всходов и снижению урожая.
Согласно выводом профессора Н.С.Соколова [141], очень важное значение во всех природных зонах страны перед посевом имеет выравнивание (шлейфование) поверхности пашни. При этом создается меньшее соприкосновение почвы с атмосферой, вследствие чего уменьшается испарение воды из верхнего пахотного слоя.
По данным В.П.Фролова [157] на выровненной поверхности семена ячменя размещались более компактно, горизонт их распределения находился в пределах 0,03 -*- 0,06 м, в то время как на невыровненной он был растянут от 0,01 до 0,07 м. Влажность пахотного слоя в первом случае была на 1,5-2,0% выше, чем во втором. Более качественная заделка семян и повышенная влажность почвы положительно сказались на полноте всходов. Развитие и созревание ячменя протекали на выровненных участках дружнее и равномернее, урожайность его на 2,5 -г- 6,0 ц/га превзошла контроль.
В.С.Титов [151], Н.Н.Третьяков [152] также отмечают значительное влияние выравнивания поверхности поля на урожаи.
Наряду с этим велика важность приемов уплотнения почвы. При сильном ветре, особенно в засушливых условиях, она предупреждает выдувание мелких частичек поверхности пахотного слоя. Академик К.А,Тимирязев [150] писал: «При скорости ветра 3 метра в секунду, которую метеорологи обозначают выражением «слабого» ветра, испарение возрастало в 2-3 раза, а иногда — в 20 раз».
Способам борьбы с иссушением почвы посвящены труды ученых А.М.Симонова [135], Герхарда Круппа (ГДР) [38]. Они рекомендуют рыхление всего пахотного горизонта с последующим подповерхностным созданием уплотненных полос, чередующихся с неуплотненными, что улучшает условия для корней растений по всей его глубине.
О положительном влиянии прикатывания на агрофизические свойства почвы сообщают Д.И.Буров [18] и другие [32, 60, 65, 71,107а, 159].
После прохода катка под разрыхленным слоем создается уплотненная прослойка, которая предохраняет почву от ветровой эрозии, и в этой прослойке конденсируются пары воды, поднимающиеся снизу при охлаждении поверхности поля. В связи с этим прикатанная почва бывает всегда более увлажненной, чем неприкатанная. Это характерно, как свидетельствуют литературные данные и для засушливых районов, и для районов достаточного увлажнения [1, 18, 25, 70,108].
Сочетание выравнивания с прикатыванием дает наибольший эффект, что доказывается опытами В.С.Титова [151]. На выровненных участках урожай зеленой массы кукурузы был в среднем за три года на 15%, подсолнечника - на 14%, капусты кормовой — на 8%, ржи озимого - на 18% выше, чем на невыров-нешіьіх. На выровненных и прикатанных участках урожай этих культур оказался соответственно на 20%, 16%, 23%, 39% выше, нежели на контроле (культивация с боронованием).
Качественная мелклкомковатая предпосевная обработка с прикатыванием почвы под просо дала ощутимые результаты в исследованиях ученых Казанского сельскохозяйственного института под руководством профессора
А.В.Ватагина в условиях ТАССР [27]. Применение этого приема обеспечило повышение урожайности в 1970 году на 11,7 ц и в 1971 году — на 5,0 ц/га. В 1972 засушливом году на участках без прикатывания урожая зерна проса совсем не получили.
Обобщение экспериментальных данных, добытых за последнее время по вопросам предпосевной обработки почв, дает основание утверждать: выравнивание и прикатывание являются весьма эффективными агротехническими методами, существенно повышающими урожаи сельскохозяйственных культур.
Как показали исследования Г.А.Дедаева [51], образование мелкокомковатой структуры почвы, улучшение ее водно-воздушного и теплового режимов, равномерное перемешивание органо-минеральных удобрений позволили, например, поднять урожайность картофеля на 20%.
Но следует учесть, что раздельное проведение операций — культивации, боронования, выравнивания, прикатывания — связано с большим объемом энергозатрат, потребностью разнообразных орудий, тракторов, а также излишним уплотнением и распылением почвы, наличием обилия комков из-за частных проходов трактора по полю и значительными потерями влаги.
Поэтому в передовых хозяйствах нашей страны и за рубежом все шире находят применение комбинированные агрегаты, скомплектованные на местах из существующих почвообрабатывающих средств.
