Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. Причинно-следственная связь между сельскохозяйственной техникой и плодородием почвы . 10
1.2. Влияние параметров и эксплуатационных факторов машинно-тракторных агрегатов на почву и её плодородие 14
1.3. Оценочные показатели ЕОЗДЄЙСТЕИЯ ХОДОВЫХ аппаратов мобильных энергетических средств на почву 18
1.4. Цель и задачи исследования 21
ГЛАВАII Теоретические исследования . 24
2.1. Площадь поля, контактирующая с движителями МЭС . 24
2.2. Оценка сохранности плодородия почвы от воздействия ходовых систем МЭС 29
2.2.1. Коэффициент сохранности структуры почвы . .30
2.2.2. Коэффициент сохранности плотности почвы . .30
2.2.3. Коэффициент сохранности пористости аэрации . .31
2.2.4. Коэффициент сохранности водопроницаемости
почвы 33
2.2.5. Коэффициент одновременной сохранности
агрофизических свойств почвы 34
2.3. Снинение вредных воздействий движителей МЭС на почву 36
ГЛАВА Ш Программа и методика экспериментального исследования 46
3.1. Программа исследований и план экспериментов. 46
3.2. Объекты исследования 47
3.3. Краткая техническая характеристика стандартных приборов и оборудования 47
3.4. Характеристика и особенности нестандартных приборов и приспособлений, использовавшихся при опытах 48
3.4.1. Манометры для замера давлений между шиной и почвой 48
3.4.2. Месдозы для замера напряжений Е почве 49
3.4.3. Устройство для замера буксования ведущих колёс трактора МТЗ-80 50
3.5. Тарировка приборов 53
3.5.1. Тарировка манометров и месдоз 53
3.5.2. ТарироЕка тяговых тензозвеньев 55
3.6. Конструкция лабораторной установки. Её принципы действия 55
3.7. Методика лабораторных ОПЫТОЕ 62
3.8. Методика ПОЛЄЕНХ экспериментов 62
3.8.1. Методика исследования влияния параметров и эксплуатационных факторов трактора МТЗ-80 на свойства почвы 62
3.8.2. Методика исследования процесса взаимодействия мекду Еедущим тракторным колесом и почвой 63
3.8.3. Методика определения изменения плотности почвы на глубине от взаимодействия ведущих колес трактора МТЗ-80 67
3.8.4. Методика исследования тягово-сцепных качеств тракторов МТЗ-80 и МТЗ-82, оборудованных различными моделями шин 67
3.9. Методика проведения агротехнических исследований 71
3.9.1. Методика полевых моделированных опытов 71
3.9т2. Агротехника в опытах с ячменем 74
3.9.3. Агротехника в опытах с картофелем 74
3.9.4. Методика учёта и наблюдений 75
3.9.5. Методика исследований в производственных условиях 76
3.10. Математические методы планирования и анализа
факторных экспериментов 79
ГЛАВА 1V. Результаты лабораторных исследований , 85
4.1 Оптимизация коэффициента сохранности агрофизических свойств почвы планированием второго порядка 85
4.2. Номографическое исследование модели 88
4.3. Проверка результатов исследований ЕО.ЗДЄЙСТЕИЯ ведущего колеса на коэффициент сохранности почвы 92
ГЛАВА V. Результаты полевых экспериментов. 93
5.1. Изменение коэффициента сохранности агрофизических свойств почвы под воздействием ходовых систем тракторов 93
5.2. Площадь поля, контактирующая с двиздтелями тракторов при возделывании ярового ячменя и картофеля 99
5.3. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов трактора МТЗ-80 на почву 113
5.4. Распределение нормальных и касательных реакций почвы по опорной поверхности шины при буксоєании колеса 114
5.5. Изменение плотности почвы по глубине в зависимости от буксования трактора МТЗ-80 119
5.6. Результаты тяговых испытаний тракторов МТЗ-80Л и МТЗ-82Л 124
ГЛАВА V1. Результаты агротехнических исследований. ізз
6.1. Почвенно-кяиматические условия Кировской области и их характеристики в годы проведения исследований 133
6.2. Изменение некоторых физико-механических свойств почв под воздействием ведущих колес трактора МТЗ-80 135
6.3. Анализ урожайности ярового ячменя, картофеля и многолетних трав Е моделированных опытах. 140
6.4. Результаты производственных опытов по влиянию трактора "Беларусь", оборудованного различными шинами, на урожайность картофеля 147
ГЛАВА VII. Экономическая эффективность от мероприятий по уменьшению воздействия тракторов МТЗ-80 и МТЗ-82 на почву и урожайность ярового ячменя
и картофеля 150
ВЫВОДЫ її ПРЕДЛОЖЕНИЯ 155
ЛИТЕРАТУРА 158
ПРИЛОЖЕНИЯ 169
- Причинно-следственная связь между сельскохозяйственной техникой и плодородием почвы .
- Площадь поля, контактирующая с движителями МЭС .
