1. ПОЧВА - КАК ОБЪЕКТ ОБРАБОТКИ. 1.1. Физическое состояние почвы. В технологическом процессе обработки почвы участвуют три элемента: источник энергии(трактор), сельскохозяйственное орудие и обрабатываемый материал – почва. Задача процесса – изменение свойств и состояния почвы, уничтожение прорастающих сорных растений, создание благоприятных условий для роста и развития культурных растений. Почва представляет собой многофазную дисперсную среду. Она состоит из четырех частей: твердой, жидкой, газообразной и живой. Твердая часть включает минеральные и органические вещества. Минеральные вещества – это песок и глина, органические – гумус, корни, стебли растений. Содержание гумуса в почве – до 12%. Это продукт переработки микроорганизмами органических остатков отмерших растений и животных. Он придает почве темный цвет. В гумусе содержатся все элементы питания растений, которые становятся доступными для них только после разложения, минерализации микроорганизмами. Жидкая часть – это вода и растворы различных веществ, которая обеспечивает питание растений через корни. Газообразная часть – это воздух, пары воды, углекислый газ, который выделяют корни и другие газы. Живая часть – это грибы, бактерии, черви, моллюски, личинки, куколки насекомых. В 1г почвы содержится сотни миллионов микроорганизмов, а на 1га живая часть достигает 5…7 т. Чем выше окультуренность почвы, тем больше в ней живая часть. 1.2. Механический состав почвы Качество обработки почвы во многом зависит от её механического состава (табл.1). Классификация почвы по механическому составу происходит 2 в зависимости от содержания в ней физической глины, т.е. частиц почвы менее 10 мкм (0,01 мм). Таблица 1 - Классификация почв по механическому составу Почва Содержание физической глины, % Лёгкая: Песок рыхлый связный 0…5 6…10 Супесь 11…20 Суглинок лёгкий 21…30 Средняя: Суглинок средний 31…45 Тяжёлая: Суглинок тяжёлый 46…60 Глина лёгкая 61…75 средняя 76…85 тяжёлая > 85 Почвы разделяют на лёгкие, средние и тяжёлые. Песчаные, супесчаные и легкосуглинистые почвы хорошо поддаются механической обработке, отличаются водопроницаемостью и лучшим воздушным режимом. Глинистые почвы – тяжёлые. При увлажнении они легко заплывают, липкость их увеличивается, при подсыхании образуется мощная почвенная корка, а при обработке – глыбы, что отрицательно сказывается на росте и развитии культурных растений. Существует довольно простой способ определения механического состава почвы в полевых условиях: берут небольшой комочек почвы, увлажняют его, тщательно перемешивают и раскатывают на ладони в шнур толщиной около 3 мм, после чего свёртывают в кольцо диаметром до 3 см. В зависимости от механического состава почвы шнур при раскатывании и свёртывании в кольцо принимает различный вид (табл.2). 3 Таблица 2 - Способ определения механического состава почвы в полевых условиях Вид образца почвы при раскатывании в шнур и Состояние образца Механический состав свёртывании в кольцо Шнур не образуется Песок Зачатки шнура Супесь Шнур ломается при Лёгкий раскатывании суглинок Шнур сплошной, распадается при Средний в суглинок сплошной, Тяжёлый свёртывании кольцо Шнур кольцо с трещинами Шнур суглинок сплошной, кольцо хорошо выполненное, стойкое Глина В агрономическом отношении наиболее ценная часть – агрегаты размером 0,25…10 мм. Более крупные почвенные отдельности считаются глыбистой частью, более мелкие относятся к распылённой фракции. Типы почв в зависимости от размера, мм, агрегатов Глыбистая Крупноглыбистая Более 100 Глыбистая 50,1…100 Мелкоглыбистая 10,1…50 Комковая Крупнокомковая 7,1…10 4 Комковая 5,1…7 Мелкокомковая 3,1…5 Зернистая Зернистая 1,1…3 Мелкозернистая 0,25…1 Пылевая Менее 0,25 К наиболее эффективным приёмам восстановления структурных свойств почв относятся агротехнические: обработка в спелом состоянии, возделывание многолетних трав, применение органических удобрений, сидератов, известкование кислых почв, мелование и гипсование солонцов. 1.3. Скважность и порозность почвы. Скважность или пористость характеризуется долей пустот, находящихся в общем объеме почвы, выражается в процентах. CП VПУ 100%, VП (1) где VПУ – объем пустот, мм3; VП – общий объем почвы, мм3. Оптимальная порозность почвы находится в пределах 40…60%. Поры диаметром менее 10 мкм (0,01 мм) непроходимы даже для тонких корней растений, а диаметром менее 3 мкм (0,003 мм) – для большинства почвенных микроорганизмов. Порозность имеет существенное значение для создания благоприятного водяного, воздушного, теплового и пищевого режимов. Плотность почвы - это отношение массы почвы mп к её объёму Vп в естественном состоянии. P mП , г / см 3 . VП (2) 5 Она изменяется от 0,7 до 1,8 г/см3. Оптимальной считается плотность 1,0…1,3 г/см3. При плотности более 1,4 г/см3 корни плохо проникают в почву. Комки почвы с такой плотностью практически не участвуют в процессе повышения её плодородия. По И. Б. Ревуту, отклонение плотности почвы на 0,1…0,3 г/см3 от оптимальной приводит к снижению урожайности на 20…40%. Плотность почвы уменьшают рыхлением, а повышают уплотнением. Рыхление – увеличение расстояния между комочками почвы с частичным уменьшением их размеров. Эта операция улучшает водо- и воздухопроницаемость почвы и аэрацию. Уплотнение – технологическая операция, приводящая к уменьшению расстояния между комочками почвы, то есть обратная рыхлению. Она увеличивает плотность, способствует подтягиванию влаги, улучшает прогревание почвы. 1.4. Влажность почвы. Влажность почвы – отношение массы содержащейся в ней воды к массе сухой почвы, выраженное в процентах. Это абсолютная влажность почвы. Wа mb mc 100%, mc (3) где Wа – абсолютная влажность почвы, %; mb – масса образца влажной почвы, г; mc – масса образца сухой почвы, г. Сухая почва - такая почва при дальнейшем высушивании которой в сушильном шкафу (при температуре 105◦С) масса образца практически не изменяется. Для оценки степени увлажнения различных по механическому составу почв используют показатель – наименьшая влагоёмкость почвы (WП). 6 Наименьшая влагоёмкость – количество влаги, прочно удерживающееся в почве после перемещения части её в нижележащие слои под действием гравитационных сил и выраженное в процентах от массы абсолютно сухой почвы. Оптимальной в течение вегетационного периода является влажность почвы не ниже 80 % от WП в течении всей вегетации растений. Наименьшая влагоёмкость изменяется в зависимости от механического состава почв: супесь -18…20%, лёгкий суглинок - 24…26%, средний 28…30%, тяжёлый суглинок - 31…33%. Зная эти данные, можно определить подачу воды для конкретных условий возделывания пропашной культуры по формуле А.Н.Костякова Н П 10 p h WП Wа , (4) где НП – подача воды, мм слоя воды; h - расчётный слой увлажнения почвы, м; р – плотность почвы, г/см3; Wa – абсолютная влажность почвы перед поливом, %; WП – наименьшая влагоемкость данного типа почвы, %. Например : определить подачу воды при следующих исходных данных Wa = 21%, h = 0,4м, механический состав почвы – средний суглинок, для него р = 1,2 г/см3 , WП = 28%. Получим: Н П 10 p h WП Wа 10 1,2 0,4 7 33,6 мм / га 336 м 3 / га. Этим количеством воды влажность в расчетном слое почвы доводится до наименьшей влагоемкости. В полевых условиях влажность почвы можно оценить так: если пылит, тёплая на ощупь, значит - сухая; не пылит, холодная на ощупь – свежая; легко формируется в комочек – влажная; тестообразного состояния, но вода при сжатии не выделяется – сырая; текучая, с самопроизвольным выделением воды – мокрая. 7 Оптимальное состояние почвы соответствует зонам 31 и 32(рис.1). Влажность и механический состав в этой зоне таковы, что почва под действием обрабатывающих орудий крошится без образования глыб. В зоне 2 почва соответствует тестообразной пластичной массе и излишне налипает на рабочие органы. Почва зоны 33 имеет повышенную твёрдость. При её обработке образуются крупные комки и глыбы, требующие дополнительной разделки. Почва влажностью выше 22% при обработке интенсивно прилипает к металлическим поверхностям орудий, что отрицательно сказывается на производительности агрегатов и качестве работ. В зоне 1 почва представляет собой суспензию, текучую бесформенную массу и практически не поддаётся обработке. Рисунок1- Диаграмма состояния почвы (по Г. Д. Петрову) в зависимости от ее механического состава и влажности : 1 – текучее; 2 – пластичное; 31 – рыхлое; 32 – с легкоразращающимися комками; 33 – глыбистое. Повышают влажность почвы поливами и прикатыванием (подтягивание воды с нижних слоев), а снижают - рыхлением. В рыхлой почве при 8 фракциях свыше 7...10 мм усиливается проветривание, происходит потеря влаги диффузным путем. 1.5. Технологические свойства почвы 1.5.1. Твердость. Твердость – свойство почвы в естественном состоянии сопротивляться проникновению в нее какого-либо тела (деформатора). Это сопротивление сжатию и расклиниванию. Твердость почвы выражается в Па (Н/м2) и измеряется с помощью приборов, называемых твердомерами. По данным Н.А.Качинского почвы по твердости разделяют на следующие категории : > 10,0 МПа – слитная ; 5,1…10,0 МПа – весьма твердая; 3,1…5,0 МПа – твердая ; 2,1…3,0 МПа – твердоватая; 1,0…2,0 МПа – рыхловатая; < 1,0 МПа – рыхлая. Твердость связана с несущей способностью почвы. 1.5.2. Пластичность Пластичность – это способность почвы менять форму без образования трещин под воздействием нагрузки, и сохранять ее после снятия нагрузки. Она зависит от механического состава, влажности почвы, содержания в ней органического вещества. Сухие и переувлажненные почвы не обладают пластичностью. По числу пластичности почвы классифицируют на четыре категории : непластичные – песок, слабопластичные – супесь, пластичные – суглинок, высокопластичные – глина. 1.5.3. Трение В процессе работы почвообрабатывающих машин возникают силы сопротивления, вызванные трением. Различают внутреннее трение или трение почвы о почву и внешнее трение – трение почвы о поверхности рабочих органов. 9 Знание величины коэффициентов трения позволяет правильно подойти к выбору рабочих органов почвообрабатывающих машин, которые бы позволили выполнять наиболее качественно технологический процесс при возможно меньшей затрате энергии. Коэффициент внутреннего трения определяют на установке, схема которой представлена на рис.2. Рисунок 2 - Схема прибора для определения коэффициента внутреннего трения почв : 1,3 – неподвижные обоймы; 2 – подвижная обойма; 4 – динамометр; 5 – лебедка; 6 – рукоятка. Установка состоит из трех обойм, двух неподвижных 1 и 3 и одной подвижной 2, динамометра 4, лебедки 5, рукоятки 6 и набора грузов (10Н, 20Н, 30Н, 40Н, 50Н). Обоймы 1, 2 и 3 заполняют почвой, по возможности сохраняя ее монолитность. Затем, поворачивая рукоятку лебедки 5, перемещают подвижную обойму 2 относительно неподвижных 1 и 3. Динамометр 4 определит усилие Т, необходимое для перемещения обоймы 2. Сила T по величине равна и противоположно направлена силе трения F: T F F1 F2 , где F1 – сила трения, возникающая при смещении обоймы 2 относительно обоймы 1; (5) 10 F2 – сила трения, возникающая при смещении обоймы 2 относительно обоймы 3. Численные значения F1 и F2 равны : F1 f ВН N1. ; F2 f ВН N1 N 2 , , (6) (7) где N1 – сила тяжести обоймы 1; N2 – сила тяжести обоймы 2; fВН – коэффициент внутреннего трения почвы. Тогда : T f ВН N1 f ВН N1 N2 (8) Отсюда : f ВН Т T T , 2 N1 N 2 2m1 g m2 g g (2m1 m2 ) (9) где m1,m2 – масса обоймы 1 и 2. Коэффициент внутреннего трения изменяется от типа почвы и ее влажности. Так, например, для чернозема тяжелосуглинистого при изменении влажности от 6 до 30% fвн уменьшается от 0,9…1,1 до 0,3…0,5. Коэффициент трения покоя fn и коэффициент трения скольжения fСК почвы по поверхности рабочего органа определяют на установке “наклонная плоскость”. Установка состоит из плоскости 1 (рис.3), на которую крепится один из испытуемых материалов (стальная полоса), тягового реле с упором 2, датчика 3, секундомера 4, включателя с кнопкой 5, транспортира 6 и рамы 7. Коэффициент трения покоя (статического трения). Для определения коэффициента трения покоя fп почвенный образец 8 помещают на плоскость 1, установленную горизонтально. Затем плавно наклоняют плоскость до момента начала движения образца. В этот момент с помощью транспортира фиксируется угол α наклона плоскости. 11 Обозначим через N нормальную реакцию плоскости, F – силу трения и G – силу тяжести образца почвы. G имеет две составляющие Тп и Q. Проецируем все силы, действующие на образец почвы на оси X и Y. При равновесии системы будем иметь :: F – Tп = 0; N – Q = 0. Из треугольников находим Tп G sin ; Q G cos . Тогда : F - G sin 0 и N G cos 0. Отсюда : F G sin ; N G cos . Разделим F на N : F G sin tg . N G cos (10) Максимальный угол , при котором образец еще остается в покое, равен углу трения тр , т.е. тр. Тогда : tg tg тр f п . Тангенс максимального угла и равен коэффициенту трения покоя fп . Образец почвы остается в равновесии до тех пор, пока угол наклона плоскости не превысит угла трения. Из формулы (10) F N tg N tg тр N f п. Сила трения F пропорциональна нормальному давлению N. Коэффициент трения скольжения при относительном перемещении почвы по поверхности со скоростью близкой к рабочей определяется из дифференциального уравнения движения тела по наклонной плоскости d 2S m 2 mg sin f СК mg cos . dt (11) После интегрирования уравнения получим : f СК tg 2S , gt 2 cos где α – угол наклона плоскости при движении образца почвы; S – путь, пройденный почвенным образцом за время опыта, м; t – время, за которое почвенный образец прошел путь S, с; fСК – коэффициент трения скольжения. (12) 12 Рис.3 Схема наклонной плоскости для определения коэффициентов трения покоя и трения скольжения : 1 – плоскость; 2 – упор; 3 – датчик; 4 – секундомер; 5 – включатель с кнопкой; 6 – транспортир; 7 – рама; 8 – почвенный образец. Данные для определения fСК получают экспериментально на наклонной плоскости. Для этого наклонную плоскость устанавливают под углом α, обеспечивающим перемещение образца почвы по плоскости со скоростью близкой к рабочей. Сила F уже не уравновешивает силу Тс. Замеряют длину пути зачетного участка S (между упором 2 и датчиком 3). На упор помещают образец испытуемой почвы. При нажатии на кнопку 5 упор 2 под действием тягового реле утопает. При увеличении угла наклона сила Тс становится больше силы F и образец почвы под действием силы P = Tс - F начинает равноускоренно двигаться. Одновременно с началом движения образца автоматически включается секундомер. По прохождению пути S, образец воздействует на датчик 3, связанный с секундомером, после чего он выключается, 13 зафиксировав время t прохождения образцом 8 пути S. Зная угол α, путь S и время t, определяют коэффициент трения скольжения fСК. 1.5.4. Липкость Прилипание почвы является неотъемлемым явлением в процессе работы почвообрабатывающих рабочих органов. Липкость – это способность почвы прилипать к соприкасающимся к ней предметам. Она измеряется усилием, которое необходимо для отрыва от почвы прилипшего к ней предмета. TПР P S , (13) где TПР – сила прилипания, Н; Р – удельная сила прилипания, Н/м2 (Па); S – площадь контакта, м2. Чрезмерная липкость увеличивает тяговое сопротивление машин, а в отдельных случаях липкость почвы не позволяет осуществлять технологический процесс ее обработки. Прилипание происходит за счет пленок воды и естественных “прилипателей” почвы : гумуса, минеральных коллоидов и т.