УДК 631.316.22

Оптимизация средств для обработки почвы

Горовой Сергей Алексеевич – кандидат технических наук, доцент Кубанского государственного аграрного университета имени И. Т. Трубилина.

Аннотация: Затраты энергии на обработку почвы достигают больших значений по сравнению с другими операциями по выращивания сельскохозяйственных культур. Уход за почвой дает получение максимальной урожайности возделываемых культур и сохранение свойств почвы на следующий период. Снижение энергоёмкости процессов обработки почвы может быть достигнуто оптимизацией параметров почвообрабатывающих орудий или их отдельных элементов в зависимости от условий работы, совмещением технологических операций, выбором наиболее рациональной технологии возделывания сельхозкультур.

Ключевые слова: затраты энергии, уход за почвой, сохранение свойств, совмещение технологических операций, выбор рациональной технологии.

Развивающаяся экономика мира в основном базируется на сельском хозяйстве. Следовательно, развитие агробизнеса при сокращении сельскохозяйственного бюджета может снизить затраты на выращивание сельскохозяйственных культур и стимулировать процветание стран-производителей (Xiao et al., 2020). Люди занимаются сельским хозяйством или земледелием для того, чтобы выращивать различные местные культуры в различных местах глобальной экологической системы (Vinholis et al., 2021). Разнообразие культур требует инновационного развития сельского хозяйства, подходящего для любой местности. Необходимо уделять самое пристальное внимание различным инновациям и системам механизации, соответствующим условиям ведения сельского хозяйства. Люди по-разному характеризуют механизацию в сельском хозяйстве (Shan et al., 2020). По всей видимости, наиболее полное и правильное определение включает в себя все уровни инноваций в области возделывания и подготовки почвы, от базовых и необходимых ручных устройств и инструментов до более совершенного и механизированного оборудования (Shafaei et al., 2019). Оно включает в себя все инструменты, орудия и приспособления, использующие человека, животных или механизированные источники энергии.

Новые инновации в области механизации сельского хозяйства облегчают и сокращают тяжелый труд (drudgery), облегчают недостатки работы, повышают трудоемкость, увеличивают прибыльность, улучшают своевременность сельскохозяйственных работ (Singh et al., 2021), повышают продуктивность использования активов, улучшают доступ на рынок и способствуют снижению атмосферных рисков (Lovarelli et al., 2017). Обработка почвы как вид деятельности включает в себя рыхление, переворачивание и прикатывание почвы, что требует больших затрат энергии не только из-за огромной массы почвы, которую необходимо перемещать, но и из-за расточительных стратегий обмена энергии на почву (Ляско, 2010). В ходе соответствующих исследований агрономы выяснили, что тяговое сопротивление плугов и потребная мощность для вспашки зависят от характеристик корпуса плуга и параметров почвы, например, твердости, толщины, решетки и сцепления (Mamkagh et al., 2019). Для трактора, движущегося с небольшой скоростью (например, при выполнении работ по культивации почвы), тяговое усилие ограничивается зоной контакта шин с почвой. Движущиеся колеса не могут передать всю доступную мощность двигателя, поскольку сцепление между ведущими колесами и почвой приводит к уменьшению тягового усилия (Mattetti et al., 2021).

Учитывая конечную цель расширения тяговых возможностей, важно улучшить условия сцепления движущихся колес с почвой. При этом масса трактора распределяется на большую зону контакта и уменьшается вес колес на почве. При этом движущиеся колеса меньше погружаются в почву, образуют неглубокую колею и уменьшают препятствие движению. Проскальзывание колес является одним из основных параметров, определяющих расход топлива и эффективность работы в поле. Почвенно-ассоциативные характеристики, например, структура почвы, содержание зерен и органического вещества, влияют на использование топлива при обработке почвы (Shafaei et al., 2018). В зависимости от консистенции почвы происходит увеличение расхода топлива на 0,5-1,5 л на каждый гектар на сантиметр глубины вспашки (Moitzi et al., 2006). Tayel et al. (2015) изучают влияние режимов вспашки на пробуксовку колес трактора и расход топлива на песчаной почве и приходят к выводу, что наилучшими условиями для вспашки исследуемой почвы являются влажность почвы при вспашке 8,6% (мас./мас.), глубина вспашки 10 см и скорость трактора 1,79 км/ч. Усовершенствование тягового усилия с помощью полного привода снижает пробуксовку колес в два раза при вспашке и на 67% между обработками почвы по сравнению с полным приводом и повышает экономию топлива на 2 л га-1, (Moitzi et al., 2006). Вибрация является важным рубежом в работе культиватора, поскольку она влияет на свойства почвы и силу тяги (Cvetanovic and Zlatkovic, 2013). Исследователи не уделяют особого внимания измерению вибрации при обработке почвы, за исключением теоретического аспекта или на минитракторах. Это связано с тем, что оборудование, необходимое для измерения высокого коэффициента вибрации, является дорогостоящим, и его необходимо устанавливать в подходящем месте на тракторе. Кроме того, высокий коэффициент вибрации влияет на точность измерений (Rao and Chaudhary, 2018).