- Программа исследований и план экспериментов.
- Оптимизация коэффициента сохранности агрофизических свойств почвы планированием второго порядка
- Изменение коэффициента сохранности агрофизических свойств почвы под воздействием ходовых систем тракторов
Введение к работе
Актуальность исследования. Продовольственная Программа СССР, принятая майским U982r.) Пленумом ЦК КПСС, предусматривает повышение плодородия почвы и создание необходимых условий для роста производства зерна и картофеля путем интенсификации сельскохозяйственного производства и применения новых технологий выращивания культур.
Движение современных тракторов без механического воздействия невозможно. Однако, вред, причиняемым почве, может быть значительно уменьшен рациональным выбором конструктивных и эксплуатационных факторов машинно-тракторных агрегатов.
На возделывании пропашных и зерновых культур б условиях Кировской области используются универсально-пропашные тракторы МТЗ-80 и их модификации, оказывающих существенное уплотняющее воздействие на почву, особенно при многократных проходах агрегатов по полю.
Работа является частью научных исследований, проводимых кафедрой "Тракторы и автомобили" Кировского сельскохозяйственного института по теме: "Изучить эксплуатационные качества тракторов МТ 3-80-82, Т-70С и Т-25 и разработать рекомендации по их улучшению в условиях Кировской области", номер государственной регистра' ции 0181.4003190.
Объект исследований. Объектом исследований выбрана дерново-подзолистая среднесуглинистая почва. Б качестве объектов воздействия на почву выбраны тракторы МТЗ-80 и МТЗ-82, оборудованные различными типоразмерами шин.
Цель работы: Исследование влияния конструктивных и эксплуатационных факторов ходовых систем тракторов МТЗ-80/82 на плодородие почвы и на основе этого выработка рекомендаций по снижению - 7 -вредного их воздействия на почву.
Научная новизна. Предложена динамическая модель и впервые получена математическая модель воздействия трактора МТЗ-80 на почву, позволяющая оценить степень влияния основных параметров и эксплуатационных факторов его ходовой системы на свойства дерново-подзолистой суглинистой почвы.
Разработаны обобщенный оценочный показатель воздействия движителей машин на почву и методика расчета площади поля, контактирующая с движителями машин с применением математического моделирования процесса контакта почвы с ходовыми системами.
Установлен допустимый уровень буксования на дерново-подзолистой суглинистой почве, подготовленной под посев.
Основные положения, которые выносятся на защиту. В научно-методическом плане: методика постановки полевых моделированных и производственных опытов; методика определения буксования.
В теоретических разработках представлены: математическая модель воздействия трактора МТЗ-80 на почву; определение площади поля, контактирующей с движителями машин; обобщенный показатель воздействия движителей машин на почву.
В научно-практических разработках представлены: номограмма выбора агрегата с тракторами тягового класса 1,4; допостимый уровень буксования колесных тракторов при возделывании сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых суглинистых почвах; - эффективность от предложенных рекомендаций.
Практическая ценность результатов исследований. В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по эффективному использованию тракторов МТЗ-80 и МТЗ-82 и уменьшению вредного воздействия их на почву при возделывании сельскохозяйственных культур. Они рекомендованы техническим Советом Кировского областного управления сельского хозяйства для использования в хозяйствах области. Результаты исследования по эффективности использования шин 16,9-38 и 11,2-20 на тракторах тягового класса 1,4 приняты Отделом главного конструктора объединения "Минский тракторный завод им. В,И. Ленина" и используются при разработке новых моделей тракторов.
Реализация результатов исследования. По теме диссертации опубликовано в печати 7 статей общим объёмом 1,5 печатных листа.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на У,У1,УП и УШ зональных научных конференциях кафедр "Тракторы и автомобили" сельхозвузов Поволжья и Предуралья (Кострома, 1977г., Пермь, 1980г., Горький, 1982г., Киров, 1985г), научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МИИСПа (Москва, 1984г.), Ленинградского СХИ (Пушкин, 1983г.), Чебоксарского СХИ (1983г.), Кировского СХИ (198С,1982, 1983, 1984 гг.), на симпозиуме "Изменение физико-механических и технологических свойств почв в результате механического воздействия мобильных технических средств на почву (на примере Западного региона страны)" (Таллин, Саку, 1982г.) и на Всесоюзной научно-технической конференции по проблеме уплотняющего воздействия на почву ходовых систем тракторов, мобильной сельскохозяйственной техники и рабочих органов почвообрабатывающих машин (Мелитополь, 1980г.). - 9 -Расчет экономической эффективности показал, что применение номограммы и рекомендаций по снижению уплотняющего воздействия тракторов МТЗ-80 и МТЗ-82 в производственных условиях на операциях по возделыванию картофеля позволило получить прибавку урожая на 1,5 т/га в совхозе "Перекоп" Кирово-Чепецкого района и на 2,5 т/га в совхозе "Федосеевский" Белохолуницкого района Кировской области и дало экономический эффект соответственно по 143 руб. и 168 руб. на каждом гектаре площади посадки. - 10 -Г Л А В A 1 . СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Причинно-следственная связь между сельскохозяйственной техникой и плодородием почвы
Задачи, поставленные Продовольственной программой перед сельскохозяйственным производством, могут быть решены только путем интенсификации земледелия, что связано с применением большого числа сельскохозяйственных машин, появление которых на поле влечет за собой сильное уплотнение почв. Зто заставляет проводить комплексные исследования по изучению и поиску путей уменьшения уплотнения почвы ходовыми системами тракторов в различных почвенно-климатических зонах страны.