Еще в 20-30 годах XX века земледельцы искали пути повышения эффективности земледелия, предлагая комбинированные орудия, позволяющие регулировать глубину обработки и степень крошения почвы [50]. В этой связи интерес представляет шведская борона «Ханкмо». Особенность ее, во-первых, в своеобразной форме звездчатых дисков, а во-вторых, в расположении их батарей. Для регулирования глубины работы этих дисков угол между осью батареи и линии тяги менялся в пределах от 100 до 74 градусов.
Для одновременного дробления комков и прикатывания предназначался шведский «глыбодроб», состоящий из трех деревянных гладких катков, усаженных острыми длинными шипами.
Переходным орудием от катков к боронам послужила французская игольчатая борона. Ее рабочими органами являются вращающиеся вместе с общей осью пятилучевые чугунные звездочки, производящие дробление комков и частичное прикатывание.
Английские фермеры успешно используют комбинированный агрегат, состоящий из выравнивателя, легких зубовых борон и катка.
В ГДР на предпосевной обработке средних и тяжелых почв применяют агрегат из культиватора, тяжелой бороны, катка и легкой бороны.
Однако комбинированные агрегаты, сформированные из простей ших выравнивателей и выпускаемых заводами устройств, громоздки, имеют большой радиус поворота и, как правило, низкий коэффициент эксплуатационной надежности.
Комплектование комбинированных агрегатов из существующих орудий представляет собой только первый этап на пути создания специальных почвообрабатывающих и посевных комбайнов.
В настоящее время известно довольно много широкозахватных конструкций комбинированных орудий для предпосевной обработки почвы, изготовляемых в странах Западной Европы и в Америке.
Так, в восточной Германии выпускается прицепной «Комбинатор» К-25/1. Для подготовки почвы под посев сахарной свеклы к нему прицепляют кольчатый каток и зубчатую борону.
В ФРГ применяют комбинированное орудие, представляющее собой навесную раму, к которой крепится тяжелая зубовая борона с прямым или изогнутым зубом и позади - два ряда активных ротационных рабочих органов.
Фирма Wartsila (Финляндия) выпускает ротационную борону Hankmo с рабочими органами в виде пластинчатых крестовин, насаженных на вращающиеся валы, каждый из которых составляет отдельную секцию, имеет жесткую раму, способствующую выравниванию поверхности поля [181].
Во Франции [167] стали применять активные бороны. Но они обеспечивают хорошую подготовку почвы к посеву лишь при условии отсутствия на поверхности крупных и сухих комьев.
На комбинированном орудии, выпускаемом в США, в передней его части расположены два выравнивающих рабочих органа - пятилопастные крыльчатки с ножами. Они свободно вращаются в подшипниках и находятся под углом атаки не менее 90 к направлению движения. За крыльчатками установлена самоочищающаяся пяти рядная зубовая борона, которая производит рыхление верхнего слоя почвы. Окончательная планировка поля в продольном направлении осуществляется выравнивающим брусом. Ширина захвата орудия — 4 метра, производительность—3,5 га/час.
Там же, в США широко применяются катково-боронные орудия. Такие орудия работают в следующем порядке: при движении передний каток дробит комки и вдавливает их и глыбы в верхний слой почвы; пружинные зубья боронной секции рыхлят и поднимают на поверхность из пахотного слоя нераз-давленные глыбы, которые окончательно измельчаются вторым катком. Сзади второй секции катка устанавливается выравнивающий брус.
Прицепное комбинированное орудие, выпускаемое итальянской фирмой «Карло-Песси» представляет раму с двумя рядами ротационных мотыг, связанных между собою цепной передачей. Орудие имеет массу 2460 кг при ширине захвата 2,1 м и глубине обработки 0,20 м.
Наиболее перспективными как за рубежом [158,168,171,181,172Д73,174], так и в нашей стране [20, 34, 35, 57, 58, 55а, 66, 69, 72, 73, 85, 86, 91, 112, 119, 120, 141,37,149, 151, 156, 160, 161Д61а, 27а, 276] считаются решения, связанные с созданием комбинированных орудий, позволяющих сократить число проходов.
При этом за рубежом в конструировании агрегатов, готовящих почву за один проход, идут по линии значительного увеличения мощности двигателя [173,174].
