Экспериментальное обоснование применения некоторых мелиоративных машин в условиях орошаемого земледелия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экспериментальное обоснование применения некоторых мелиоративных машин в условиях орошаемого земледелия

Ф.У. Жураев

В статье описаны технологии и технические средства для разуплотнения загипсованных прослоек почвы и засоленных почв. Экспериментально обоснованы параметры мелиоративных машин в условиях орошаемого земледелия. Обоснованы параметры чизеля-рыхлителя для разуплотнения загипсованных почв как параметры бокового профиля стойки, снижения тягового сопротивления и повышение производительности агрегата, качественные обработки загипсованных прослоек почвы, рекомендованы параметры орудия для внедрения в производство. А также обоснованы параметры орудия для кротовых дрен в условиях засоленных земель. По результатам экспериментальных исследований изготовлены макетные образцы дренажно-кротовых орудий для испытания в полевых условиях для усовершенствования параметров орудия.

земледелие загипсованный мелиоративный

The article describes technologies and technical means for decompaction of plastered layers of soil and salted soils. We have experimentally based the parameters of melioration machines in conditions of irrigation farming. We have based the parameters of chisel-loosener for decompaction of plastered soils, such as the parameters of side profile of bar, reduction of traction resistance and increase in the aggregate productivity, high-quality treatment of plastered layers of soil, and recommended the parameters of the device for introduction into production. We have also based the parameters of the device for mole absorbing wells in conditions of salted soils. According to the results of experimental research, we have made models of drainage-mole devices for testing in field conditions and improving device parameters.

Введение и анализ источников

В Республике Узбекистан общий земельный фонд составляет 4445,9 тыс. гектаров, из них пахотные площади - 4090,2 тыс. гектаров, орошаемое земледелие - 750 тыс. гектаров. В настоящее время в нашей стране засоленные площади составляют 70% (2100 тыс. гектаров), улучшение их мелиоративного состояния является самой глобальной проблемой [1, 2, 6, 7, 8, 9].

В хлопководстве основной причиной является вред мелиоративного состояния, засоленность и загипсованность почвы.

В Республике, особенно засоленные и загипсованные почвы охватывают Каракалпакистан, Центральную Фергану, Хорезмскую, Бухарскую, Джизакскую, Кашкадарьинскую, Сырдарьинскую и другие области [2, 8].

Общая засоленная площадь орошаемых земель, где проводится экспериментальное исследование в Бухарской области, составляет 3321,5 га, загипсованная площадь - 3445 га. В настоящее время на новоосвоенных землях также имеются засоленные и загипсованные почвы.

Для улучшения плодородия гипсосодержащих и засоленных почв необходимо проведение глубокого чизелевания, проведение кротового дренажа и промывного полива, а также внесение требуемого количества органических и минеральных удобрений [2, 6, 7, 8, 9, 10].

Целью исследования является разработка, обоснование формы и параметров рабочих органов чизеля-рыхлителя, обеспечивающих качественное крошение загипсованной прослойки почвы при минимальных энергозатратах и обоснование параметров рабочих органов дренажно-кротового орудия при условиях засоленных земель [7, 8, 9].

Методы исследования

В процессе исследований применялись стандартные методики с внесением необходимых частных дополнений и уточнений. Опыты проводились с применением изготовленной лабораторно-полевой установки, в том числе с динамометрическим и тензометрическим устройствами. Результаты эксперимента обработаны методами математической статистики. Форма и параметры рабочего органа чизеля-рыхлителя и дренажно-кротового орудия оптимизированы с использованием метода математического планирования экспериментов. Лабораторные опыты проведены на имитированных фонах в почвенном канале кафедры механики Бухарского технологического института пищевой и легкой промышленности (Бух ТИП и ЛП) согласно ОСТ 70.4.1-80-«Плуги и машины для глубокой обработки почвы. Программа и методы испытаний» [2, 9].

Основная часть

Для разуплотнения загипсованных почв нами разработан специальный чизель-рыхлитель с оптимальными параметрами и эти орудия изготавливаются в Бухарском акционерном обществе «Бухараремонт».

Во время работы чизеля-рыхлителя для разуплотнения гипсовых почв рабочие органы должны перемещаться ниже 1-2 см по толщине гипсовых прослоек. Этот процесс происходит в блокированных условиях, поэтому загипсованный слой почвы будет подниматься по поверхности рабочего органа, образуя на ней почвенный нарост определенной толщины. Этот нарост может быть столь устойчивым и прочным, что в дальнейшем резание почвы происходит им, а не рабочим органом. Ввиду меньшего угла трения и меньшей липкости твердых загипсованных частиц, этот нарост получается незначительным. Можно предположить, что не следует стремиться к непрерывному деформированию загипсованного слоя, достаточно ограничиться его разрушением лишь носком рыхлительной лапы, когда этот слой начинает наползать на нее. По результатам проведенных многократных экспериментальных исследований рекомендуемые параметры чизеля-рыхлителя приведены в табл. 1 [2, 3].