Взаимодействие движителей с почвой носит сложный характер. С одной стороны почва обеспечивает трактору тяговые качества, улучшая или ухудшая их, с другой стороны движители оказывают на почву механическое воздействие, изменяя физико-механические свойства ее.
В работах /4,5,6,7,8/ изучаются тягово-сцепные свойства тракторов и предлагаются формулы для определения максимальной касательной силы тяги с учетом коэффициента сопротивления почвы и характеристики движителя.
Много работ посвящено изучнию коэффициента сцепления эластичного колеса с деформируемой поверхностью. Ряд интересных исследований в этой области выполнен В.Ф, Бабковым /9/, М.Э. Ген-нихом /10/, В.И. Кнорозом /11/, С.Ф. Антимоником /12/, A.M. г>-ревичем и Ю.И. Груздевым /13/ и др.
Однако на тягоео-сцепные качества тракторов оказывает сильное влияние непрерывное изменение нагрузки, так как трактор перемещается по неоднородному по физическим свойствам почвы полю, поверхность которого имеет различный рельєф.
В последние годы наряду с работами Болтинского В.Н. /14, 15/, посвященных влиянию неустановившегося характера нагрузки на работу двигателя и элементов трансмиссии, появились исследования /16,17,18/ по выявлению влияния неустановившегося характера нагрузки на буксование движителей, так как динамические состаляющие ведущего момента в некоторых случаях значительно превышают усилия, реализуемые движителем по сцеплению с почвой. Это вызывает буксование колеса относительно опорной поверхности. Работа в переменном нагрузочном режиме сопровождается постоянными колебаниями трактора. Возрастание амплитуды и частоты колебаний нагрузки создает положительные условия для увеличения динамических сое -тавляющих момента и вызывает повышенное буксование ведущих ко -лес.
Из механики грунтов известно, что вибрирующая нагрузка уменьшает сопротивляемость почвы смятию вследствие уменьшения сил трения между частицами почвы.
Однако все указанные работы дают представление о физической стороне процесса сцепления движителя с деформируемым грунтом с точки зрения возможности получения максимальных тяговых усилий.
При возделывании сельскохозяйственных культур движитель трактора технологического процесса не выполняет, но оказывает значительное влияние на физико-механический свойства почвы, в основном ухудшая их.
В.Р. Вильяме /19/ предостерегает : "Не следует забывать, что разрушая механическую структуру почвы, мы переводим часть дея -тельного перегноя в состояние недеятельного перегноя, восстановить свойства которого мы еще не умеем".
Наличие отрицательных моментов во взаимоотношении почвы и человека делает по-прежнему актуальным ленинский призыв к народу, - 12 -к каждому труженику земли : "Берегите, храните, как зеницу ока, землю"... /1/. Сохранение почвы как ничем незаменимого средства производства в сельском хозяйстве неотделимо от её рационального использования. Это предполагает всемерную заботу об увеличении плодородия почвы.
Теорию взаимодействия колеса с почвой разработал В.А. Жели-говский /20/. Он установил, что в общем случае перекатывания колес одни элементы обода, соприкасающиеся с почвой, скользят на почве в направлении врещения колеса и вминают почву, другие только вминают, а третьи скользят на почве в направлении против вращения колес и также вминают почву.
Это позволило более детально исследовать действие элементарных сил давления колеса на почєу и причины разрушения структурі почвы колесными движителями.
При проходе трактора его движитель распыляет и уплотняет почву. Распыление и образование глубоких следов способствует развитию водной и ветровой эрозии почв. Проблема эрозии почвы изучена В.В. Докучаевым, Д.Н. Прянишниковым, Н.М. Сибирцевым. В настоящее время разработаны рекомендации /21/ по борьбе с эрозией, и эта проблема стала общенародной задачей. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 1967 г. "О неотложных мерах по защите почв от ветровой и водной эрозии" послужило более широкому осуществлению противоэрозийных мероприятий.
В ряде работ /22,23,24,25/ указывается, что на уплотнение почвы в основном влияние оказывает максимальное давление, и чем оно больше, тем глубже проникают уплотняющие деформации. На этот счет имеются различные результаты. Так, ученые Швеции /26/ ут -верждают, что уплотняющие действия ходовых систем тракторов простираются на глубину до одного метра.
