Содержание к диссертации
Введение
1.0. Состояние научной проблемы механизированной уборки камней с сельскохозяйственных угодий
1.1. Характеристика сельскохозяйственных земель, засоренных камнями в гумидной зоне РФ 10
1.2. Анализ способов уборки камней с сельскохозяйственных угодий 15
1.3. Средства механизации для уборки крупных, средних и мелких камней 32
1.4. Современное состояние исследований по технологиям уборки камней при освоении засоренных камнями земель 49
2.0. Теоретические исследования процессов уборки камней 51
2.1.Теоретические предпосылки усовершенствования технологического процесса уборки крупных, средних и мелких камней
2.1.1.0боснование предварительного уточнения объёма, количества и распо ложения камней для подбора технологии их уборки
2.1.2 Исследование схем уборки крупных, средних и мелких камней 79
2.2. Исследование зависимости глубины выборки мелких камней от условий объекта и характеристик применяемых машин
2.3. Исследования зависимости эксплуатационной производительности кам-неуборочных машин от организационных и природных факторов
3.0. Экспериментальные и производственные исследования технологических процессов уборки камней
3.1. Методика исследований 112
3.2. Исследования способа диагностики скрытых камней 114
3.3. Полевые исследования технологий уборки камней с их предварительной диагностикой
3.3.1. Предварительное определение характеристик скрытых камней и их уборка на дренируемых землях
3.3.2. Уборка камней с мелиорируемых полей в гумидной зоне 133
4.0. Рекомендации по технологиям уборки камней с предварительной диагно стикой их характеристик и предложения по перспективным модулям техники
4.1 Технология уборки камней с дренируемых земель гумидной зоны 144
4.2. Технология уборки камней с эксплуатируемых земель 150
4.3. Технико-экономические показатели рекомендуемых технологий камне-уборочных работ
4.4. Предложения по перспективным модулям техники 158
Основные выводы и предложения 163
Список используемой литературы 165
Приложения 174
- Современное состояние исследований по технологиям уборки камней при освоении засоренных камнями земель
- Исследование зависимости глубины выборки мелких камней от условий объекта и характеристик применяемых машин
- Полевые исследования технологий уборки камней с их предварительной диагностикой
- Технико-экономические показатели рекомендуемых технологий камне-уборочных работ
Введение к работе
В системе сельскохозяйственного производства работы по освоению залежных и мелиорации засоренных земель играют важную роль [2,4].
Общая площадь земель сельскохозяйственного назначения составляла: на 1980 г 656844 тыс. га; на 1983 г 657440,9 тыс. га; на 2003 г 400746,7 тыс. га. За период с 1990 по 2001 г площади сельскохозяйственных угодий, являющиеся частью земель сельскохозяйственного назначения, сократились с 222409,2 до 221003,6 тыс. га. Площадь пашни уменьшилась на 8444,6 тыс. га.
С 1991 по 2003 г площадь осушаемых угодий сократилась на 3,85%, а орошаемых угодий на 25,97%.
Одной из характеристик состояния сельскохозяйственных угодий в настоящее время является засорённость их камнями.
В гумидной зоне Европейской части РФ 10,7 млн. га мелиорируемых земель засорены камнями [5,6. 7,8,9,24,25].
Существующие технологии уборки камней имеют серьёзные недостатки: производится сплошная обработка слоя почвы для извлечения камней из-за отсутствия предварительной информации месте расположения камней, их фракционного состава, имеет место снижение естественного плодородия почвы, применяется ручной труд, технологические операции по срокам проведения зависят от продолжительности вегетации возделываемых сельскохозяйственных культур[1,2,3,4,10,11,12,146].
Анализ состояния мелиоративного фонда и фонда мелиорируемых земель РФ [1, 26, 27, 28 ] показывает, что на 75% засоренной площади присутствуют камни двух и более фракций, за исключением окультуренных или старопахотных земель, где после предшествовавших обработок почвы остались только мелкие камни.
Наличие каменистых включений в почве отрицательно влияет на работу сельскохозяйственной техники, вызывает частые поломки рабочих органов, снижает производительность машин и агрегатов [6]. По данным Северо-
Западной МИС время простоев на устранение поломок от встречи с камнями составили: плугов -31,6%, культиваторов -41,1%, сеялок -49,7%, зерноуборочных комбайнов -54,9%. Мелкие камни вместе с клубнями и корнеплодами пропашных культур попадают в бункер комбайнов, что требует дополнительного труда на их сепарацию [ 3,29,30].