Таблица 1 Рекомендуемые параметры чизеля-рыхлителя

Экспериментальные исследования показывают, что по рекомендованным параметрам чизель-рыхлитель с криволинейными рабочими органами по сравнению с существующими имеет меньшее тяговое сопротивление на 14-16%. Применение экспериментального чизеля-рыхлителя способствует повышению производительности на 16,3%, снижению затраты труда на 14,9% и прямых эксплуатационных затрат на 9,6%. Результаты эксперимента приведены в табл. 2 [10].

Таблица 2 Агротехнические и энергетические показатели рабочих органов чизеля-рыхлителя

Установлено, что с точки зрения снижения тягового сопротивления чизеля-рыхлителя ширина захвата рыхлительных лап должна быть в пределах bЛ =0,10-0,15 м.

Предлагаемый чизель-рыхлитель позволит увеличить скорость движения агрегата до 1,9 м/с против 1,4 м/с существующего.

На основании проведенных сравнительных испытаний можно сделать вывод, что предлагаемый чизель-рыхлитель обладает преимуществом перед серийными глубокорыхлителями ГРХ-2-50 как по качественным, так и по энергетическим показателям.

Получены сравнительные показатели работы рыхлителей - равномерность глубины обработки, качество крошения почвы и гребнистость по дну обработки. По гребнистости дна обработки лучшие показатели имеет предлагаемый чизель-рыхлитель, по гребнистости поверхности поля - серийный глубокорыхлитель, что объясняется особенностью конструкции и характером воздействия рабочих органов на почву.

Результаты широкой хозяйственной проверки работы экспериментального чизеля-рыхлителя показали, что прямые эксплуатационные затраты на 18,5% повысили производительность агрегата на 16,3% при высоких (в 1,1-1,3 раза) качественных показателях его высокой надежности и экономичности по сравнению с существующим глубокорыхлителем.

Для засоленных почв нами разработаны дренажно-кротовые орудия

Дренажно-кротовое устройство навешивается с помощью специального приспособления к трактору, тянущему через подпочвенный слой на выбранной глубине конический цилиндр, изготовленный из стали, так называемый «крот». Он образует непрерывную дрену в подпочвенном слое для отведения лишней влаги. При помощи дренажной системы решается задача регулирования водного баланса почвы. Система эффективна в течение нескольких лет и только на участках с глинистым подпочвенным слоем.

С древних веков для развития земледелия хозяин земли старается привести к норме промывание засоленных земель. В ряде Европейских стран, и в том числе в России, для улучшения мелиоративного состояния почвы применяется специальное дренажно-кротовое орудие различных конструкций. Поэтому в условиях орошаемого земледелия решили разработать навесную конструкцию орудия на тракторе Magnum фирмы Кейс. Схемы навесного орудия кротовых дрен приведены на рис. 1.

Рис.1 Дренажно-кротовое орудие

а) схематический боковой вид навесного орудия; б) профильный вид навесного орудия. 1 - дренаж-кротов; 2 - трость; 3 - стойка; 4 - долото; 5 - подвижная рама; 6 - гидроцилиндр; 7 - неподвижная рама.

Навесное орудие работает следующим образом: на жестко закрепленной стойке через стальную трость установлен конус-цилиндр, который образует кротовой дренаж на установленную глубину в зависимости от уровня грунтовых вод.

Обоснование параметров дренажно-кротового орудия [7].

Диаметр крота для средних типов почвы мм, для устойчивой почвы мм. Эти параметры обоснованы в полевых условиях:

, (1)

где h- максимальная глубина обработки дренажно-кротового орудия, м

h. (2)

Длина конус-цилиндра определяется по следующей формуле:

. (3)

Во время работы на рабочие органы дренажно-кротового орудия действуют следующие силы:

, (4)

где - коэффициент трения металла о почву; - реакция силы трактора на почве, кН; горизонтальные составляющие силы при резание почвы, кН; - тяговое сопротивление предел текучести почвы; - тяговое сопротивление стального троса; - гравитационное сопротивление почвы.

, (5)

где - касательные напряжения при обработке почвы, кН.

=, (6)

где - энергия, затрачиваемая на орудие, кВт; скорость движения агрегата, м/с.