Климерот /27/ делает заключение, что уплотнения, полученные - 13 -в результате деятельности человека, могут быть более интенсивными, чем природные, их обнаруживали на глубине до 0,8 м.
По данным американских ученых '/28/ при предпосевной обработке почве, посеве и уходе глубина уплотнения достигает 0,3 м.
В Советском Союзе этот вопрос исследовался в Украинской сельскохозяйственной академии.В.В. Гапоненко /29/ установил, что под колесными тракторами уплотнение почвы распространяется на глубину 0,55 м.
Разброс данных получен из-за того, что исследования проводились в различных почвенно-климатических условиях, которые по разному способствуют распространению уплотнения в почве по глубине и без учета параметров и эксплуатационных факторов машинно-тракторных агрегатов.
Особую остроту проблемы уплотнения почвы приобрели в США, Швеции и других странах, для которых характерно широкое применение колесных тракторов. Американский почвовед В. Гилл /30/ заявил, что уплотнение почвы является национальной проблемой важного значения, точная, экономическая оценка которой в настоящее время еще не получена. Увеличение массы машин, расширение сфер их применения усугбляет серьезность этой проблемы.
По современной технологии производства сельскохозяйственных культур технике приходится многократно уплотнять почву. Причем уплотненная площадь достигает 70% /31,32,33/. Вместе с тем следует отметить, что ходовые системы тракторов не только уплотняют почву, но и образуют глубокие следы, нарушая тем самым выравнен-ность полей. Происходит уменьшение пористости, ухудшается воздухе) - и водопроницаемость и биологическая активность, разрушаются водостойкие агрегаты. Для нормального же роста растений должны быть созданы оптимальные условия.
Интенсивное механическое воздействие на почву не может не - 14 -отразиться на урожае выращиваемых культур. Об этом свидетельствуют исследования, проведенные в СССР /31,34,35,36,37,38,39/ и за рубежом /27, 40-43/. Ущерб от снижения плодородия уплотненной почвы, наносимый ежегодно сельскому хозяйству е США, составил 1,18 млрд долларов, а в Швеции - 100 млн. крон.
По предварительной комплексной оценке /44/ убытки от переуплотнения почв по СССР равны 760 млн.руб. ежегодно. С учетом стоимости дополнительной продукции (12 млн.тонн зерновых) эти убытки по стране в целом составляют свыше 2,5 млрд. рублей.
Проведенные исследования показывают, что проблема уплотнения почвы ходовыми системами тракторов требует немедленного решения, причем работы должны производиться в каждой зоне с учетом ее почвенных и агроклиматических условий.
1.2. Влияние параметров и эксплуатационных факторов машинно-тракторных агрегатов на почву и ее плодородие
Почва после прохода машины претерпевает изменение разного рода: уплотнение, измельчение, распыление, разрыв растительного покрова, образование глубоких следов и т.д. Ряд авторов /45,46, 47,48,49/ доказывают, что физико-механические свойства, а следовательно плодородие почвы, зависит от давления движителей на нее В этом случае рассматриваются масса трактора и конструктивные параметры ходовых систем, но не учитываются условия эксплуатации машинно-тракторного агрегата.
Исследованиями же /50,51/ установлено, что свойства почвы зависят и от скорости движения сельскохозяйственного агрегата. С увеличением скорости качения колеса уменьшается время воздействия нагрузки на почву, следовательно ументшается время и путь -15-перемещения частиц почвы относительно друг друга.
В ряде исследованиях /35,51,52,53/ по влиянию кратности прохода движителей на свойства почвы выявлено, что при многократных проходах агрегатов по одному следу изменяются агрофизические и физико-механические свойства её. В работах /50,51,54/ показано, что влияние на почву колесных движителей существенно зависит от их внутришинного давления.
В последние годы все больше исследований указывают на то, что одним из основных показателей, характеризующих елияниє движителей мобильных колесных сельскохозяйственных машин на почву, особенно для агрегатов, работающих в эрозионных условиях и ряде других, где почва подвержена сильному воздействию климатических факторов, является буксование ведущих колес.
Так в работах Автономова В.Е. /45/ и Крутова В.П. /Ь5/ установлено, что буксование ведущих колес трактора тягового класса 1,4 свыше 12...13% на севе зерновых и 9...11% на вспашке приво -дит к интенсивному приросту пылевидных фракций в пахотном слое светло-каштановых почв Волгоградской области, что еєдєт к их ветровой эрозии.
Абрамова Г.А. /56/ отмечает, что с возрастанием буксования движителей колесных тракторов от 7,5 до 14% распыление почвы увеличивается в 1,7...1,9 раза, а при изменении буксоєания с 14% до 21,5% вынос и перекатывание почвенных частиц в колее возрастает в 2,1 и 6,3 раза соответственно.
По данным /45,53/ буксование оказывает влияние на твердость, пористость и водопроницаемость почвы.
На тяжелых глинистых почвах от буксования ведущих колес сель скохозяйственных тракторов уплотнение в следах бывает настолько сильным, что требует многократной последующей обработки почвы для приведения её в равномерное рахлое, мелкокомковатое состояние.