В связи с этим актуальны исследования направленные на совершенствование технологий уборки камней с их извлечением и сгребанием при выполнении мелиоративных мероприятий.
Существующие технологии уборки камней не отвечают всем требованиям, предъявляемым при освоении земель, трудоёмки, многопроходны [9,12,13, 14, 15, 16, 17]. Особенно это касается земель, где необходимо укладывать дренаж. Методы диагностики скрытых камней несовершенны. Так как используются признаки наличия скрытых средних и крупных камней по растительности над ними, которая отличается от основной её массы. Методы геологической сейсмической разведки неприменимы из-за малой для неё глубины поиска неоднородности до 2 м.
Разработанный А.А. Романчуком электромагнитный возбудитель колебаний устройства сейсмической разведки «Сонар» предназначен для поиска одиночных валунов и имеет оптимальное расстояние между излучателем и сейсмоприёмником 0,1...0,2 м, что значительно увеличивает трудоёмкость работ по диагностике скрытых камней и требует дополнительных исследований.
Качество очистки земель от средних и особенно мелких камней не отвечает агрономическим и агротехническим условиям возделывания сельскохозяйственных культур, оно значительно ниже требуемого уровня и ведет к снижению производительности машин и урожайности сельскохозяйственных культур. Если бы была возможность предварительно оценить объём камней на гектаре, их ориентировочные размеры и другие характеристики, можно было бы более эффективно, целенаправленно, адресно вести работы по извлечению скрытых и полускрытых камней с более высокой производительностью и более
высокой полнотой очистки земель. Это позволит снизить потери почвенного слоя при выполнении мелиоративных мероприятий с извлечением и сгребанием камней. Уборка камней обеспечивает за счет прироста сельскохозяйственной продукции окупаемость затрат на камнеуборочные работы в 1,5...2,0 года [1, 6, 7,11,27,31,32,33,34,35].
В связи с этим решение проблем, направленных на совершенствование технологий и средств механизации уборки камней с предварительной диагностикой параметров скрытых камней, обеспечивающих рациональное использование средств механизации и повышение качества очистки земель от камней, является весьма актуальным.
Цель исследований. Совершенствование технологии уборки камней на основе применения эффективного метода диагностики, прогрессивных способов выборки мелких камней из пахотного слоя, средних и крупных камней с глубины до 2,0 м с последующей их утилизацией в пределах площади очищаемого участка, обеспечивающие повышение производительности камнеуборочных работ, высокое качество их проведения, рациональное использование средств механизации и обуславливающее повышение урожайности сельскохозяйственных культур.
Задачи исследований. Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:
выполнения анализа существующих технологий уборки камней при мелиорации старопахотных и осваиваемых земель засоренных камнями;
разработка метода диагностики скрытых камней, позволяющего определять их основные характеристики и места расположения в почвенном и подпочвенном слоях, их размеры и объём;
изучение влияния размеров, количества и глубины залегания камней на энергоёмкость их извлечения, последующей их уборки в пределах площади участка и производительность камнеуборочных машин;
разработка технологии адресного извлечения скрытых крупных и средних камней с применением электромагнитного возбудителя колебаний эхолокаци-онного устройства «Сонар»;
совершенствование технологии очистки земель от скрытых мелких и средних камней с их диагностикой и последующей утилизацией.
Методика исследований. Исследования базировались на методах системного анализа. В качестве изучаемой системы рассматривались мелиоративные объекты, применяемые технологические процессы и комплексы камнеуборочных машин с одной стороны и природная среда - с другой. При теоретических исследованиях использованы фундаментальные положения теории сопротивления материалов, скола грунта. Лабораторно-полевые эксперименты и испытания проводились согласно отраслевых стандартов (ОСТ-10.4.2-80, ОСТ-10.4.1-2001, ОСТ-10.12.1-2001) и ГОСТ-24026-80, ГОСТ-20915-75, ГОСТ-7057-2001. Регистрация исследуемых параметров проводилась методами инструментальных замеров и осциллографирования. Для обработки экспериментальных данных использовались методы математической статистики и процессор электронных таблиц Microsoft Excel.
Достоверность научных результатов подтверждается сопоставлением теоретических исследований с лабораторными опытами и полевыми экспериментами. Проведенное сравнение расчетных характеристик тягового сопротивления в зависимости от механического состава почвы при перемещении рабочего органа камнеуборочной машины в горизонтальном положении на глубине до 2 м с данными измерений в натурных условиях показали удовлетворительные результаты с погрешностью от 6 до 23%.