Для земледелия вообще имеет наибольшее значение наличие в почвах комковатой и зернистой структуры верхнего обрабатываемого (пахотного) слоя. Оптимальный размер агрегатов от 3 до 5 мм с колебаниями до 10 мм – в почвах, избыточно влажных, от 2 до 3 мм – в почвах засушливых районов. При крупных размерах агрегатов (10 мм) создается более благоприятный воздушный режим, при более мелких (2 мм) почвы лучше сохраняют влагу, обладая большей влагоемкостью. Создание прочной структуры почвы является одним из коренных мероприятий в земледелии, так как только в хорошо оструктуренных почвах создаются оптимальные условия жизни и питания растений.

Рабочая глубина вспашки оказывает большое влияние на расход топлива и проскальзывание колес. Для каждого состояния почвы существует своя величина проскальзывания колес, что повышает эффективность захвата. В связи с этим возникает острая необходимость в определении и демонстрации проскальзывания колес для получения наибольшей тяговой отдачи от зацепления трактора и орудия. Учитывая важность проскальзывания, исследователи предпринимают ряд попыток измерить это состояние (Shafaei et al., 2019). Однако некоторые исследователи предлагают сложные и дорогостоящие дивергентные методы, такие как эффект доплеровского радара и фотопреобразователи (например, Andekaeizadeh et al., 2017). В 2007 году Рахеман и Джа (Raheman, Jha) провели исследование на базе IIT, Kharagpur, Индия, в котором они разработали датчик проскальзывания колес 2WD трактора на базе микроконтроллера для повышения производительности дышла. Индия, являясь развивающейся экономикой мира, в основном базируется на сельском хозяйстве. Следовательно, развитие агробизнеса при сокращении бюджета на сельское хозяйство может способствовать снижению цен на выращивание сельскохозяйственных культур, способствуя процветанию стран-производителей (Kumar et al., 2021).

Поиск эффективных методов оптимизации обработки почвы, в том числе качественной, быстрой и экономичной, становится необходимым в связи с нестабильностью цен на топливо, потребностями рынка и вредным воздействием вибраций почвообрабатывающих машин на оператора (Król-Badziak et al., 2021).

Для выполнения различных операций применяются почвообрабатывающие орудия: плуги, культиваторы, плоскорезы, бороны, лущильники, рыхлители, ямокопатели, ротационные машины, почвообрабатывающие агрегаты.

Путями снижения энергоёмкости процессов обработки почвы может быть оптимизация параметров почвообрабатывающих орудий или их отдельных элементов в зависимости от условий работы, совмещение технологических операций, выбор наиболее рациональной технологии возделывания сельхозкультур.

Использование комбинированных почвообрабатывающих орудий, агрегатов или рабочих органов, позволяет совместить технологические операции по обработке почвы, внесению удобрений, что снизит эксплуатационные затраты, переуплотнение почвы и экологическую нагрузку, повысит эффективность технологических процессов.

В технологическом процессе обработки почвы, наиболее важную роль выполняют рабочие органы машины, так как именно они обеспечивают все показатели ее назначения. Остальные конструктивные элементы выполняют только вспомогательные функции, а некоторые из них существенно снижают качество выполнения технологических операций (например, опорные колеса уплотняют почву).

Трудность состоит в том, что основные характеристики почв, которые оказывают сопротивление, движущемуся в ней рабочему органу, носят вероятностный характер. В связи с этим различные механические представления почвы (сжимаемая вязкая, сжимаемая невязкая, упругая, упруго-вязкая и др.) не дают идентичных выходных показателей.

