DETERMINATION OF THE SEAL AREA OF AGRICULTURAL FIELDS BY PROPULSION OF MACHINE-TRACTOR UNITS

Слюсаренко В.В.¹, Русинов А.В.², Федюнина Т.В.³

¹ доктор технических наук, профессор, ^2,3 кандидат технических наук, доцент, Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ УПЛОТНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОЛЕЙ ДВИЖИТЕЛЯМИ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ

Аннотация

Представлены аналитические зависимости определяющие площадь воздействия на почву движителями машинно-тракторных агрегатов и дождевальных машин. Представлены результаты расчета площади уплотнения, влияния схемы движения МТА на кратность воздействия движителей на почву, изменения ее физико-механических свойств.

Ключевые слова: почва, площадь уплотнения, поле, машинно-тракторный агрегат.

Slusarenko V.V.¹, Rusinov A.V.², Fedunina T.V.³

¹ PhD in Engineering, Professor, ^2,3 PhD in Engineering, Associate professor, Saratov State Vavilov Agrarian University

DETERMINATION OF THE SEAL AREA OF AGRICULTURAL FIELDS BY PROPULSION OF MACHINE-TRACTOR UNITS

Abstract

Analytical dependences determining the area of impact on the soil by propelling the tractor aggregates and sprinkling machines are presented. The results of calculating the area of the seal, the influence of traffic patterns of machine-tractor unit on the multiplicity of the effects of propulsion on the soil, changes its physical and mechanical properties are presented.

Keywords: soil, surface seals, the field, machine-tractor unit.

Производство сельскохозяйственной продукции растениеводства не возможно без применения высокопроизводительной энергонасыщенной техники, а получение гарантированно стабильных урожаев в климатических условиях Саратовской области невозможно без полива. Применение энергонасыщенных тракторов входящих в состав машинно-тракторных агрегатов (МТА) ограничено высоким воздействием их движителей на почву. Большая масса и многочисленные проходы тракторов по полю вызывают большие деформации почвы, приводящие к чрезмерному уплотнению почвы, что сопровождается изменением ее физико-механических свойств и режимов, а так же образованию мест для стока воды в процессе полива. Впоследствии указанные изменения в почве вызывают ее эрозию, снижают потенциальное плодородие и урожай сельскохозяйственных культур. Было установлено, что повышение плотности почвы на 0,1 г/см³ свыше оптимального значения  равного 1,2-1,3 г/см³ приводит к снижению урожая зерновых культур до 12 % [1,2]. В связи с этим эффективное применение МТА на мелиорируемых почвах обеспечивающих минимальное воздействие движителей при минимальной площади воздействия, является актуальной задачей.

Суммарная площадь воздействия движителей МТА при выполнении операций по выращиванию сельскохозяйственных культур будет определяться как

 

где S_МТА, S_ДМ – площадь воздействия движителей на почву соответственно МТА и дождевальной машины, м².

Площадь уплотнения почвы движителями дождевальных машин зависит от типа движения машины. Так для машин фронтального движения площадь уплотнения почвы движителями машины определится как

где В_двм – ширина движителя дождевальной машины, м; n – количество опорных тележек дождевальной машины, шт; L_п – длина поля, м.

Для дождевальных машин, движущихся по кругу, площадь уплотненной почвы движителями машины определится как

где R_i – расстояние от i-той тележки от поворотной опоры машины, м.

Расчеты, произведенные по зависимостям (2) и (3) показали, что площадь уплотнения почвы поля движителями дождевальной машины ДФ-120 «Днепр» составляет 0,41 га или 5 % от всей площади поля. Для дождевальной машины «Фрегат» площадь уплотнения почвы движителями составила: 0,13 га и 0,49 га соответственно для 8-ми и 16-ти опорной машины, что составляет 6,5 % и 4,9 % соответственно от всей площади поля.

Площадь уплотнения поля движителями трактора при выполнении одной сельскохозяйственной операции определяется как

где В_п – ширина поля, м; В_двт - ширина движителя трактора, м; В_двп - ширина движителя почвообрабатывающего агрегата, м; n_к – количество опорных колес почвообрабатывающего агрегата, шт; В_зах – ширина захвата почвообрабатывающего агрегата, м; L_рп - ширина разворотной полосы, м.