Личный вклад. Постановка цели, задач исследований, выбор путей их теоретического и экспериментального решения, обоснование возможности совершенствования технологии уборки скрытых камней, анализ результатов исследований, выводы и предложения в диссертационной работе выполнены лично автором. При участии автора разработана программа и методика испытания технологии уборки камней и выполнены полевые исследования. Разработан
эхолокационный метод диагностики камней в слое почвы глубиной до 2,0 м и даны рекомендации производству по применению в гумиднои зоне технологий уборки и утилизации камней с предварительной их эхолокационной диагностикой. Выполнена оценка экономической эффективности технологий механизированной очистки земель с предварительной диагностикой скрытых камней и установлены их области применения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
получены аналитические зависимости глубины выборки и энергоемкости процесса уборки в зависимости от вида сельскохозяйственной культуры, почвенных условий, размеров и глубины залегания мелких, средних и крупных камней;
получены корреляционные зависимости эксплуатационной производительности камнеуборочных машин от глубины выборки камней, влажности, каменистости грунтов и параметров камнеуборочных машин;
разработан эхолокационного метода диагностики камней при очистке мелиорируемых земель и установлены рациональные параметры излучателя и расстояния между створами замеров каменистости эхолокационным методом, обеспечивающие надежную диагностику камней в слое грунта глубиной до 2,0 м,
разработан метод расчета сил сопротивления камней извлечению рабочими органами камнеуборочных машин в зависимости от размеров и глубины их залегания.
Основные положения, вынесенные на защиту:
аналитические и корреляционные зависимости для оценки энергоемкости и эксплуатационной производительности машин для выборки камней из пахотного и подпахотного слоя глубиной до 2,0 м.
эхолокационный метод диагностики камней, рациональные параметры замеров и область его применения при расчистке земель.
усовершенствованные технологии и комплексы машин для уборки камней, обеспечивающие минимальные объемы работ и их утилизацию с минимальными затратами.
рекомендации по технологии уборки и утилизации камней при проведении мелиоративных работ в гумидной зоне, обеспечивающие рациональное использование средств механизации.
Практическая значимость. Разработанные технологии позволяют прогнозировать объемы выборки камней из пахотного и подпахотного слоев, повысить производительность камнеуборочных машин и полноту очистки пахотного слоя почвы с 70... 75% до 95... 98% от допустимого объема.
Разработанные технологии позволяют: обеспечить совмещение операций удаления и утилизации уборки камней с мелиорируемых земель, снизить трудоемкость и вынос почвы с камнями в 1,4... 1,7 раза;
Создана установка типа «Сонар - валуномер» для эхолокационного определения параметров расположения камней в составе мобильной лаборатории на базе автомобиля УАЗ-452Д, обеспечивающая качественную уборку скрытых камней. Установка «Сонар - валуномер» позволяет эффективно диагностировать засоренность камнями слоя грунта до 2,0 м, точная диагностика расположения крупных и средних камней позволяет проводить работы с минимальными объемами, повысить производительность труда и упростить технологию производства работ.
Основные элементы рекомендуемой технологии и средства механизации защищены авторскими свидетельствами на изобретения. «Выкапывающий рабочий орган камнеуборочной машины» (А. с. №1246910), в котором при полосовой схеме работы извлекают скрытые камни с трасс дрен. «Способ почвооб-работки перед посевом и комбинированное орудие для его осуществления» (А. с. №1762772), в котором совмещаются операции по разрыхлению почвы, извлечению мелких камней и перемещению их в валки или на дно траншеи.
Реализация. Исследования выполнялись в рамках тематики ВНИИГиМ: Хоздоговор с Минводхозом 263 "Испытания новой мелиоративной техники на 1989 год" по теме "Контрольные испытания технологии сбора и удаления камней в зоне осушения". Результаты исследований включены в "Федеральные регистры базовых и зональных технологий и технических средств для мелиоративных работ в сельскохозяйственном производстве России до 2010 г" (Мин-сельхоз РФ, 2003г), использованы при разработке Отраслевых стандартов: "Испытания сельскохозяйственной техники. Машины мелиоративные осушительные и оросительные. Программа и методы испытаний" ОСТ 70.12.1-86, "Испытания сельскохозяйственной техники. Машины мелиоративные культуртехни-ческие. Программа и методы испытаний" ОСТ 70.12.2-86. Рекомендуемые технологии позволяют получить экономический эффект от уборки камней от 63 до 172 тысяч рублей на га.