п. Максимальное усилие прилипания наблюдается при влажности почвы от 25 до 45%. При влажности менее 25% и более 45% липкость существенно уменьшается. По удельной силе прилипания почвы разделяют на следующие категории : > 1,5 кПа – предельно вязкая ; 0,05…0,2 кПа – слабовязкая; 0,51…1,5 кПа – сильновязкая ; < 0,05 кПа – рассыпчатая. 0,21…0,5 кПа – средневязкая; Надо отметить, что законы трения и прилипания различаются, хотя и проявляются одинаково – в виде сопротивления скольжению. Сила трения F 14 не зависит от площади контакта и при N = 0 отсутствует. Тогда как сила прилипания ТПР зависит от площади контакта и проявляется даже при отсутствии нормального давления (N = 0). 1.5.5. Удельное сопротивление почвы Удельное сопротивление почвы выражается в тяговом усилии на единицу поперечного сечения пласта почвы (Па). В зависимости от типа почвы, фона поля, механического состава, влажности, удельное сопротивление изменяется от 20 до 100 кПа. При работе культиваторов удельное сопротивление почвы выражается в усилии, приходящем на единицу ширины захвата рабочего органа (Н/м). Оно зависит от типа рабочего органа, глубины обработки и скорости движения агрегата. Так, при работе лапами принимают удельное сопротивление почвы при культивации со скоростью 6км/ч на глубину 60мм– 0,8…1,0 Н/мм, 80мм – 1,1…1,3 Н/мм, 100мм – 1,4…1,7 Н/мм, 120мм – 1,8…2,1 Н/мм ширины захвата лапы. При повышении скорости на 1 км/ч, удельное сопротивление возрастает примерно на 8…10%. 15 2. ФАКТОРЫ РОСТА И РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЙ. Урожайность сельскохозяйственной культуры зависит от условий выращивания (табл.3), одни из которых являются регулируемыми, другие определяются особенностями данной природно-климатической зоны. Основными факторами, влияющий на рост и развитие растений, являются: тепло, влага, свет, питательные вещества к аэрация почвы. Тепло. Это важнейший фактор жизни растений. Характеристикой тепла является температура почвы. Она определяет, прежде всего, условия прорастания семян после посева. Для таких культур, как кукуруза, соя, просо, минимальная температура прорастания составляет 8...10° С, для многих овощных и бахчевых культур она равна 10...12°C и даже 12...14° С. Эта температура, фиксируемая на глубине заделки семян, обычно и определяет сроки посева. Таблица 3 - Показатели, определяющие урожайность сельскохозяйственных культур Показатели 1 I. Суммарная радиация (свет) 2. Температура почвы Характеристика и определение 2 Приход прямой и рассеянной солнечной радиации на горизонтальную поверхность, в кал/см2 сут. Среднесуточная температура почвы на глубине 20 см, в градусах С. 3. Температура воздуха Среднесуточное значение температуры воздуха на уровне метеорологической будки, в градусах С. 4.Содержание гумуса в почве Содержание перегнивших органических веществ в пахотном горизонте почвы, в % от массы абсолютно сухой почвы. Количество фосфорной кислоты, доступной для растений в пахотном горизонте почвы, в мг на 100 г абсолютно сухой почвы Содержание обменного калия в пахотном горизонте почвы, в мг на 100 г абсолютно сухой почвы. Количество нитратов в пахотном горизонте, в мг на 100 г абсолютно сухой почвы 5. Содержание Р205 в почве 6. Содержание К20 в почве 7. Содержание нитратов в почве 16 Продолжение таблицы 3 1 2 8.Влажность устойчивого завядания Нижняя граница влажности почвы, при которой растений растения прекращают рост и развитие, в % к массе абсолютно сухой почвы. 9. Наименьшая влагоемкостъ почвы Верхняя граница влажности почвы, выше которой почва не в состоянии удерживать влагу и она под действием гравитационных сил перемешается в нижележащие почвенные горизонты, в % от массы абсолютно сухой почвы 10. Минерализация грунтовых вод Концентрация солей в грунтовых водах, в г/л. 11. Структура почвы Содержание водопрочных почвенных агрегатов размером от 0,25 мм до 10 мм, в % от массы абсолютно сухой почвы. 12. Механический состав Содержание в почве частиц размером 0,01 мм (физической глины), в % от массы абсолютно сухой почвы. 13. Засоленность почвы Содержание токсичных солей в корнеобитаемом слое почвы (по плотному остатку), в % от массы абсолютно сухой почвы. 14. Плотность почвы Масса абсолютно сухой почвы в единице объема при ее естественном сложении, в г/см3 . 15. Порозность почвы Суммарный объем всех пор, в % от объема почвы. 16. Засоренность посевов Количество и биомасса сорных растения, в штуках и г на 1 м2 посева. 17. Предшественник Сельскохозяйственная культура или пар, занимавшие данное поле в предыдущем году. Что касается сорняков, то минимальная температура прорастания их семян колеблется от 2...4°С до 18..20° С. Это позволяет им всходить и засорять поля в течение всего вегетационного периода. Основным источником тепла в почве является солнечная радиация. Регулировать тепловой режим почвы можно несколькими приемами и средствами (рис.4). Наиболее эффективным приемом повышения температуры почвы является мульчирование (покрытие) поверхности почвы синтетической пленкой, темной бумагой, торфом, навозом, измельченной соломой. Прикатывание, образование гребней и валиков почвы над рядками способствуют также повышению температуры. 17 Образование гребней, валиков над рядком Прикатывание Повышение Мульчирование синтетической пленкой, темной бумагой, торфом, навозом, соломой Южные склоны ТЕПЛО ( температура почвы) Затемнение Рыхление Снижение Северные склоны Полив Рисунок 4 - Приемы и средства регулирования тепла (температура почвы) Для снижения температуры почвы проводят рыхление, полив. Влажная почва медленнее прогревается, нежели сухая. Рано появляюшиеся сорные растения затеняют почву, что приводит к снижению ее температуры на I...4° С. В результате этого прорастание культурных растений затягивается, увеличивается их восприимчивость к болезням. Влага Чтобы растения нормально росли и развивались, в почве должно быть достаточное количество влаги (воды). Различают связную и свободную почвенную воду. Свободная вода используется растениями, а связная недоступна для них и входит в состав почвенных минералов. Вода, находящаяся в крупных порах почвы, передвигается вниз под действием силы тяжести и называется гравитационной. В агрономическом отношении ценной является капиллярная вода, расположенная в мелких порах. Под действием сил поверхностного натяжения она может подниматься по капиллярам из нижних слоев почвы в верхние, пополняя запасы воды по мере ее испарения с поверхности. Следовательно, мелкокомковатая почва лучше удерживает воду, обладает большей влагоемкостью. 18 На образование 1 кг сухой массы, например, кукурузе нужно 300...350 л воды. Кроме того, испаряясь с поверхности листьев, вода охлаждает надземные органы растений, что весьма важно в жаркие периоды вегетации. Свет Растения весьма требовательны к свету. При его недостатке, при затенении растения вытягиваются, образуются мелкие листья и тонкие стебли, что отрицательно сказывается на урожайности. Объясняется это тем, что с использованием световой энергии солнца происходит образование в тканях зеленого растения из углекислого газа, воды и минеральных солей органических соединений. Данный процесс называется фотосинтезом. Необходимо стремиться, чтобы растения максимально использовали световую энергию. Это достигается несколькими путями. Сроками посева и агротехникой добиваются, чтобы к периоду наибольшей солнечной радиации (июнь –июль) растения имели максимальную фотосинтезирующую листовую поверхность. Надо, чтобы листья в начальный период развивались быстрее и сохранялись более длительное время. Кроме того, наилучшие условия для поглощения света имеют вертикально ориентированные листья. Надо избегать чрезмерного загущения, когда растения затеняют друг друга (рис.5). Борьба с сорняками (ликвидация затемнения) Ранние сроки посева Пути повышения использования световой энергии Расположение рядков с севера на юг Исключение загущения Рисунок 5 - Пути повышения использования световой энергии Даже незначительное затенение сорняками существенно тормозит рост и развитие растений. Поэтому борьба с ними, особенно в начальной период 19 вегетации весьма актуальна. Целесообразно располагать рядки с севера на юг. Фотосинтез обеспечивает воздушное питание растений. Питательные вещества Это органические и минеральные соединения, которые содержат элементы питания растений - азот, фосфор, калий, сера, магний, железо, кальций, а также микроэлементы - медь, марганец, молибден, бор, цинк, кобальт. Органические удобрения - это навоз, торф, птичий помет, растениясидераты. Минеральные удобрения - азотные, фосфорные, калийные и комплексные. Внесение в почву органических и минеральных удобрений в нужных дозах и в оптимальные сроки позволяет обеспечить минеральное питание растений, их хороший рост и развитие. Аэрация почвы Это один из важнейших процессов насыщения почвы воздухом, обмена кислородом и углекислым газом между атмосферой, почвой и корнями растении. Рост корней, поступление по ним в растение воды и питательных элементов во многом зависит от кислорода, попадающего в почву с воздухом и водой. Под действием кислорода происходит окисление органического вещества с выделением углекислого газа и энергии, за счет которой идут многие физиологические процессы. При плохой обработке, на переувлажненных почвах корням растений не хватает воздуха, а, значит, и кислорода. Кислородное голодание корневой системы приводит в конечном итоге к гибели растений. Поэтому после поливов дождей обязательно рыхление почвы (рис.6). Биологические потребности растения должны быть строго согласованы с условиями выращивания, что возможно только при правильном применении всех законов и закономерностей земледелия: оптимум факторов - растение должно быть обеспечено всеми факторами в оптимальных количествах; 20 Рыхление Накалывание АЭРАЦИЯ ПОЧВЫ Оструктуирование (внесение навоза, торфа, синтетического структурообразователя) Обработка почвы в оптимальном по влажности состоянии Рисунок 6 - Способы улучшения аэрации почвы равнозначность и незаменимость факторов - нельзя один жизненно важный фактор заменить другим (воду - теплом, солнечную энергию - минеральным питанием и т.д.); лимитирующий фактор - величину урожая определяет тот фактор, который находится в минимуме; взаимодействие факторов - совокупность действия факторов на растение всегда эффективнее, чем сумма эффектов от отдельных факторов; возврат - питательные вещества, потребленные растением из почвы для формирования урожая, необходимо возвращать в почву ежегодно с удобрениями. 21 3. ЗАСОРЁННОСТЬ ПОЛЕЙ И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 3.1. Особенности сорных растений Сорняки – растения, засоряющие угодья и наносящие вред возделываемым сельскохозяйственным культурам. По способу питания их разделяют на непаразитные, паразитные и полупаразитные. По продолжительности жизни непаразитные сорняки бывают однолетние, двулетние и многолетние. Однолетние размножаются семенами и живут один год. Двулетние развиваются за два вегетационных периода: весной появляются всходы, в течение лета они развиваются, запасают питательные вещества в корнях и зимуют в стадии розетки листьев или начала стеблеобразования. На другой год весной развивается стебель, появляются цветки, созревают семена. Многолетние сорняки размножаются семенами и вегетативным способом. После созревания семян у них отмирают надземные органы (стебель, листья), а оставшиеся в почве (корни, корневища, клубни, луковицы) продолжают жить и от них ежегодно отрастают побеги, стебли, созревают семена. Сорняки размножаются как половым (семенами) так и бесполым (вегетативным) путем. Семя начинает прорастать при благоприятных почвенно- климатических условиях. Вначале оно набухает (начинается интенсивный рост его клеток), наклевывается и трогается в рост корень (рис.7.,а). Место перехода корня в стебель называется корневой шейкой (КШ) (б). От стебля отходят первые листья растения – семядоли (СД). Участок от корневой шейки до семядолей называется подсемядольным коленом (ПК). Две семядоли – признак двудольного растения. Термином “всходы” называется стебелек с семядолями или первыми настоящими листьями. Всходы частично живут еще за счет питательных веществ семян. При этом одновременно развивается 22 и корневая система. От корневой шейки (КШ) (в) вниз идет главный корень (ГК). Рисунок 7 - Фазы развития растений из семени : а – наклевывание; б – прорастание; в – всходы; КШ – корневая шейка; ПК – подсемядольное колено; ГК – главный корень; ПРК – придаточный корень; СД – семядоли. Кроме главного корня, развивающегося из корешка зародыша семени, имеются придаточные (ПРК). Они возникают на подсемядольном колене, на частях стеблей, листьев, присыпанных почвой. Ответвления главного и придаточных корней представляют собой боковые корни. Совокупность всех корней растения составляет его корневую систему. Имеется четыре основных типа корневых систем сорных растений : мочковатая, стержневая, корневищная, корнеотпрысковая. Стержневая отличается интенсивным развитием главного корня (рис.8.а), мочковатая – хорошо развитыми придаточными корнями (б). В подземных органах корневищных и корнеотпрысковых многолетников накапливается значительное количество питательных веществ, представляющих собой в основном водорастворимые углеводы. Они обеспечивают жизнестойкость и высокую регениративную способность многолетников, возможность интенсивного вегетативного размножения. 