Бабицкий Л.Ф., доктор технических наук, профессор, академик МААО, заведующий кафедрой механизации и технического сервиса в АПК, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В.И. Вернадского».
Соболевский И.В., кандидат технических наук, доцент, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В.И. Вернадского».
Введение. Одним из основных ресурсов почв Республики Крым является продуктивная влага. Правильное ведение земледелия должно, прежде всего, сохранять и рационально использовать почвенную влагу. Достичь этого возможно при условии сокращения до минимума весенне-летних иссушающих механических обработок почвы [1]. В Крыму для решения данной проблемы многими хозяйствами применяется перспективная ресурсосберегающая технология минимальной обработки почвы «Mini-till». Одним из основных направлений минимальной обработки почвы является замена основных видов обработок поверхностными, основой которых являются широкозахватные плоскорежущие, чизельные и ротационные рыхлители.
Однако, такая технология почвозащитного земледелия является региональной и, в почвенно-климатических условиях Республики Крым требует зонального районирования при учете особенностей осадков, свойств почв, рельефа местности, а также структур посевных площадей в севооборотах. В таких условиях формирующийся слой почвы должен сохранять гумус и иметь защиту от образования эрозии, как ветровой, так и водной. Поэтому, необходимо создание районированной почвозащитной технологии с адаптированными рабочими органами.
При анализе существующих технологий почвозащитной обработки почвы «Mini-till» было установлено, что образование прерывистых борозд и полусферических лунок даёт возможность повысить водопроницаемость верхнего, обработанного слоя почвы и его сопротивляемость порывам ветра [2]. Для данной технологической операции, в полной мере удовлетворяющей предъявляемым агротехническим требованиям, применимы специальные ротационные рыхлители. Основой их конструкции является цепной шлейф с рыхлительными зубьями. В сравнении зубовыми боронами БЗТС-1 и БЗСС-1, мотыги ротационные навесные МРН-6,3С дают возможность сохранять стерневой фон при образовании мульчирующего слоя на глубине до 4…5 см. Их основное назначение заключается в ранневесеннем бороновании для закрытия влаги с максимальным сохранением на поле растительных остатков [3].
Такие орудия обладают низкой энергоемкостью (агрегатируются с тракторами типа МТЗ-80, МТЗ-82), высокими проходимостью, рабочей скоростью до 15 км/ч и производительностью. Однако, высокая производительность орудий достигается в ущерб качеству выполнения технологического процесса. Рабочие органы МРН-6,3С недостаточно разрыхляют поверхностный слой почвы, не обеспечивают требуемых: глубины обработки и качества крошения почвы для создания мульчирующего слоя. При твердости почвы свыше 1 МПа рабочие органы просто выглубляются и перестают выполнять технологический процесс. Закрытие влаги осуществляется на больших площадях при жестких агротехнических сроках выполнения работ (3-4 дня), что предопределяет необходимость применения высокопроизводительных средств механизации.
Цель исследований – сравнительные исследования процесса работы гибкоударной бороны и ротационной мотыги и подтверждение их качественных и энергетических показателей.
Материал и методы исследований. Сравнительные исследования процесса работы рабочих органов гибкоударной бороны БГУР -2,8 и ротационной мотыги МРН-6,3С (рис. 1) выполнялась в условиях почвенного канала, лаборатории «Бионической агроинженерии» кафедры механизации и технического сервиса в АПК, АБиП КФУ им. В.И. Вернадского. Для проведения опыта был за основу принят математический метод планирования эксперимента. В процессе проведения эксперимента требовалось определить зависимости тягового сопротивления рабочих органов гибкоударной бороны БГУР -2,8 и ротационной мотыги МРН-6,3С от глубины обработки и скорости движения в почвенном канале.
Основными не варьируемыми параметрами были: относительная влажность почвы W в канале, которая находилась в пределах 14…19 %; твердость р – 124…128 Н/см2; деформационный показатель почвы ν – 2,78×107…4,05 ×10-7 м2/Н. Тип обрабатываемой почвы – чернозем южный карбонатный среднесуглинистый.
а б
Рисунок 1. Общий вид канала с подвижной тележкой и исследуемыми рабочими органами:
а) рабочие органы гибкоударной бороны БГУР -2,8; б) рабочие органы ротационной мотыги МРН-6,3С
Определение силы тягового сопротивления цепного шлейфа ротационного рыхлителя почвы проводилось методом тензометрирования. При этом выполнялся замер значения 
за период времени максимальной приложенной нагрузки, в зависимости от глубины обработки почвы h и скорости движения ротационного рыхлителя V. Регистрация значений (рис. 2) осуществлялась с помощью ноутбука Lenovo ideapad 310-15 IAP – 1, тензостанции ZET 017-T8 – 2, анализатора ZET017-U2 – 3, тензодатчика TS21-T2 – 4 и двух пьезоэлектрических акселерометров ВС 110 – 5.
а б
Рисунок 2. Экспериментальная установка: а) платформа для регистрирующего оборудования;
б) универсальная рамка, закреплённая на тележке с экспериментальным рабочим органом
Результаты и обсуждение. На рисунке 3 показаны графические зависимости тягового сопротивления рабочих органов гибкоударной бороны БГУР -2,8 созданной по бионическому подобию от скорости движения в сравнении с серийным рабочим органом ротационной мотыги МРН-6,3С.