Апробация. Результаты исследований докладывались на международных научно-практических конференциях в г.г. Курчатове, Москве и на международных научных конференциях в городе Москва. На секции механизации мелиоративных работ Учёного Совета ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии.
Публикация. По теме диссертации опубликовано 29 печатных работ, в том числе 1 работа по Перечню ВАК, 2 отраслевых стандарта и 3 авторских свидетельства СССР на изобретения.
Объём и структура работы. Диссертация изложена на 202 страницах текста, в том числе основное содержание на 126 страницах текста. Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и предложений, списка литературы из 148 наименований (в том числе 23 иностранных). В составе диссертации 55 рисунков, 28 таблиц и 4 приложения на 29 страницах.
Современное состояние исследований по технологиям уборки камней при освоении засоренных камнями земель
На современном этапе технологии улучшения каменистых почв предусматривают уборку крупных, средних и мелких камней на осваиваемых землях, полях севооборотов, пастбищах и лугах. Существующие комплексы машин позволяют выполнить объем работ, начиная от извлечения камней из почвы и кончая переработкой их в щебень. Производственный опыт использования земель показывает, что в настоящее время и в краткосрочной перспективе наиболее актуальны технологии очистки каменистых пахотных земель. В среднесрочной перспективе - технологии уборки камней с пашни, лугов и пастбищ. В дальнейшем потребуется комплексная уборка камней, в том числе на дренируемых землях, что соответствует направлениям мелиоративной политики в утвержденной Правительством РФ "Концепции мелиорации сельскохозяйственных земель в России" [146]. Анализ мелиорируемых земель Российской Федерации показал, что 2,33% старопахотных почв содержат камни. По К.М. Кельдину в Северо-Западной зоне РФ в пахотном слое содержится: 15% крупных, 30% средних, 40% мелких камней и 15% составляют мелкие каменистые элементы - скелет почвы из фракций гравия и хряща (диаметры 0,003...0,01м), щебня и гальки (диаметры 0,01... 0,05 м). Выполненный анализ работ отечественных и зарубежных ученых показал наличие недостаточно изученных проблем [1,11,13, 33, 48, 53, 68, 96, 103,109, 111,117,129,131]. Принципиальное значение имеет вопрос о факторах вызывающих перемещение камней, так как от него зависит периодичность уборки камней. Причины перемещения камней в поверхностный слой почвы подробно изучены в опытах X. Росдойчера, Г. Баганца в Германии, В.А. Скурдяниса и Р.И. Барей-шиса в Литве, А.П. Оганесяна и В. С Бабаяна в Армении. В работах Н.А. Цытовича, С.С. Вялова, Ю.К. Зарецкого приведены результаты исследований пучения грунтов, подъёма фундаментов сооружений, в том числе из камней, и их осадки при оттаивании. Выводы по результатам их исследований подтверждают важность этих факторов при совершенствовании уборки камней. Влияние твердых включений в почве на развитие растений изучено Д.Р. Лутцем, К.И. Преображенским, Ф.П. Цыгановым, J. Schuster, B.D. Witney, J. Panoch. Технологии камнеуборочных работ определяются агротехническими требованиями на возделывание сельскохозяйственных культур [3, 22, 34, 60, 114, 117, 128]. Требованиями, предъявляемыми к камнеуборочным работам, являются максимальное сохранение естественного плодородия земель [5,12,14,18], хозяйственное использование удаляемых камней [7,16,129].