23 Рисунок 8 - Типы корневых систем сорных растений : а – стержневая; б – мочковатая; в – корневищная; г – корнеотпрысковая. Корневищные многолетники способны размножаться кусочками корневищ (в). Наиболее жизнеспособны корнеотпрысковые многолетники. Все участки корня дают начало новым растениям (г). Они могут развиваться даже из отрезков подземного побега. Большинство сорных растений отличаются высокой плодовитостью. Например, одно растение осота полевого способно образовывать до 30тыс.семян; паслена черного, портулака огородного, пастушьей сумки – 300тыс.; мари белой – 700тыс.; щирицы запрокинутой—1 млн, а полыни обыкновенной — более 2 млн семян. Семена многих сорняков сохраняют жизнеспособность до 10 лет, а таких как щирица, портулак, .пастушья сумка, заразиха - свыше 25 лет. Благодаря твердой оболочке жизнеспособность их не зависит от влажности почвы. Бороться с сорняками очень трудно, так как они прорастают неодновременно (недружно) - в течение сезона появляются все новые и новые всходы. 24 3.2. Методы определения засоренности Поля засоряются из-за интенсивного распространения семян сорняков (рис.9). Созревшие семена подхватываются и переносятся ветром. Некоторые семена для этого имеют специальные органы (летучки, крылатки). Значительное количество семян попадает на поля с водой, особенно при отсутствии в оросительных каналах надежных сороуловителей. Часть их разносится дождевой водой, птицами, копытами животных, колесами транспортных средств. Немало семян сорняков, причем таких злостных, как повилика, попадает на поля с неперепревшим навозом. Так как после прохода через кишечник животных всхожесть зрелых семян не теряется, то вносить навоз можно только перепревший, который находился в штабелях или навозохранилищах не менее четырех месяцев. За это время он разлагается под действием температуры (при 60. ..70°С семена сорняков теряют жизнеспособность). С этой же целью полову, зерноотходы, грубые растительные корма нужно скармливать животным только в запаренном виде. Семена распространяются при перемещении по полю скошенной растительности (вместе с сорняками) уборочными .машинами, в процессе обмолота, если комбайны не оборудованы специальными улавливателями, при культивациях, если рабочие органы тщательно не очищаются. Ветром С семенами культурных растений Уборочными машинами Водой СПОСОБЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СЕМЯН СОРНЯКОВ С навозом Птицами, животными Рисунок 9 - Способы распространения семян сорняков 25 При уборке семенных посевов, засоренных сорняками, семена их смешиваются с семенами культурных растений. И даже после очистки засоренность остается. Некоторые сорняки (солянка, рогач и др.) в виде шарообразных кустов хорошо перекатываются ветром по поверхности поля, засоряя участки. Засоренность полей необходимо определять для того, чтобы планомерно и эффективно бороться с сорняками. При этом нужно учитывать следующее. Заметный ущерб урожаю сорняки наносят в том случае, если они занимают более 10% площади. Если первые 40.. .50 дней после посева поле содержать чистым от сорняков, то рост засоренности в дальнейшем существенно не скажется на урожайности. Следовательно, чтобы знать, как бороться с сорняками, нужно определить засоренность еще ранней весной и перед первой междурядной обработкой почвы. Наиболее простые методы учета засоренности биологический и глазомерно-проекционный. Биологический метод заключается в следующем В конце зимы или ранней весной с участка берут пласты почвы площадью 10х10 см и толщиной 10 см. Их вырезают по диагонали поля не менее чем в пяти местах и устанавливают в теплое освещенное помещение, при необходимости поливают и ждут появления всходов сорняков. По всходам определяют число и вид сорняков. Найденное усредненное по всем образцам число сорняков умножают на 100 и получают численное значение засоренности в штуках на 1 м2 площади поля. По засоренности можно приблизительно установить число семян сорняков на 1 м2 в слое почвы 0. ..10 см зная, что доля жизнеспособных семян в общем их запасе в почве составляет ежегодно около 10%, т. е. значение полученной засоренности увеличивают в 10 раз. 26 Глазомерно-проекционный метод применяют перед довсходовой или первой междурядной обработкой. Для этого по диагонали поля в типичных по засоренности местах накладывают рамку площадью 0,25 м2 (0,5 х 0,5 м). Глядя вертикально вниз, определяют примерно площадь поверхности почвы, покрытую сорняками, в процентах к обшей площади рамки. Данные, полученные по нескольким местам засоренности, усредняют. Засоренность оценивают по шкале (табл.4) Тип засоренности определяется видом преобладавших сорняков, а также тем, в каком они находятся сочетании. Малолетний, например, должен быть представлен преимущественно однолетними и двулетними сорняками. Таблица 4 - Шкала для оценки засоренности поля Площадь, по- Число сорняков на 1м2 крытая сорня- Степень засо- Балл малолетних многолетних ренности До 30 До 1 Очень слабая 1 До 10 31…100 1,1…3 Слабая 2 11…25 101…200 3,1…6 Средняя 3 26…50 201…300 6,1…10 Сильная 4 Более 50 Более 300 Более 10 Очень сильная 5 ками, % Единичные сорняки Возможны также такие типы, как корневищный, корнеотпрысковый, корнеотпрысково-малолетний, корневищно-корнеотпрысковый. Необходимо стремиться использовать систему безгербицидной борьбы с сорняками (рис.10). 27 Излом, разрыв - катками Срезание - лапами Вычесывание – зубьями, штангой Механические ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЕ ПРИЕМЫ И СПОСОБЫ БОРЬБЫ С СОРНЯКАМИ Уменьшение суммарной длины рядков на гектаре – увеличение ширины междурядья Агротехнические Лишение света – присыпание проростков и всходов почвой (окучивание), загущение посевов Уменьшение аэрации Истощение – путем неоднократного срезания побегов Уменьшение величины защитной зоны – использование направляющих элементов (борозд, щелей, фотоэлектронных устройств) Снижение температуры и влажности верхнего слоя почвы - рыхление Рисунок 10 - Экологически чистые приемы и способы борьбы с сорняками 4. СПОСОБЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОЧВУ. Помимо механического на почву оказывается физическое, химическое, биологическое воздействия (рис.11). При обработке почвы выполняются следующие технологические операции: крошение, оборачивание, рыхление, перемешивание, уплотнение, выравнивание, уничтожение сорняков и вредителей (куколок, личинок), создание гребней, гряд, нарезка борозд, щелей. Цель обработок – изменение в почве одного или несколько основных факторов роста и развития растений: влажности, температуры, освещённости, аэрации, содержания элементов питания. И каждую технологическую операцию надо оценивать с точки зрения влияния её на эти факторы. Обработка почвы активизирует жизнедеятельность полезных микроорганизмов, переводящих питательные вещества в форму, доступную растениям. 28 ДВИЖИТЕЛЯМИ МАШИН И ОРУДИЙ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ ВЫВЕТРИВАНИЕ, СМЫВАНИЕ (ЭРОЗИЯ) МЕХАНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОЧВЕННЫХ ГЕРБИЦИДОВ СПОСОБЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОЧВУ МИКРООРГАНИЗМЫ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ВНЕСЕНИЕ УДОБРЕНИЙ ХИМИЧЕСКОЕ ИЗВЕСТКОВАНИЕ ДОЖДЕВЫЕ ЧЕРВИ КОРНИ РАСТЕНИЙ ФИЗИЧЕСКОЕ ИССУШЕНИЕ. УВЛАЖНЕНИЕ Воздействие электромагнитным полем ПРОМОРАЖИВАНИЕ, ПРОГРЕВАНИЕ Рисунок 11 - Способы воздействия на почву 4.1. Использование СВЧ-энергии Эффективней бороться не с сорняками, а с их семенами в почве. Для этого используют как механические, так и физические способы, например воздействие на семена СВЧ-энергией – электромагнитным полем (ЭМП) сверхвысокой частоты (СВЧ). Электромагнитные колебания распространяются в пространстве в виде волн длиной, м c f , (14) где с – скорость распространения света, равная 3x108 м/с; f - частота волны, Гц (герц). К СВЧ относятся частоты от 300 МГц (мегагерц) до 300 ГГц (гигагерц) [1МГц=106 Гц; 1ГГц=109 Гц]. Для СВЧ диапазон длин волн (10…0,001)м. 29 СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПУЛЬТ УПРАВЛЕНИЯ СВЧ-ГЕНЕРАТОР 1 2 Рисунок 12 - Блок-схема обработки почвы СВЧ-полем : 1 - антенна; 2 – семена сорняков. Почва, семена и другие биологические объекты представляют собой диэлектрики (отличаются малой электропроводностью) . При воздействии на них электромагнитным полем сверхвысокой частоты СВЧ-энергия переходит в тепловую. Семена нагреваются. Ввиду того, что семена сорняков находятся на глубине до 30 см, а основная их масса — до 10 см, используют более узкий диапазон СВЧ-частот : 915±25МГц и 2375 (2450)±50 МГц (иногда 5800 МГц). Чем выше частота, тем меньше глубина проникновения СВЧ излучения в почву и глубина прогрева. Мобильные СВЧ установки (их агрегатируют с тракторами) состоят из высоковольтного источника питания (рис.12), СВЧ-генератора, волновода с рупорным излучателем (антенной), системы охлаждения и пульта управления. При обработке СВЧ-энергией нагревается сразу весь объем тела, а не как обычно: сначала снаружи, а затем тепло передается внутрь. Причем возможны мгновенное включение и отключение теплового действия, что обеспечивает высокую точность регулирования процесса. Коэффициент полезного действия преобразования СВЧ-энергии в тепловую близок 100%. СВЧ- 30 энергия может оказывать на семена стимулирующее, угнетающее действия и не оказывать никакого действия. Стимуляция происходит благодаря активизации ферментов (биологические вещества - катализаторы, присутствующие в клетках) и увеличению проницаемости мембран клеток, обеспечивающей более быстрое поглощение семенами воды, кислорода и перемещение продуктов обмена, а отсюда ускорение процессов набухания и прорастания семян. Угнетение, подавление жизнеспособности семян происходит из-за их нагрева и, как следствие, денатурации (изменения свойств) белков, разрыва клеточных мембран. Высокочастотное электромагнитное поле усиливает колебание молекул, межмолекулярное трение, а значит, и нагрев. Поверхность почвы облучают потоком электромагнитных волн перед посевом. Действие обработки оценивают лучистой экспозицией и плотностью потока поглощения. Лучистая экспозиция характеризуется энергией излучения, приходящейся на единицу площади поверхности - Дж/м2. Ее регулируют изменением продолжительности обработки (времени воздействия). Плотность потока поглощения определяется энергией, поглощаемой единицей площади поверхности в 1 с - Дж/(м2 • с) =Вт/м2. Она зависит в основном от мощности источника СВЧ-энергии (СВЧ-генератора). С увеличением плотности потока лучистая энергия, необходимая для уничтожения семян сорняков, снижается. Чтобы подавить жизнеспособность семян сорняков, плотность потока должна быть 800 кВт/м2, а лучистая экспозиция 1000.. .6000 кДж/м2, для стимулирования прорастания семян - 300.. .800 кДж/м2. Такой широкий диапазон объясняется многообразием факторов, влияющих на эффективность действия СВЧ-энергии. Один из них - влажность почвы и семян. Во влажной почве семена сорняков более чувствительны к обработке СВЧ-энергией, чем в сухой. При этом эффективность действия повышается на плодородных и тяжелых по механическому составу суглинистых почвах и снижается на супесчаных. При 31 возрастании температуры воздуха с 10 до 20°С СВЧ-энергии расходуется на 20% меньше. Наиболее подвержены воздействию СВЧ-энергии семена, лежащие на небольшой глубине – до 50мм. Сухие семена сорняков более устойчивы к СВЧ-энергии. Чувствительность набухших, наклюнувшихся семян и тем более проросших к СВЧэнергии существенно возрастает. СВЧ-энергию используют двумя путями. Первый — провоцируют ускоренное прорастание семян сорняков при предпосевной обработке почвы. После появления проростков, всходов их уничтожают механически. Второй путь - полностью уничтожают семена сорняков СВЧ-энергией. Так как для этого требуются большие затраты электроэнергии, то СВЧ-энергией обрабатывают только зоны будущих рядков растений шириной 100…150 мм. Разрыва по времени между обработкой и посевом (посадкой) не делают, так как вредных последствий не наблюдается. Обработку можно проводить при сильном ветре, тумане, дожде, при любой температуре. На полезную микрофлору почвы такая обработка отрицательного влияния не оказывает, и уже через несколько часов после рядковой обработки, микробиологическая активность почвы возрастает. В обработанной зоне резко снижается количество нематод, вредных фитопатогенных грибов, личинок и куколок вредителей (совок, мух). Метод эффективен против семян сорняков всех видов и их проростков, не оказывает отрицательного воздействия на окружающую среду, технологически несложен и при соответствующих средствах радиозащиты безопасен для обслуживающего персонала. 4.2. Соляризация Соляризация — использование солнечного излучения для нагревания семян сорняков с целью подавления их жизнеспособности. Ее применяют в районах с интенсивной солнечной радиацией и большим числом солнечных дней. Эффективность соляризации зависит от многих причин (рис.13). Что- 32 бы, повысить поглощающую способность верхнего слоя почвы, при соляризации поверхность ее покрывают полиэтиленовой пленкой. Для этого используют прозрачную (светлую) пленку толщиной 25...30 мкм, которая пропускает больший спектр солнечных лучей, чем черная. В солнечные дни почва под пленкой интенсивно прогревается. Глубина прогревания, а значит, и толщина обработанного слоя почвы зависят от длительности нахождения под пленкой. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ПЛЕНКИ ТИП И ВЛАЖНОСТЬ ПОЧВЫ ИНТЕНСИВНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛЯРИЗАЦИИ ГЛУБИНА ЗАЛЕГАНИЯ СЕМЯН ВИД РАСТЕНИЙ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ОБРАБОТКИ Рисунок 13 - Факторы определяющие эффективность соляризации Так как основная масса семян сорняков расположена в слое почвы 0...50 мм, прогревание должно длиться не менее четырех недель. Можно покрыть пленкой только зону будущих рядков растений (шириной 200...300 мм). Тяжелые по механическому составу почвы прогреваются быстрее и на большую глубину, чем легкие. Семена сорняков гибнут по следующим причинам: из-за потери жизнеспособности от нагревания (как и при СВЧ- обработке), в результате стимуляции к быстрому прорастанию и затем гибели проростков от нагревания, контакта точки роста с пленкой. Соляризация эффективна при борьбе как с семенами однолетних злаковых и двудольных сорняков, так и с корневищами многолетников, расположенных в верхнем слое почвы. 