В современных условиях самым распространенным способом создания благоприятных условий для произрастания культурных растений остается механическая обработка почвы. Повышение эффективности производства сельскохозяйственной продукции и обеспечение населения продуктами питания требует использования современных высокопроизводительных и экономичных сельскохозяйственных машин.
Затраты на основную обработку почвы составляют значительную долю (до 40%) в себестоимости сельскохозяйственной продукции и в основном определяют конкурентоспособность конечного продукта. Основная обработка почвы — наиболее энергоемкая и трудоемкая операция при возделывании сельскохозяйственных культур, является распространенным способом воздействия на почву с целью создания условий наиболее благоприятных для произрастания культурных растений.
Основными задачами совершенствования почвообрабатывающих орудий являются повышение качества обработки почвы и снижение затрат энергии и материалов на её проведение.
Одним из направлений совершенствования конструкций почвообрабатывающих орудий с целью снижения энергоемкости и материалоемкости обработки почвы является оптимизация технологических и конструктивных параметров рабочих органов с учетом реальных сил, действующих на них.
При выполнении технологического процесса обработки вспаханной дернины многолетних трав необходимо не только разрезать отваленный плугом пласт, но и прижать их к дну борозды, обеспечив тем самым возможность разложения.
Целью настоящей работы является выбор и обоснование параметров рабочего органа культиватора для обработки вспаханной дернины.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Задачи механической обработки почвы
Механическая обработка почвы в сочетании с внесением удобрений и другими агротехническими приемами — одно из основных условий получения высоких и устойчивых урожаев. Способы обработки почвы многообразны. Они зависят от ее качества, зоны и биологических особенностей возделываемой культуры [22].
Основная задача механической обработки почвы — создание благоприятных условий для развития культурных растений с целью получения высоких и устойчивых урожаев.
Положительное воздействие обработки на биологические, биохимические и физико-механические процессы, происходящие в почве, и на развитие культурных растений состоит в следующем:
Подготовка почвы для разведения комнатных растений
... Из растений защищённого грунта песчаные почвы используются для суккулентов, для некоторых из них нужны и щебневатые, обломки в которые вносятся специально (чаще всего с этой целью используется ... под землей. Именно он высасывает из почвы необходимые для растения вещества, но может делать это только в комфортных для него условиях (для разных растений они несколько различны): при определенной ...
1) пахотный слой поддерживается в таком состоянии, при котором культурные растения имеют наиболее благоприятные условия для высокой продуктивности;
2) активизируются микробиологические процессы в корнеобитаемом слое почвы, поэтому в период вегетации происходит постоянный приток питательных веществ к корням растений;
3) наиболее полно уничтожаются сорняки, вредители и возбудители болезней растений, которые запахиваются в почву и подвергаются разложению;
4) заделываются в почву удобрения, стерня, дернина и другие растительные остатки и сидеральные растения, которые превращаются в перегной и служат новым резервом плодородия почвы и пищи растений; регулируется водный режим почвы.
5) в корнеобитаемом слое усиливается приток кислорода к семенам и корням растений и выделение из почвы углекислоты, что улучшает условия для фотосинтеза, микробиологических процессов, роста и развития растений;
6) регулируется тепловой режим почвы: теплоемкость, теплопроводность, лучепоглощение; корнеобитаемый слой почвы летом предохраняется от сильного перегрева, а зимой в некоторой степени — от глубокого промерзания;
7) создаются наилучшие условия для посева и заделки семян в почву на требуемую глубину, во влажный слой, чем обеспечивается быстрое прорастание и дружное появление всходов;
8) облегчается появление всходов, усиливается вегетация растений; создаются наилучшие условия для развития корневой системы, корней сахарной свеклы, клубней картофеля и других корнеклубнеплодов;
9) специальной обработкой почвенный покров предохраняется от водной ветровой эрозии; увеличивается пахотный слой путем применения почвоуглубителей с одновременным внесением органических и минеральных удобрений.
При создании новых почвообрабатывающих машин и орудий, а также при механической обработке почвы учитываются технологические свойства почвы, ее удельное сопротивление и влияние на износ рабочих органов. [2].
При обработке почва подвергается многообразным технологическим процессам, которые сводятся к следующему:
1) подрезание слоя почвы и корней;
2) рыхление или крошение;
3) оборачивание пласта;
4) заделка в почву дернины, жнивья и удобрений;
5) перемешивание;
6) уплотнение;
7) выравнивание поверхности;
8) образование борозд или валков на поверхности почвы.
1.2 Способы обработки почвы
Обработка почвы является важнейшим агротехническим мероприятием, способствующим повышению урожайности культурных растений. В результате обработки почвы происходит уничтожение сорняков, создаются водный, воздушный, питательный и тепловой режимы для корней растений, а также для микроорганизмов почвы.
Наиболее важными способами основной обработки почвы являются вспашка, безотвальная (в том числе плоскорезная) обработка и фрезерование.
Вспашка — это основной прием обработки почвы. При этом происходит оборачивание и рыхление пласта почвы на глубину 20-25 см. Обычно вспашку производят плугом с предплужником. Предплужник способен срезать лишь поверхностный слой почвы около 10-12 см толщиной.
Безотвальная обработка производится плугом без оборачивания пласта почвы. Глубина вспашки достигает 30—40 см.
Безотвальная обработка почвы
... растений. …При новом способе обработки почвы, особенно в последующие годы после глубокого рыхления, меняется распределение корневой системы. При дальнейшей обработки ... большую массу органики. 5. Расход влаги при безотвальной системе более экономен, а накопление более интенсивное. ... и нитрификаторы, усиленно размножается до глубины 50 см. Положительное действие глубокого рыхления сохраняется 2-3 года. ...
Обычно этот способ применяют в засушливых районах, подверженных ветровой эрозии.
Плоскорезную обработку почвы осуществляют с помощью специальных плоскорезов, при этом остается нетронутой значительная часть стерни (стерня — срезанные стебли злаков, оставшиеся на корню после жатвы).
Зимой стерня задерживает снег, снижает скорость ветра в приземном слое и тем самым предохраняет почву от выдувания и повышает в ней запасы продуктивной влаги.