К технологическому процессу уборки и утилизации камней, наряду с функциональными, качественными требованиями, предъявляются требования о предотвращении выпадения из сельскохозяйственного оборота земель, об улучшении мелиоративного состояния земель. Анализ технических требований и технологических процессов камнеуборочных работ позволил выявить наиболее существенные геометрические и физические параметры[13, 14, 15, 88, 94, 95, 99]. Геометрические параметры: -диаметр камня, объём камней в обрабатываемом или корнеобитаемом слое; -конфигурация формы камней и распределения их фракций на площади сельскохозяйственного угодья; - соотношение количества камней расположенных на поверхности и скрытых в почве; - рельеф поверхности. Физические параметры: плотность почвогрунта, величина твердости камня и его порода, влажность почвогрунта, связность дернины, несущая способность почвогрунтов, проходимость техники. Разнообразие этих факторов и привело к появлению четырех технологических процессов камнеуборочных работ [9,15,16, 34,68, 92, 95, 129]. Исследования показали, что соотношение размера камня и культур севооборота влияют на параметры почвообработки и необходимость уборки, дробления камней, перемещения их для утилизации или укладки на дно борозд, траншей [6, 8, 49, 50]. Требования к качеству уборки камней определяются последующим сельскохозяйственным использованием полей и параметрами линейно-протяженных объектов [9, 50 ]. В овоще-кормовых севооборотах размер убираемого камня с 0,03м диктуется размером фракции кондиционного картофеля [16, 111, 114, 129]. По глубине очистки корнеобитаемого слоя, глубине борозд для укладки мелких камней машинами СУ-1,4, «Grimme» SMI600 (рис.29) и дальности перемещения камней нет единого мнения у отечественных и зарубежных ученых. Глубина борозд для укладки мелких камней зависит от количества камней и равномерности их распределения по площади участка. Соотношением объёма фракций мелких камней диктуется выбор технологии их уборки. Внесение дробленых камней осадочного происхождения большинством ученых рекомендуется производить с учетом карбонатности почв, выравненно-сти поверхности мелиорируемых полей. Для уборки крупных и средних камней Ленский Д.П. и Комиссаров В.Т. указывают на целесообразность применения технологии с "раздельными" операциями. Работы по корчеванию камней производятся осенью, а вывозка камней в зимний период, при установлении снежного покрова [130,131]. Камни рекомендуется Ленским Д.П. вывозить по наиболее сухим местам или мерзлому грунту, когда исключается возможность заглубления ходовых систем машинно-тракторных агрегатов в почву, образование борозд и микро понижений, вынос налипшей почвы с камнями [14,15,78,145]. При освоении засоренных земель работа камнеуборочных машин и почвообрабатывающих агрегатов может быть выполнена в условиях движения по переувлажненным землям, что требует решения задачи повышения проходимости техники. Энергонасыщенная тяговая техника позволяет повысить производительность труда мелиораторов на 25...30% [84, 143, 144]. Задача повышения проходимости мелиоративной техники может быть решена созданием базового энергетического средства с усовершенствованным движителем [143]. Большинством авторов подробно изучены технологии уборки и вывозки камней с сельскохозяйственных угодий [1, 13, 29, 35, 40, 50, 60, 66, 69, 83, 93, 98]. Менее изучена выборка камней с измельчением, рассыпанием на поверхность с прямым и поэтапным внесением в почвенный слой [15, 22, 28, 61, 62, 87, 88,118]. Вопросы создания нового культурного слоя над каменистой почвой [128] требуют дополнительного изучения, на основе экологически ориентированного подхода.
Исследование зависимости глубины выборки мелких камней от условий объекта и характеристик применяемых машин
Для разработки технологий камнеуборочных работ ставится задача выявления существенности связи факторов: каменистость, средний диаметр камня, его твердость и влажность, плотность почвы, глубина выборки камней из почвы, характеристик (функциональные и технико-эксплуатационные параметры) камнеуборочных машин. Анализ влияния условий внешней среды осложняется заметными статистическими связями между отдельными параметрами, характеризующими её состояние. Многим факторам внешней среды свойственна динамичность, носящая крайне сложный характер. Метеорологические элементы подвержены периодическим колебаниям - суточному и годовому. Колебания важнейших агрофизических параметров почвы значительно менее интенсивны, чем колеба-ния метеоэлементов, причем, чем глубже1 слой почвы, тем уже спектр наблюдаемых в нём колебаний. Важнейшие характеристики применяемых камнеуборочных машин - это скоростные показатели выполнения ими технологических операций.