33 При прогревании почвы солнечными лучами уничтожаются нематоды, возбудители болезней культурных растений. Перед посевом пленку чаще всего снимают, но можно и не убирать. В зону будущих рядков укладывают полиэтиленовую пленку; через три-четыре недели с помощью специального агрегата в пленке проделывают отверстия и в них высевают семена культурного растения. При этом существенно ускоряется рост и развитие растений и посевы надежно защищаются от сорняков. Для уничтожения сорняков весьма эффективно применение и фоторазлагающейся пленки, наносимой на поверхность почвы опрыскиванием. 5. ПРОПАШНЫЕ КУЛЬТИВАТОРЫ 5.1. Общее устройство Пропашной культиватор (типа КРН, КРК, УСМК) предназначен для предпосевной, довсходовой, междурядной обработок почвы и подкормки посевов пропашных культур : кукурузы, подсолнечника, сои, клещевины, сахарной свеклы, хлопчатника, овощных культур. Культиватор навесной, агрегатируется с тракторами тягового класса 14; 20 кН. Культиватор состоит из поперечного бруса 1 (рис.14), опирающегося на два несущих колеса 2 с установленными на нём секциями 3. Для агрегатирования с трактором к брусу закреплён замок автосцепки 4. В комплект пропашного культиватора входят туковысевающие аппараты АТП-2 (5) с тукопроводами 6 и подкормочными лапами 7. Культиватор транспортируется по дорогам вдоль ширины захвата, используя для этого транспортное устройство, на которое устанавливают несущие колеса. 34 Рисунок 14 - Схема пропашного культиватора: 1 – брус; 2 – опорные колеса; 3 – секция; 4 – автосцепка; 5 – туковысевающий аппарат АТП-2; 6 – тукопровод; 7 – подкормочные лапы. 5.2. Секции культиватора Для выполнения технологических операций к брусу культиватора крепят секции с набором рабочих органов. Секции (рис.15) могут размещаться в различных местах бруса культиватора в зависимости от ширины междурядий обрабатываемой культуры. Необходимое число секций nк определяют по следующей зависимости : n k K р 1, (15) где: Кр – число одновременно засеваемых рядов (число секций на сеялке). Например, при шестирядном посеве, число секций на культиваторе должно быть n k K р 1 6 1 7 , при восьмирядном n k K р 1 8 1 9 . 35 Рисунок 15 - Секция культиватора: 1 – колесо копирующее; 2 – пластина; 3 – П-образное звено; 4 – кронштейн; 5 – брус культиватора; 6 – регулируемое звено; 7 – сектор; 8 – рукоятка; 9 – держатель центральный; 10 – накладка с призмой; 11 – стержень квадратный; 12 – держатель задний; 13 лапы; 14 – грядиль; 15 – держатель боковой; 16 – болт стопорный. Кронштейн 4 секции с помощью скоб крепится к брусу 5 культиватора. Секция представляет собой четырёхзвенный параллелограммный механизм, включающий верхнее регулируемое звено 6 и нижнее П-образное звено 3, грядиль 14, копирующее колесо 1 и устройство для регулировки высоты установки колеса, состоящее из сектора 7 и рукоятки 8 с защёлкой. На грядиле 14 размещены: центральный держатель 9, задний держатель 12 и на квадратном стержне 11 два боковых держателя 15. В держатели устанавливают стойки рабочих органов. Центральный держатель может перемещаться в 36 продольном направлении, а боковые держатели – как в продольном, вдоль грядиля, так и в поперечном – по квадратному стержню, изменяя тем самым расстояние между рабочими органами. Параллелограммный механизм секции обеспечивает при наезде колёс на неровности почвы параллельное перемещение и постоянные углы наклона рабочих органов. Установка грядиля в горизонтальное положение осуществляется, верхним звеном 6 четырёхзвенника, а изменение расстояния грядиля от поверхности почвы – подъёмом или опусканием колеса 1 с помощью рукоятки 8. 5.3. Типы рабочих органов На культиваторах в зависимости от обработки устанавливают различные рабочие органы (рис.16). Рисунок 16 - Рабочие органы пропашных культиваторов: а – лапа стрельчатая; б – лапа односторонняя; в – лапа долотовидная; г – лапа подкормочная. Для междурядной обработки используют также штанговый и струнный рабочие органы. Различают три основных типа лап культиваторов : универсальные, полольные и рыхлительные. В свою очередь полольные лапы бывают стрельчатые и односторонние, а рыхлительные – долотовидные, копьевидные, оборотные. 37 Универсальные лапы бывают только стрельчатыми, они совмещают операции крошения почвы и подрезания сорняков. Технологическое значение у лап имеют прежде всего угол раствора лезвий 2γ (рис.17а) и угол крошения почвы α. Рисунок 17 - Схемы лап и сил, действующих на них а – стрельчатая лапа; б – односторонняя лапа; в – схема сил, действующих на лезвие лапы; г,д – схемы к определению угла крошения. Для односторонних лап угол γ равен углу установки лезвия лапы к направлению движения (б). Значение угла γ определяется требованием качественнго подрезания сорняков и исключения обволакивания лапы растительными остатками. В процессе работы культиватора на лезвие лапы действуют составляющие силы сопротивления резанию R : сила нормального давления N и тангенциальная Т(в). Под действием силы Т сорняки сдвигаются по лезвию, что способствует эффективному резанию. Для осуществления скользящего резания величина угла γ должна обеспечивать следующее неравенство : F < T. Определим эти силы : 38 T R cos ; N R sin ; (16) Известно, что : F N f N tg ; Тогда : F R sin tg ; где φ – угол трения сорняков о лезвие лапы. Если F < T , то R sin tg R cos ; Отсюда : или sin tg cos ; tg tg tg 1; 1 ctg tg (90 ). tg Следовательно : 90 ; (17) Угол трения сорняков об острое лезвие лапы достигает φ=50◦. Тогда γ ≤ 40◦ , а 2γ ≤ 80◦. С учетом работы лап во влажной и рыхлой почве, на небольшой глубине, угол раствора стрельчатых лап устанавливают не более 70◦. Степень крошения почвы лапой определяется углом крошения α(г), который зависит от угла наклона лапы к горизонтальной плоскости ε и от угла γ. Угол α измеряют в вертикально – продольной плоскости, а угол ε в вертикальной плоскости, перпендикулярной к лезвию лапы. По величине угла ε лапы делят на плоскорежущие : ε = 12…18◦ и универсальные ε = 25…30◦ . Определим угол крошения α : из треугольника ABD (д) : tg из ∆ АDC : tg AD ; DC из ∆ BDC : sin Отсюда : BD Тогда : tg AD ; BD DC ; BD DC ; sin AD sin или tg tg sin ; DC 39 Следовательно : arc tgtg sin . (18) У плоскорежущих лап α ≈ 9◦ , универсальных - α ≈ 16◦ , рыхлительных - α ≈ 40◦. 6. КУЛЬТИВАЦИЯ 6.1. Подготовка навесного устройства трактора Навесное устройство трактора МТЗ-80/82 (Беларусь) настраивают по трёхточечной схеме. Основные узлы навесного устройства – нижние тяги 3 и 6 (рис.18), центральная тяга 2, правый 1 и левый 8 раскосы, ограничительные цепи (растяжки) 4 и 5. Настройку проводят на ровной площадке с соответствующей разметкой в такой последовательности. Рисунок 18 - Схемы : а - навесного устройства трактора ; б,в – регулирования положения бруса; 1,8 – правый и левый раскосы; 2 – центральная тяга; 3,6 – нижние тяги ; 4,5 – растяжки; 7 – продолговатое отверстие; 9 – рукоятка правого раскоса; 10 – брус ; 11,12 – полуоси трактора ; А,Б – контролируемые размеры. 40 Левый 8 и правый 1 раскосы соединяют с нижними тягами 6, 3 через продолговатое отверстие 7 (а не через круглое). Брус 10 орудия устанавливают параллельно поверхности почвы, изменяя длину правого раскоса 1 (рис.18б) рукояткой 9. При её вращении по ходу часовой стрелки (если смотреть сверху) длина раскоса увеличивается, при вращении в противоположном направлении – уменьшается. Длина левого раскоса при этом должна быть 515 мм (расстояние от центра шарнира до центра отверстия). Затем брус 10 располагают параллельно оси задних колёс трактора, изменяя длину растяжек 4, 5 (в). При этом середина бруса должна находиться на продольной оси трактора (посередине трактора). Расстояние А от бруса до левой 11 и правой 12 полуосей трактора должно быть одинаковым. Кроме того, контролируют и расстояние Б от концов бруса до полуосей трактора. После регулирования растяжки несколько ослабляют, чтобы поперечное перемещение рамы навешенного культиватора не превышало 20 мм в транспортном положении. Далее, верхнюю полку бруса 10 устанавливают в горизонтальном положении, изменяя длину верхней тяги 2. На брусе культиватора установлен треугольник автосцепки, а на навесном устройстве трактора – рамка. При установке рамки на трактор, нижние тяги навесного устройства присоединяют к наружным пальцам 4 рамки 3 (рис.19), а центральная тяга – к круглым отверстиям рамки. При навешивании культиватора на трактор рамка 3 входит в полость треугольника 2 и фиксируется специальным замком 6. Для отсоединения культиватора от трактора опускают культиватор на стойку, после чего с помощью тросика 7 из кабины поворачивают на себя рукоятку 8, выводя защелку из зацепления с упором замка. Удерживая рукоятку, опускают рамку до выхода ее из треугольника, после чего опускают. Для увеличения продольной устойчивости трактора с культиватором впереди трактора на кронштейнах крепят груз массой до 225 кг. 41 Рисунок 19 - Схема треугольника автосцепки с рамкой : 1 – брус культиватора; 2 – треугольник автосцепки; 3 – рамка; 4 – пальцы рамки; 5 – кронштейн; 6 – замок; 7 – тросик; 8 – рукоятка. Колея трактора при работе на посевах с шириной междурядия 700 мм – 1400 мм, шириной междурядия 450 и 600 мм – 1800 мм. Давление в шинах, мПа: передних – 0,16; задних – 0,14 (при подкормке – 0,17). Культивацию проводят агрегатом состоящим из трактора класса 14(20)кН и пропашного культиватора КРН – 4,2А (5,6Б); УСМК – 5,4Б; КРК-5,6; КРК-8,4. 6.2. Подготовка культиватора к работе Трактор с культиватором размещают на ровной площадке. Вращением стяжной гайки верхнего звена 1 (рис.20) устанавливают грядили 7 секций горизонтально : параметр А должен быть равным параметру Б. Стойки рабочих органов вставляют в держатели и опускают вниз, чтобы лезвия лап лежали на площадке и касались её всей длиной. В случае распо- 42 ложения лапы наклоном вперёд, «на носке» ухудшается подрезание сорняков, интенсивней рыхлится и отбрасывается почва, что приводит к засыпанию растений. При расположении лапы «на пятке» - ухудшается процесс заглубления, глубина хода нестабильная, а дно волнистое. Чтобы выровнять лапу 6 стоящую «на носке» надо верхнее звено 1 удлинить, а «на пятке» – укоротить. После регулировки стяжные гайки верхних звеньев фиксируют контргайками. Рычаг регулировки глубины 4 устанавливают в среднее положение на секторе, чтобы можно было корректировать глубину обработки в поле, увеличивая или уменьшая ее. Под копирующие колеса секций устанавливают бруски 3, толщина которых определяется по следующей зависимости : hб = hc – hп , (19) где hc – глубина хода стрельчатых лап, мм ; hп – глубина погружения копирующего колеса в процессе работы, мм. Величину hп определяют, исходя из конкретных условий работы : - при работе на повышенной скорости движения культиватора, глубина колеи копирующего колеса уменьшается и соответственно толщину бруска надо увеличивать; - при увеличении глубины обработки почвы глубина колеи возрастает и толщину бруска уменьшают ; - глубина колеи существенно зависит от механического состава почвы. Для настройки ориентировочно принимают hп =20мм. Опускают лапы до соприкосновения с площадкой. Так как односторонние лапы работают на меньшей глубине чем стрельчатые, их поднимают на величину hо = hc – hл , где hc, hл – глубина хода стрельчатой и односторонней лап, мм. (20) 43 После установки лап их стойки фиксируют стопорными болтами с контргайками. Проверяют, чтобы вылет стоек всех однотипных лап над грядилем был одинаковым. Рисунок 20 - Схема регулировки глубины хода лап : 1 – верхнее звено четырехзвенника; 2 – копирующее колесо секции; 3 - брусок; 4 – рычаг сектора; 5 – стрельчатая лапа; 6 – односторонняя лапа; 7 – грядиль; А,Б – контролируемые параметры. При установке на секции рыхлительных лап, при работе которых глубина погружения колес возрастает , принимают hп = 30 мм. 6.3. Предпосевная обработка почвы по адаптивной технологии В настоящее время при возделывании пропашных культур предпосевную обработку почвы проводят по всему полю, вне зависимости от места расположения рядков. При этом используемые почвообрабатывающие машины КПС-4(КПК-4) имеют жесткие рамы, к которым рабочие органы крепятся с помощью одношарнирной(двухзвенной) подвески. На неровностях при подъеме рамы вместе с копирующими колесами рабочие органы становятся “на пятку” (рис.21) и выглубляются, а при опускании – “на носок” и заглубляются. 44 Рисунок 21- Схемы установки лап Выдержать необходимую стабильность глубины обработки невозможно. Отсюда недружные, невыровненные всходы (ри.22а). Рисунок 22 - Качество предпосевной обработки а – некачественно;б – качественно. Улучшение качественных показателей достигается за счет ведения индивидуальной обработки зоны рядков, отделив ее от обработки почвы на остальной площади . При этом используется четырехзвенная, параллелограмная подвеска почвообрабатывающих рабочих органов, обеспечивающая выравненное семенное ложе (б). Копирующие колеса секций перемещаются не на расстоянии от зон обработки, а непосредственно по рядкам в довсходовый период, а затем по специально подготовленным полосам. Установлено, что для объемного контакта семян с почвой, улучшающего их набухание и прорастание, размеры комочков почвы в зоне семян должны быть не более 7…10мм, то есть соизмеримыми с размерами высеваемых семян. Для исключения эрозионных процессов, снижения испарения почвенной влаги и улучшения аэрации размеры комочков в верхнем слое, над семе- 45 нами, должны составлять 10…16 мм, то есть должны создаваться в зоне посева слои почвы с разным фракционным составом. Для реализации этих требований используют культиватор КРН-5,6Б со специальными рабочими органами. Он включает брус с расположенными на нем секциями. Секции размещают по линиям будущих рядков. Спереди на грядиле каждой секции установлена стрельчатая лапа 1 (рис.23) с прутковой декой 5. За ней на стойках крепится ротор 3 с установленными на его валу в несколько рядов пальцами 4, к концам которых шарнирно присоединены звенья цепи 2. Секция опирается на два размещенных на концах вала ротора игольчатых диска. От них же осуществляется привод ротора 3. Рисунок 23 - Схема предпосевной рядковой послойной обработки почвы 1-лапа стрельчатая; 2-гибкий элемент;3-ротор; 4-пальцы; 5-дека; 6-обработанная почва в зоне рядков. В процессе движения агрегата стрельчатая лапа 1 подрезает верхний слой почвы, который поступает на прутковую деку 5. Мелкие комки почвы просеиваются между прутками деки 5 на уплотненное лапой семенное ложе. Этому способствует шарнирно установленные на пальцах ротора 3 звенья цепи 2. Вращение ротора осуществляется от игольчатых дисков за счет сцепления их с почвой. При вращении ротора звенья цепи вначале воздействуют вертикально вниз на подрезанную лапой почву, разрушая комки, затем перемещают ее назад, способствуя просеиванию мелких фракций между прутка- 46 ми. Размеры почвенных фракций регулируют изменением расстояния между прутками деки 5. Характер воздействия на почву регулируют перемещением ротора вверх-вниз и вперед-назад. После прохода секции в зоне рядков создаются три слоя почвы: плотное семенное ложе от лезвий лапы, семенной “м” с размерами комков до 10 мм и верхний надсеменной “с” - с размерами комков до 16 мм. Высота верхнего слоя hп = 35…50 мм при глубине посева h=50…70 мм. Высота нижнего слоя составляет 15…20 мм. Почва в зоне будущих рядков обрабатывается полосами шириной 180…200 мм. Одновременно с предпосевной обработкой почвы нарезаются щели или борозды по следу колес трактора, которые используются затем при посеве и культивации. При посеве семена сбрасывают на нижний мелкокомковатый слой почвы, что создает после уплотнения надежный контакт их с почвой. Сверху расположенные более крупные комочки почвы обеспечивают хорошую аэрацию, что очень важно при прорастании семян и появлении всходов, сохранение влаги и исключение эрозионных процессов. 