автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата

На правах рукописи

Эркенов Анзор Назировпч

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО ПАХОТНОГО АГРЕГАТА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 МАЯ 2012

Нальчик -2012

005043531

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова» (ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Шекихачев Юрий Ахметханович

Официальные оппоненты:

Цымбал Александр Андреевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Государственное научное учреждение «Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства и пи-томниководства» Российской академии сельскохозяйственных наук / Центр средств механизации трудоемких процессов в садоводстве, главный научный сотрудник

Байбулатов Таслим Султанбекович, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Дагестанская государственная сельскохозяйственная академия им. М.М. Джамбулатова» / кафедра «Эксплуатация, ремонт машин и механизация животноводства», доцент

Ведущая организация: Государственное научное учреждение «Се-

веро-Кавказский научно-исследовательский институт горного и предгорного сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита диссертации состоится 30 мая 2012 года в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 220.033.03 при ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова по адресу: 360004, КБР, г. Нальчик, ул. Толстого, 185, ауд. 410.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВГ10 КБГСХА им. В.М. Кокова.

Автореферат разослан_апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Бекаров Аламахад Дошаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Задачей основной и предпосевной обработки почвы является создание благоприятных условий для прорастания семян и развития корневой системы, равномерного распределения питательных веществ в зоне расположения основной массы корней растений и обеспечение минимальные потери влаги. Для этого необходимо выполнить ряд технологических операций: вспашка, разрушение глыб, выравнивание и уплотнение верхнего слоя почвы. При этом используются ряд сельскохозяйственных агрегатов, что приводит к значительному уплотнению почвы и непродуктивным потерям влаги при каждой дополнительной обработке, расходу энергоресурсов и средств на приобретение сельскохозяйственной техники.

Особо проблема предпосевной подготовки почвы актуальна для фермерских и крестьянских хозяйств, которые располагают маломощными тракторами и минимумом однооперационных сельскохозяйственных машин. Данные обстоятельства не позволяют выполнять операции по подготовке почв к посеву в установленные агротехнические сроки и с высоким качеством.

Проблема сокращения сроков подготовки почвы к посеву может быть решена с использованием комбинированных машин и агрегатов, однако выпускаемая у нас в стране и за рубежом комбинированная сельскохозяйственная техника агрегатируется с энергонасыщенными тракторами, имеет высокую стоимость и чрезмерную материалоемкость.

В связи с этим возникает необходимость разработки комбинированных пахотных агрегатов, отличающихся простотой конструкции и низкой стоимостью, позволяющих за один проход производить целый ряд технологически взаимосвязанных операций, обеспечивающих высокое качество подготовки почвы к посеву в сжатые сроки.

Проблема разрабатывалась в соответствии с планами научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова и Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2020 гг.: «Разработать высокоэффективные машинные технологии и технические средства нового поколения для производства конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции, энергетического обеспечения и технического сервиса сельского хозяйства».

Цель исследования - обоснование параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата в составе лемешного плуга и ротационного рабочего органа активного действия для снижения энергоемкости технологического процесса и создания необходимой структуры почвы.

Объекты исследования - опытный образец комбинированного пахотного агрегата и технологический процесс обработки почвы этим агрегатом.

Предмет исследования - закономерности взаимодействия комбинированного пахотного агрегата с почвой при её обработке.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждены результатами экспериментальных исследований в лабораторных и полевых условиях, множественными численными экспериментами на ЭВМ, положительными результатами производственных испытаний разработанного и внедренного в сельскохозяйственное производство комбинированного пахотного агрегата.

Место проведения исследований. Экспериментальные исследования комбинированного пахотного агрегата проводились в лабораториях кафедры механизации сельского хозяйства ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова, а полевые исследования проводились на базе ОАО «Племенной совхоз «Кенже» Кабардино-Балкарской Республики (КБР).

Методика исследования. При выполнении работы применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием положений земледельческой механики, сопротивления материалов, теоретической механики, аналитической геометрии. При проведении экспериментальных исследований применялись стандартные методики. Полученные результаты обрабатывались на ЭВМ по стандартным и разработанным с участием автора программам.