Фрезерование — обработка почвы с применением вращающихся фрез на глубину до 20 см, что позволяет тщательно перемешивать и измельчать как верхний плодородный слой почвы, так и более глубинные бесполезные слои. Обычно его применяют на подзолистых и серых лесных почвах для более интенсивного их окультуривания.
Существуют также способы поверхностной обработки почвы: лущение, культивация, боронование и прикатывание.
Лущение почвы проводят на глубину — 6-16 см, при этом подрезают стерню и сорняки, а также крошат и частично оборачивают почву. Иногда применяют лущение на уже вспаханных участках с целью сохранения влаги. Для лущения используют лемешные или дисковые лущильники.
Культивация — это рыхление почвы на глубину от 5 до 10 см без оборачивания верхнего слоя. С помощью культивации подрезают сорняки, обрабатывают пропашные культуры, а также готовят почву к посеву. Культивацию проводят с использованием культиваторов или окучников.
Боронование — рыхление почвы боронами конструкции на глубину от 2 до 8 см. Боронование применяют для обработки почвы после дождей или зимы с целью перемешивания и выравнивания поверхности почвы с частичным уничтожением сорняков.
Прикатывание — способ уплотнения почвы, например, после вспашки, осуществленной в сухую погоду. Прикатывание позволяет разбить глыбистые части почвы. Для этого используют различные катки.
Сочетание различных приемов и способов обработки почвы создает систему обработки почвы под яровые, озимые культуры.
На рисунке 1.1 приведена условная классификация способов обработки почвы в сельскохозяйственном производстве.
Рисунок 1.1 — Способы обработки почвы
В классическом понимании обработка почвы подразделяется на основную обработку (глубокую, первичную) и дополнительную (мелкую, поверхностную).
К основной обработке относятся вспашка, глубокое, безотвальное рыхление и фрезерование. К дополнительной обработке почвы — культивация, боронование, мелкое рыхление, выравнивание поверхности, уплотнение (прикатывание), аэрация и др.
В последнее время внимание уделяется прогрессивным системам минимальной обработки почвы, которые предусматривают совмещение или одновременное выполнение нескольких различных операций за проход агрегата. Для этого создаются комбинированные почвообрабатывающие орудия и машины.
Анализ почвозащитных систем обработки почв позволяет выделить наиболее распространенные [3].
Нулевая обработка (no tillage) предусматривает в течение вегетационного периода лишь один контакт почвообрабатывающих орудий с почвой — во время посева. Посев производится, как правило, в узкие бороздки шириной 2,5-7,5 см одновременно с одной или несколькими дополнительными операциями. Для борьбы с сорняками интенсивно используются гербициды. При нулевой системе обработки экономия топлива может достигать 70-80%.
Скачать реферат технология обработки почвы
... почву дернины, жнивья и удобрений; 5) перемешивание; 6) уплотнение; 7) выравнивание поверхности; 8) образование борозд или валков на поверхности почвы. 2. ПРИЕМЫ И СПОСОБЫ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ. Вспашка—прием отвальной обработки, ... не дает высокого качества вспашки, особенно рыхления почвы. Это связано с тем, что пахотный слой почвы по своим технологическим свойствам неоднороден. Вследствие ...
Гребневая обработка (ridge tillage).
В этом случае почва не обрабатывается до посева. Одновременно с посевом примерно 1/3 поверхности почвы обрабатывается стрельчатыми лапами или очистителями рядков, формирующими гребни. Посев производится в гребни обычно на 10-15 см выше рядка. Для борьбы с сорняками применяются гербициды в сочетании с культивацией.
Полосная обработка (strip tillage).
Как и в случае гребневой обработки при полосной обрабатывается около 30% поверхности почвы фрезерными, дисковыми рабочими органами или пассивными рыхлителями. Как правило, обработка совмещается с посевом. Сорняки уничтожаются гербицидами в сочетании с культивацией.
Мульчирующая обработка (mulch-tillage).
Перед посевом производится рыхление почвы с одновременным измельчением и сохранением на поверхности почвы крупностебельных остатков пропашных предшественников. Глубина обработки почвы при этом способе обработки определяется типом возделываемой культуры.
Сокращенная обработка (reduced tillage) — любая система обработки почвы, кроме четырех перечисленных, удовлетворяющих определению почвозащитной обработки. Термин минимальная обработка (minimum tillage) носит обобщающий характер. Это понятие включает в себя все виды почвозащитной обработки за исключением нулевой.
Основой всех разновидностей почвообрабатывающих технологий (минимальной, нулевой, гребневой, полосной и т.д.) являются сокращение числа и глубины обработок, регулирование стока дождевых и талых вод, повышение стойкости поверхности поля к дефляции (выдуванию) путем сохранения на ней крупных почвенных комков и части стерни [23].
1.3 Существующие способы и применяемые плуги для вспашки дернины многолетних трав
Из всех агротехнических мероприятий, направленных на получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур, основное значение имеет правильная подготовка почвы.
При правильной подготовке почвы создаются оптимальные условия для физических, химических и биологических процессов и этим повышается эффективность других агротехнических приемов (севооборот, удобрение, борьба с сорняками и болезнями).
Важнейшими общими вопросами механической обработки почвы являются также ее способы (с оборачиванием — отвальная, без оборачивания обрабатываемого слоя — безотвальная) и глубина обработки (поверхностная, мелкая, нормальная, средняя, глубокая), углубление и окультуривание пахотного слоя, разноглубинная обработка почвы в севооборотах, сроки, техника (всвал, вразвал, контурная, гладкая), скорости движения почвообрабатывающих агрегатов и качество обработки почвы [4].
Почва из-под многолетних трав значительно отличается от полей, на которых возделывали однолетние растения как сплошного, так и широкорядного сева. Верхняя часть пахотного слоя задернена и имеет повышенную связность. Верхний слой почвы, густо переплетенный корнями многолетних трав, называют дерниной. Если многолетние травы дают высокий урожай, то почва выходит из-под них сравнительно чистой от сорняков, с хорошими физическими свойствами. Она имеет больше водопрочных агрегатов, повышенную влагоемкость и хороший газообмен между атмосферным и почвенным воздухом. При обработке дернины преследуют три дополнительные задачи: лишить жизненности растения; разрыхлить задерненный верхний слой почвы; улучшить условия для разложения дернины, чтобы увеличить содержание в почве усвояемых питательных веществ к посеву культур по пласту. Все эти задачи сравнительно полно решаются при глубокой вспашке, хорошем обороте пласта и хорошем его крошении и улучшении водно-воздушного режима почвы.