6.4. Междурядная обработка 6.4.1. Обработка почвы лапами Ширина захвата культиватора для междурядной обработки должна быть согласована с шириной захвата посевного агрегата и определяется по следующей формуле : BK bM K P , (21) где bM – ширина междурядья, м; КР - число одновременно обрабатываемых рядков, шт. Например, проводится посев кукурузы сеялкой СУПН-8А, число высеваемых за один проход рядков – 8, ширина междурядья – 0,7м. 47 Для обработки этих посевов должен использоваться культиватор с шириной захвата : BK 0,7 8 5,6 м , т.е. культиватор КРН-5,6Б. Размещение лап на культиваторе согласовывают с шириной междурядий. В зависимости от ширины междурядий в каждом из них устанавливают два или три рабочих органа (рис.24). Стрельчатые лапы необходимо устанавливать впереди односторонних, что обеспечивает более равномерную глубину обработки. В узких междурядьях (450мм) размещают две односторонние лапы : правостороннюю и левостороннюю, или две стрельчатые лапы меньшей ширины захвата. Суммарную ширину захвата лап ВС , устанавливаемых в междурядьи определяют по следующим формулам. При размещении трех лап в междурядьи : BC b1 2b2 bM 2e c . (22) При размещении двух лап : BC 2b2 bM c 2e, (23) где с – величина перекрытия лап, мм; е – ширина защитной зоны, мм; b1,b2 – ширина захвата лап, мм. Лапы, идущие возле рядков, располагают на определенном расстоянии от растений е, называемой защитной зоной. Это обеспечивает сохранность культурных растений в процессе культивации. 48 Рисунок 24 - Схема расстановки рабочих органов в междурядьи : 1 – четырехзвенник секции; 2 – копирующее колесо; 3 – рукоятка с сектором; 4 – грядиль; 5 – держатель; 6 - лапа стрельчатая; 7 – лапа левосторонняя; 8 – лапа правосторонняя. Для эффективного подрезания сорняков между лапами устанавливают перекрытие С, которое должно составлять 35…50 мм, а при сильной засоренности – до 80мм. Такое перекрытие обеспечивает полное уничтожение сорняков (рис.25). Рисунок 25 - Схемы обработки почвы 49 Величина защитной зоны е при междурядной обработке зависит от глубины обработки, скорости движения агрегата, развитости корневой системы растений, применения средств для ориентированного вождения агрегата. При использовании таких средств е=30…50мм, без них : е=100…150мм. Например, определить ВС при е=125мм, с=50мм, bМ=700мм. BC bM 2e c 700 2125 50 550 мм . Так как на культиваторах КРН-5,6Б используют односторонние лапы шириной захвата b2=165мм, получим : b1 BC 2b2 550 2 165 220 мм . При е=100мм : BC 700 2100 50 600 мм , b1 600 330 270 мм . В случае сильной засоренности с=80мм. Тогда : BC 700 2100 80 660 мм , b1 660 330 330 мм . Вот почему культиваторы типа КРН оснащены набором стрельчатых лап шириной захвата 220, 270 и 330мм. Это позволяет изменять величину защитной зоны и перекрытие лап в процессе вегетации растений в зависимости от конкретных условий. Рыхление почвы лапами проводят с целью уменьшения ее плотности до оптимального значения, разрушения корки и капиллярных пор, что улучшает аэрацию и снижает испарение почвенной влаги. Зона рыхления почвы не ограничивается только зоной поперечного контакта с ней рабочего органа, а распространяется вперед и в стороны. На почвенный пласт скользящий по рабочей поверхности действует сила нормального давления N (рис.26) и сила трения F. Равнодействующая этих сил R отклоняется от нормали на угол трения почвы по стали φ1. Направление линии скалывания почвы совпадает с направлением силы R. Следовательно, зона деформации почвы по ходу движения агрегата (δ) : 0 1 0 hЛ tg 1 , где hЛ – глубина хода лапы, мм; (24) 50 0 - параметр лапы, мм; α – угол крошения, град; φ1 – угол трения почвы по стали, град. Рисунок 26 - Схемы деформации почвы : а – действующие силы и направление линии скалывания; б – зоны деформации почвы в продольном направлении; в – в поперечной плоскости. В поперечной плоскости зона деформации имеет форму трапеции (в), меньшее основание которой находится на дне бороздки, а боковые стороны расположены под углом внутреннего трения почвы φ2. Зона деформации в поперечном направлении : b1 b0 2hЛ tg2 . (25) где b0 – ширина лапы, мм; φ2 – угол внутреннего трения почвы, град. Например : определить зоны деформации долотовидной лапы - b0=20мм, α=40◦, φ1=25◦, φ2=40◦, 0 =205мм, hЛ =120мм. 0 hЛ tg 1 205 120 1,7 409,0 мм. b1 b0 2hЛ tg2 20 2 120 0,7 188,0 мм. 51 При расстановке лап необходимо соблюдать условие: зона деформации почвы под воздействием сзади стоящей лапы не должна доходить до стойки впереди расположенной лапы, т.е расстояние между стойками лап должно быть больше , иначе будет наблюдаться заклинивание пласта. Прикрепление рабочих органов к брусу культиватора с помощью параллелограмной системы обеспечивает постоянный угол входа лап в почву. Заглубление и устойчивость хода рабочих органов зависит от угла δ установки звена четырехзвенника относительно горизонтальной плоскости и от параметров h и x (рис.27). Рисунок 27 - Схема сил, действующих на секцию культиватора: 1 – параллелограмный четырехзвенник ; 2 – шарнир; 3 – грядиль; 4 – лапа; 5 – копирующее колесо. Условие равновесия системы : S k Nx Ph 0, (26) где S – равнодействующая сил сопротивления почвы R и силы тяжести G, Н; К – плечо силы S относительно центра вращения системы, которым является шарнир четырехзвенника, мм; h и х – проекции длины звена четырехзвенника на вертикальную и горизонтальную плоскости, мм; N – нагрузка на копирующее колесо, Н; P – сопротивление перекатыванию копирующего колеса, Н. 52 P N, (27) где ≈0,15…0,20 – коэффициент перекатывания. Так как направление силы R меняется в зависимости от состояния почвы, глубины обработки, скоростного режима культиватора, то изменяется величина и направление равнодействующей силы S и момент Sk. Равновесие системы наступает , когда направление силы S, перемещенной в точку В, совпадает с направлением звена АВ, т.е. Sk=0 . При изменении направления силы S равновесие достигается изменением высоты h. Величина h изменяется путем подъема и опускания копирующего колеса 5 “вверх-вниз” перемещением рукоятки с защелкой. Однако, при этом надо учитывать, что с изменением глубины перестановкой колеса 5 секции изменяется и угол δ. Это приводит к изменению заглубляющей способности: при поднятии колеса, т.е. при увеличении глубины заглубляющий момент Sk уменьшается и наоборот. Окончательную регулировку глубины хода рабочих органов ведут в поле. Для этого используют несколько приёмов. 1. Регулирование глубины хода одновременно всех рабочих органов культиватора осуществляют изменением длины центральной тяги навесного устройства: увеличение – удлинением тяги, уменьшение – укорочением. 2. Регулирование глубины хода рабочих органов каждой секции – перемещением рычага по сектору, то есть, подъёмом или опусканием копирующего колеса, а также изменение длины верхнего звена четырёхзвенника секции. 3. Глубину хода каждого рабочего органа регулируют перемещением его стойки вверх – вниз в держателе секции. Признаком заглубления рабочих органов на требуемую глубину является вращение копирующих колёс секций при культивации. В засушливых условиях глубину обработки уменьшают чтобы не выворачивать нижние влажные слои почвы. При излишней увлажнённости почву рыхлят глубоко, чтобы обеспечить доступ воздуха к корням растений, учитывая, при этом, развитие корневой системы. 53 Культиваторный агрегат должен двигаться в том же направлении, что и посевной и иметь одинаковую ширину захвата. Срок проведения культиваций ограничивается размерами растений и прежде всего их высотой. Допустимая степень пригибания растений зависит от их вида и состояния и характеризуется коэффициентом стойкости стеблей: К ст 1 П , hP (28) где: hР – высота растений, мм; П – полевой просвет, расстояние от поверхности почвы до нижнего обреза бруса культиватора, мм. Например: при культивации посевов кукурузы hР = 700мм, П = 455мм. Тогда : К СТ 1 П 455 1 0,35; hр 700 Следовательно, для кукурузы КСТ = 0,35. Это допустимая величина Кст. Для подсолнечника Кст = 0,22; сахарной свеклы – 0,28; картофеля – 0,25; хлопчатника – 0,30; сои – 0,45. В жаркие дневные часы при увядании растений Кст возрастает на 15…20 %. Зная величину Кст можно определить допустимую высоту растений : hр = П / 1 - Кст. 6.4.2. Использование штангового рабочего органа При работе культиватора с лапами на повышенных скоростях наблюдается “фонтанирование” почвы, подбрасывание ее по вертикали крыльями лап, что приводит к образованию гребнистой поверхности. В этих условиях используют штанговый рабочий орган. Его устанавливают на каждой секции 3 (рис.28) пропашного культиватора. Он состоит из долотовидной лапы 8 в нижней части которой закреплены две пластины с подшипниками. В подшипники горизонтально установлена двухконсольная штанга 11, в центре которой размещен соединенный с ней роликовый диск 12. В зацеплении с последним находится пальцевое колесо 13, ось 14 которого крепится к двум вертикальным щиткам 9 и 10, жестко со- 54 единенным с долотовидной лапой. Она вставляется в центральный держатель 7 секции, и имеет возможность перемещаться “вверх-вниз” и “вперед-назад.” Рисунок 28 - Схема штангового пропашного культиватора: 1 – брус; 2 – опорные колеса; 3 – секция; 4 – верхнее звено четырехзвенника; 5 - грядиль; 6 – копирующее колесо секции; 7 – держатель; 8 – лапа долотовидная; 9,10 – щитки; 11 – штанга; 12 роликовый диск; 13 пальцевое колесо; 14 – щетка; 15 – сорняки. Центральная часть штанги выполнена цилиндрической , а консольные – конусными . Диаметр цилиндрической части 25 мм , концевых – 15 мм, она может иметь квадратное сечение. Длина штанги изменяется в зависимости от ширины междурядий обрабатываемой пропашной культуры. При ширине междурядья 700 мм – длина штанги - 500 мм, 600 мм – 400 мм, 900 мм – 600 мм. В процессе движения культиватора долотовидные лапы 8 заглубляются в почву , заглубляя и находящиеся на них штанги 11. Долотовидная лапа 8 образует бороздку , по дну которой перекатывается колесо 13. Сила сцепления пальцев колеса с почвой изменяется при удлинении или укорочении 55 верхнего звена 4 параллелограмного четырехзвенника 3. Пальцевое колесо, находясь в зацеплении с роликовым диском 12, приводит штангу во вращение в направлении обратном направлению вращения колеса. При заглублении в почву долотовидной лапы на 80…100 мм штанга работает на глубине 40…60 мм. Это оптимальная глубина обработки почвы с целью уничтожения сорняков и мульчирования поверхности . Глубину хода штанги регулируют с помощью копирующего колеса 6 и подъемом-опусканием долотовидной лапы 8 в центральном держателе секции. Штанга, вращаясь в направлении обратном направлению вращения пальцевого колеса, вычесывает сорняки 15 и выносит их на поверхность вместе с корневой системой. Очистка пальцевого колеса от почвы происходит при помощи щетки 14. Штанга культиватора совершает сложное движение : переносное со скоростью V, равной скорости поступательного движения культиватора и относительное - вокруг своей оси О с угловой частотой ω . Рисунок 29 - Траектория окружных точек штанги при движении культиватора Примем начало координат совпадающим с осью О (рис.29), ось Х - по направлению движения культиватора, а ось У – вниз. Пусть точка А0 расположена в верхней части штанги по оси У. В процессе движения культиватора со скоростью V за время t штанга переместится в положение I и пройдет путь vt, а точка А0 при вращении штанги повернется на угол ωt и придет в положение А1. X A1 BA1 Vt R sin t ; YA1 CA1 R R cost R1 cost , (29) (30) 56 где R – радиус штанги . Кинематический режим работы штанги характеризуется показателем λ U , V (31) где U – окружная линейная скорость рассматриваемой точки А. Так как U=ωR, а угол поворота ωt=φ, то U R t ; R . U (32) Подставляя t в выражения (29) и (30) получим X A1 V R U R sin U R U R R sin R sin ; R U U U R YA1 R1 cos R 1 cos ; R U (33) (34) Уравнения (33) и (34) выражают траекторию абсолютного движения точки, геометрически представляющую циклоиду. Циклоида бывает открытая при λ=1 (рис.30) , укороченная: λ<1 и удлиненная: при λ>1. При работе штанги показатель кинематического режима не может быть больше единицы: λ<1. Это объясняется тем, что удлиненная циклоида имеет петлю, а значит возможен захват штангой корней, растительных остатков и наматывание на себя. Рисунок 30 - Разновидности циклоид 57 Следовательно показатель λ должен быть меньше единице : λ < 1. Определим оптимальные значения и соответственно частоту вращения штанги. В зависимости от величины изменяется траектория, по которой перемещается верхняя точка штанги в процессе движения (рис.31). Рисунок 31 – Траектории окружных точек штанги в зависимости от величины . Соответственно, изменяется угол наклона линии перемещения к горизонтальной плоскости. При работе штанги выдерживается одно из основных условий – она не должна наматывать корни растений, растительные остатки. Это возможно в том случае, если угол меньше или равен углу трения поверхности штанги о корни : . При угле з = грани штанги воздействуют на корни со скольжением, они вытаскивают корни, нарушая их связь с почвой и укладывают по направлению движения, а само растение (сорняк) на поверхность почвы. При углах более (1, 2) грани штанги поднимают корни вверх, образуя петлю, что создает высокую вероятность их наматывания на штангу. Исходя из этого должно соблюдаться следующее условие : 360 360 . Угол трения составляет в среднем 24…32◦ . Тогда = 0,067…0,088. 