Буксование движителей оказывает существенное влияние на качество производимой технологической операции. Нарушается микрорельеф поля и равномерность высева семян. Так на светло-каштановых почвах /56/ до 14% буксования трактора тягового класса 1,4 глубина колеи изменяется не значительно. Дальше глубина колеи интенсивно увеличивается и при 30% буксования больше первоначального значения в 2 раза. Из работ /17,56,57/ известно, что с увеличением буксования растет и сила сопротивления движению трактора.
Следовательно буксование ведущих колес сельскохозяйствен ных тракторов является эксплуатационным показателем, величина которого влияет на агротехнические и технико-экономические пока затели тракторов. В эксплуатационных условиях величина буксова ния ведущих колес тракторов не должна превышать допускаемые зна чения. ^
В настоящее время в нашей стране действует классификация сельскохозяйственных тракторов, в которой класс трактора по тяговому усилию рекомендуется устанавливать при допустимом буксовании его движителей. Однако по критериям для установления величины допустимого буксования не существует единого мнения.
Иінцбург Б.Я. /58/ и Миннинзон В.И. /59/ считают основным недостатком методики определения тягового усилия по некоторому пределу буксования тот факт, что в настоящее время, по сути дела выбор этого исходного предела является произвольным. Они считают что вопрос о допустимом буксовании остается пока не решенным.
Исследованиями /60,61/ установлено предельно допустимое буксование тракторов, исходя из условий максимального использования --17-сцепного веса. Другими исследованиями /59/ - из условий получе -ния максимальной производительности. Большинство же исследователей /17,62,63,64,65,66/ - из условий характеризующих тяговые свойства тракторов.
Яблонский О.В. /67,68/ обосновал и установил величины предел ьнод фу стимого буксования для трактора класса тяги 1,4 по различным критериям. Так предельно допустимым буксованием с точки зрения получения наилучших сцепных показателей ведущего колеса и минимальной потери производительности машинно-тракторных агрегатов для стерни низкой влажности ( W = 5-7%) ереднесуглинистых и тяжелосуглинистых светло-каштановых почв можно считать 18-20%, нормальной влажности (W = 18%) - 15-17%, повышенной влажности ( W = 28-30%) - 10-12% для подготовленной под посев почвы нормальной влажности - 15-17%.
С точки зрения залипання протектора колеса и снижение его сцепных сеойств он считает, что предельно-допустимое буксование на этих же почвах будет равно 10-12%.
С точки зрения максимума КПД ходовой части для сухой стерни допустимое буксование - 17-19%, стерни высокой влажности - 10-- 11%, что говорит о целесообразности снижения КПД ходовой части на 3-4% в целях увеличения касательной силы тяги и получения допустимых значений буксования по сцеплению.
На основании опытных данных О.В. Яблонский /67/ делает вы -вод, что предельно-допустимое буксование с точки зрения разрушения структуры почвы является на сухой стерне светло-каштановых почв 9-10% , на почве, подготовленной под посев, той же влажности - 12-13%.
Следовательно, значение допустимого буксования сельскохозяйственных тракторов в каждом конкретном случае должно быть обосно--вано.
Исходным значением допустимого буксования следует считать из условий характеризующих тяговые свойства трактора.
Однако с целью сохранения плодородия почв необходимо исследовать тягово-сцепные свойства сельскохозяйственных тракторов для установления предельно допустимого буксования их в различных условиях эксплуатации.
Чудаков Д.А, /8/ указывает, что вопрос о выборе допустимой величины буксования должен решаться с учетом почвенно-дорожшх условий характера выполняемой технологической операции и конструктивных особенностей агрегата, В этой же работе проводятся примерные допустимые пределы буксования ведущих колес тракторов 15-18$ на плотных почвах и 25-30$ на рыхлых и для гусеничных тракторов соответственно 2-4$ и 10-15$. Однако обоснования этих выбранных допустимых величин с агротехнической точки зрения нет.
Из анализа различных исследований следует, что на свойства почвы оказывают влияние и параметры сельскохозяйственного трактора и его эксплуатационные факторы. Однако нет качественной оценки влияния параметров трактора и его эксплуатационных факторов на плодородие различных типов почв.
1.3. Оценочные показатели воздействия ходовых аппаратов мобильных энергетических средств на почву
Чтобы определить влияние уплотнения на агрофизические свойства почвы, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур, целесообразно иметь оценочные показатели воздействия ходовых аппаратов мобильных энергетических средств (МЗС) на почву.
Характер изменения агрофизических свойств почвы под воздействием ходовых систем МЭС зависит не только от их параметров, но - 19 -и от кратности воздействия, т.е. от числа проходов агрегатов по данному месту.
Для определения уплотненной площади и кратности уплотнения обрабатываемых полей ходовыми системами машин предложены графоаналитический и расчетный методы.