У нас рядом научно-исследовательских институтов (ВИСХОМ, ВИМ, ВНИМТИМЭСХ, ВНИИМЭСХ, НИИМЭСХ Северо-Запада и др.) ведутся большие работы в области рассматриваемых здесь проблем. Многие из предложенных орудий выпускались промышленностью и применяются в сельском хозяйстве до сих пор.
Вот, в частности ротационные бороны БИГ-3 и МВН-2,8. Они имеют превосходство по целому ряду агротехнических показателей над культиваторно-бороновальными агрегатами. Правда, следует отметить, что они нередко забиваются растительными остатками и др., да и еще металлоемки.
Хорошие результаты дают на предпосевной обработке рыхлитель-каток РВК-3,0 и комбинированное орудие ВШТ-5,6.
РВК-3,0 за один проход трактора выполняет культивацию, разрушение почвенных глыб, выравнивание микрорельефа поверхности поля, предпосевное прикатывание почвы. Производительность его за час чистого времени - 1,55 -*-2,35 га, масса - 1450 кг.
ВИП-5,6 производит дробление глыб, выравнивание и уплотнение поверхностных слоев почвы. Его производительность - 3,31 — 4,05 га/ч.
Применение этих орудий способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур и сокращает потери при уборке. Имеют они и свои недостатки: очень большая металлоемкость, плохая маневренность, малая производительность, недостаточная эксплуатационная надежность, высокая стоимость.
Предпринимались попытки полностью подготовлять почву под посев озимых культур совместно со вспашкой. В этом направлении велись широкие исследования [35,45,102,103,144].
Так, внедрен комбинированный пахотный агрегат ПКА-2 [27а], предназначенный для одновременного выполнения вспашки, выравнивания, уплотнения нижних и рыхления верхних слоев почвы. Он состоит из плуга, волокуши, катка-комкодробителя.
Всероссийский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации и электрификации сельского хозяйства совместно с Донским зональным научно-исследовательским институтом сельского хозяйства разработали и предложили комбинированный почвообрабатывающий агрегат АКП-2,5 [80]. За один проход он производит операции: 1) рыхление верхнего слоя на глубину 0,06 — 0,08 м зубовыми или дисковыми рабочими органами; 2) рыхление нижнего слоя плоскорезом на глубину 0Д0 — 0,16 м и подрезание сорняков; 3) выравнивание и уплотнение почвы волокушей и катком-рыхлителем. Масса его составляет 2230 кг, рабочий захват- 2,5 м, производительность в агрегате с трактором ДТ-75 —1,7 га/час.
За последнее время все больше используются в обработке почвы под посевы фрезы, изучению которых посвящены труды многих ученых России [314,15,34,44,39,40,49,101,130,134,153,165,170], США [59, ПЗа], Англии [113, 114], Франции [115], ФРГ[116], Японии [102, 103], Германии [175, 176,177].
Орудия, снабженные фрезерными рабочими органами, бесспорно, обеспечивают хорошую подготовку почвы. Но для создания уплотненного семянно-го ложа требуется ввести еще один орган — каток, который должен гарантировать сохранение шероховатости при мелкокомковатой структуре [46,138]. Кроме того, такие орудия все еще оставались металло- и энергоемкими; из-за этого они не находили должного применения.
Делались попытки устранить указанные выше недостатки, внедряя более экономичные устройства- роторные бороны [20,108а,138Д49,178,179,180]. Но и они не обеспечили выполнения всех агротребований за один проход агрегата.
Преимущества и недостатки орудий для технологий предпосевной обработки почвы предлагается сравнить по следующей схеме:
Схема 1.
Подводя итог обзору литературных источников по предпосевной обработке почвы к концу XX — века и анализу, можно сказать следующее: типы и конструкции орудий и технологий для этой цели как в нашей стране, так и за рубежом очень многообразны и разномарочны. Это обстоятельство свидетельствует о том, что к концу ХХ-века по данному вопросу еще не было окончательного решения и существующие орудия и технологии требуют дальнейшего совершенствования.
