Глубокое мелиоративное рыхление — экспериментальные исследования

Текст: В. И. Сметанин, главный научный сотрудник, д.т.н., профессор; Г. Х. Бедретдинов, зав. отд. ММР, к.т.н., доцент; П. В. Кононов, аспирант отд. ММР, инженер; Н. А. Палкин, инженер-проектировщик отд. ММР; С. Ю. Насонов, ст. науч. сотр отд. ММР (все — ФГБНУ ФНЦ ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова); И. М. Жогин, зав. полевой опытной станции, ФГБОУ ВО РГАУ МХСА имени К.А. Тимирязева; А. А. Макаров, ст. преподаватель ФГБОУ ВО РГАУ МХСА имени К.А. Тимирязева.

Экспериментальные исследования проводились на опытном поле ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева по договору о совместном научно-техническом сотрудничестве между ФГБНУ ФНЦ «ВНИИГиМ имени А.Н. Костякова» и ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева. В качестве объекта исследований использовался экспериментальный образец рыхлителя параболического профиля, разработанного на кафедре «Мелиоративных и строительных машин» Московского госуниверситета природообустройства.

Работы проводились на опытном поле на следующий день после уборки картофеля. Для оценки работы рыхлителя на исследуемых тяжелых почвах рыхление проводилось по совмещенным следам ходовых полос базового трактора и картофелеуборочного агрегата.

Предварительно в лабораторных условиях были проведены работы по восстановлению работоспособности рыхлителя (рис. 1) и замеры конструктивных параметров лабораторной установки.

Рис. 1. Схемы опытного образца лабораторной установки: а. - вид сбоку; б. - вид спереди; в. - вид сверху; г. - вид установки в изометрии

Техническая характеристика лабораторной установки:

Базовый трактор — МТЗ-81.1

Способ агрегатирования — прицепная

Глубина рыхления, м — 0,4-0,45

Ширина захвата макс., м — 0,7

Ширина лемеха, м — 0,15

Ширина колеи, м — 1,43

База, м — 1,13

Грунтовый фон на объекте исследований представлен почвенным слоем нарушенного сложения, естественной влажности, после продолжительного периода отсутствия атмосферных осадков.

По результатам инструментальных замеров в открытых шурфах мощность почвенного слоя составила 0,26—0,32 м, почва суглинистая, подстилающий слой — тяжелый суглинок естественного сложения с отдельными каменистыми включениями 5—7 см.

Рис. 2. Замеры плотности почвы (фото слева) и подстилающего грунта (фото справа) плотномером ДОРНИИ.

Таблица 1. Характеристика почвенного и подстилающего слоев по числу ударов плотномера ДОРНИИ 

Проведенные через 5 м замеры плотности слоев плотномером ДОРНИИ (рис. 2) показали соответствие почвенного слоя П категории, а подстилающего грунта – Ш категории по трудности разработки. Полученные значения вполне характерны для исследуемого процесса первичной обработки тяжелых почв.

Для определения физико-механических свойств и химического состава почв в ходе полевых исследований были отобраны почвогрунтовые пробы.

Рис. 3. Отбор проб почвы.

Отбор почвенных проб для определения влажности осуществлялся в соответствии с ГОСТ. Пробы отбирались с трех горизонтов 0,05, 0,25 и 0,35 м в стандартные бюксы (рис. 3). Отобранные образцы упаковывались в бюксы, закрывались крышками, по контакту крышек изолировались водонепроницаемой лентой и транспортировались в лабораторию.

В лаборатории бюксы с образцами взвешивались, снимались крышки и далее открытые бюксы с образцами помещались в нагретый сушильный шкаф. Образцы высушивались до постоянной массы при температуре (105±2)°С. После каждого высушивания бюксы охлаждались до температуры помещения и взвешивались. Высушивание проводили до получения разности масс образцов двух последующих взвешиваний не более 0,02 г.

Замеренная влажность почв на исследуемом участке составила 5,2—6,8% (табл. 2).

Определение коэффициента разрыхления почвы при работе рыхлителя проведено замерами высоты подъема почвы по ширине верха разрыхленного профиля (рис. 4).

Табл. 2. Результаты взвешивания образцов для определения влажности почвы

Рис. 4. Слева — рыхлитель в работе, справа — фрагмент разрыхленного участка после прохода рыхлителя и измерение высоты гребня валика верху ширины разрыхленного профиля.

Табл. 3. Результаты исследования разрыхления почвы рыхлителем с параболическим рабочим органом

Полученные значения коэффициента разрыхления на участке составили 1.19—1,28 (табл. 3). Следует отметить, что после прохода рыхлителя на поверхности наблюдались фрагменты почвы размерами 120—180 мм (рис. 4).

В процессе исследований проведены замеры времени и пути перемещения машины в процессе рыхления. По данным замеров определена скорость рыхления при заглублении рабочего органа на глубину 0,35 м, по которой рассчитана техническая производительность рыхлителя за 1 час непрерывной работы на объекте (табл. 4).

Табл. 4. Рабочая скорость рыхления и техническая производительность рыхлителя.

По результатам исследований средняя техническая производительность рыхлителя составила 780 м/ч. Расчетная эксплуатационная производительность машины при нормативном коэффициенте перехода от технической производительности к эксплуатационной равном 0,5, составила 390 м/ч.

Эксплуатационная производительность по грунтовому профилю определяется П = 4/3Vbh, где V – средняя скорость рыхления, м/ч; b – ширина профиля на уровне поверхности почвы, м; h – глубина рыхления, м.

Расчетная эксплуатационная производительность составила 185 м³/ч.

Полученные значения производительности использованы при технико-экономической оценке рекомендуемых технологий и разработанных технологических приемов.