Технология механизированных работ на основной обработке почвы
... дернины; он требует многих дополнительных обработок (боронование, культивация, дискование, прикатывание), приводящих к чрезмерному распылению почвы (под термином «оборот пласта» в практике с.-х. производства понимают также вторую вспашку ... работе. 1.3. Подготовка поля к работе, выбор способа движения. 1.4. Работа агрегата в загоне. 1.5. Контроль качества пахоты 2. Подбор трактора, устройство, работа ...
Основная задача обработки почвы на ранних этапах плужной обработки — умертвление естественной целинной растительности полным оборачиванием обрабатываемого слоя почвы. Вместе с тем верхний слой должен быть хорошо взрыхлен. Однако из-за большой упругости дернины пласт плохо крошится и рыхлится. Для хорошей заделки семян нужно хорошо разрыхлять верхний слой почвы. Это достигается многократным боронованием, что влечет за собой сильное распыление почвы.
Вспашка (пахота) — основной приём механической обработки почвы отвальными плугами. При вспашке происходит одновременно оборачивание, крошение и перемешивание почвы. Оборачиванием достигается заделка дернины, удобрений, семян сорных растений, многих с.-х. вредителей и возбудителей болезней. В нижней части пахотного слоя, перемещённой вспашкой на поверхность, под влиянием аэрации, повторного увлажнения и быстро активизирующейся полезной почвенной микрофлоры увеличивается содержание доступных растениям питательных веществ. Вспашка даёт возможность поддерживать мелкокомковатое сложение пахотного слоя. Степень оборачивания зависит от формы отвалов, соотношения глубины обработки и ширины пласта. Плуги с винтовыми отвалами наиболее полно оборачивают пласт, но слабо крошат почву (используются на тяжёлых глинистых и сильно задернелых землях); с цилиндрическими отвалами хорошо крошат почву, но неудовлетворительно оборачивают пласт; с культурной формой отвалов хорошо оборачивают и крошат пласт на почвах средней связности (с предплужниками и на задернелых почвах) [5].
Обработка пласта злаковых трав трех-четырех и более лет использования требует предварительной разделки дернины чизельным культиватором, оборудованным специальным лапами. Предварительную обработку следует проводить за 3-4 дня до основной вспашки т.е. с винтовыми или полувинтовыми отвалами, оборудованными углоснимами и пером для лучшего оборачивания пласта и заделки дернины.
Различают следующие виды вспашки:
1) Оборот пласта, когда пласт шириной до 40 см при относительно небольшой глубине пахоты винтовым отвалом оборачивается на 180°. Это самый древний вид вспашки дернины; он требует многих дополнительных обработок (боронование, культивация, дискование, прикатывание), приводящих к чрезмерному распылению почвы (под термином «оборот пласта» в практике с.-х. производства понимают также вторую вспашку целины, залежи или поля из-под многолетних трав).
2) Взмёт, когда пласты отвалами полувинтового типа оборачиваются на 135°, плотно прилегают друг к другу, располагаясь под углом в 45° к поверхности почвы. При взмёте целины или залежи дернина не успевает разложиться в течение нескольких месяцев; такая вспашка неприемлема и на старопахотных землях, она дополнительно требует многократного дискования и боронования.
3) Культурная вспашка проводится плугом, каждый корпус которого снабжён предплужником. Предплужник срезает поверхностный слой почвы и сбрасывает его на дно борозды; отвал основного корпуса плуга поднимает жёсткий слой почвы и покрывает им оказавшийся на дне борозды верхний слой. Это самый совершенный вид пахоты. Площадь вспаханного поля получается ровной, что облегчает последующую предпосевную обработку (предплужник снимают лишь при запашке навоза или повторной вспашке парового поля).
Технологии и комбинированные агрегаты для предпосевной обработки почвы
... после вспашки перед предпосевной обработкой почвы агрегатами типа АКШ необходимо проводить культивацию дополнительно. При возделывании яровых и пожнивных крестоцветных культур комбинированные агрегаты типа АКШ можно применять после культивации почвы или ...
Глубину вспашки устанавливают в зависимости от мощности пахотного горизонта, биологических особенностей возделываемых растений, обработки почвы под предшествующие культуры, степени и характера засорённости поля, наличия вредителей и болезней с.-х. растений. Вспашка на глубину 20 см считается нормальной, на большую глубину — глубокой, на меньшую — мелкой. Вспашка на одну и ту же глубину нередко приводит к образованию на дне борозды уплотнённого слоя (плужная подошва), что нарушает нормальный водный режим почвы и затрудняет развитие корневой системы растений. Поэтому целесообразно в каждом поле севооборота периодически проводить пахоту несколько глубже обычной. Глубокая вспашка — одно из важнейших условий получения высоких и устойчивых урожаев. На почвах с пахотным горизонтом менее 20 см, ограничивающим глубину вспашки, постепенно создают мощный окультуренный пахотный слой. Большое значение при этом, как и при глубокой пахоте, может иметь вспашка с почвоуглубителем, разрыхляющим подпахотный горизонт почвы.
Время вспашки зависит от зональных почвенно-климатических особенностей, агротехники возделываемых культур, сроков сева и ряда других условий. Наиболее совершенной является ранняя зяблевая вспашка, способствующая лучшему накоплению в почве влаги и питательных веществ в доступной для растений форме. Летняя вспашка необходима при подготовке к посеву занятых паров и при посеве озимых по непаровым предшественникам. Весенняя вспашка под яровые того же года посева известна под названием весновспашки. Весенние и летние, а иногда и осенние вспашки должны сопровождаться одновременно боронованием (для уменьшения потерь влаги на испарение).
В Беларуси преимущественно применяются лемешные тракторные навесные, прицепные и полунавесные плуги. Классификация плугов приведена на рисунке 1.2 [16].