Графоаналитический метод, предложенный Кононовым A.M. и Гарбаром В.А. /69/ трудоемок. Он наиболее точен и позволяет на основе технологических карт на возделывание той или иной сельскохозяйственной культуры определить общую уплотненную площадь поля и участки, подверженные п-кратному уплотнению. Следовательно, возможно заранее внести коррективы в технологическую карту по комплектованию агрегатов. Однако, он не применим при диагональном и перекрестном способах обработки почвы.
Расчетный метод, предложенный в работе /70/ оперативен, но менее точен, так как расчеты основаны на постоянстве вероятности. Это означает, что они применимы только для агрегатов с одинаковой шириной захвата. Современные же технологии Еозделывашя сельскохозяйственных культур предусматривают использование агрегатов с различной шириной захвата.
Имеющиеся и разрабатываемые для перспективы сельскохозяйственные МЭС, обладают различными изменяющимися параметрами и эксплуатационными факторами, следовательно, воздействуют на почву весьма разнохарактерно, как по качеству, так и по интенсивности. А единого показателя, позволяющего комплексно оценить степень механического воздействия МЭС на почву нет. Ряд авторов /50,51, 71/ за основной оценочный показатель выбрали плотность почвы, являющейся одним из главных показателей физико-механических свойств почвы. В работах /45,56/ авторы выбрали в качестве основного оценочного показателя песчаной почвы от воздействия на нее -инородных тел структурный состав;
Саакян С.С. /72/ предлагает учитывать агрофизические и частично агрохимические свойства почвы и вводит показатели в виде степени изменения прочной структуры, некапиллярной и капиллярной порозности, влагоемкости, воздухопроницаемости, общей порознос-ти и количества нитратов е почве.
Янцов Н.Д. /73/ за основные оценочные показатели почвы от воздействия движителей принял плотность и твердость.
Танклевский М. /74/ предлагает в качестве показателя для оценки и сравнения ходовых систем и комплексов машин использовать величину энергии, затрачиваемой на деформирование почвы. На осноеє приведенных формул для определения энергетических затрат от действия вертикальных и горизонтальных нагрузок делает еывод, что коэффициент энергоотдачи горизонтальных нагрузок зависит от величины буксования и сопротивления движению, от деформирования грунта и тяговой нагрузки. Снижение этого коэффициента должно способствовать сохранению структуры почвы. Однако в этом случае нет возможности проследить за динамикой почвы в течение всего вегетационного периода сельскохозяйственных культур.
Все вышеперечисленные методы оценки свойств почвы, подвергшейся механическому воздействию, рассматривают один из агрофизических или агрохимических показателей или несколько, но не в связанном Биде. Почва же обладает агрофизическими, агрохимическими и биологическими свойствами. Поэтому рассматривать их нужно только в совокупности, т.к. от каждого из них или их составляющих в конечном итоге зависит урожайность сельскохозяйственных культур.
Ряд авторов /39,71,73/ критерием оценки воздействия ходовых систем МЭС рекомендует принимать снижение урожайности возделываемых культур. Однако этот метод требует нескольких лет исследований, что связано с наложением влияния погодных условий.
Для более детального изучения степени воздействия МЭС на почву были предложены группы критериев /75/. В каждой группе определены ключевые, функциональные и главные критерии. При обобщении оценки системы машина-почва-растение в первую очередь обращается внимание на главные критерии, при детальной - наряду с главными изучаются функциональные критерии, при углебленной-наряду с предыдущими изучаются ключевые критерии.
И опять же отсутствует обобщенный показатель. В реальных же условиях возможно ухудшение агрофизических свойств компенсироваться улучшением агрохимических и биологических. На урожайности сельскохозяйственных культур ухудшение одних свойств может не отразиться.
Цугис Э.Ю. /76/ предложил найти частные соотношения между благоприятствующими и неблагоприятствующими значениями отдельных параметров и суммируя полученные частные решения, получить обобщенный показатель комплексной оценки воздействия МЭС на почву. Зтот способ является более простым и менее трудоемким и отвечает требованиям экспрессонного подхода к исследуемым объектам. Автор ограничился только агрофизическими свойствами почвы и урожайностью сельскохозяйственных культур.
1.4. Цель и задачи исследования
В Советском Союзе исследования по переуплотнению почв от механического воздействия и изысканию путей его ликвидации начали проводиться с 1975 г., когда экспертная оценка актуальности проблемы "Воздействие ходоеых систем тракторных и других мобильных агрегатов на почву", проведенная Почвенным институтом им. В.В. Докучаева и НАГЛ показала : - наличие отрицательного воздействия ходовых систем ма - - 22 -шинно-тракторных агрегатов на почву ; - целесообразность проведения исследований воздействия тракторов на почву и урожайность во всех основных зонах страны с учетом почвенных и климатических их особенностей и характерных для них набора сельскохозяйственных культур ; - необходимость комплексного решения проблемы с привлечени ем специалистов различных наук.