Поскольку эти показатели нестабильны и зависят от многих факторов, следует провести их статистический анализ. Конечной целью в данном случае будет являться установление законов определения случайных величин и численных значений математического ожидания и среднего отклонения. Принятые к анализу факторы включают: - Си - Глубина обработки (выборки камней) hyc, м, которая в исследованиях принимается в качестве главного фактора; - Xj, где Ai - Каменистость (удельная засоренность почвы камнями на площади равной 1 гектару) Рт, м3/га; А2 - Влажность почвы W; А3 - Твердость почвы Р, МПа; А4- Средний диаметр камней dK, м; - Zj, где Bi - Ширина захвата BL, м; В2 - Масса машины G , т; В3 - Мощность трактора NT, кВт; В4 - Рабочая скорость V, км/ч; В5 - Коэффициент загрузки двигателя Км; В6 - Коэффициент технического использования Кти; В7-Коэффициент очистки камней от почвы (1-Кп); - yj- Si- Эксплуатационная производительность Пэ, га/ч; - um, где S2 - Трудоёмкость Тв, чел.ч/га; S3- Полнота выборки камней, \\і в. По результатам испытаний камнеуборочных машин на Северо-Западной МИС, Литовской МИС, Калининской МИС распределение камней по площади и по слоям почвы весьма неравномерно. Независимо от степени каменистости перед выбором масса камней, расположенных на поверхности и в слое почвы до 5 см, составляет в среднем 42,4% общей массы в слое 30 см, а в слое 10... 15 см -20 %, в слое 15,1... 20 см 18,7 %. Суммарный объём камней, расположенных в слое почвы до 0,15 м, достигает 76,4 ...83,7 % общего объёма в слое 0,2 м, распределение камней по слоям показано на рис.38. Рассмотрим изменение глубины расположения конфигурации удаляемых камней, как интегральный процесс в зависимости от внешних факторов, представляющий интерес в связи с тем, что этот показатель тесно связан с выбором технологических операций воздействия на камни и с энергоёмкостью применяемой техники. Для выявления связи факторов определяющих техническую эффективность камнеуборочных работ выбран результирующий показатель - глубина выборки камней hcn из слоя почвы. В общем виде связь факторов представляет выражение: где Ch-главный исследуемый фактор (глубина выборки камней), Xj - внешний фактор (независимые переменные состояния); Zj- внутренний фактор (управляющие переменные); yi- зависимая переменная дополнительного фактора; um -зависимая переменная вспомогательного фактора. Исходные данные для расчетов отобраны из результатов агротехнической и эксплуатационно-технологических оценок из протоколов испытаний: Литовской МИС №15-28-85, №15-26-85, Калининской МИС № 09-33-83, Северо-Западной МИС № 23-43-77, № 23-63-79, Киргизской МИС № 11-110-83, Западной МИС за 1982,1984 и 1985 годы, Армянской МИС 3-40-83, 3-36-84, 3-37-84, отчета ЦИС Сельхозтехники Потсдам-БОРНИМ ГДР за 1981 г, протокола испытаний комиссии Минводстроя СССР № 263.44 за 1989 г (таблица 12). Из исходных данных сформирован статистический комплекс, содержащий 14 вариантов выборки камней. Варианты статистического комплекса объединены в четыре группы по виду воздействия на каменистую почву и способу перемещения камней. К первой группе отнесено прямое комбайнирование камней из почвенного слоя до 0,4 м в вариантах: 1 (МУК-1,4), 2 (КМ-1,4), З (МКП-1,5), 4 (КБМ-1,4). Ко второй группе отнесено прямое комбинированное комбайнирование камней из поверхностного слоя до 0,08 м в вариантах: 5 (КК-135), 6 (ПВК-1,7), 7 (LDW-5), 8 (ПАТУ-5). К третьей группе отнесено раздельное комбайнирование камней на поверхности почвы в вариантах: 9 (Харли Hi-Lift), 11 (ВР-185/124), 12 (УКЛОНА). К четвертой группе отнесено раздельное комбайнирование камней с перемещением на поверхности почвы в вариантах: 10 (F-20), 13 (AN-28), 14 (МИК-2,5). Статистический комплекс из 14 вариантов выборки камней сформирован для анализа вида и степени связи факторов и последующего их отбора в математическую модель уборки камней. При исследовании статистических связей между факторами и глубиной выборки камней найдены значения их существенности и коэффициентов корреляции (таблица 13).
Полевые исследования технологий уборки камней с их предварительной диагностикой
Наиболее сложными и неразрешенными до конца являются проблемы строительства дренажа в каменистых грунтах и очистки пахотного слоя от мелких камней [137]. Существующая технология и средства механизации не полностью обеспечивают требуемого качества работ, мала производительность машин, значительны затраты ручного труда [1, 82,140,142].
Основные требования к уборке камней предусматривают их вывоз за пределы очищаемого поля, засыпание ям после извлечения камней, наличие неровностей на поверхности почвы ± 5 см на участке длиной 4 м. после завершения работ, разлет осколков взорванных глыб до 50 м. [6, 53, 79].