Рисунок 1.2 — Классификация плугов
По типу рабочего органа чаще применяются лемешные и реже — дисковые орудия. Как правило, лесные плуги представлены лемешными однокорпусными и двухотвальными конструкциями. Дисковые плуги используются для обработки почвы на вырубках, сухих уплотненных или переувлажненных почвах. Орудия безотвальной обработки в настоящее время находят применение в сельскохозяйственном производстве в виде чизельных орудий.
1.4 Оценка качества вспашки дернины многолетних трав
Основная задача контроля за качеством обработки почвы заключается в выполнении утвержденной технологии и предупреждении брака в работе. Для определения качества полевых работ установлены определенные показатели, которые в зависимости от природных условий и других причин в колхозах и совхозах могут уточняться и конкретизироваться на основе местного производственного опыта.
На рисунке 1.3 дано определение показателей качества при вспашке дернины многолетних трав.
1. Глубина пахоты.
Глубину пахоты можно определять во время работы агрегата по бороздам с 5-кратной повторностью за каждым корпусом плуга, пользуясь бороздомером.
Таким образом, если вспашка производится 3 корпусным плугом, потребуется 15 измерений, 4 корпусным — 20.
Технология возделывания многолетних трав
... технологией заготовки силоса. Присутствовала на уборке многолетних трав на силос. Также была проведена экскурсия на ферме с КРС. 2. Технология возделывания многолетних трав ... почв возделывание, например, люцерны практически невозможно. Под многолетние травы необходимо вносить микроудобрения: молибденовые на кислых, борные на известкованных, и слабокислых почвах. Посев Посев многолетних трав ...
Средняя глубина пахоты должна соответствовать заданной. При отклонении более чем на ±2 см расценивается как некачественная вспашка, что приводит к ухудшению свойств почвы.
Рисунок 1.3 — Контроль качества вспашки почвы: а — глубины вспашки; б — гребнистости пашни; в — глыбистости
2. Равномерность глубины пахоты.
3. Гребнистость поверхности пашни
4. Глыбистость пашни.
5. Степень заделки дернины.
6. Качество обработки поворотных полос.
Одним из главнейших требований, предъявляемых к работе плуга, является полная заделка травянистой растительности и удобрений, что достигается оборачиванием пласта травой вниз.
Рабочий процесс лемешных плугов и качество обработки зависят от ширины захвата b и глубины обработки a. Для создания устойчивого оборота пласта необходимо, чтобы отношение ширины захвата корпуса b к глубине обработки a было >1,27 (значение =1,27 соответствует углу наклона пласта д=52 (рис. 1.4.)) или чтобы сила тяжести пласта находилась правее точки опоры D.
Рисунок 1.4 — Схема процесса оборота пласта плугом без предплужника
Обычно на тракторных плугах общего назначения при вспашке без предплужника условием устойчивого оборота пласта служит соотношение 1,27<<2. Для крошащих отвалов =1,3…1,4.
При работе плугов с предплужниками для устойчивого оборота пласта достаточно >0,94 (1,1…1,3), см рисунок 1.5.
Рисунок 1.5 — Схема процесса оборота пласта плугом с предплужником
У плугов глубоко пахотных (плантажных, рыхлителях) КУ<1,27.
Принятое соотношение предопределяет максимальную глубину вспашки: при =1,27 a max b; при =3,0 a max b.
Ширину захвата плуга b определяют по формуле 1.1:
(1.1)
где з — коэффициент использования тягового усилия трактора (0,75…0,95);
- Рт — тяговое усилие трактора на соответствующей передаче;
- Кп — удельное сопротивление почвы;
- а — предельное значение глубины вспашки.
Удельное сопротивление большинства пахотных земель находится в пределах Кп=30…90 кПа. В зависимости от влажности сопротивление почвы на одном и том же поле может изменяться в 1,5…2 раза, причем влияние влажности сильно проявляется на бесструктурных почвах.
Уплотнение почвы и задернение вызывают увеличение удельного сопротивления примерно в 1,5 раза, для дернины, например,
Кп = 60…80 кПа. [6].
1.4.1 Особенности вспашки дернины многолетних трав
Основная обработка полей из-под многолетних трав отличается существенными особенностями, что объясняется большой связностью дернины и продолжительным ростом трав вплоть до наступления устойчивых холодов. Лучшим способом обработки полей из-под многолетних трав на старопахотных землях вспашка плугами с предплужниками, обеспечивающая хорошее крошение и заделку пласта.
Поля с очень плотной дерниной перед вспашкой дискуют. В случае засорения поля пыреем ползучим и другими корневищными и корнеотпрысковыми сорняками с неглубоко расположенными вегетативными органами размножения эту операцию проводят вдоль и поперек поля в целях разрезания корневищ и корневых отпрысков на мелкие отрезки.
Современные методы обработки почвы
... районах пласт многолетних трав разделывают дисковой бороной, а затем пашут плугом. Обработку почвы продолжают дисковыми орудиями. 4. Система основной обработки почвы Внедрение плоскорезных обработка в ... влажности в период обработки. обработка почва предпосевный эрозия 2. Технология обработки частого пара Чистый пар - лучшей предшественник яровой пшеницы. Система обработки почвы в паровом поле ...
В практике известны три срока вспашки задерненных почв:
1) весенне-летний под посев культур будущего года;
2) осенний (зяблевая обработка) также под посев будущего года;
3) весенний под посев текущего года.
Большинство целинных и залежных земель под яровые культуры обрабатывают в осенне-летний период (по типу чистого пара).
Вначале дернину дискуют в продольном и поперечном направлениях. Это делается в основном для облегчения работы плуга при вспашке и лучшей заделки дернины. Затем проводят вспашку плугами с предплужниками на глубину 20—22 см (если позволяет гумусовый горизонт) с одновременным боронованием. Если в этом случае почва плохо рыхлится, ее боронуют в 2—3 следа сразу после вспашки при полной спелости.
С появлением на вспаханном поле пырея участок в течение весны и лета несколько раз дискуют. Производственный опыт показал, что пласт, поднятый в весенне-летний период, не следует перепахивать ни осенью, ни весной перед посевом яровой культуры. При перепашке на поверхность выворачивается неразложившаяся дернина, которую необходимо дополнительно дисковать. Если к посеву яровых культур дернина еще не разложилась, проводят дискование с боронованием. В сухую весну хорошие результаты дает предпосевное прикатывание почвы кольчатым катком.