Рисунок 3. График зависимости тягового сопротивления от скорости движения при глубине экспериментального прохода h = 10 см.
График показывает также, что кривая зависимости «тяговое сопротивление – скорость движения» близка к прямой, поэтому она аппроксимируется линейной функцией. Методом наименьших квадратов определены коэффициенты, в статистических оценках: a = -162,7, b = 1620,2 (для глубины обработки 11 см).
Окончательно эмпирическая зависимость имеет вид:
, (20)
где Р – тяговое сопротивление, Н;
V – скорость движения гибкоударной бороны БГУР -2,8, см.
Оценивается достоверность аппроксимации коэффициентом детерминированности модели равным 0,9867 (для скорости движения 1…1,4 м/с).
Анализ данных графической зависимости показал, что на увеличение значения тягового сопротивления рабочего органа гибкоударной бороны БГУР -2,8 большее влияние оказывает скорость рыхления почвы. Тяговое сопротивление экспериментального образца рыхлителя меньше на 23%, чем тяговое сопротивление серийного. Это объясняется тем, что спроектированная рабочая поверхность лопаточного рыхлителя по бионическому прототипу, а также другие элементы конструкции обоснованные в предыдущих работах [8, 9] снижают тяговое сопротивление при резании и крошении пласта.
Результаты испытаний показали, что экспериментальный образец БГУР -2,8 обеспечивает качественное выполнение технологического процесса обработки почвы (рис. 4).
а б
Рисунок 4. Агрофон почвы в канале после прохода исследуемых рабочих органов:
а) рабочие органы гибкоударной бороны БГУР -2,8; б) рабочие органы ротационной мотыги МРН-6,3С
По результатам качества рыхления почвенного пласта проанализирован следующий принцип работы. Рабочие органы гибкоударной бороны БГУР -2,8 формируют в шахматном порядке полусферические борозды (рис. 5). Затем звенья выглубляются в свободном вращении, тем самым выполняя процесс разрыва почвенного пласта и формирования борозды. Это дает возможность образовывать так называемую перемычку в виде стерневого фона.
а б
Рисунок 5. Схематическое представление агрофона в двух проекциях после прохода исследуемых рабочих органов:
а) рабочие органы гибкоударной бороны БГУР -2,8; б) рабочие органы ротационной мотыги МРН-6,3С
Как результат по всей ширине захвата образовываются прерывистые борозды, которые в последствии осуществляют задержание как талых, так и дождевых вод, что предотвращает активизацию целого фронта испарения. Так же мы не видим формирования постоянства в активном подтоке влаги из горизонтов лежащих ниже.
Высота сформированных гребней находится в диапазоне от 2 до 3 см, что соответствует агротехническим требованиям. Средняя глубина рыхления с учётом высокого коэффициента равномерности при рыхления – 82,3 %, а также средним квадратическим отклонением, не превышающим норму (±1 см) варьировалась в пределах заданной от 6 до 7 см. Ранее сформированная почвенная корка была разрушена именно в зонах прохода рыхлительных зубьев лапками и кольцами, где в последствии с образовывались полусферические борозды. Распыление почвенных агрегатов было незначительным до 32,3 %.
Вывод. Экспериментальные исследования показали снижение тягового сопротивления предложенного рабочего органа гибкоударной бороны БГУР -2,8 на 23 %, в сравнении тяговым сопротивлением серийного образца – ротационной мотыги МРН-6,3С.
Список использованных источников:
1. Перспективы минимализации обработки почвы в Крыму. [Электронный ресурс] URL: https:// https://agrocart.com (дата обращения: 14.11.2019).
2. Бабицкий Л.Ф., Соболевский И.В., Куклин В.А. Создание конструкций противоэрозионных почвообрабатывающих машин по аналогии с прототипами живой природы // Федеральный деловой аграрный журнал «Нива плюс», №1-2 (23), январь-февраль 2017. С. 28-31.
3 Курач А.А., Амантаев М.А., Рыбин В.В. Широкозахватная ротационная зубовая цепная борона для ранневесенней обработки почвы // В сборнике: Пути реализации Федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017-2025 годы Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию Курганской области. Под общей редакцией С.Ф. Сухановой. 2018. С. 1043-1047.
References:
1. Prospects of minimization of tillage in Crimea. [Electronic resource] url: https:// https://agrocart.com (accessed 14.11.2019).
2. Babitsky L. F., Sobolevsky I. V., Kuklin V. A. Creation of designs of anti-erosion tillage machines by analogy with prototypes of wildlife / / Federal business agrarian journal "Niva plus", No. 1-2 (23), January-2017 2017. Pp. 28-31.
3 Kurach A.A. Amantayev, M.A., Rybin V.V. Wide-tooth harrow rotary chain for early spring tillage // In the book: Ways of realization of the Federal scientific and technical program of development of agriculture for the 2017-2025 years Materials of international scientific-practical conference, devoted to 75-anniversary of the Kurgan region. Under the General editorship of S. F. Sukhanova. 2018. Pp. 1043-1047.