Сопротивление почвы при большой влажности или при нижних пределах пластичности равно

. (7)

Удельное сопротивление при большой влажности почвы - МПа.

, (8)

где - площадь поперечного сечения дренажа, м; - диаметр дренажа, м;

Действующие нормальные силы при работе кротового дренажа:

=(0,3-0,5). (9)

Силы сопротивления стального троса между конус-цилиндром и стойкой:

F = , (10)

где К- среднее удельное сопротивление стального троса, кН/м.

Глубина обработки дренажно-кротового орудия =0,65; 0,75; 0,85; 0,95; 1,0 м. Глубина обработки устанавливается в зависимости от расположения грунтовых вод. При изменении глубины обработки силы удельного сопротивления троса меняются: К =57; 52; 48,1; 46,6; 45,4 Н/м. - длина стального троса, м. 0,1-0,15 м. Силы удельного тягового сопротивления при начальной тяге К=(10-20), Н. Сопротивление почвы при большом или верхнем пределе пластичности:

. (11)

Сопротивление кротователя для образования дренажа:

, (12)

где Кудельное сопротивление при сжатии почвы К0,01-0,12 МПа.

Общая мощность дренажно-кротового орудия во время работы:

. (13)

Данные исследования позволяют сделать вывод, что на засоленных почвах, где расположен уровень грунтовых вод, нужно использовать дренажно-кротовое орудие. Эти орудия в поливных условиях нужно применять в перпендикулярном направлении к озеру. Еще можно использовать там, где нет озер или озера расположены далеко от используемой земли. В таком случае можно использовать полосно-перекрестный способ открывания дренажа.

Исследуемые рабочие органы проверяли в полевых условиях на средне засоленных площадях и изучали образование кротового дренажа. В процессе исследований изучены физико-механические свойства почвы. На глубине 50 см средняя влажность составляет 22,5%, твердость - 1,7 г/см3. В однометровом слое почвы хлорные ионы являются средне засоленными и составляют 0,665%. Эти свойства почвы определяли по стандартной методике в полевых и лабораторных условиях.

На основании проведенных исследований пришли к выводу, что образование кротового дренажа в подпочвенном слое снижает засоленность почвы. Орудие можно применять один раз в 2-3 года. Этим способом улучшается мелиоративное, водно-воздушное состояние почвы и создаются благоприятные условия для роста и развития растений.

По результатам эксперимента степень осушения участка зависит от глубины заложения дрен, так как при отсутствии регулярного полива значительную долю занимает питание растений от грунтовых вод. Уровень грунтовых вод понижается до глубины закладки дрен. Чем ниже расположены дрены, тем меньшее количество воды достигает поверхности почвы. Оптимальная глубина заложения дрен зависит от механического состава почвы и видов выращиваемых растений. При отсутствии орошения на глинистых почвах глубина заложения дрен может быть увеличена до 1,5 м, а на легких песчаных и торфяных почвах снижена до 0,6 и 0,3 м соответственно. Естественно, что при установке системы полива все эти показатели корректируются. Для деревьев максимальный уровень грунтовых вод не должен превышать 1,0-1,5 м, для большинства кустарников - 0,5-0,6 м, для многолетних цветов - 0,3-0,4 м и для газона - 0,2 м [6].

Но сплошная глубокая пахота значительно дороже обычной, поэтому для борьбы с водной эрозией разработаны методы полосного глубокого рыхления почвы, которое значительно уменьшает развитие процессов смыва и повышает урожайность сельскохозяйственных культур. Поэтому дренажно-кротовое орудие для засоленных земель, где не имеются озера, применяется полосно-перекрестный способ. Этот способ обработки почвы понижает уровень грунтовых вод.

Повышению накопления влаги, регулированию стока, предотвращению смыва способствует кротование почвы.

Недостатками известных орудий является то, что производительность агрегата очень низкая, при глубине дренирования более 1,0 м тяговое сопротивление орудий часто превышает тяговые возможности трактора, что приводит к увеличению эксплуатационных затрат. При использовании этих орудий в почвах поливного земледелия из-за большого удельного сопротивления почв качество проложенного кротового дренажа в подпочвенном слое ухудшается.

Поставленная задача решается тем, что в орудие для прокладывания кротового дренажа, содержащеее раму, рабочие органы в виде массивных ножей из полосной стали, снабженные S-образным долотом, с тыльной стороны рабочих органов с помощью гибкой стальной тростью закреплены сменные кротователи. Расстояние между рабочим органом и кротователем в продольном направлении выбирается в зависимости от типа почв изменением длины стальной трости. Предлагаемое дренажно-кротовое орудие отличается от существующих.