Хотя допускается при определении качества уборочных работ наличие оставшихся неубранных камней диаметром более 0,1 м в количестве не более 1 шт. на одной контрольной площадке. При сдаче объекта заказчику их выбираются из расчета: на 100 га - 6,101...200 га - 10, более 201 га -15 площадок [9, 90]. В исключительных случаях допускается оставлять глыбы объёмом более 4 м3 в количестве 2 шт. [85]. Чистота извлечения камней из почвы и их потери рабочими органами, после одного прохода, предусматриваются в агротехнических требованиях на конкретные марки машин с коэффициентами не ниже 0,94 [136]. Перед уборкой мелких камней поверхность почвы должна быть планировщиком выровнена с неровностями ± 5 см. [50]. Мелиоративные работы на агроландшафтах с переувлажненным почвами, как правило, начинается с гидротехнических мелиорации.
На осушаемых землях глыбы, крупные и средние камни убирают с трасс каналов и полос разравнивания грунта до устройства каналов и осушителей. Оставшиеся камни (в т. ч. мелкие) убирают после строительства осушительной системы и понижения уровня грунтовых вод.
В ходе осуществления указанных мероприятий работы приходится вести на почвах, содержащих камни и валуны различных размеров при неравномерном распределении каменистости по глубине и площади мелиорируемого угодья. До последнего времени полностью не решен вопрос удаления скрытых камней и валунов с сельскохозяйственных угодий [43,130,131]. Нерешенность этой проблемы затрудняет эффективное использование современной землеройной и почвообрабатывающей техники.
В связи с этим нами были проведены полевые исследования технологии полосовой уборки камней с трасс дренажных линий, основанной на применении новых средств механизации, сканирующих приборов и расширенного перечня операций в системе камнеуборочных работ.
От количества валунов и их размеров, содержащихся в объеме грунта на глубине до 2 м, зависит стоимость строительства осушительных мелиоративных систем и также безаварийная работа траншейных экскаваторов. Так как наличие камней ведет к поломкам и дорогостоящим ремонтам техники. Задачей полевых исследований технологии полосовой уборки камней была проверка теоретических выводов по расходу мощности на преодоление силы сопротивления почвы с камнями и результатов исследований на опытной траншее по диагностике количества, объёма, глубины расположения камней в практических условиях в Ленинградской, Смоленской областях РФ. В ходе экпериментально-полевых исследований определены показатели работы дреноукладчиков типа ЭТЦ-2011 в каменистых грунтах при каменистости от 4 до 259 м3/га, которые приведены Рис.42.
Установлено, что при изменении каменистости в пределах 4...259 м3/га производительность траншейного дреноукладчика за І ч основной работы снижалась с 119 п.м. до 38 п. м. Точность выдерживания уклона дренажа при укладке по лучу лазера снизилась с 1,2 до 2,8. раза.
В этих условиях необходимо уточнять положение дренажных линий. Разработан метод уточнения для того, чтобы свести к минимуму нахождение на них валунов размером более 0,4 м, которые оказывает наибольшее влияние на технологический процесс. Надежность (наработка на отказ) траншейного дреноукладчика снижалась при увеличении каменистости в указанных пределах с 22,6 ч до 5,7 ч.
На объекте Калливере в Ленинградской области проверены теоретические выводы по расходу мощности на преодоление силы сопротивления почвы с камнями, при использовании для извлечения скрытых камней рабочего органа бестраншейного дреноукладчика МД-12. При извлечении камней дре-ноукладчик во время холостого хода к коллектору двигался с заглубленным рабочим органом по трассе дрены. При этом камни диаметром до 0,4-0,6 м смещались в сторону, облегчая последующую укладку дренажа. При встрече с более крупным валуном холостой проход дреноукладчика повторялся, тем самым устранялись возможные нарушения уклона при наличии крупных камней.
Схема движения дреноукладчика приведена на Рис. 43. Скорость движения дреноукладчика при холостом проходе в каменистом грунте (засоренность камнями 65-85 м3/га) составила 860-1020 м/ч, т.е. скорость дреноукладчика снижается незначительно по сравнению со скоростью движения с поднятым рабочим органом, которое составляет 1100-1150 м/ч.