1.4. Анализ конструкций современных отечественных и зарубежных технических средств для предпосевной обработки почвы к началу
ХХ1-века
Переход к рыночной экономике России без научно обоснованной Программы привел к резкому падению производства аграрной техники и производства сельскохозяйственной продукции. В неимоверно сложных условиях финансирования отечественная инженерная наука нашла в себе силы разработать технологии и технические средства по энерго-, ресурсосбережению и повышению конкурентоспособности. В этом отношении убедительные доказательства привели в своих публикациях ученые Л.П.Кормановский [75], И.Е.Янковский
[169], Н.К.Мазитов [92], Н.В.Краснощеков и др. [80, 81], Л.М.Колчина [74], В.ИАнискин [2, 3], Г.Е.Чепурин [162, 4], А.Т.Табашников [148],А.П.Спирин [142, 143], Ю.И.Кузнецов[87], П.Н.Бурченко [17], И.И.Гуреев [47], Н.В.Михайлин [106], А.В.Шпилько [166],А.Ф.Жук [62], В.А.Сысуев, Ф.Ф.Мухамадьяров [147], Р.Л.Сахапов [132], Н.М.Антышев и др. [5], Э.Л.Липкович [89], В.М.Кряжков и др. [83а], А.А.Артюшин и др. [6,7], В.МДринча [53], С.А.Шарипов [163], В.В.Милосердое [105], Р.Г.Гареев и др. [36], А.А.Михалёв [107].
Однако, промышленное производство новых технических средств для ресурсосберегающих технологий, к сожалению, до сих пор существенно отстает от вышеназванных перспективных концепций. В этом мы убедимся, когда проанализируем конструкции самых современных отечественных и зарубежных культиваторов для сплошной обработки почвы.
1.4.1. Отечественные культиваторы и их анализ
Вышеприведенные результаты наших исследований подтвердили жизненную необходимость дальнейшего коренного совершенствования культиваторов для сплошной обработки почвы. Поскольку эта проблема оказалась очень важной, то решением её, в последнее десятилетие, занялись по всей России, исходя из зональных требований, а следовательно - создавалось межрегиональное сельскохозяйственное машиностроение, имеющее и плюсы и минусы. Далее мы приведем конструкции культиваторов ОАО «Грязинский культиваторный завод» (рис. 1.2), ОАО»Красная Звезда», г.Кировоград (рис. 1.3), ОАО «Красный Аксай», г.Ростов-на-Дону (рис. 1.4, 1.5, 1.6), ВИМа (производитель — ОАО «Волгадщельаппарат», г.Маркс Саратовской обл. (рис.1.7). По типу этого культиватора они производят целый комплекс культиваторов различной ширины захвата. Эти культиваторы — машины традиционных разработчиков-производителей.
Кроме них, учитывая затруднения в их приобретении, а также необходимость трудовой занятости населения регионов, культиваторы стали производить в различных областях и республиках РФ: ОАО «Орловский машиностроительный завод» (рис. 1.8), АО «Комбайн», г.Рязань (рис. 1.9), ФГУП «СМЗ», Мордовия (рис Л. 10), ВНИ111ИМЭСХ, г.Зерноград (рис Л Л1), ГУЛ «Сибсель-маш-Спецтехника», г.Новосибирск (рис. 1.12, 1.13), ОАО «Туймазинский завод автобетоновозов», гЛуймазы РБ (рисЛ. 14, 1.15), Казанская Государственная сельскохозяйственная академия - ОАО КМПО (рис Л .16).
Характеристика самых современных отечественных культиваторов для предпосевной обработки почвы вышеперечисленных заводов-изготовителей, представлена в таблице 1.1.