58 Определим количество оборотов, которое штанга должна делать на 1м пути К n , V где n – частота вращения штанги, с-1; V – скорость движения агрегата, м/с; Исходя из этого, что окружная линейная скорость верхней точки штанги U = 2 n r, где r – радиус штанги, м; n U . 2 r Отсюда : K Тогда : K1 n U . V 2 r V 2 r 0,067 0,86; 2 3,14 0,0125 K2 0,088 1,13; 2 3,14 0,0125 Следовательно можно принять , что оптимальная частота вращения штанги находится в пределах 0,8…1,2 оборота на 1м пути. После прохода штанги остается выровненная поверхность почвы с мелкокомковатой структурой. Использование вместо пассивных лап вращающейся штанги , позволяет работать культиватору на скоростях до 10…12 км/ч , что существенно повышает производительность на междурядной обработке пропашных культур. Вынос на поверхность сорняков вместе с корневой системой исключает их приживаемость и отрастание новых побегов. 6.4.3. Струнный рабочий орган Для работы в зонах недостаточного увлажнения эффективен струнный рабочий орган. Струнный рабочий орган включает две долотовидные лапы 3 и 11 (рис.32), между которыми натянуты струны 9 и 10. Долотовидные лапы размещены на квадратных стержнях 4 грядиля 2 секции культиватора. На концах струн имеются утолщения, которые не поз- 59 воляют выйти струнам из пазов 5, выполненных на лапах. Секция культиватора опирается на копирующее колесо 1 и размещается между рядками растений. Струны устанавливают в пазы, одну лапу 3 ставят в передней части грядиля 2, другую 11 – в задней, таким образом, чтобы струны 9 и 10 располагались под углом α к направлению движения, обеспечивающим надежное подрезание сорняков со скольжением. Перемещением квадратных стержней 4 вперед-назад и долотовидных лап 3 и 5 влево-вправо добиваются хорошего натяжения струн 9 и 10. Струны размещаются как в один, так и в два яруса: верхняя 10 перемещается в почве на глубине до 30мм, а нижняя 90 – до 120мм. При широких междурядьях возможна установка струны по варианту II. В процессе движения агрегата верхняя струна 10 перерезает, вычесывает однолетние сорняки 7, а нижняя 9 – многолетние 8. После перерезания побегов многолетних сорняков прекращается отток питательных веществ из надземной части к корневищам, что после двух-, трехкратного подрезания ведет к истощению сорняков. Питательных веществ в корневищах недостаточно, чтобы пробиться новым побегам на поверхность с глубины 10…12см. Струны не выносят на поверхность влажную почву, не смещают ее, создают верхний мульчирующий слой, хорошо разрушают почвенную корку. Ввиду того , что перемещением лап легко менять ширину захвата, струнный рабочий орган пригоден для работы на посевах пропашных культур с любой шириной междурядий. 60 Рисунок 32 - Схема струнного рабочего органа : а – вид сверху; б – вид сбоку; 1 – колесо секции; 2 – грядиль; 3,11 – долотовидные лапы; 4 – квадратный стержень; 5 – рядок; 6 – нож; 7 – однолетний сорняк; 8 – многолетний сорняк; 9,10 – нижняя и верхняя струны I,II – варианты установки струны. 61 6.5. Внутрирядная обработка почвы 6.5.1. Довсходовая обработка Довсходовую обработку почвы, как правило, проводят через 4…6 дней после посева. В зависимости от погодных условий срок может быть увеличен, следят за периодом начала прорастания семян. Цель довсходовой обработки — обеспечить надежный контакт посеянных семян с почвой, чтобы ускорить их набухание и прорастание, предотвратить образование и разрушить при появлении после выпадения осадков почвенную корку, затрудняющую проникновение к семенам и корням растений воздуха, влаги и препятствующую выходу проростков на поверхность, уничтожить всходы сорняков. Создание благоприятного водно-воздушного режима почвы при довсходовой обработке повышает полевую всхожесть семян культурных растений и конкурентоспособность их сорнякам. Для довсходовой обработки используют тот же культиватор, что применяют при предпосевной обработке почвы. В процессе работы копирующее колесо секции культиватора перемещается по рядку. Оно хорошо разрушает почвенную корку, причем даже почва повышенной влажности на него не налипает, так как колесо обрезиненное. Колесо придавливает проростки и всходы сорняков прикатыванием, а перемещающиеся сзади сбоку рядков односторонние лапы засыпают образованную колесом бороздку вместе с придавленными сорняками, лишая их света. Ширина полосы прикатывания 100мм. Созданный над рядком мульчирующий слой почвы консервирует почвенную влагу. При довсходовой и послевсходовой обработках может проводиться сплошное или внутрирядное рыхление почвы. Сплошную обработку проводят зубовыми боронами Б3СС – 1,0; 3БП – 0,6; БСО – 4; 3ОР – 0,7. Однако они повреждают до 10…15 % проростков и всходов культурных растений. Лучшие качественные показатели обеспечивает внутрирядная обработка, осуществляемая игольчатыми дисками(рис.33а) и прополочными боронками 62 (б,в). Ротационный игольчатые диски в зависимости от установки их на секции могут работать в активном или пассивном режимах. При работе в пассивном режиме П(а) диски разрушают почвенную корку путем накалывания. Работа в активном режиме А обеспечивает рыхление почвы и уничтожение слабоукоренившихся сорняков в защитных зонах пропашных культур. На рыхлых, хорошо обработанных почвах для внутрирядной обработки применяют прополочные боронки (б). Для обработки защитных зон на рамке прополочной боронки устанавливают шесть зубьев, попарно равноудаленных от рядка: ±50 мм; ±70 мм; ±100 мм(в). Эффективна для уничтожения сорняков в рядке струна. Перемещаясь на глубине 20…30 мм она полностью вычесывает появившиеся всходы сорняков не вынося влажную почву на поверхность. Рисунок 33 - Рабочие органы для внутрирядной обработки почвы a – ротационный игольчатый диск; б – борона прополочная; в – схема расстановки на секции; 1 – рама; 2 – зуб; 3 – стойка; 4 – колесо копирующее; 5,6 – лапы; 7 – рядок. 63 Зубья заглубляют на ½ глубины посева. Это исключает смещение семян, повреждение проростков и обеспечивает вычесывание всходов сорняков. Однако данная конструктивно-технологическая схема обработки защитных зон не всегда обеспечивает высокой стабильности глубины хода рабочих органов: копирующее колесо секции культиватора и рабочие органы боронки передвигаются по разным зонам поля. Главным, ведущим является колесо. Но оно копирует поверхность поля в междурядье, а рабочий орган, жёстко связанный с ним, перемещается по зоне рядка, имеющей другой профиль поверхности. Выдерживать высокие качественные показатели в этом случае возможно только на выровненных полях. На плотных, плохо крошащихся почвах прополочные боронки не всегда обеспечивают нужное качество рыхления и уничтожения сорняков. На таких почвах используют прополочные роторы (рис.34). Рисунок 34 - Прополочный ротор 1,5 – шайбы; 2 – втулка; 3 – диск; 4 – стойка; 6,10 – оси ротора и рыхлителя; 7 – подшипник качения; 8 – зуб; 9 – конус; 11 – металлокерамическая (полиамидная) втулка; 12 – гайка с контргайкой; 64 Роторы весьма эффективны на посевах кукурузы, подсолнечника и других пропашных культур. Роторы 4 и 5 (рис.35) устанавливают на секции 3 один за другим : один слева, другой – справа, при этом колесо секции перемещается по рядку. Глубина хода зубьев роторов над рядком не более ½ глубины посева. Каждый ротор обрабатывает одну защитную зону шириной 100…130мм: правую – наклоненный вправо, левую – влево. Рисунок 35 - Схема агрегата для довсходовой рядковой обработки тяжелых, плохо крошащихся почв: 1 – брус культиватора; 2 – щелеватель-направитель; 3 – секция культиватора; 4,5 – прополочные роторы; 6 – рядок. Активно вращаясь, роторы рыхлят и измельчают почву до требуемых размеров и эффективно вычесывают проростки сорняков Степень уничтожения сорняков достигает 98%. Так как копирующее колесо секции перемещается непосредственно по рядку, более стабильно выдерживается глубина обработки. 6.5.2. Механизированные прополки. Окучивание Когда растения хорошо укореняются, высота их достигает 50…70мм, наиболее эффективно уничтожать сорняки в защитных зонах рядков с помощью окучивания, присыпания их слоем почвы. 65 Активные рабочие органы К активным рабочим органам относятся прополочный ротор и прополочный диск. Их используют при ранней фазе развития растений: первый – четвертый настоящие листья (рис.36). Рисунок 36 - Фазы развития растений на примере кукурузы I – всходы; II – первый лист; III – второй лист; IV – четвертый лист; V – седьмой лист; VI – восьмой-двенадцатый листы; VII – выкидывание метелки; VIII – цветение; IX – молочная спелость; X – восковая спелость. Каждый рядок обрабатывают два ротора : один справа, другой - слева. Их размещают в передней части секции культиватора. При этом секции, как и при довсходовой обработке, располагают над рядками, только копирующие колеса поднимают вверх, устанавливая их в нерабочее положение. Такая установка секции и рабочих органов обеспечивает эффективное уничтожение сорняков в защитных зонах. Роторы, перемещающиеся в зоне рядка, сами копируют поверхность почвы и обрабатывают ее. Достигается высокое качество рыхления. Глубину хода одновременно всех расположенных на культиваторе роторов регулируют изменением длины центральной тяги (укорачивая — выглубляют, удлиняя — заглубляют) и скорости движения агрегата (больше скорость — меньше глубина). 66 Стойку 1 (рис.37) ротора вставляют в боковой держатель 2, расположенный на квадратном стержне 3 секции культиватора. Перемещая стойку «вверх — вниз» в держателе, изменяют глубину рыхления, а смещая держатель по стержню — защитную зону. Роторы заглубляют так, чтобы зазор между выходящими наружу зубьями и поверхностью почвы был не менее 30 мм. Это позволяет вычесывать сорняки из почвы и сбрасывать на поверхность, а также предохранять роторы от забивания. Расстояние между зубьями 8 ротора и растениями не более 50 мм. Направляющие щели дают возможность работать при такой небольшой защитной зоне со скоростью 9. ..12 км/ч без особого напряжения для тракториста. Прополочный ротор вращается благодаря тому, что стойка 1 расположена под углом к вертикальной плоскости. При работе одни рыхлители (6) взаимодействуют с почвой, а другие (5) находятся над поверхностью. В результате этого при движении культиватора создается крутящий момент, приводящий диск ротора во вращение. Свободная посадка рыхлителей на ось позволяет устанавливать минимальную защитную зону. Подходя к рядку, зубья 8 приобретают нулевую относительную скорость (движение по траектории циклоиды), а при удалении от него относительная скорость зубьев возрастает. В этом преимущество самовращающихся рабочих органов. Они работают в щадящем по отношению к культурному растению режиме. Благодаря активному вращению ротора хорошо крошится даже комковатая почва и всходы сорняков, расположенные в защитной зоне, присыпаются , рыхлой почвой. Скоростью движения регулируют высоту слоя почвы от 30 до 50 мм. Окучивание проростков сорняков слоем почвы высотой более З0 мм приводит их к гибели. Таким образом, сорняки уничтожаются двумя способами: вычесыванием зубьями ротора и присыпанием слоем почвы в зоне рядка. 67 Рисунок 37 - Схема установки прополочных роторов при послевсходовой обработки почвы : 1 – стойка прополочного ротора; 2 – боковой держатель секции культиватора; 3 – квадратный стержень; 4,10 – прополочные роторы; 5,6 – рыхлители; 7 – рыхлая почва; 8 – зуб; 9 – всходы сорняков; 11 – грядиль - угол наклона стойки ротора к вертикальной плоскости. Начиная с появления четвертого листа, весьма эффективно уничтожать сорняки в рядках прополочным устройством. Оно симметрично расположено относительно рядка и представляет собой набор из двух рабочих органов. Каждый из них включает вертикальную стойку 3 (рис.38) с закреплённым на ней диском 4 с ножами 5. Диаметр диска 350 мм, количество ножей – 8 шт, угол наклона диска к горизонтальной плоскости – 10◦. Ножи заточены с двух сторон и изогнуты по винтовой линии, при этом концевая часть расположена вертикально. Обрабатываются сразу две защитные зоны. В данном устройстве отсутствует копирующий элемент – колесо. Копирующее колесо секции при работе поднято. 68 Рисунок 38 - Прополочное устройство : 1 – грядиль секции; 2 – квадратный стержень; 3 – стойка; 4 – корпус; 5 – ножи; 6 – держатель боковой; 7 – диск прополочный Диски с ножами выполняют функции копирования поверхности почвы и рабочие функции: подрезание, вычёсывание сорняков и подокучивание растений. При этом концевые части ножей движутся по траектории циклоиды, что обеспечивает у растений скорость близкую к нулевому значению. Остальная часть ножей активно рыхлит почву и воздействует на сорняки. 69 Особенно эффективно пропалываются сорняки в фазе всходов и «белых нитей». Даже если нож не касается их, за счет деформации почвы происходит разрыв корешков, что приводит к гибели сорняков. Диски в процессе работы располагаются под углом 10◦ к поверхности почвы. При движении агрегата ввиду наклона одна часть ножей диска находится в почве, а другая над поверхностью, что создает момент, заставляющий диск вращаться. При вращении ножи подрезают сорняки, а благодаря незначительному пробуксовыванию еще и подокучивают растения. Глубина хода ножей не превышает глубины посева, защитная зона 30…50 мм. Но эффективно они работают при небольших по размеру сорняках. Точное расположение дисков в защитных зонах обеспечивают щелеватели. Глубину хода регулируют центральной тягой навесного устройства, верхней тягой четырехзвенника секций и изменяемой скорости движения агрегата. Совмещение рабочих и копирующих функций существенно повышает качественные показатели работы активных рабочих органов. Пассивные рабочие органы К пассивным рабочим органам относятся лапы-отвальчики (рис.39.