Технико-экономические показатели рекомендуемых технологий камне-уборочных работ
С целью обоснования целесообразности внедрения в производство разработанных технологических решений произведен технико-экономический анализ. Экономическая эффективность камнеуборки старопахотных земель и дренируемых с каменистыми включениями устанавливается на основе разности чистого дисконтированного дохода по существующей и рекомендуемой технологиям. Расчет выполняется согласно «Методическим рекомендациям по оценке эффективности инвестируемых проектов» (вторая редакция). Официальное издание. М.: Экономика, 2000 г.
Учитывая, что годовой объем работ (Ар) задан, сравнение технологий можно производить по формуле: где, Э - годовой экономический эффект, руб; Dn - прирост стоимости растениеводческой продукции с 1 га, руб/га; Сс, С„ - стоимость камнеуборки по базовой и новой технологиям, руб/га; Кс, К„ — капитальные затраты на единицу объема работ до и после внедрения мероприятий, рубіга; Ар — годовой объем работ, га; Е — коэффициент эффективности капитальных вложений по ГОСТ 23730-88. где Ишф коэффициент инфляции, в долях единицы, Кщіппр - реальная минимальная норма прибыли, в долях единицы, R« - коэффициент риска объекта (машины), в долях единицы, Кг - коэффициент готовности, Ra= 1 - Кг. (71) В качестве исходных данных для определения затрат принята закупочная стоимость картофеля и пшеницы по состоянию на 1 февраля 2007 г. По информации Государственного испытательного центра (ГИЦ) Минсельхоза РФ минимальная закупочная стоимость пшеницы 2,2 руб за кг в Алтае, максимальная 3,5 руб за кг в Краснодарском крае, при средней Спш = 2,85 руб/кг, с учетом выражения (70) и Иинф = 1,08 ; К„ш,.пр =0,11; R« = 0,02, принята закупочная стоимость пшеницы равная 3,45 руб/кг. По информации Северо-Западной МИС (ЛИЦ) Минсельхоза РФ закупочная стоимость картофеля составляет от 6 до 7 руб/кг в гумидной зоне избыточного увлажнения, при средней Скар = 6,5 руб/кг, с учетом выражения (70) и Иинф = 1,08 ; К щ — 0,21; R« = 0,02, принята закупочная стоимость картофеля равная 8,51 руб/кг. Расчет затрат на уборку камней приведен в приложении 4. Стоимость машинного часа работы технических средств по рекомендуемым и базовым технологиям принята с учетом имеющихся в ФГУ «Управление Ленмелиовод-хоз» по состоянию на 1 февраля 2007 г.
Прогнозная урожайность возделываемых растений в гумидной зоне находится по методике института СевНИИГиМ. По приведенным им таблицам, разработанным Андреевой Л.З., она определяется умножением оценки земли в баллах на "урожайную цену балла", где величина бальной оценки корректируется в соответствии с засоренностью почв камнями [72] и на величину потерь в долях единицы в зависимости от способа, уборки. Размер таких потерь приве-ден в работах Германаса Л.Ч., Пошкявичуса В.А. и Ленского Д.Щ10,11,12]. Годовой объем работ принят с учетом дней вегетации растений в гумидной зоне для среднерусской природно-сельскохозяйственной провинции (приложение 2), Ар = 216 га.
Расчет экономического эффекта сводится к определению разности между стоимостью продукции и затратами и сведен в таблицу 27. 1.Экономический эффект при камнеуборке в гумидной зоне старопахотных земель не требующей дренирования: серых лесных, слабо глееватых, среднесуг-линистых почв складывается из разности затрат на выполнение уборочных работ и стоимости прибавочного урожая на обработанном участке по рекомендуемой и базовой технологиям, в зависимости от вида возделываемой культуры (приложение 4). А). Разность затрат на выполнение уборочных работ (вариант овощные культуры) по рекомендуемой и базовой технологий составляет 57737 руб/га. Прибавка урожая картофеля на обработанном участке по рекомендуемой тех- нологии составила 5,571т/га. При закупочной цене 8510руб/т стоимость прибавочного урожая составляет 47409,21 руб/га. Экономический эффект от внедрения рекомендуемой технологии составляет 47409,21 + 57737= 105146,21руб/га. Б). Разность затрат на выполнение уборочных работ по рекомендуемой (вариант - зерновые культуры) и базовой технологий составляет 59747 руб/га. Прибавка урожая зерна на обработанном участке по рекомендуемой технологии составила 0,862 т/га. При закупочной цене 3450 руб/т стоимость прибавочного урожая составляет 2973,9 руб/га.