30 июня 1976 года вышло Постановление Государственного Комитета Совета Министров СССР по науке и технике № 261 "О проведении научно-исследовательскими учреждениями ВАСХНИЛ, МСХ РСФСР, МСХ Узбекской ССР, МСХ Эстонской ССР, Министерствами тракторного и сельскохозяйственного машиностроения и Министерства нефтеперерабатывающей промышленности СССР и дополнительных научно-исследовательских работ в области земледелия", которое указало на необходимость проведения исследований уплотнений почвы в различных почвенно-климатических зонах страны и поставило следующие задачи :
Изучить влияние воздействия сельскохозяйственной техники на плодородие почв, разработать рекомендации по уменьшению отрицательного влияния ходовых систем машин на почву и разработать нормы допустимых давлений.
Разработать агротехнические требования на конструирование и производство усовершенствованных тракторов, сельскохозяйственных машин, комбайнов, автомобилей с допустимыми нормами давления на почву.
Создать макетные образцы тракторов и сельскохозяйственных машин с ходовыми системами, отвечающими допустимым нормам давления на почву.
АН СССР совместно с ВАСХНИЛ разработала программу деятель- - 23 -кости по борьбе с переуплотнением почв, а при Президиуме ВАСХВИЛ создан координационный совет, в работе которого Кировский СХИ принимает активное участие. Так, с 1976 г. в Кировской области, входящей в Нечерноземную зону РСФСР, проводятся исследования по влиянию районированных сельскохозяйственных тракторов на уплотнение дерново-подзолистых суглинистых почв.
Основной энергетической единицей на возделывании картофеля и зерновых культур остается универсально-пропашной колесный трактор тягового класса 1,4. Около 50% тракторного парка Кировской области - это тракторы МТЗ-80 и их модификации.
Целью нашей работы является исследовать влияние конструктивных и эксплуатационных факторов тракторов МТЗ-80 и МТЗ-82 на свойства дерново-подзолистых суглинистых почв и разработать рекомендации по эффективному использованию и уменьшению вредных воздействий их на почву.
Поэтому поставлены следующие задачи :
Обосновать выбор оценочных показателей воздействия ходовых аппаратов МЭС на почєу и разработать методику их определения.
Исследовать влияние параметров и эксплуатационных факторов универсально-пропашных тракторов МТЗ-80, МТЗ-82 на агрофизические свойства дерново-подзолистых почв и урожайность сельскохозяйственных культур.
Изучить распределение напряжений по опорной поверхности шины и в почве в зависимости от эксплуатационных режимов тракторов МТЗ-80, МТЗ-82.
Разработать рекомендации по использованию колесных трак-тороЕ тягового класса 1,4 на полевых работах с меньшим отрицательным воздействием на почву.
Причинно-следственная связь между сельскохозяйственной техникой и плодородием почвы
Задачи, поставленные Продовольственной программой перед сельскохозяйственным производством, могут быть решены только путем интенсификации земледелия, что связано с применением большого числа сельскохозяйственных машин, появление которых на поле влечет за собой сильное уплотнение почв. Зто заставляет проводить комплексные исследования по изучению и поиску путей уменьшения уплотнения почвы ходовыми системами тракторов в различных почвенно-климатических зонах страны.
Взаимодействие движителей с почвой носит сложный характер. С одной стороны почва обеспечивает трактору тяговые качества, улучшая или ухудшая их, с другой стороны движители оказывают на почву механическое воздействие, изменяя физико-механические свойства ее.
В работах /4,5,6,7,8/ изучаются тягово-сцепные свойства тракторов и предлагаются формулы для определения максимальной касательной силы тяги с учетом коэффициента сопротивления почвы и характеристики движителя.
Много работ посвящено изучнию коэффициента сцепления эластичного колеса с деформируемой поверхностью. Ряд интересных исследований в этой области выполнен В.Ф, Бабковым /9/, М.Э. Ген-нихом /10/, В.И. Кнорозом /11/, С.Ф. Антимоником /12/, A.M. г -ревичем и Ю.И. Груздевым /13/ и др.
Однако на ТЯГОЕо-сцепные качества тракторов оказывает сильное влияние непрерывное изменение нагрузки, так как трактор перемещается по неоднородному по физическим свойствам почвы полю, поверхность которого имеет различный рельєф.
В последние годы наряду с работами Болтинского В.Н. /14, 15/, посвященных влиянию неустановившегося характера нагрузки на работу двигателя и элементов трансмиссии, появились исследования /16,17,18/ по выявлению влияния неустановившегося характера нагрузки на буксование движителей, так как динамические состаляющие ведущего момента в некоторых случаях значительно превышают усилия, реализуемые движителем по сцеплению с почвой. Это вызывает буксование колеса относительно опорной поверхности. Работа в переменном нагрузочном режиме сопровождается постоянными колебаниями трактора. Возрастание амплитуды и частоты колебаний нагрузки создает положительные условия для увеличения динамических сое -тавляющих момента и вызывает повышенное буксование ведущих ко -лес.