Существующие дренажно-кротовые машины ДКГ-100 предназначены для прокладывания кротового дренажа в торфяных и минеральных грунтах с целью их осушения и регулирования водно-воздушного режима почвы в Российских условиях.

Предлагаемое (ДТОМ-1-100 Дренаж-туйнук очувчи машина) дренажно-кротовое орудие отличается от существующих тем, что рабочие органы снабжены для условий средне и сильно засоленных земель в хлопкосеющих районах Республики Узбекистан. Поэтому разработать новое орудие в условиях хлопкосеющих районов считается актуальным.

Отличительными особенностями являются рабочие органы в виде массивных ножей из полосной стали снабженные долотом S-образной формы, с тыльной стороны рабочих органов с помощью гибкой стальной трости закреплены сменные кротователи. Расстояние между рабочим органом и кротователем в продольном направлении выбирается в зависимости от типа почвы изменением длины стальной трости. Предлагаемое исполнение рабочего органа обеспечивает образование кротового дренажа в подпочвенном слое при минимальных затратах энергии.

Заключение

По теоретическим и экспериментальным исследованиям получены оптимальные параметры чизеля-рыхлителя, обеспечивающие качественное рыхление подпахотного загипсованного слоя почвы при минимальных затратах энергии. А также обоснованы параметры орудия для засоленных земель в условиях орошаемого земледелия с качественным кротованием дренажа с оптимальными параметрами при минимальных энергозатратах.

Эти орудия применяются в основном в хлопководческих районах Республики Узбекистан. Этими способами обработки почвы улучшается состав загипсованного слоя почвы, снижается уровень грунтовых вод, а двумя способами обработки почвы обуславливаются водно-физические и микробиологические свойства почвы и повышается плодородие земли.

Литература

1. Тожиев, У. Ўзбекистон тупро?лари / У. Тожиев, Х. Намозов, Ш. Нафетдинов, К. Умаров // Ташкент: Ўзбекистон миллий энциклопедияси. Давлат илмий нашриёти, 2004. С. 137-151.

2. Жураев, Ф.У. Обоснование формы и параметров рабочих органов чизеля-рыхлителя для разуплотнения загипсированных почв в условиях орошаемого земледелия: дис. … канд. техн. наук: 65-05 / Ф.У. Жураев; Ташкент. 2000.

3. Жураев, Ф.У. Влияние радиуса кривизны и вылета, стойки рабочего органа чизеля-рыхлителя на его тяговое сопротивление / Ф.У. Жураев // Пахтачилик ва дончилик: Илмий-техника журнали. 2-сон. Ташкент, 1999. С. 52-53.

4. Жураев, Ф.У. Обоснование некоторых параметров рабочего органа чизеля-рыхлителя /Ф.У. Жураев // Бухоро Университети Илмий ахборотлари 3-сон. 2003. С. 59-62.

5. Сельскохозяйственная техника: справочник / М.: Издательство сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов, 1963. С. 420-424.

6. http: \\ www. mosgeoplan. Ru\ PS\print _06_ water_erosia. htm.

7. Муродов, М.М. Туйнукли дренаж очувчи махсус мосламанинг айрим параметрларини асослаш / М. Муродов, Ф. Жураев, С. Де??онов // Бухоро Университети Илмий ахборотлари 4 - сон. 2004. С. 87-91.

8. Муродов, Н.М. Дренаж-туйнук очувчи мосламанинг дала тажрибаси натижалари / Н.М. Муродов, Ф.Ў. Жўраев // ?ишлок хўжалигида техника ва технологиялар сервисини ривожлантириш истикболлари. Республика илмий-техник конференцияси, ?арши. 2010. С. 176-178.

9. Ўринов, Э.Ф. Мелиоратив ?олати ёмон ерларда ?ўлланиладиган техника ва технологияларнинг ?ўллаш самарадорлиги / Э.Ф. Ўринов, Ф.Ў. Жўраев // Ижодкор ёшлар ва фан-техника тара??иёти. Республика илмий-амалий коференцияси материаллари. Бухоро, 2010. С. 197-199.

10. Жураев, Ф.Ў. Обоснование чизеля-рыхлителя для разуплотнения загипсированных почв в условиях орошаемого земледелия / Ф.У. Жураев // Механика. Научные исследования и учебно-методические разработки: Междунар. сб. науч. тр., Министерство образования республики Беларусь. УО «Белорусский государственный университет транспорта». Гомель, 2010. Вып. 4. С. 70-75.

Размещено на Allbest.ru