IZMENENIE STRUKTURY I TVERDOSTI POChVY PO GLUBINE SLEDA TRAKTORA PRI RAZLIChNYKh REZhIMAKh BUKSOVANIYa KOLESNOGO DVIZhITELYa

Full Text

Современные технологии производства продукции растениеводства, в частности зерновых и пропашных культур, несмотря на широкое использование машинно-тракторных агрегатов, способных за один проход выполнять несколько технологических операций, по-прежнему не исключают воздействия на почву колесных движителей энергетических средств. При этом каждый такой проход воздействует на физические свойства почвы, такие, как структура, плотность и твердость, причем изменение этих параметров по слоям горизонта неодинаково. Снижение до минимальных величин степени воздействия ведущих колес МТА на почву позволит уменьшить их отрицательное влияние как на почву, что положительно скажется на сохранении ее плодородности, так и на рост и развитие растений, что позволит увеличить их урожайность. Большое значение при этом имеет режим буксования ведущих колес энергетических средств [1, 2]. На практике, как правило, значительное внимание уделяется борьбе с последствиями такого воздействия, например, использованию различных приспособлений для сельскохозяйственных машин, разуплотняющих почву по следу трактора [3]. Но, на взгляд авторов, более эффективным методом сохранения плодородия почвы является предотвращение либо минимизация уплотняющего воздействия движителей энергетических средств, в том числе и за счет обоснования рациональных режимов буксования. Данный вопрос частично рассмотрен в работе [4], однако в ней не уделено достаточного внимания распространению вредного воздействия колесного движителя в глубь почвы. Также вопросу уплотнения почвы при работе колесного движителя посвящены исследования [5, 6, 7]. На основании этого можно утверждать, что существует не только актуальная научная проблема снижения буксования ведущих колес МТА при выполнении полевых работ, но и необходимость определения режимов буксования колесных движителей энергетических средств, при которых возможна минимизация изменения структуры и твердости почвы по слоям почвенного горизонта. Цель исследований - снижение влияния колесных движителей на структуру и твердость почвы в следе трактора. Задачи исследований - выявить изменение структуры почвы по слоям горизонта в зависимости от режима буксования колесного движителя; выявить изменение твердости почвы по слоям горизонта в зависимости от режима буксования колесного движителя; экспериментально определить допустимые значения буксования с учетом состояния почвы (агрофона и выполняемых операций при постоянной влажности) по слоям горизонта; дать рекомендации по практическому использованию машинно-тракторного агрегата с энергетическим средством тягового класса 0,6 кН. Материалы и методы исследований. В рамках решения первой задачи было оценено изменение структуры почвы по слоям горизонта в следе трактора с учетом режима буксования (δ=11-27%). В качестве объекта исследований выступал машинно-тракторный агрегат Т-25А + КПС-4,0, работавший в различных режимах загрузки, обеспечивавшихся изменением количества рабочих секций культиватора. В соответствии с нагрузочным режимом ступенчато изменялись и режимы буксования ведущих колес трактора. Согласно методике проводилась оценка изменения структуры почвы по слоям горизонта (0…50 мм; 50…100 мм; 100…150 мм; 150…200 мм и 200…250 мм) для двух агрономических фонов - поля паханного и поля, подготовленного под посев. В первом случае исследовалась структура почвы в следе трактора, работавшего с буксованием δ=11,1%, δ=15,5% и δ=25%; во втором - δ=11%, δ=17% и δ=27%. Контрольное измерение осуществлялось вне следа трактора. Разница в буксовании ведущих колес обуславливалась агрофоном при одинаковом количестве рабочих секций культиватора. Изменение структуры почвы по слоям горизонта оценивалось путем определения количества фракций размером менее 0,25 мм (критерий ΔС) после прохода машинно-тракторного агрегата сухим просеиванием образцов, взятых по следу ведущих колес, согласно стандартной методике (ГОСТ 20915-2011. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытания). Для решения второй задачи определялось изменение твердости почвы (критерий ΔН, кг/см2) по слоям горизонта в следе трактора при аналогичных объекте исследования, методике изменения режима буксования, величинах буксования, слоях горизонта и агрофонах. Твердость измерялась с использованием стандартного оборудования по стандартной методике (ГОСТ 26954-86. Техника сельскохозяйственная мобильная. Метод определения максимального нормального напряжения в почве). Исследования проводились в условиях лесостепной зоны Среднего Поволжья на территории ФГБНУ Поволжского научно-исследовательского института селекции и семеноводства им. П. Н. Константинова с использованием стандартизированного сертифицированного оборудования. В ходе решения третьей задачи по полученным графическим зависимостям структуры и твердости почвы по слоям горизонта от коэффициента буксования δ определялись допустимые значения буксования для паханого поля и поля, подготовленного под посев. Для решения четвертой задачи разработаны рекомендации по рациональным режимам буксования ведущих колес энергетического средства тягового класса 0,6 кН в составе машинно-тракторного агрегата, в пределах которых движители энергетического средства не будут оказывать значительного воздействия на структуру и твердость почвы. Результаты исследований. Результаты оценки влияния режима буксования движителей энергетического средства на изменение структуры почвы по слоям горизонта представлены функциями изменения приращения количества фракций размером менее 0,25 мм (критерий ΔС) от глубины горизонта ΔС=f(h) в диапазоне h=0...250 мм на фиксированных