Из механики грунтов известно, что вибрирующая нагрузка уменьшает сопротивляемость почвы смятию вследствие уменьшения сил трения между частицами почвы.
Площадь поля, контактирующая с движителями МЭС
Нами предлагается обобщенный способ определения площади поля, контактирующей с движителями МЗС.
Расчет проводится графоаналитическим методом с применением математического моделирования процесса контакта почвы ходовой системой трактора.
На основании технологических карт выбираются машинно-тракторные агрегаты на возделывание той или иной сельскохозяйственной культуры. Зная величины захвата агрегатов, определяется оптимальная ширина поля, необработанная часть которого равна нулю после выполнения всех запланированных работ, Она находится посредством выполнения следующего условия :
Bt - ширина I- агрегата. Так как К должно быть целым, то определяется наименьшее общее кратное между всеми В, . Определяются все К из парных уравнений, взятых из выражения (2,1). После чего определяется оптималь ная ширина поля.
Для определения части поля, с которой контактируют движители тракторов при однократном проходе, ВЕОДЯТСЯ В рассмотрение следующие множества : SKi \ SKZ і ... SKL где SKI та часть поля, с которой контактируют движители пер та часть поля, с которой контактируют двивдтели І - го трактора агрегата при однократном проходе.
Каждое из введенных множеств представляет собой объединение конечного числа непересекающихся интервалов. Воспользовавшись этим условием, можно вычислить ту меру этого множества (сумму длин непересекающихся, интервалов), и тем самым опреде -лить абсолютную часть поля, с которой контактируют движители
Программа исследований и план экспериментов
В соответствии с поставленными задачами программа исследований содержала следующие этапы :
1. Разработка методики экспериментального исследования ;
2. Подготовка объектов исследования и оборудования для проведения экспериментов ;
3. Проведение лабораторных экспериментов ;
4. Проведение полевых экспериментов ;
5. Проведение экспериментальных исследований в производственных условиях ;
6. Обработка экспериментальных данных.
Программой было предусмотрено б групп экспериментов :
1. Поисковые опыты.
2. Лабораторные опыты по изучению влияния эластичного колеса на коэффициент сохранности дерново-подзолистой суглинистой почвы.
3. Полевые опыты по изучению влияния параметров и эксплуатационных факторов трактора МТЗ-80 на распределение давлений в пятне контакта шины с почвой.
4. Полевые опыты по влиянию параметров и эксплуатационных факторов трактора МТЗ-80 на сохранность агрофизических свойств почвы.
5. Полевые моделированные опыты по влиянию конструктивных и эксплуатационных факторов трактора МТЗ-80 на урожай сельскохозяйственных культур.
6. Производственные опыты.
Для исключения влияния погодных условий в сравнении влияния на урожайность, все опыты проводились с 3-х годичной повторностью.
Оптимизация коэффициента сохранности агрофизических свойств почвы планированием второго порядка
Опыты проводились при двух Елажностях почвы - это 17% и 24%, В качестве критерия оптимизации принят коэффициент сохранности агрофизических свойств почвы Ка , определяемый в горизонте почвы 0,0...0,2 м в трехкратной повторности с учетом рандомизации.
Была поставлена задача получить аппроксимирующие полиномы в виде уравнений регрессии с целью управления воздействия движителями на почву.
Для решения поставленной задачи был реализован трехуравне-вый план второго порядка. Матрица плана, уровни варьирования факторов и критерии оптимизации приведены в таблице 4.1.
После реализации опытов по плану были расчитаны коэффициенты регрессии уравнений второго порядка по формулам, предложенным в работе /95/. Математические модели влияния факторов при движении ведущего эластичного колеса на коэффициент Каф записывается Е виде :
Изменение коэффициента сохранности агрофизических свойств почвы под воздействием ходовых систем тракторов
Для определения влияния различных ходовых систем сельскохозяйственных тракторов на коэффициент сохранности агрофизических свойств почвы (Kgjj,) брались результаты опытов за три года. Значения Кад подсчитывались по формуле (2.11), а значения плотности, твердости, структурного сотава и пористости почвы в пахотном слое, взятые в следах тракторов Т-70С, МТЗ-80, ДТ-75М, Т-150К, К-700 и на контрольной полосе, не подвергавшейся механическому воздействию, определялись по методике /77/. Опыты проводились на поле, подготовленном под посев.
Полученные данные представлены в табл. 1 приложения 2.
Так как рассматриваются два фактора влияющие на К - это степени механического воздействия различных тракторов (А і ) и агрометеорологические условия по годам (В; ) исследований, то обработка проводилась методом двухфакторного дисперсионного анализа. Результаты расчетов, выполненные по формулам раздела 3.11, представлены в таблице 5.1.
Похожие диссертации на Воияние конструктивных и эксплутационных факторов ходовой систем тракторов МТЗ-80, МТЗ-82 на свойства дерново-подзолистых суглинистых почв