Рис.1.2. Культиваторы для сплошной обработки почвы ОАО «Грязинский куль-тиваторный завод»: а - КПС-4Г; б - КПС-4Г-01; в - КПЭ-3,8; d - КШУ-12
Рис. 1.3. Культиватор КПСН (П)-4
ОАО «Красная Звезда»,
г.Кировоград
Рис. 1.4. Культиватор прицепной комбинированный КПК-8 ОАО «Красный Аксай», г.Ростов-на-Дону
Рис. 1.5. Культиватор для сплошной обработки почвы КСО-4 ЗАО «Красный Аксай»
Рис. 1.6. Культиватор прицепной комбинированный КПК-4-02 ЗАО «Красный Аксай»
Рис. 1.7. Культиватор усиленный комбинированный КУК-4-02 (А — вид сбоку) и КУК-4-01 (Б 0 вид сбоку, В - вид сверху): 1 - колесо с винтовым механизмом; 2 - навеска; 3 - рама; 4 - кронштейн подпружиненный; 5 — стойка; 6 - лапа; 7 - рамка подпружиненная; 8 - каток планчато-зубчатый; 9 — рамка для борон; 1- - борона зубовая
Рис. 1.8. Культиватор комбинированный для предпосевной подготовки почвы, марки КППШ-6
Основные технологическое и технические показатели
Рис. 1.9. Культиватор тяжелый для сплошной обработки почвы КПЗ-3,8АМ
Культиватор по рис. 1.9. предназначен для проведения предпосевной и основной обработки почвы с оставлением на ее поверхности пожнивных остатков, для обработки уплотненных почв после высокостебельных пропашных культур и трав, предпосевной культивации и обработки полупара при повышенной плотности и влажности.
Рис. ЇЛО Комбинированный навесной агрегат (КНА-7,2) для обработки почвы
2?
Рис. 1.11. Комбинированный агрегат КУМ-4
Рис. 1.12. Агрегат почвообрабатывающий комбинированный АПК-7,2 производства ГУЛ «Сибсельмаш-Спецтехника»
Рис. 1.13. Агрегат почвообрабатывающий комбинированный АПК-3,8 производства ГУЛ «Сибсельмаш-Спецтехника»
Рис. 1.14. Культиватор КПО-6 производства ОАО «Туймазинский завод автобетоновозов»
Рис. 1.15.Культиватор КЛ-1 производства ОАО«Туймазинский завод автобетоновозов»
Рис. 1.16. Культиватор-плоскорез игольчато-роторный КПИР-3,0 (3,6) разработки Казанской Государственной сельскохозяйственной академии, производства ОАОКМПО
Даже поверхностный беглый анализ современных отечественных культиваторов для сплошной обработки почвы показывает следующие характерные признаки:
Ширина захвата основной части культиватора равна 4 м;
Рыхлители многих конструкций жестко установлены на этой ширине захвата — 4 метра, что не обеспечивает копирование микрорельефа;
Автономное копирование отдельных рыхлителей с помощью нажимной пружины, в основном, не претерпело существенных изменений устаревших моделей;
В качестве дополнительно рыхлящего рабочего органа после культи-ваторных лап применяется зубовая борона зиг-заг, по следам зубьев которой остаются борозды глубиной 7 см, что не обеспечивает условий сохранения влаги, равномерной заделки семян на глубину 2...5 см, образования вторичных корней и кущения;
Таблица 1.1. Характеристика современных отечественных культиваторов для предпосевной обработки почвы
Продолжение таблицы 1 Л. Характеристика современных отечественных культиваторов для предпосевной обработки почвы
Продолжение таблицы 1.1.
Попытки применять вместо зубовых борон - прутковые или пластинчатые винтовые бороны-катки тоже не имели успеха: они, в основном, скопированы от западных моделей и прикатывания не производят;
Сохраняется недопустимо большая энергоемкость культиваторов: на 4 метра захвата требуется трактор тягового класса 3 т, что приводит к растягиванию аг-росроков полевых работ, удорожанию зерна, потере его качества.
Вывод:
Рассмотренные нами конструкции новейших отечественных культиваторов для сплошной обработки почвы не полностью отвечают требованиям вла-го-, энерго-, ресурсосберегающих технологий, а стало быть — неконкурентоспособны.
1.4.2. Зарубежные культиваторы и нх анализ
Традиционные условия работы зарубежных культиваторов — высокая агротехника полей в течение многих лет: качественная планировка и выравнен-ность, отсутствие накопления больших запасов сорняков. Поэтому, их применение по назначению предусмотрено при разовом проходе агрегата, не строго регламентируя его сроков. Отсюда и основная особенность конструкций зарубежных культиваторов для сплошной обработки почвы - длинная база с множеством рабочих органов разного назначения, даже не режущий выравниватель ставится впереди всех рыхлящих рабочих органов, чего невозможно применять на наших российских полях с крайне не выровненным рельефом.