значениях коэффициента буксования δ (рис. 1). Рис. 1. Изменение структуры почвы по слоям горизонта в зависимости от режимов буксования: 1 - поле паханое, δ=25%; 1′ - поле паханое, δ=15,5%; 1″ - поле паханое, δ=11,1%; 2 - поле под посев, δ=27%; 2′ - поле под посев, δ=17%; 2″ - поле под посев, δ=11,0% Воздействие буксования на почву по глубине пахотного слоя является существенным фактором при определении максимальной допустимой величины буксования ведущих колес энергетического средства. Анализ графических зависимостей, приведенных на рисунке 1, показывает, что воздействие буксования на структуру почвы распространяется на максимальную глубину 200…250 мм, которую можно назвать критической. На большей глубине слоя воздействие на структуру почвы величины буксования незначительно. При этом вне зависимости от агрофона минимальное воздействие на структуру почвы оказывает буксование в диапазоне 9…12%: для паханого поля это режим работы МТА с коэффициентом буксования δ=11,1%; для поля, подготовленного под посев - δ=11,0%. При этих режимах глубина распространения разрушающего воздействия незначительна и составляет 50…100 мм. Значение параметра ΔС при этом находится в пределах 3…6%. Изменение структуры почвы от действия буксующего колеса на слое 0…50 мм наглядно представлено на рисунке 2. На рисунке хорошо видно, что почва, подвергшаяся воздействию ведущего колеса при буксовании δ=10,5%, более структурирована и содержит гораздо меньше пылеватых частиц (размером менее 0,25 мм), чем почва, подвергшаяся воздействию ведущего колеса при буксовании δ=16% и δ=24%. Рис. 2. Изменение структуры почвы от действия колеса: а) δ=10,5%; б) δ=16%; в) δ=24% Таким образом, можно сделать вывод, что наиболее благоприятными режимами, минимизирующими структурные изменения почвы по слоям горизонта, являются режимы работы МТА с буксованием ведущих колес в диапазоне 9…12%. Результаты оценки влияния режима буксования движителей энергетического средства на изменение твердости почвы по слоям горизонта представлены функциями изменения приращения твердости ΔН, кг/см2 от глубины горизонта ΔН=f(h) в диапазоне h=0...200 мм на фиксированных значениях коэффициента буксования δ (рис. 3). Рис. 3. Изменение твердости почвы по слоям горизонта в зависимости от режимов буксования: 1 - поле паханое, δ=25%; 2 - поле под посев, δ=27%; 3 - поле паханое, δ=15,5%; 4 - поле под посев, δ=17%; 5 - поле паханое, δ=11,1%; 6 - поле под посев, δ=11,0% Анализ графических зависимостей, приведенных на рисунке 3, показывает, что воздействие буксования на твердость почвы распространяется на максимальную глубину 150…200 мм, при этом максимальное значение твердости во всех опытах достигается на глубине 50…100 мм. На глубину выше 250 мм изменение твердости не распространяется. При этом вне зависимости от агрофона минимальное воздействие на твердость почвы оказывается энергетическим средством при буксовании в диапазоне 10…12%: для паханого поля это режим работы МТА с коэффициентом буксования δ=11,1%; для поля, подготовленного под посев - δ=11,0%. Наименьшее приращение твердости почвы в слое 50…100 мм ΔН=0,8…0,9 кг/см2 получено при буксовании δ=11%. Увеличение буксования до диапазона 15…20% (режим работы для паханого поля с коэффициентом буксования δ=15,5%, для поля, подготовленного под посев, - δ=17%) вызывает прирост твердости ΔН=1,8…2,3 кг/см2, а при работе тракторного движителя с буксованием в диапазоне 20…30% (δ=25% для паханого поля и δ=27% для поля, подготовленного под посев) приращение твердости почвы составляет ΔН=2,75…3,3 кг/см2. Таким образом, можно сделать вывод, что наиболее благоприятными режимами, минимизирующими изменение твердости почвы по слоям горизонта, являются режимы работы МТА с буксованием ведущих колес в диапазоне 9…12%. В целом анализ графических зависимостей, представленных на рисунках 1 и 3, позволяет заключить, что рациональными с точки зрения снижения эрозионного воздействия на почву и ее уплотнения движителями энергетических средств тягового класса 0,6 кН в составе машинно-тракторного агрегата являются режимы работы с величиной буксования ведущих колес в диапазоне 9…12 % вне зависимости от агрофона. Полученные результаты полностью согласуются с результатами исследований, приведенных в работе [4]. Заключение. Выполненные в условиях Поволжского научно-исследовательского института селекции и семеноводства лабораторно-полевые исследования подтвердили воздействие ведущих колес энергетического средства МТА на структуру и твердость почвы в следе трактора по глубине в зависимости от режима буксования движителей на исследованных агрофонах (поле паханое и поле, подготовленное под посев). Анализ полученных зависимостей структуры и твердости почвы по слоям горизонта от буксования показал, что рациональными являются режимы работы МТА, при которых буксование движителей энергетического средства находится в диапазоне 9…12% вне зависимости от агрофона. Буксование свыше 12% приводит к резкому увеличению в структуре почвы количества эрозионно-опасных частиц размером менее 0,25 мм, а также повышению твердости почвы в следе трактора в 3,4…3,7 раза в слое глубиной 50…100 мм. Кроме того, полученные в ходе экспериментов данные позволяют сделать вывод, что рекомендуемые ГОСТ 26955-86 режимы работы со значением буксования 14...16% не являются рациональными для данного типа машинно-тракторных агрегатов, поскольку приводят в процессе выполнения технологических операций к повышенному уплотнению и истиранию почвы вне зависимости от агрофона.

About the authors

Oleg Nikolaevich Chernikov

Email: tia_sci_ssaa@mail.ru

Aleksandr Pavlovich Bychenin

Email: tia_sci_ssaa@mail.ru

Dmitriy Sergeevich Sazonov

Email: tia_sci_ssaa@mail.ru

References

Supplementary files