а), диски (б), окучивающие корпуса (в), лапы с пластинами (г), плоскорежущие лапы с регулируемыми отвалами (д). Лапы-отвальчики используют в основном, когда растения небольшие по размеру, так как они имеют малую ширину захвата и не могут создать в рядке высокий валик почвы, как это требуется при последней культивации. Левую защитную зону обрабатывает левая лапа-отвальчик, правую — правая. Отвальчик закрепляют в боковом держателе секции культиватора на расстоянии 100-150 мм от рядка в зависимости от глубины обработки и фазы развития растений. Лапа-отвальчик подрезает слой почвы и перемещает его в зону рядка, засыпая всходы сорняков. Глубина хода 40-60 мм. 70 Рисунок 39 - Рабочие органы для окучивания растений : а – лапы-отвальчики; б – диски; в – окучивающие корпуса; г – односторонние лапы с пластинами; д – плоскорежущие лапы с регулируемыми отвалами. Дисковые загортачи устанавливают под углом 25...30° к направлению движения на расстоянии 70-100 мм от рядка с заглублением 60…70мм. Они лучше, чем лапы-отвальчики, рыхлят почву, отбрасывают ее на рядок и при этом не забиваются растительными остатками. Но, как и лапы-отвальчики, их чаще всего применяют при небольших по размеру растениях. Окучивающий корпус обычно используют при втором окучивании. Он заглубляется на 80…100 мм и образует в рядке мощный валик почвы. Однако, при таком заглублении иногда корневая система растений повреждается. Кроме того, при увлажнении и уплотнении нижних слоев он выворачивает почву глыбами, которые могут повредить культурные растения и не всегда надежно присыпать всходы сорняков. После них остается оголенное дно, что приводит к испарению почвенной влаги. 71 Эффективны окучивающие рабочие органы на базе лап. Они устроены одинаково и представляют собой одностороннюю плоскорежущую лапу с закрепленными на ней вертикально установленными пластинчатыми отвалами. Но у первых ширина захвата 85(150) мм и отвалы нерегулируемые, у вторых – 165 мм и регулируемые. Первые применяют на культиваторах УСМК-5,4Б, вторые - КРН-5,6Б. Лапа подрезает небольшой слой почвы высотой 40-50 мм, а отвалы перемещают его в зону рядка. Чтобы из рыхлой почвы сформировать в рядке хороший валик, лапы размещают одну против другой. Регулируемый отвал перемещается вверх-вниз, что дает возможность проводить дозированное окучивание растений, в зависимости от фазы их развития. При этом качественно подрезаются сорняки, так как лапы всегда перемещаются на глубине 40…50 мм. При окучивании небольших растений излишняя почва поступает в щель между отвалом и лапой, а требуемое количество почвы подается отвалом к рядку. Проходящая в щель почва, мульчирует плотное дно, образованное лапой, тем самым предотвращается испарение почвенной влаги. Окучивание — не только эффективный прием борьбы с сорняками, оно благоприятно влияет на рост и развитие растений, способствует образованию придаточных корней, обеспечивает развивающимся растениям устойчивое вертикальное положение. 6.6. Тяговое сопротивление культиватора. Тяговое сопротивление культиватора зависит от его ширины захвата, глубины обработки и скорости движения : P BK 2e K P q0 1 V p V0 1 hp h0 m g , (36) где BK – ширина захвата культиватора, м; е – ширина защитной зоны, м; КР – число обрабатываемых рядков; q0 – удельное сопротивление культиватора, при скорости движения V0 = 6 км/ч и глубине обработки почвы h0 = 6 см, кН/м; 72 m – масса культиватора; = 0,8…1,0 – коэффициент прироста удельного сопротивления при повышении скорости движения на 1 км/ч; μ – коэффициент перекатывания. β = 0,14…0,16 – коэффициент прироста удельного сопротивления при увеличении глубины обработки на 1 см. Удельное сопротивление культиватора зависит от вида операции и типа рабочих органов (табл.5). Таблица 5 - Удельное сопротивление культиватора Операция Рабочий орган Глубина обра- Удельное сопро- ботки, мм 60 0,8…1,0 Плоскорежущие 80 1,0…1,3 лапы 100 1,4…1,7 120 1,8…2,1 до 120 2,0…2,3 50…60 1,7…2,0 до 80 0,8…1,0 Междурядная обработка тивление, кН/м Рыхлительные лапы Штанговый рабочий орган Поверхностное Ротационный рыхление игольчатый диск Например: определить тяговое сопротивление культиватора КРН-5,6Б при работе с плоскорежущими лапами , при глубине обработки hp = 8 см и скорости движения Vp = 10 км/ч; BK = 5,6м; е = 0,10м; КР = 8, m=1060кг; q0 = 1000 Н/м (табл.5). Коэффициент перекатывания μ = 0,15…0,20. Тогда : P BK 2e K P q0 1 V p V0 1 hp h0 m g , 73 P 5,6 2 0,1 8 10001 0,110 6 1 0,168 6 1060 9,8 0,20 9477,6 Н 9,5кН , Даже при глубине обработки hp = 12 см , тяговое сопротивление культиватора составит 13,05 кН. Таким образом, культиватор КРН-5,6Б может агрегатироваться с тракторами класса 14кН. 7. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПРОПАШНЫХ КУЛЬТИВАТОРОВ 7.1. Показатель эффективности работы культиватора Производительность агрегата – это количество выполненной им работы в единицу времени (га/ч; т/ч). Производительность мобильного агрегата является функцией ширины захвата и скорости движения W 0,36 B V , (37) где: W – производительность за час основного времени, га/ч; В – ширина захвата агрегата, м; V – скорость рабочего движения, м/с. Учитывая, что ширина захвата агрегата при культивации посевов не равна обрабатываемой рабочими органами ширине, формула примет следующий вид: W 0,36 ( B 2K P e) V , (38) где: КР – число одновременно обрабатываемых рядков; е – ширина защитной зоны, м. Защитная зона представляет собой участок поля слева и справа от рядка, который не обрабатывается при культивациях. Ширина защитной зоны – это расстояние от концевой части рабочего органа, ближе всего расположенного к рядку, до линии рядка. Возле каждого рядка имеются две защитных зоны: левая и правая. 74 С увеличением защитной зоны уменьшается доля обрабатываемой рабочими органами площади поля (рис.40). Например: определить производительность культиватора КРН – 5,6Б при обработке посевов кукурузы: В = 5,6 м; V = 2 м/с; КР = 8; 1 = 0,05 м и 2 = 0,15 м. W1 0,36 ( B 2K P e1 ) V 0,36 (5,6 2 8 0,05) 2 3,4 га/ч; W2 0,36 ( B 2K P e2 ) V 0,36 (5,6 2 8 0,15) 2 2,3 га/ч. Общая площадь участка, обрабатываемая культиватором за единицу времени : W 0,36 B V 0,36 5,6 2 4,0 га/ч. Отсюда, доля обрабатываемой площади: П1 W1 3,4 W 2,3 100 100 85,0% ; П 2 2 100 100 57,5% . W 4,0 W 4,0 Это показатель эффективности работы пропашного культиватора. Он существенно снижается при увеличении ширины защитной зоны. Рисунок 40 - Зависимость доли обрабатываемой площади от ширины защитной зоны при ширине междурядий 450, 600, 700, 900, 1400 мм. 75 7.2. Ориентированное вождение мобильного агрегата При скорости более 2,5 м/с из-за ухудшения управляемости и увеличения колебаний рамы навесного культиватора, повышается повреждаемость культурных растений. Испытания агрегата, состоящего из трактора МТЗ-80 и пропашного культиватора КРН-5,6Б, проведенные РосНИИТиМ показали , что допустимая по агротехническим требованиям степень повреждения растений 3% обеспечивается при скорости движения не более 2,1 м/с (7,63 км/ч). При скорости движения свыше 2,5 м/с (9,18 км/ч) – повреждения достигают 13% при установочной величине защитной зоны 100 мм. Для повышения производительности требуется улучшение управляемости и повышение стабилизации хода культиватора. Для обеспечения точности вождения машинно-тракторных агрегатов при междурядных обработках и уменьшения величины защитной зоны используют направляющие элементы и различные устройства. Использование визиров Для улучшения вождения трактора в междурядьях применяют специальные визиры. Визиры устанавливают с правой стороны трактора так, чтобы его указатель располагался над рядком растений и был хорошо виден трактористу. Это простое по конструкции устройство позволяет выдерживать ширину защитной зоны без существенных повреждений растений. Однако требуется более повышенная напряженность тракториста, постоянно наблюдающего за расположением указателя визира. Направляющие щели и борозды Направляющими элементами чаще служат борозды, щели или борозды-щели. Борозды применяют при возделывании пропашных культур на гребнях, грядах, щели и борозды-щели на ровной поверхности. При использовании только одних борозд в условиях орошения они замываются, особенно на легких почвах. Кроме того, по следу колес трактора борозды сильно уплотняются, по ним стекает вода, что приводит к образованию блюдец и водной эрозии почвы. Для нарезки щелей используют щелеватели. 76 Щелеватель-направитель состоит из съемного ножа 3 (рис.41а), стойки 2 и кронштейна 1 для крепления к брусу сеялки, культиватора. Нож толщиной 25 мм съемный, в транспортном положении агрегата его устанавливают сверху стойки. Лезвие упрочнено твердым сплавом. В стойке через каждые 50 мм просверлены отверстия для регулирования заглубления ножа. Щелеватель размещают впереди бруса машины. Щели нарезают при предпосевной обработке почвы или одновременно с посевом по следу движителей трактора. По следу щелей окучивающим корпусам установленным на секции, нарезают следоуказующие бороздки глубиной 60-80 мм. Узкие щели при последующих проходах незаметны, а такие бороздки хорошо видны и служат надежным ориентиром для тракториста. По бороздкам движутся колеса трактора. На посевах свеклы с междурядьем 45 см (60 см) используют щелеватель-направитель несколько иной конструкции. Рисунок 41 - Общий вид щелевателя-направителя: а – ножевой; 1 – кронштейн; 2 – стойка; 3 – нож; б – дисковый; 1 – нож; 2 – конический диск; 3 – кронштейн; 4 – шарнир. 77 Он представляет собой вертикально расположенный нож 1 (рис.41б) с установленным впереди него коническим диском-направителем 2 диаметром 600 мм. Щели нарезают одновременно с посевом свеклы. Для этого на сеялки ССТ-12Б или ССТ-8 устанавливают два щелевателя-направителя: расстояние между ними при междурядье 45 см (12 рядов) должно быть 2250 мм, при 60 см (8 рядов) — 3600 мм. На тяжелых почвах нарезают щели на глубину 18…25 см, конические диски не заглубляют. На супесчаных и песчаных почвах заглубляют и диски на 5…7 см. Заглубление диска изменяют, поворачивая его вокруг шарнира 4. В дальнейшем, при копировании щелей, диски обязательно заглубляют в них на 12...15 см, что обеспечивает ориентированное движение культиватора. Для расстановки щелевателей на всех машинах используют одну и ту же разметочную площадку или рейку (деревянную, металлическую), что обеспечивает одинаковую расстановку щелевателей и точное копирование щелей. Расстояние между щелевателями регулируют по носкам их ножей. При всех последующих проходах по полю МТА щелеватели попадают в щели и копируют первый проход, что позволяет уменьшить защитную зону до 30…50 мм (а иногда и исключить ее), не увеличивая подрезание культурных растений. При этом тракторист меньше утомляется на междурядной обработке. Кроме того, щели выполняют еще немало положительных функций. Благодаря им улучшается аэрация, удаляется углекислый газ (продукт дыхания корневой системы); осуществляется подпитывающий полив; удаляется избыток воды в переувлажненных зонах; почва разуплотняется по следу движителей тракторов (следовательно, исключается сток воды по колее). Применение колес-стабилизаторов На навесных пропашных культиваторах вместо опорных колес с пневматическими шинами устанавливают дисковые колеса-стабилизаторы. Диски металлические толщиной 8…10 мм, диаметром 650…700 мм. При использовании туковысевающих аппаратов АТП-2 на диски ставят почвозацепы. 78 Глубину образуемой щели hщ каждым дисковым колесом-стабилизатором определяют, используя формулу Грандвуане-Горячкина G2 hщ 1,31 2 2 , b q 0 Dk 3 где G – часть веса, приходящаяся на колесо-стабилизатор, Н; b,Dk – ширина и диаметр колеса-стабилизатора, см; q0 – коэффициент объемного смятия почвы, Н/см3;; q0 = 1…2 Н/см3 – для рыхлой почвы; q0 = 4…6 Н/см3 – для уплотненной почвы, паров; q0 = 7…10 Н/см3 – для стерни. Определим G, используя следующую формулу G 1 l б б g 2 rk2 k g Pe , Н ; 2 где lб – длина бруса культиватора с кронштейнами,м; ρб – линейная плотность трубы бруса, кг/м; rk – радиус дискового колеса-стабилизатора, м; ρk – поверхностная плотность листа стали колеса-стабилизатора, кг/м2; Рв–вертикальная составляющая тягового сопротивления лап культиватора, Н. Pв P sin , где Р – тяговое сопротивление лап культиватора, Н; δ – угол наклона звеньев четырехзвенника секции к горизонтальной плоскости, град. 1 2 Тогда : G lб б g 2 rk k g P sin , Н ; 2 Например : определить глубину щели образуемой колесом-стабилизатором при работе навесного пропашного культиватора со стабилизацией хода : lб = 7,4 м; ρб =26,4 кг/м; rk = 0,35 м; b =1,0 см; q0 = 6 Н/см3; P = 4800 Н; δ =15◦, ρk = 62,8 кг/м2. Получим : G 1 7,4 26,4 9,8 2 3,14 0,35 2 62,8 9,8 4800 sin 15 1815 Н 1,815кН ; 2 79 Отсюда : hщ 1,313 G2 1815 2 1 , 31 14,3см. 3 b 2 q02 Dk 12 6 2 70 Дисковые колеса передвигаясь по нарезанным щелям стабилизируют ход культиватора. Система автоматического вождения. Возможно использование системы автонаправления. Данная система предназначена для установки на культиваторы при обработке растений на ранних стадиях развития. При этом отклонение от оси рядка в поперечном направлении не превышает 20-30 мм, независимо от квалификации механизатора. Система автонаправления состоит из двух оптических датчиков, установленных на качающихся в поперечном направлении маятниках, гидроцилиндра с электроклапаном и блока управления. Установка двух датчиков, следящих за разными рядками, позволяет увеличить точность направления и обеспечивает работоспособность системы даже при просевах на одном из рядков. Во время движения качающиеся датчики измеряют отклонение орудия от оси рядка, и затем это отклонение корректируется с помощью гидроцилиндра. Таким образом, культиватор непрерывно копирует профиль рядка в поперечном направлении. Основа данной системы - оптический датчик, состоящий из осветителя и блока приемников. Применение искусственной подсветки позволяет избавиться от влияния солнечного света и делает возможность круглосуточной работы. Блок фотоприемников измеряет интенсивность отраженного света в различных областях спектра и полученный результат обрабатывается в блоке управления. Система реагирует не на каждое отдельное растение, а на "среднюю" ось рядка, так как за время коррекции положения машины в поле зрения датчиков проходит множество отдельных всходов. Это повышает точность. 80 Наличие копирующих устройств позволяет увеличивать скорость движения при культивации с 7…9 до 10…12 км/ч. Однако при этом надо учитывать, что с возрастанием скорости глубина хода рабочих органов уменьшается. Необходимые поправки надо вносить при установке глубины обработки. На высокоскоростных режимах особенно эффективно работают активноприводные – штанга и бесприводные, самовращающиеся рабочие органы – ротор, прополочные устройства. 8. ПОДКОРМКА РАСТЕНИЙ Для внесения минеральных удобрений в зону корневой системы растений при подкормке используют туковысевающий аппарат АТП – 2. Аппарат крепят на брусе культиватора с помощью кронштейнов из расчёта – один на каждый рядок. Аппарат туковысевающий АТП – 2 состоит из бункера 1 (рис.42) вместимостью 45 дм3 с указателем уровня туков 3. В нижней части бункера закреплён вал 4 с высевающим механизмом в виде двух пружинных шнеков с правой 7 и левой 8 навивкой. На втулках вала закреплены рассеиватели 6, расположенные внутри воронок 5. Рисунок 42 - Схема туковысевающего аппарата АТП-2: 1 – бункер; 2 – заслонка; 3 – указатель уровня туков; 4 – вал; 5 – воронка; 6 – рассеиватель; 7,8 – пружины. 