Наибольшему воздействию движителей МТА подвергается разворотная полоса вследствие многочисленных проходов движителей. Тогда площадь воздействия МТА на разворотных полосах можно определим как

Установлено, что при выполнении одной сельскохозяйственной операции МТА движется по разворотной полосе при челночной схеме до 2 раз, при использовании схемы движения в свал или перекрытия количество проходов по одному следу достигает 4-х. Однократные проходы МТА по разворотным полосам обеспечиваются при перекрестном движении, применяя продольно-поперечный и диагонально-перекрестный способ движения. Но применение данных схем сопровождается увеличением площади разворотных полос и сложностью движения МТА, что не всегда возможно выполнить на поле с установленной дождевальной машиной.

Проводя расчеты площади воздействия движителей МТА на почву было установлено, что она непосредственно зависит от вида выполняемой операции, формы поля и состава МТА. Например, площадь воздействия движителей посевного агрегата АППА-6 (трактора МТЗ-2522 и сеялки с шириной захвата 6 м) достигает до 37 % от общей площади поля, рис. 1. Применение энергонасыщенных тракторов большей мощности (К-744, К-701) позволяет повысить ширину захвата и снизить площадь воздействия.

Рисунок 1. Влияние ширины захвата МТА и ширины поля на площадь воздействия движителей МТА

Но вследствие высокой массы, движители трактора оказывают сильное воздействие на почву, выраженное в создании больших нормальных напряжений распространяющихся на глубину до 1 м. Так, в пятне контакта одинарного движителя трактора К-701 с почвой создаются напряжения равные Р=225 кПа, для сдвоенных колес - Р=148 кПа, для движителя трактора К-744 данная величина составила соответственно 212 кПа и 141 кПа. С увеличением глубины нормальные напряжения в почве снижаются, и этот процесс описывается с помощью экспоненциальных зависимостей. Наличие высоких напряжений приводит к деформации почвы в процессе прохода движителей МТА по почве. Так, после прохода одинарных движителей трактора К-701 на поле остаются следы глубиной до 11...13 см, а после трактора К-744 до 9…11 см. Применение сдвоенных движителей позволяет снизить глубину следа, которая составит для трактора К-701 – 6…9 см и К-744 – 5…8 см. Наличие большой глубины следа вызывает повышение плотности почвы, прирост которой составил после одного прохода одинарных движителей трактора К-701 до 0,21 г/см³, сдвоенных колес – до 0,18 г/см³. При увеличении количества проходов движителей трактора К-701 по одному следу (например, на разворотных полосах) приводит к повышению прироста плотности почвы до 0,32 г/см³ и 0,23 г/см³ соответственно.

Рассматривая площадь воздействия движителей МТА на почву необходимо отметить, что использование почвообрабатывающих машин с одинаковой или кратной шириной захвата приводит к наложению следов оставленных после движителей трактора и почвообрабатывающего агрегата, увеличивая кратность воздействия. Повышение кратности проходов движителей МТА по одному следу приводит к накоплению негативного воздействия как в год почвообработки, так и в последующие годы. С целью сохранения плодородия почвы необходимо минимизировать воздействие движителей МТА.

Литература

1. Русинов А.В. Моделирование следообразования движителями колесных тракторов // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2011. - №3. – С.32-37.
2. Русинов А.В. Агротехническая проходимость энергонасыщенных сельскохозяйственных тракторов: монография / Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007. - 112с.

References

1. Rusinov A.V. Modelirovanie sledoobrazovanija dvizhiteljami kolesnyh traktorov // Izvestija Samarskoj gosudarstvennoj sel'skohozjajstvennoj akademii. - 2011. - №3. – S.32-37.
2. Rusinov A.V. Agrotehnicheskaja prohodimost' jenergonasyshhennyh sel'skohozjajstvennyh traktorov: monografija / Saratov: FGOU VPO «Saratovskij GAU», 2007. - 112s.