Список литературы

  1. Gorovoy S. A. Research of the process of soil cultivation by use of the zero tillage tool with a bent stand/S. A. Gorovoy/British journal of innovation in science and technology. -2017.-V. -№ 1. – С. 5-12.
  2. Патент РФ № 2404560, МПК А01В35/26, А01В39/20. Устройство для безотвальной обработки почвы/Б. Ф. Тарасенко, А. Н. Медовник, С. А. Горовой и др.; патентообладатель ФГОУ ВПО Кубанский ГАУ; опубл. 27.11.2010.
  3. Горовой С.А. Харченко С.Н. Обработка почвы в междурядьях садах с одновременным внесением удобрений / С.А. Горовой, Харченко С.Н. // British Journal of Innovation in Science and Technology. 2018. Т. 3. № 3. С. 43-48.
  4. Патент РФ № 2343657, А01В 35/00, А01В49/02. Агрегат комбинированный почвообрабатывающий / Б. Ф. Тарасенко, А. Н. Медовник, Л. И. Сидоренко и др.; патентообладатель ФГОУ ВПО Кубанский ГАУ; опубл. 20.01.2009.
  5. Патент РФ № 2370929, А01В35/16, 49/04. Устройство для обработки почвы и внесения удобрений (варианты)/ Б. Ф. Тарасенко, А. Н. Медовник, Л. И. Сидоренко и др.; патентообладатель ФГОУ ВПО Кубанский ГАУ; опубл. 27.10.2009.
  6. Патент РФ № 2338360, А01С 15/00, А01В49/04. Устройство для внесения минеральных удобрений при сплошной обработке почвы / А.Н. Медовник, Б.Ф. Тарасенко, Г.Г. Маслов и др.; патентообладатель ФГОУ ВПО КубГАУ; опубл. 20.11.2008.
  7. Патент РФ № 2349063, А01В 3/36, А01В35/26. Устройство для обработки почвы / Б. Ф. Тарасенко, А. Н. Медовник, С. А. Твердохлебов и др.; патентообладатель ФГОУ ВПО Кубанский ГАУ; опубл. 20.03.2009.
  8. Патент РФ № 2404558, А01В 35/00. Устройство для обработки почвы / Б.Ф. Тарасенко, А.Н. Медовник, В.А. Дробот и др.; патентообладатель ФГОУ ВПО КубГАУ; опубл. 27.11.2010.
  9. Орудие для обработки почвы в междурядьях сада / А. Н. Медовник // Сельский механизатор. -2008. -№ 10. -С. 10-11.
  10. Патент РФ № 2436270, А01В63/112, 5/13. Полевая установка для испытаний почвообрабатывающих рабочих органов/Б. Ф. Тарасенко, Н. И. Богатырёв, А. Н. Медовник и др.; патентообладатель ФГОУ ВПО КубГАУ; опубл. 12.2011, БИ № 35. -5 с.
  11. Belousova M. Development of equipment management system with monitoring of working characteristics of technological processes / M. Belousova, R. Aleshko, R. Zakieva [et al.] // Journal of Applied Engineering Science. – 2021. – Vol. 19. – No 1. – P. 186-192.
  12. Горовой, С.А. Обоснование параметров рабочего органа плуга чизельного для обработки почвы в междурядьях садов предгорной зоны Северного Кавказа: Дисс…канд. техн. наук: 05.20.01/Горовой Сергей Алексеевич. -Краснодар, 2011.
  13. Патент РФ № 2449521, МПК А01В35/28, А01В35/26. Устройство для безотвальной обработки почвы/Б.Ф. Тарасенко, А. Н. Медовник, С. А. Горовой и др.; патентообладатель ФГОУ ВПО КубГАУ; опубл. 10.05.2012, БИ № 13. -9 с.
  14. Патент РФ № 2463766, A01D41/12. Устройство для разбрасывания соломы к зерноуборочному комбайну / В. Д. Карпенко, Л. В. Коваленко, С. А. Горовой и др.; патентообладатель ФГОУ ВПО Кубанский ГАУ; опубл. 10.2012.
  15. Voronkova O., Sycheva I., Kovaleva I., Khasanova A., Gorovoy S., Vorozheykina T. Assessing the environmental impact of the intensification of agricultural production // Journal of Environmental Management and Tourism. Vol. 10. Is. 3. P. 697-705.
  16. Патент РФ № 2407257, A01B35/00, A01B35/20. Устройство для безотвальной обработки почвы/Б. Ф. Тарасенко, А. Н. Медовник, М. И. Чеборатев и др.; патентообладатель ФГОУ ВПО КубГАУ; опубл. 27.12.2010. -6с.
  17. Горовой, С.А. Обоснование параметров рабочего органа плуга чизельного для обработки почвы в междурядьях садов предгорной зоны Северного Кавказа: автореф. дисс. канд. техн. наук: 05.20.01 / Горовой Сергей Алексеевич. – Краснодар, 2011 – 23 с.
  18. Устройство для безотвальной обработки почвы / Б. Ф. Тарасенко, В. Д. Карпенко, С. А. Горовой, С. Н. Харченко // Сельский механизатор. – 2022. – № 1. – С. 14-15.
  19. Медовник, А.Н. Экспериментальные и теоретические исследования работы рабочих органов универсального безотвального плуга /А.Н. Медовник, Б. Ф. Тарасенко, С. А. Горовой // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2010. – №61(07). -С. 100-107.