На почвах с маломощным гумусовым слоем и ярко выраженным подзолистым горизонтом дернину пашут на глубину перегнойного слоя с рыхлением подзолистого на месте его залегания почвоуглубителем или другими орудиями. В этом случае оподзоленная почва не выворачивается на поверхность пашни. Делается это для того, чтобы не ухудшить свойства пахотного горизонта. Не следует также при вспашке выворачивать глеевый горизонт.
Вспашка должна проводиться с полным оборотом пласта. Слабозадерненные луга и низинные болота с хорошо разложившимся торфом пашут осенью. Сильно задерненные луга, низинные и переходные болота со слабо разложившимся торфом — летом или ранней осенью. Пласт разделывают сразу после вспашки. Первичную вспашку дерново-подзолистых почв проводят на полную глубину перегнойного горизонта, торфяно-болотных — на глубину не менее 25-30 см.
Для разделки пласта и создания рыхлого слоя на поверхности вспаханной целины применяют тяжелые дисковые бороны [9].
Для создания на вспаханной поверхности рыхлого слоя достаточной мощности и выравнивания поверхности поля необходима разделка пласта дисковыми боронами. Глубина разделки пласта должна составлять 1/2…1/3 его мощности и превышать 16…18 см. Разделывать пласт необходимо при оптимальной влажности слоя вслед за вспашкой на минеральных землях и через несколько дней (3…5) после вспашки на торфяниках. Увеличение разрыва между вспашкой и дискованием ведет к уменьшению степени крошения почвы. Во избежание огрехов разделка пласта выполняется с перекрытием смежных проходов на 10% конструктивной ширины захвата дисковых борон. На дисковых батареях должны быть установлены почвоочистители, а лезвия дисков заточены. Для разделки пластов рационален диагонально-перекрестный способ движения, когда достигаются лучшее крошение пласта и выравнивание поверхности. На участках, где заделка дернины мелкая, дисковать в один-два следа необходимо вдоль пласта, чтобы исключить вынос дернины на поверхность, затем следует сделать один-два прохода под углом до 30о к основному направлению пласта. Лучшее качество обеспечивают навесные дисковые бороны. Если вспашка глубокая, разделку пласта следует проводить под углом более 40 о к направлению вспашки, а иногда и поперек пласта диагональным и диагонально-перекрестным способом, что обеспечивает лучшее крошение пласта и выравнивание поверхности. Повышение качества разделки пласта обеспечивает не только направление дискования к пахоте, но и правильная установка угла атаки дисковых батарей (на минеральных землях — 13…14о , на торфяных — 8…11о ) [9].
После дискования поверхность почвы должна быть ровной, а верхний слой ее хорошо раскрошен. На обработанном участке не допускаются огрехи и пропуски, разъемные борозды должны быть заделаны, а поворотные полосы обработаны. При этом количество кустов дерна и грунта размером от 7 до 15 см на участке 5х5 не должно превышать 5 шт.
Планировка поверхности мелиорируемых земель производится после осушения и вспашки в сочетании с дискованием почв. Планировочные работы включают: засыпку понижений глубиной до 25 см и шириной 20…30 м; ликвидацию микропонижений, возникающих при обработке почвы; качественное выравнивание поверхности. При этом неровности после работы длиннобазовых планировщиков должны быть в пределах ± 7 см от горизонтали. Влажность почвы для производства работ в % от абсолютно сухой рекомендуется в пределах 20…28 (для глинистых), 13…25 (суглинистых), 12…17 (супесчаных), 10…15 (песчаных), 50…70 (торфяных).
Фрезерование — эффективный способ обработки сильно задернелых сенокосов и пастбищ, осушенных торфяных болот, суходолов с неглубоким перегнойным горизонтом при отсутствии в пахотном слое крупных древесных корней и камней.
Дискование ? обработка верхнего слоя почвы дисковыми орудиями (дисковыми боронами, лущильниками и др.).
Дискование пласта многолетних трав, сидерального пара обеспечивает хорошее разрезание дернины, сидератов и высококачественную их заделку при последующей вспашке. Глубина рыхления, степень крошения, перемешивания и оборачивания почвы зависят от угла постановки дисков к линии тяги («угол атаки»), их формы, остроты, веса орудия и свойств почвы. С уменьшением «угла атаки» рыхление и крошение почвы резко ухудшаются, она меньше перемешивается и оборачивается [8].
Дискование проводят до и после вспашки. До вспашки дискуют сильно задернённые почвы, чтобы обеспечить быстрое разложение дернины, после вспашки — слабо задернённые поперёк пластов или под острым углом атаки к направлению пахоты. Дискование незаменимо при освоении торфяно-болотных почв и торфяников после их вспашки болотным плугом. Дискование широко применяют для предпосевной подготовки почвы. Дискование перед подъёмом зяби вызывает гибель малолетних сорняков, вредителей сельскохозяйственных растений, зимующих на стерне, сорняках и в верхних слоях почвы, защищает почву от потери влаги.
Дисковые орудия хорошо разрезают горизонтально расположенные корневища и корневые отпрыски до глубины 8-12см на небольшие отрезки и провоцируют их к прорастанию. При этом происходит заделка в почву осыпавшихся семян сорных растений. После прорастания сорняки легче уничтожаются, снижается засорённость почвы. Дискование — эффективный приём борьбы со злостными сорняками: овсюгом, пыреем ползучим и острецом. Против овсюга проводят тщательное осеннее дискование на глубину 5-7 см, против пырея ползучего — дискование в двух направлениях на глубину 10-12 см и последующую запашку проросших измельчённых корневищ, против остреца — вспашку с последующим дискованием.
На переувлажнённых тяжёлых почвах дискованием заменяют осеннюю вспашку под картофель или другие культуры позднего срока сева.
В засушливых районах при обработке чистых паров дискование менее эффективно, чем культивация плоскорежущими орудиями, особенно опасно летнее дискование чистого пара, при котором неизбежно усиление ветровой эрозии. Дискование — хороший приём ухода за лугами и посевами многолетних трав, особенно старыми люцерниками. Проводят дискование обычно челночным способом. Качество работ оценивают по равномерности глубины, степени обработки почвы, отсутствию огрехов, сроку выполнения.
1.5 Технологические свойства дернины
Для обоснованного проектирования рабочего органа для разделки дернины многолетних трав необходимо знать её технологические свойства.
Первостепенное значение имеют такие физико-механические характеристики дернового слоя, как толщина, степень задернения, связность дернины. Важное значение имеют также объемная масса, влажность, коэффициент внешнего трения, коэффициент внутреннего трения, удельное сопротивление резанию, удельное сопротивление разрыву.
ГОСТ 20915-75 при испытании почвообрабатывающих машин, предназначенных для обработки дернины, предусматривает определять толщину слоя дернины, степень задернения и связность [21].
А.Д. Далин писал [24]: «Задернелость грунта при известном накоплении корней на многолетнем минеральном лугу переводит его в другой тип — волокнистый; Но в отношении 2-х летней дернины до сих пор не изучено, действует здесь сильнее скрепление грунта корнями растений или уплотнение почвы, которое с каждым годом увеличивается из-за прекращения рыхления. Это уплотнение проявляется в увеличении объемной массы».
Объемная масса задерненной почвы составляет [24] 1,25…1,5 г/см 3 . В зависимости от состояния дернины она изменяется в следующих пределах: для дернины средней на минеральной почве — 1,1…1,4 г/см3 ; для дернины слабой на минеральной почве — 1,4 г/см3 ; для дернины на полуболотной почве — 1,0-1,1 г/см3 ; для дернины между кочками на болоте -1,0 г/см3 ; для торфа — 0,6…0,8 г/см3 ; для осоковых кочек — 0,8 г/см3 ; для осоко-торфяных дернин — 0,9 г/см.
Влажность дернины в зависимости от места расположения на гидрографической сети изменяется в очень больших пределах — от 20…30% (суходольная дернина) до 200% (лугоболотная дернина, низинные луга).
Если для минеральных грунтов влажность является решающим фактором сопротивления резанию, то крепость волокнистых грунтов меньше зависит от влажности.
Рисунок 1.6 — Зависимость нормального напряжения растяжения задернённой почвы от её абсолютной и относительной деформации
- предел упругости и пропорциональности, — предел текучести, — предел прочности.
- соответственно фазы упругих деформаций, течения и разрушения дернины [24].
Рисунок 1.7 — Зависимость предельных деформаций почвы от абсолютной и относительной от степени её задернённости
1 и 2- пределы прочности и упругости; A, B и С — зоны упругопластических деформаций и разрушения.
Режущие ножи для обработки задернелых почв строятся, исходя из принципов резания волокна, так как при этом возникают наименьшие сопротивления. Волокнистые грунты, представляющие сплетение стеблей и корней ней, дополненное смесью органических и минеральных частиц, упруги и при измельчении легче всего разрушаются чистым резанием острым ножом (лезвием).
А.Д. Далиным опытным путем определено, что работа, расходуемая на резание волокнистых грунтов в 1,5,..1,8 раза меньше работы разрыва. Из этого следует, что при разделке дернины ротационными рабочими органами всю поверхность стружки следует получить преимущественно резанием лезвием, а не разрывом.
Среднее удельное сопротивление дернины резанию составляет: для дернин на торфе — 65 Н/см; для злако-осоковой дернины между торфяными кочками -40 Н/см; для осоковых конек — 80,..100 Н/см.
Коэффициент трения дернины о сталь» по опытным данным А.Д. Данина, составляет [24]: двух-трехлетней залежи — 0,35…0,40; сильно задернелых злако-осоковых кочек — 0,80…0,85. При проектных расчетах лугоболотных фрез коэффициент трения грунта о грунт рекомендуется принимать в пределах 0,80… 1,20.
1.6 Существующие способы разделки вспаханной дернины многолетних трав
Обработка почвы после многолетних трав имеет свои особенности ввиду повышенной плотности и связности почвы из-за наличия в ней большой массы корней. Такие поля часто засорены двулетними и многолетними сорняками; кроме того, на полях после уборки продолжается жизнедеятельность большинства многолетних злаковых и бобовых растений. Таким образом, обработка почвы после многолетних трав должна быть направлена:
1) на прекращение вегетации многолетних растений, произрастающих на обрабатываемом поле, и создание благоприятных условий для разложения дернины;
2) на создание оптимального строения пахотного слоя почвы для накопления влаги и микробиологических процессов;
3) на уничтожение вегетирующих сорняков и ослабление вегетативных органов размножения многолетних сорных растений.
При разделке пластов должны учитываться и биологические особенности возделываемых растений. Под посев трав, например, фрезерование полезно во всех природных зонах, а кормовая капуста лучше удается по раз дискованным пластам.
Пласт дернины после вспашки имеет неровную, гребнистую поверхность, часто состоящую из сильно скрепленной дернины и больших комков земли. Для разрыхления и выравнивания поверхности пласт разделывают тракторными дисковыми боронами. Дискуется пласт сначала вдоль, а затем под небольшим углом.
Более совершенным способом обработки почвы при первичном освоении целинных земель является фрезерование [25].
При фрезеровании кочки, дернина и почва разрезаются, рвутся крючьями или ножами на комки и перемешиваются между собой. Таким образом, при фрезеровании осуществляются одновременно вспашка и разделка пласта; оно может применяться на любых почвах, в пахотных горизонтах.
Разрыхляя и перемешивая почвенные горизонты, фрезерование создает прекрасные условия для развития биохимических и микробиологических процессов, вследствие чего обеспечивается высокий урожай культур. Особенно ценно применять фрезерование при сильно освоении площадей с мощной дерниной.
Для фрезерования почвы используются фрезы ФБН-0.9, ФБН-1,5, ФБН-2 и др.
При освоении целины почву фрезеруют 2 раза. Первую обработку производят с поднятой решеткой на глубину 10—12 см, а на кочкарниках срезают кочки иа 5—7 см ниже их основания. Вторая обработка производится на глубину 18—20 см (с опущен-ной над барабаном, решеткой) через 10—15 дней с расчетом, чтобы дернина подсохла и появились всходы сорняков [54].
Пахотный слой при фрезеровании хорошо проветривается, и биологические процессы в нем протекают более интенсивно. При дисковании же пластов дернина измельчается на более крупные фракции, но полнее и глубже заделывается.