81 Привод вала осуществляется от опорных колёс культиватора с помощью цепных передач. Зазор между шнеками и дном бункера должен быть 2…3 мм. Предварительно готовят минеральные удобрения. При необходимости их просеивают через сита с отверстиями диаметром 5…7 мм. Те удобрения, которые в чистом виде не высеваются (калийная селитра) из – за плохой сыпучести, смешивают с другими минеральными удобрениями (суперфосфат) или молотым мелом, известью. Подготовленные удобрения засыпают в бункер 1. При движении культиватора удобрения пружинами 5 и 6 выносятся из бункера в воронки 5, где рассеиватели 6, активно воздействуя на поток, обеспечивают их равномерную подачу в тукопроводы и далее в подкормочные лапы. Подкормочные лапы размещают на секциях культиватора в боковых держателях на расстоянии 130…150 мм от рядков и на глубину 90…120 мм. По положению указателя 3 судят о количестве удобрений в бункере. Установленные на культиваторе аппараты АТП – 2 обеспечивают внесение от 50 до 600 кг/га удобрений. Дозу внесения регулируют изменением передаточного отношения привода валов аппаратов с помощью сменных звёздочек. Передаточное отношение (i) изменяется от 0,092 до 0,929. Так, если при i = 0,1 норма высева составляет 50 кг/га, то при i = 0,3 – 150 кг/га, i = 0,5 – 250 кг/га. Расчёт передаточного отношения ведут по следующей формуле: i где: q у bм d k 10000 2m ,, qу – норма внесения, кг/га; bм – ширина междурядия, м; dк – диаметр приводного колеса, м; (39) 82 mс = 0,042 кг – масса удобрений высеваемая в одно окно за один оборот вала высевающего аппарата (по гранулированному суперфосфату, имеющему плотность ρс = 1,0х103 кг/м3). Например: необходимо внести культиватором КРН – 5,6Б с АТП – 2 при подкормке аммиачную селитру с плотностью ρа = 0,8·103 кг/м3 в количестве qу = 100 кг/га; bм = 0,7 м; dк = 0,51 м: Тогда: ma mc a 0,8 10 3 0,042 0,0336кг. c 1,0 10 3 Находим требуемое передаточное отношение: i 100 0,7 3,14 0,51 0,167. 10000 2 0,0336 С учётом проскальзывания приводного колеса передаточное отношение надо увеличить на 6…10 %, то есть i = 0,180. Имеющийся набор звёздочек обеспечивает i = 0,178, что близко к расчётному. Перед началом работы в поле проводят проверку правильности расчёта и определяют фактическую подачу удобрений. Поднимают культиватор, устанавливают их на опоры. Определяют сколько нужно сделать оборотов колеса (n) для высева удобрений на площади 0,01 га: n 100 b К ; dk м р (40) где Кр – количество обрабатываемых рядков. n 100 100 bм К р 0,7 8 11 dk 3,14 0,51 Прокручивают вручную приводное колесо, делая 11 оборотов. Полученную суммарную массу в килограммах умножают на 100. Это и будет фактический высев удобрений в кг/га. В зависимости от конкретных условий полученное значение корректируют на величину проскальзывания приводных колёс (6…10 %). 83 9. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА РАБОТЫ. 9.1. Равномерность глубины обработки почвы. Глубину хода определяют на первом проходе по следу каждого рабочего органа, установленного на культиваторе. Это делают с помощью мерной рейки или стержня. Его погружают в почву до дна бороздки или уплотнённой подошвы. Проводят 10 замеров с интервалом 1…2 м. По полученным данным находят среднюю глубину и её равномерность. Например: для односторонней лапы определяют следующие значения глубины обработки hЛ , мм: 43; 58; 60; 65; 48; 38; 54; 44; 48; 51. Тогда: hñð h n3 Ë 506 50,6 , мм. 10 Среднее значение близко к заданной – 50 мм. Определяют показатель выровненности, стабильности глубины обработки , % B 100 где: S S 100 ; hср (41) hmax hmin – среднеквадратическое отклонение, мм; k к – коэффициент. При количестве замеров 5 коэффициент к = 2; к = 6…10-3; 11…25-4;25…50-5 > 50 – к =6. Тогда: S hmax hmin 65 38 9 мм; k 3 B 100 S 9 100 100 100 82,2% . hср 50,6 Равномерность хода для данной лапы удовлетворительная. Для упрощения полевой оценки можно использовать следующую зависимость 84 B nc 8 100 100 80% , nЗ 10 где: nc – число значений глубины обработки, находящихся в диапазоне требуемой глубины: 50±10 = 40…60 мм. В этом диапазоне находится 8 из 10 замеров. 9.2. Степень крошения почвы В междурядьи с площадки 0,5 × 0,5 м и глубиной равной глубине обработки берут почву и помещают её на сито с диаметром отверстий 20 мм. Осторожным колебанием просеивают и отдельно взвешивают обе фракции: прошедшую и не прошедшую через сито: Скр mн 100 , mн mп (42) где: Скр – степень крошения почвы, %; mп – масса почвы фракций менее 20 мм (прошедшая через сито), кг; mн – масса почвы не прошедшая через сито, кг. Степень крошения почвы должна быть более 85%. 9.3. Степень выровненности поверхности почвы Для определения этого показателя берут гибкий метровый шнур и крепят к нему мерную ленту с делениями длиной до 0,3 м. В почву вставляют колышек и привязывают к нему шнур, натягивают его на 1 м и вставляют второй колышек. Затем опускают шнур вместе с мерной лентой, так чтобы они легли на поверхность почвы, копируя гребни (рис.43). Фиксируют длину мерной ленты АО=LГ между колышками. 85 Рис.42 Схема определения выровненности поверхности почвы: 1,2 – колышки; 3 – шнур; 4 – мерная лента. Степень выровненности поверхности почвы : Г 100 LГ 100 %, (43) Например : определить степень выровненности поверхности почвы после работы культиватора , если Lг = 0,1 м Г 100 0,1 100 90% . Степень выровненности поверхности почвы после обработки не должна быть ниже 85 %. 9.4. Степень уничтожения сорняков. Этот показатель определяют через сутки после обработки, когда подрезанные сорняки завянут. Учёты ведут отдельно в междурядье и в зоне рядка. На площадках, ограниченных шириной обработки и длиной 0,5 м в междурядье и шириной двух защитных зон в рядке определяют число подрезанных, присыпанных почвой сорняков Пс и не подрезанных - Нс. При этом надо иметь в виду, что сорняки, засыпанные слоем более 30 мм погибают. Степень уничтожения сорняков Сс % : Сс Пс 100%. Пс Н с (44) 86 Проводят не менее пяти учётов по диагонали участка. Степень уничтожения сорняков должна быть свыше 95 %. 9.5. Степень повреждения культурных растений. Этот показатель определяют одновременно с определением степени уничтожения сорняков. Учитывают подрезанные и засыпанные слоем почвы более 30 мм растения. Оценку проводят по всем рядкам одного прохода культиватора. Учётная длина площадки зависит от густоты стояния растений. В каждом рядке должно быть учтено не менее 20 растений. Учёты ведут при прямом и обратном ходе культиватора. По полученным данным определяют степень повреждения культурных растений, СК , %: СК ПК 100%, ПК Н К (45) где Нк,Пк – количество не повреждённых и повреждённых растений, шт. Степень повреждения растений при каждой культивации не должна превышать 3,0 %. 87 Контрольные вопросы и задания 1 ГЛАВА 1. Характеристика почвы – как многофазной дисперсной среды. 2. Как разделяются почвы по механическому составу. 3. Какие почвы считаются тяжелыми. 4. Определите механический состав и влажность почвы по упрощенной методике. 5. Что такое порозность почвы. 6. Как определить плотность почвы 7. Для чего проводят рыхление и уплотнение почвы 8. Как определить твердость почвы 9. Фрикционные свойства почвы 10.Как зависит сила трения и сила прилипания почвы от площади контакта. 2 ГЛАВА 1. Приемы и средства регулирования температуры почвы. 2. Способы передвижения воды в почве. 3. Пути повышения использования световой энергии 4. Способы улучшения аэрации почвы. 3 ГЛАВА 1. Особенности сорных растений. 2. Что такое всходы растений . 3. Типы корневых систем растений. 4. Способы распространения семян сорняков. 5. Методы определения засоренности поля. 6. Механические способы борьбы с сорняками 4 ГЛАВА 1. Способы воздействия на почву. 2. Физическое и химическое воздействия на почву. 3. Способы воздействия на семена сорняков в почве. 88 4. Обработка почвы СВЧ – полем. 5. Что такое соляризация. 5 ГЛАВА 1. Назначение и устройство пропашного культиватора. 2. Какие культуры относят к пропашным. 3. Устройство секции культиватора. 4. Как определить необходимое количество секций на культиваторе 5. Типы рабочих органов культиватора. 6. Определите допустимый угол раствора лезвий лапы, чем он лимитируется. 7. От чего зависит угол крошения лапы. 8. Достоинства и недостатки одношарнирной и четырехшарнирной подвесок рабочих органов к раме культиватора. 6 ГЛАВА 1. Подготовка навесного устройства трактора класса 14 кН. 2. Настройка культиватора на требуемую глубину обработки 3. Порядок навешивания культиватора на трактор. 4. Как устранить работу лап на “носке” и на “пятке”. 5. Работа устройства для трехслойной обработки почвы. 6. Как определить суммарную ширину захвата лап, устанавливаемых в междурядьи. 7. Что такое защитная зона, отчего она зависит. 8. Изобразите схему деформации почвы при работе лапы в продольном направлении и в поперечной плоскости. 9. Представьте схему сил, действующих на секцию культиватора. 10.Приемы регулирования глубины хода рабочих органов в поле. 11.Признак заглубления рабочих органов культиватора на требуемую глубину. 12.Как определить допустимую высоту растений при культивации. 13.Охарактеризуйте штанговый рабочий орган пропашного клуьтиватора. 89 14.Обоснуйте оптимальную частоту вращения штанги, оборот /1м пути. 15.Характеристика струнного рабочего органа, в каких условиях его используют. 16.Цель механической обработки почвы до появления всходов. 17.Какие рабочие органы применяют для внутрирядной довсходовой обработки почвы. 18.Принцип работы прополочных роторов и дисков. 19. Назовите рабочие органы применяемые для окучивания растений. 20.Устройства и принцип работы окучника, обеспечивающего дозированную подачу почвы к рядку. 21.Тяговое сопротивление культиватора, от каких факторов оно зависит. 7 ГЛАВА 1. Определите производительность культиватора КРН-5,6Б на междурядной обработке кукурузы : скорость V = 2 м/с; ширина захвата культиватора В = 5,6 м; ширина защитной зоны е = 0,1 м; ширина междурядья bм = 0,7 м. 2. Как определить показатель эффективности работы пропашного культиватора, отчего он зависит. 3. Какие устройства используют для ориентированного вождения машинно-тракторных агрегатов при междурядной обработке. 4. Что представляет собой щелеватель-направитель. 5. Конструктивная схема культиватора со стабилизацией хода. 8 ГЛАВА 1. Устройство туковысевающего аппарата АТП-2 2. Определите передаточное отношение при внесении минеральных удобрений культиватором КРН-5,6Б с аппаратом АТП-2. 3. Проведите расчет массы аммиачной селитры высеваемой в одно окно АТП-2 за один оборот вала высевающего аппарата, плотность удобрений 0,8 10 3 кг/м3. 90 4. Как проверить соответствие фактического высева удобрений норме внесения при подкормке посевов культиватором КРН-5,6 с АТП-2. 9 ГЛАВА 1. Как определить глубину обработки почвы. 2. Рассчитайте показатель стабильности глубины обработки при следующих ее значениях для десяти замеров, мм : 43; 58; 60; 65; 48; 38; 54; 44; 48; 51. 3. Что такое степень крошения почвы и как она определяется 4. Методика определения степени выровненности поверхности почвы после обработки культиватором. 5. Как определить в поле степень уничтожения сорняков и повреждения культурных растений. 91 Приложение 1 Техническая характеристика пропашных культиваторов Показатель Культиваторы УСМК 5,4В КРН – 5,6Б КРК – 5,6 (КРН – 4,2Б) (КРК – 2,6 КРК – 4,2 КРН - 8,4 КРК – 8,4) 1. Набор рабочих 1. Лапы: органов 1. Лапы всех типов. 1. Лапы всех типов 1. Лапы всех - плоскорежу- 2. Корпуса окучи- на пружинных стой- типов. щая односто- вающие. ронняя; 3. ках. 2. Корпуса оку- Лапы-отваль- 2. Корпуса окучи- чивающие. - универсальная чики. вающие 3. Диски защит- стрельчатая; 4. Корпуса бороздо- 3. Корпуса бороздо- ные. - долотовидная образующие. 2. Окучники. 5. Диски ротацион- 4. Мотыги. образующие. 3. Батареи пяти- ные игольчатые. дисковые. 6. Бороны 4. Роторы. лочные. 5. Щитки защитные. пропо- 6. 4. Лапы-отвальчики 5. Приспособ- Приспособление ление подкормочное. подкор- мочное. 5. Диски защит- 7. Диски защитные. ные 8. Приспособление 6. Щелеватель- подкормочное. направитель. 7. Приспособление подкормочное 2. Ширина междурядий 3. Рабочая скорость 4. 450; 600 700; 900; 1400 700; 900; 1400 700; 900; 1400 6…9 6…9 7 … 10 6…9 3,4 … 4,3 3,7 … 5,0 3,9 … 5,6 5,1 … 7,4 976 1060 1280 1494 Производитель- ность за 1 час основного времени, га/ч. 5. Масса, кг Внесение удобрений Подготовка семян и посев Уход за посевами, защита растений Приложение 2 Уборка, послеуборочная обработка ОСВОЕНИЕ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Нулевая обработка Минимальная обработка Чередование глубокой обработки с поверхностной Совершенствование системы обработки почвы Устойчивые сорта Использование сидератов Освоение адаптивно-ландшафтных севооборотов Оптимизация питания и пестицидной нагрузки Заделка измельченных растительных остатков Сохранение плодородного слоя почвы. Защита от эрозии ПУТИ СНИЖЕНИЯ ЗАТРАТ ЭНЕРГИИ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ Снижение водопотребления и сохранение влаги в почве СОВМЕЩЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ Пахота и фрезерование Предпосевная обработка почвы и посев Прикатывание и довсходовая обработка повы Культивация и ленточное внесение гербицидов ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ Увеличение рабочей скорости, за счет использования направляющих элементов (щели, борозды, оптические устройства) Применение активноприводных и самовращающихся рабочих органов Интенсификация технологических процессов Выравнивание, ликвидация волнообразной поверхности Разрушение капиллярной скважности верхнего слоя Мульчирование поверхности Уменьшение конвекционно-диффузного процесса Исключение выноса влажной почвы на поверхность Внутрипочвенное и капельное орошение УЛУЧШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРАКТОРОВ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН. ОПТИМИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСА МАШИН Снижение массы машин Оптимизация регулировок Широкозахватные машины и агрегаты Замена вспашки чизелеванием Эффективный комплекс машин Совершенствование ходовой части Выбор экономичного скоростного режима и нагрузки