Характерные типовые конструкции культиваторов зарубежных фирм представлены на рис. 1.17 (Германия), рис Л. 18, 1.19, 1.20 (Франция), рис. 1.21, 1.22 (Германия), рис. 1.23 (Финляндия), рис. 1.24 (Голландия). Характеристика этих конструкций представлена в таблице 1.2. По этой характеристике первой, что бросается в глаза — это малая ширина захвата, 3; 4; 6 метров и потребность при этом трактора большого тягового класса, в основном, - Зт, и еще — большая удельная металлоемкость на метр шириной захвата - до 1050 кг при неприемлемо малой производительности - 2...4,6 га/ч.
Рис. 1.17. Дисковый культиватор «Smaraqd» фирмы «Lemken» (Германия)
Рис. 1.18. Культиватор «Синхрожерм» (Франция), шириной захвата -4 м, перед работой (вид спереди сбоку)
Рис. 1.19. Французский культиватор «Синхрожерм» в транспортном положении. Рабочая ширина захвата -4м
** -
Рис. 1.20. Французский культиватор «Синхрожерм» в работе, оставляет гребни высотой до 4 см, что не допускается агротехническими требованиями России при посеве пшеницы на глубину 4.. .5 см, а мелкосемянных культур - на
2-3 см
Рис. 1.21. Культиватор фирмы «Лемкен» - Компактор (Германия) шириной захвата 6 м. Неудобен в эксплуатации (вид спереди)
Рис. 1.22. Катки культиватора Компактор забиваются даже 14 июня на культивации паров (вид сзади)
Рис. 1.23. Ножевая борона ТИМЕ 300S (HANKMO) совместного производства финской фирмы «NoKKa-Tume Оу» и ОАО «Карелагросервис» для предпосевной обработки почвы
wmv^H
Рис. 1.24. Культиватор RUMPTSTAD ZBC совместного производства голландской Компании RUMPTSTAD и российской фирмы КОЛНАГ
Таблица 1.2 Характеристика зарубежных современных культиваторов для предпосевной обработки почвы
Любому хозяйственнику понятно, что такие технико-экономические показатели зарубежных культиваторов для условий России, где настолько важно энерго-, ресурсосбережение, - категорически неприемлемы: у нас нет столько тракторов.
Выводы:
Зарубежные культиваторы в условиях России приемлемы исключительно только на полях с высоким агрофоном.
В обычных условиях агрофона полей России и в первую очередь, при некачественной вспашке, зарубежные культиваторы неприемлемы ни агротехнически, ни экономически. Они приводят к резкому повышению себестоимости зерна, сервиса техники.
Нельзя одобрить копирование некоторыми нашими НИИ и заводами конструкций культиваторов зарубежных фирм: они не приспособлены к условиям России, и имеют целью затормозить производство зерна вообще, ведь высокая себестоимость его, сделает выгодную реализацию практически невозможной.
Общий вывод по I- главе:
Основная тенденция производства Российских культиваторов - сохранение давно устаревших конструктивных решений, а зарубежных — малая производительность при высоких затратах энергии и металла, что не могут быть ориентиром для энерго-, ресурсосберегающих технологий, без чего невозможно сохранить в России конкурентоспособное производство зерна, технических и кормовых культур, а следовательно — должны быть принципиально новые технические решения, приспособленные к нашим условиям.
Этой проблеме посвящена наша дальнейшая работа, завершенная созданием культиватора с существенными преимуществами перед основными рассмотренными конструкциями.
1.5. Цель и задачи исследований
На основании анализа истории совершенствования технологий и эволюции конструкций современных отечественных и зарубежных конструкций технических средств для предпосевной обработки почвы сформулирована цель ра-
боты: дальнейшее совершенствование технологии и навесного культиватора для предпосевной обработки почвы.
Достижение цели предусматривает выполнение следующих задач:
Разработка методики совершенствования блочно-модульных культиваторов.
Оптимизация компоновки рабочих органов блочно-модульного культиватора.
Обосновать конструктивные параметры рыхлящего рабочего органа культиватора.
Проведение лабораторно-полевых испытаний.
Проведение сравнительных Государственных испытаний блочно-модульных культиваторов КБМ-4,2Н и КБМ-8Н производства ОАО «Агропромтехника» г.Тейково Ивановской области.
Проведение производственных испытаний этих же культиваторов в различных Регионах Российской Федерации и определить их эффективность.
Разработка технологии применения навесного культиватора для предпосевной обработки почвы в сочетании с основной.