1.7 Проблемы разделки вспаханной дернины
Многие задерненные земли содержат очень мало питательных веществ в усвояемой для растений форме. В результате этого культурные растения, высеянные по вспаханной дернине, в первые фазы развития испытывают недостаток в азоте и фосфоре. Поэтому система обработки задеревенелых земель должна быть направлена в первую очередь на ускоренное разложение заделанной дернины и обогащение почвы основными питательными веществами в доступной форме [19].
При обработке задерненных почв ставятся задачи — лишить жизненности дернину, разрыхлить пласт и создать условия для ускоренного разложения дернины и корневых остатков. Эти задачи успешно решаются при своевременной обработке дернины многолетних трав после вспашки (с помощью средств указанных в пункте 1.6).
При первичном освоении задеревенелых земель, даже при многократном дисковании, дернина крошится только на комки значительной величины, в почве остается много пустот, отчего разложение органического вещества замедляется. Поэтому при освоении всех целинных земель необходимо производить уплотнение почвы катком — на болотах тяжелым (наливным), на суходолах легким.
В процессе вспашки дернины многолетних трав, при обороте пласта вся дернина укладывается на дно борозды в нижнюю часть пахотного слоя, почва плохо крошится, могут быть обрывы пласта, образуются пустоты. Дернина медленно разлагается. В засушливых условиях такая обработка ухудшает подток влаги в пахотный слой из лежащих ниже подпахотных горизонтов. Несмотря на недостатки, этот способ обработки может быть применен на сильно задернелых дерново-подзолистых почвах тяжелого гранулометрического состава. Применение плуга с предплужниками в таких условиях затруднено. Плуг забивается, а культурный отвал плохо оборачивает пласт. Для вспашки пласта нужно использовать плуги с полувинтовыми и винтовыми отвалами, обеспечивающими более качественную и полную заделку дернины [10].
Сроки обработки имеют большое значение для правильного использования пласта многолетних трав. При их установлении необходимо учитывать климатические условия, культуру, под которую производится обработка пласта, а также гранулометрический состав и влажность почвы.
1.8 Задачи исследования
Малоэффективная и недостаточно экономичная система приёмов обработки, большая энергоёмкость разделки пласта дернины многолетних трав потребовало расширения области исследований по изучению физико-механических свойств, резанию и рыхлению дернины.
В процессе резания и рыхления дернины многолетних трав должны быть изучены два объекта: обрабатываемая среда (дернина) и рабочий орган. Поэтому теорию резания и рыхления дернины многолетних трав разделяют на две основные части, тесно связанные друг с другом. В первой части рассматривается только влияние свойств дернины на процесс резания и рыхления. Во второй части рассматривается влияние конструктивных параметров рабочего органа, скорость и характер его перемещения при неизменных свойствах дернины.
Исследования влияния указанных факторов на процесс резания и рыхления дернины многолетних трав были положены з основу настоящей работы. Решение этой задачи сводится к рассмотрению следующих вопросов:
1. Влияние системы приемов обработки на водный режим почвы.
Главной задачей системы приемов обработки почвы является создание наилучших условий для бактериологической деятельности, это значит нужно создать наилучший водно-воздушный режим, т.к от него зависит интенсивность бактериологической деятельности. Показателем эффективности почвообработки является степень интенсификации почвообработкой деятельности почвообразующих бактерий, т.е. показателем эффективности почвообработки является создание водно-воздушного режима почвы.
2. Изменение основных физико-механических свойств вспаханной дернины, связанных с процессом почвообработки: влажность, твёрдость почвы, сопротивление сдвигу, разрыву, коэффициенты трения дернины о сталь на прямую зависят от сроков разделки пласта, с точки зрения наименьшей затраты энергии, после вспашки. Энергоёмкость выполняемой работы при почвообработке зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала.
3. Влияние физико-механических свойств дернины и параметров рабочего органа культиватора на величину коэффициента скольжения при резании ножами. Удельная работа резания и величина усилий, возникающих при резании дернины зависят от коэффициентов скольжения. Изучив причины коэффициентов скольжении можно меняя эти причины, коэффициент скольжения установить таким, когда будут созданы с точки зрения экономии энергетических затрат, наилучшие условия резания дернины многолетних трав.
Результатом этих исследований должно явиться определение количиственного и качественного влияния влияния различных факторов на процесс почвообработки, установления системы приёмов обработки почвы, создающей оптимальные условия обработки дернины, а также определение оптимальных параметров рабочих органов, предназначенных для разделки пласта дернины многолетних трав.
Выводы:
1. Механическая обработка почвы в сочетании с внесением удобрений и другими агротехническими приемами — одно из основных условий получения высоких и устойчивых урожаев.
2. Вспашка — это основной прием обработки почвы. При этом происходит оборачивание и рыхление пласта почвы.
3. Одним из главнейших требований, предъявляемых к вспашке дернины многолетних трав, является полная заделка травянистой растительности и удобрений, что достигается оборачиванием пласта травой вниз.
4. В процессе вспашки под пластом образуются воздушные карманы, их наличие значительно ухудшает разложение дернины, что значительно ухудшает последующие этапы обработки почвы.
5. Разделка вспаханной дернины преследует цель не столько её измельчению, но и ликвидацию воздушных карманов под пластами, путём их прижатия к дну борозды.
6. Для выполнения п.5 требуется обоснование конструкции рабочего органа культиватора и обоснование его параметров.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ВСПАХАННОЙ ДЕРНИНЫ
2.1 Исследование физико-механических явлений происходящих в процессе резания дерна
При резании дерна разными рабочими органами на величину возникающих сил влияют не только конструктивные параметры рабочих органов, но и такие физико-механические явления, как образование уплотненного ядра, форма и величина распространения деформации. Физико-механические явления в основном влияют и на качество разреза дерна, это особенно важно при конструировании дерноразрезающих машин [11].
Исследование физико-механических явлений при резании дерна рабочими органами дерноразрезающих машин производилось путем анализа среза в вертикальном и горизонтальном сечениях. Получены следующие результаты анализа:
1. При резании дерна толщиной 5—11 см образование уплотненного ядра перед горизонтальным ножом не происходит при самых различных углах резания (исследовании производились при углах наклона ножа р от 15° до 45°).