  20. Горовой С.А. Исследование процесса обработки почвы с дополнительными элементами / Горовой С.А. / British journal of innovation in science and technology. -2017. – Т. 2. № 4. С. 33-40.
  21. Патент РФ №2384985, А01В21/08, F16C31/04. Борона дисковая / Б.Ф. Тарасенко, А.Н. Медовник, С.А. Твердохлебов и др.; патентообладатель ФГОУ ВПО КубГАУ; 27.03.2010, БИ №9. – 6 с.
  22. Патент РФ №2457645, МПК А01В 13/06. Устройство для щелевания почвы/Б.Ф. Тарасенко, М.И. Чеботарёв, В.В. Цыбулевский и др.; патентообладатель ФГОУ ВПО КубГАУ; опубл. 08.2012, БИ №22. – 7 с.
  23. Development of bioproductive soil mixtures using subway construction waste for the purpose of improving the territory of the city / A. G. Koshchaev, R. A. Shichiyakh, M. V. Sidorenko [et al.] // International Journal of Engineering and Advanced Technology. – 2019 – Vol. 8 – No 6 – P. 5318-5327. – DOI 10.35940/ijitee.F9160.0981119.
  24. Установка для сушки пчелиной перги / С. В. Оськин, С. Н. Харченко, Д. С. Цокур, Д. М. Таранов // Сельский механизатор. – 2021 – № 6 – С. 20-21.
  25. Эффективный процесс сушки пчелиной перги / С. В. Оськин, Д. С. Цокур, А. П. Волошин [и др.] // Сельский механизатор. – 2020 – № 5-6. – С. 28-29.
  26. Государственное регулирование ценовой политики агроэкономики в современных условиях (на примере плодово-ягодного подкомплекса Краснодарского края) / Р. А. Шичиях, Ж. А. Шадрина, Н. В. Рыбалко, С. Н. Харченко // Бизнес. Образование. Право. – 2018 – № 4(45). – С. 80-87.
  27. Kharchenko, S. Modeling of bee-bread drying process / S. Kharchenko, S. Oskin, D. Tsokur // Engineering for Rural Development : 19, Jelgava, 20–22 мая 2020 года. – Jelgava, 2020 – P. 445-449. – DOI 10.22616/ERDev.2020.19.TF100. – EDN FRJMKD.
  28. Харченко, С. Н. Моделирование технологического процесса сушки перги / С. Н. Харченко // Год науки и технологий 2021 : Сборник тезисов по материалам Всероссийской научно-практической конференции, Краснодар, 09–12 февраля 2021 года / Отв. за выпуск А.Г. Кощаев. – Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина, 2021 – С. 166
  29. Хатит, Р. А. Приоритетные направления развития интеграционных и кооперационных связей в агроэкономике / Р. А. Хатит, С. Н. Харченко // Экономика и управление в условиях современной России : Материалы всероссийской научно-практической конференции, Краснодар, 11 мая 2018 года. – Краснодар: ФГБУ "Российское энергетическое агентство" Минэнерго России Краснодарский ЦНТИ–филиал ФГБУ "РЭА" Минэнерго России, 2018 – С. 308-310.
  30. Харченко, С. Н. Анализ и оценка состояния электрооборудования по производству овсяных хлопьев / С. Н. Харченко. – Краснодар : Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина, 2020 – 86 с. – ISBN 978-5-907402-48-5.
  31. Оськин, С. В. Моделирование технологического процесса сушки перги / С. В. Оськин, С. Н. Харченко // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе : Материалы XIV Международной научно-практической конференции, Ставрополь, 28–29 мая 2021 года / Под редакцией М.А. Мастепаненко, Г.П. Стародубцевой [и др.]. – Ставрополь: Общество с ограниченной ответственностью "СЕКВОЙЯ", 2021 – С. 33-37.
  32. Харченко, С. Н. Определение пористости и проницаемости засыпки из гранул перги для моделирования процессов ее сушки / С. Н. Харченко // Сельский механизатор. – 2021 – № 12 – С. 20-21.
  33. Харченко С. Н., Горовой С. А. Проблемы перевода студентов из одних образовательных организаций в другие // Высшее образование в аграрном вузе: проблемы и перспективы. Сборник статей по материалам учебно-методической конференции / Отв. за вып. Д. С. Лилякова. – 2018. – С. 196-197.
  34. Патент № 2756395 C1 Российская Федерация, МПК F26B 9/06, F26B 5/02, F26B 7/00. Установка для комбинированной сушки перги : № 2021100928 : заявл. 18.01.2021 : опубл. 30.09.2021 / Н. И. Богатырев, С. В. Оськин, С. Н. Харченко [и др.] ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина".

Интересная статья? Поделись ей с другими: