p.g.t. Ust'-Kinel'skiy, Samara, Russian Federation
p.g.t. Ust'-Kinel'skiy, Samara, Russian Federation
p.g.t. Ust'-Kinel'skiy, Samara, Russian Federation
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
OKSO 35.02.07 Механизация сельского хозяйства
The aim of the research is to reduce the influence of wheel propellers on the structure and hardness of the soil in the track of the tractor. The technique and results of the study of the impact of the drive wheels of the power tool of the machine-tractor unit (MTA) on the structure and hardness of the soil in the layers of the horizon are presented. The influence of slipping on these indicators is revealed. The research has been of MTA consisting of a tractor of drawbar category 0,6 kN (T-25A) and trailed cultivator KPS-4,0. The method of investigation involved the determination of changes in the structural composition of the soil (DS parameter,%) by the number of erosion-hazardous (less than 0.25 mm in size) particles, as well as soil hardness (DN parameter, kg/cm2) on the track of the tractor in different layers of the horizon (0...50 mm; 50...100 mm; 100...150 mm; 150...200 mm and 200...250 mm). The slipping mode was changed by changing the number of working sections of the cultivator. The slipping of the driving wheels was taken into account, as well as the agronomic background. The studies were carried out in conditions of equal humidity. The speed of MTA, its weight and the air pressure in the tires of the drive wheels is maintained constant. It is established that the greatest change in the structure of the soil on the layers of the horizon is exposed when slipping δ=20...30%. To change the hardness of this range is also the least favorable. The obtained dependences of the structure and hardness of the soil on the layers of the horizon from slipping allow us to recognize the rational modes of MTA work, in which the slipping of the propelling power means is in the range of 9 to 12% regardless of from the soil fertility. Slipping over 12% leads to a sharp increase in the soil structure of the number of erosion-hazardous particles, as well as an increase in the hardness of the soil in the track of the tractor in 3,4 ... 3,7 times in the layer depth of 50 ... 100 mm.
wheel track mover, slipping, soil, properties, physical
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.
1. Nadykto, V. T. (2015). Opredeleniye maksimalinogo buksovaniya kolesnykh dvizhitelei s uchetom ograni-cheniya ikh vozdeistviya na pochvu [Definition of the maximum slipping of wheel propellers taking into account re-striction of their impact on the soil]. Traktory i selikhozmashiny. -Tractors and agricultural machinery, 8, 19-23 [in Russian].
2. Chernikov, O. N. (2001). Obosnovaniye dopustimoi velichiny buksovaniya dvizhitelei, obespechivayushcheye umenisheniye ikh vrednogo vozdeistviya na pochvu [The justification of admissible size of slipping of propellers providing reduction of their harmful effects on the soil]. Extended abstract of candidate’s thesis. Saransk [in Rus-sian].
3. Savelyev, Yu. A., & Dobrin, Yu. M. (2011). Obosnovaniye konstruktivno-tekhnologicheskih parametrov plos-korezhushchih lap [Justification of constructive and technological parameters of flat blades]. Izvestiya Samarskoi gosudarstvennoi selskokhozyaistvennoi akademii - Bulletin Samara state agricultural academy, 3, 54-57 [in Rus-sian].
4. Chernikov, O. N., & Bychenin, A. P. (2018). Vliyaniye rezhimov buksovaniya kolesnogo dvizhitelya energetich-eskogo sredstva MTA na fizicheskiye svoistva pochvy [Influence of slipping modes of the wheeled running gear of MTU power means onto physical proper-ties of the soil]. Izvestiya Samarskoi gosudarstvennoi selskokhoziaistven-noi akademii - Bulletin Samara state agricultural academy, 4, 44-49 [in Russian].
5. Zolotarevskaya, D. I. (2016). Issledovaniye i raschet uplotneniya pochvy pri rabote i posle ostanovki kolesnogo traktora [Study and calculation of soil compaction during operation and after stopping of a wheel tractor]. Traktory i selikhozmashiny - Tractors and agricultural machinery, 8, 33-38 [in Russian].
6. Zolotarevskaya, D. I. (2013). Izmeneniye reologicheskih svoistv i plotnosti dernovo-podzolistoi supeschanoi pochvy pri vozdeistviyi kolesnogo traktora [Change of rheological properties and density of the cespitose and pod-solic sandy soil under influence of the wheel tractor]. Pochvovedeniye - Edaphology, 7, 829-839 [in Russian].
7. Loparev, A. A., Venhlinskiy, A. M., & Komkin, A. S. (2014). Issledovaniye processa buksovaniya vedushchikh koles traktora MTZ-100 v rezhime troganiya s mesta i razgona [Researching of process of slipping of driving wheels of the MTZ-100 tractor in the start-off mode from the place and dispersal]. Traktory i selikhozmashiny - Tractors and agricultural machinery, 1, 18-20 [in Russian].