Это объясняется тем, что согласно теории резания грунта образование уплотненного ядра происходит в тех случаях, когда перед рабочими органами плоскости скалывания и сдвига отделяют от массива некоторый объем сжатого грунта. Так как в отрезаемой полосе дерна горизонтальным ножом плоскости скалывания и сдвига направлены под углами г и в только вверх, отделение сжатого грунта от массива и тем самым образование уплотненного ядра не могут иметь места.
2. При резании дерна в суглинке и супеси перед рабочим органом грунт деформируется и возникают щели двух направлении: по плоскостям скалывания и горизонтальные. Величина этих деформации зависит от толщины дерна и угла наклона ножа, т.е. с увеличением толщины и угла наклона эти деформации резко увеличиваются. Направление плоскостей скалывания определяет угол , величина которого может быть установлена по формуле профессора К.А. Зворыкина [11]:
(2.1)
где: — угол резании;
- угол трения дерна о нож
- угол внутреннего трения дерна.
Рисунок 2.1 — Схема сил, действующих на наклонную рабочую поверхность ножа при скалывании дернового слоя
3. Возникновение в грунте перед рабочим органом горизонтальных щелей связано с образованием зоны растяжения, которое создается вследствие наличия в грунте тонкой и густой корневой системы. Величина и количество горизонтальных щелей увеличиваются с увеличением крупности корней.
4. При резании дерна в торфяном грунте распространение деформации имеет иной характер; с увеличением толщины разрезаемого дерна до 9 см происходит увеличение деформации, при увеличении толщины дерна сверх 9 см деформации имеют тенденцию падать.
5. Величина угла установки горизонтального ножа в плане не имеет существенного влияния, так как щели всех деформации в горизонтальном сечении дерна являются соответствующими проекциями деформации вертикального сечения дерна.
2.2 Определение влияния основных параметров рабочих органов дернорежущих машин на силу резания
Анализ основных выводов теории резания грунта показывает, что вопрос определения величин сил резания теоретическим путем до сих пор полностью не решен. Величины сил резания, определяемые по так называемой рациональной формуле академика В.П. Горячкина [12], не всегда применимы, поскольку, как показывают экспериментальные исследования, во многих случаях резания дернины эта формула дает резко искаженные результаты. Это связано с тем, что сила резания зависит не, только от механических свойств грунта, но и от многих других факторов, главным образом, от конструктивных параметров рабочего органа. Поэтому для определения величин сил резания часто необходимо применение эмпирических формул, полученных на основе математической обработки экспериментальных данных исследования.
Основными конструктивными параметрами рабочих органов дерноразрезающих машин, оказывающими влияние на величину сил резания дерна, являются следующие:
1) толщина разрезаемого дерна;
2) длина ножа;
3) угол наклона ножа (угол резания);
4) угол установки ножа в плане.
Для оценки механических свойств дерна измерялось удельное сопротивление вертикальному вдавливанию (при помощи плотномера системы Ю.Ю. Ревякина) и сила резания в специально изготовленной эталоновой коробке [13].
При расчетах дернорежущих машин удобнее иметь не суммарную силу резания, а горизонтальный, фронтальный и боковой ее компоненты.
Величина фронтальной силы резания зависит от всех основных конструктивных параметров рабочего органа. Эта зависимость, при резании дерна в различных грунтах, графически показана на рисунках 2.2, 2.3, 2.4 и 2.5. плуг почва культиватор дернина
Уменьшение величины фронтальной силы резания в интернале толщины дерна 5—9 см, а также интенсивность этого уменьшения зависит от плотности корневой системы. Увеличение фронтальной силы резания при длине ножа l >20 см в различных грунтах происходит но прямой зависимости.
Для установления величины фронтальной силы резания дерна путем математической обработки экспериментальных данных исследовании были созданы следующие эмпирические формулы:
(2.2)
и
(2.3)
Где и — коэффициенты редуцирования сил резания;
- сила резания дерна в эталоновой коробке в кГ;
- удельное сопротивление вертикальному
вдавливанию резания в кГ/см 2 ;
- длина горизонтального ножа в см.
Рисунок 2.2 — Влияние глубины резания на фронтальную силу резания дерна: 1 — суглинок, 2 — супесь, 3 — торф. (б = 90 0 ; в = 250 )
Рисунок 2.3 — Влияние длины ножа на фронтальную силу резания дерна: 1 — суглинок, 2 — супесь, 3 — торф. (б = 90 0 ; в = 250 )
Рисунок 2.4 — Влияние угла наклона ножа на фронтальную силу резания дерна: 1 — суглинок, 2 — супесь, 3 — торф. (б=90 0 )
Рисунок 2.5 — Влияние угла установки ножа в плане на величину фронтальной силы резания дерна (супесь)
Численные значения коэффициентов редуцирования приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Численные значения коэффициентов редуцирования
|
Грунт |
|||||
|
Суглинок |
0,075 |
0,740 |
0,165 |
1,630 |
|
|
Супесь |
0,088 |
0,650 |
0,272 |
2,000 |
|
|
Торф |
0,074 |
0,395 |
0,167 |
0,880 |
|
Как показывают кривые на рисунке 2.4, наименьшая фронтальная сила резания дерна в суглинке и супеси соответствует углу резания в=20° , а в торфяном грунте — в =35°(рисунок 2.1).
При уменьшении или увеличении угла резания фронтальная сила резания увеличивается.
Увеличение фронтальной силы резания при увеличении угла резания происходит по двум причинам:
1) увеличение деформации разрезаемой полосы дерна,
2) увеличение силы трения дерна о рабочую поверхность ножа, Увеличение деформации и увеличение силы трения вызываются увеличением нормального давления ножа..
Увеличение фронтальной силы резания при уменьшении угла резания связано с повышенным воздействием обратной деформации грунта на заднюю плоскость лезвия рабочего органа.
Влияние угла резания, при расчете фронтальной силы резания, можно оценивать соответствующим коэффициентом, который представляет собой отношение между фронтальной силой, действующей на нож, установленный под некоторым углом резания в, и па нож, установленный под углом в = 25°. При установлении коэффициента у основной угол резании следует принять в = 25° в связи с тем, что исследования влияния остальных конструктивных параметров на силу резания проводились при угле резания в =25°.