Научную новизну исследования составляют:

- конструктивно-технологическая схема комбинированного пахотного агрегата, позволяющего одновременно проводить вспашку почвы с измельчением почвенных глыб, комков, растительных остатков и выравнивание обрабатываемой поверхности;

- аналитические зависимости, позволяющие описать взаимодействие рабочих органов комбинированного пахотного агрегата с обрабатываемой почвой;

- математические модели, позволяющие установить оптимальные параметры и режимы работы комбинированного пахотного агрегата;

- зависимости качественных и энергетических показателей обработки почвы от конструктивных параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата.

Практическая значимость работы. Разработана новая конструкция комбинированного пахотного агрегата, опытный образец которого испытан в производственных условиях. Выявлены работоспособность и эффективность использования разработанного комбинированного пахот-

ного агрегата при выполнении технологического процесса подготовки почвы к посеву.

Реализация результатов исследований. Экспериментальный образец комбинированного пахотного агрегата прошел производственные испытания в ОАО «Племенной совхоз «Кенже» КБР.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе и научной работе со студентами ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на: Международных научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова (г. Нальчик, 2011 г.), ФГБОУ ВПО «Ставропольский ГАУ» (г. Ставрополь, 2011, 2012 гг.), научно-практической конференции студентов, магистрантов и аспирантов (г. Нальчик, 2011 г.), объединенных заседаниях кафедр факультета механизации и энергообеспечения предприятий ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова (г. Нальчик, 2011, 2012 гг.).

Опытный образец комбинированного пахотного агрегата демонстрировался на 13-й Международной агропромышленной выставке «Агро-универсал-2011» (г. Ставрополь, 2011 г.) и удостоен диплома.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы - 159 страниц машинописного текста, 17 таблиц, 59 рисунков, 9 приложений. Список использованной литературы включает 147 наименований.

На защиту выносятся: конструктивно-технологическая схема комбинированного пахотного агрегата; методика расчета рациональных параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата; оптимальные параметры и режимы работы комбинированного пахотного агрегата; качественные показатели работы комбинированного пахотного агрегата; разработанный опытный образец комбинированного пахотного агрегата.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, ее важное народнохозяйственное значение, раскрыта общая характеристика работы и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» отмечается, что технологический процесс обработки почвы под посев озимых зерновых культур выполняется в короткие сроки, в разгар убо-

рочных работ. За это время необходимо провести мероприятия по борьбе с сорняками и качественно, в соответствии с агротехническими требованиями, подготовить пахотный и посевной слои почвы.

На основе анализа технологий возделывания с.-х. культур и тенденций их совершенствования можно выделить две основные системы обработки почвы:

- традиционную, при которой основная обработка выполняется отвальными плугами с оборотом пласта;

- почвосберегающую (мульчирующую), когда основная обработка исключена либо проводится без оборота чизельными культиваторами-глубокорыхлителями

Общим недостатком существующих технологий является использование только традиционной системы обработки почвы. Медленно внедряются ресурсо- и энергосберегающие системы почвообработки. Основоположниками изучения этой проблемы являются В.П. Горячкин, В.А. Желиговский, Н.В. Краснощекое и др. В дальнейшем данная проблема получила свое развитие в трудах В.И. Анискина, Т.С. Байбулатова, В.В. Бледных, A.C. Добышева, М.Н. Ерохина, Э.В. Жалнина, A.A. Зан-гиева, Э.И. Липковича, В.Х. Малиева, Е.И. Трубилина, Р.И1. Хабатова, A.A. Цымбала и др.

После прохода плуга нарушается естественное сложение горизонта почвы, разрушаются капилляры внутри его, в обработанном слое образуются пустоты, и многократно увеличивается объем пор. Если оставить обернутый пласт земли нетронутым, то для восстановления естественного сложения почв, благоприятного для развития сельскохозяйственных культур, потребуется значительное время и достаточное увлажнение, способствующее оседанию и консолидации рыхлой структуры. Поэтому возникает необходимость ускоренного создания благоприятных условий для роста и развития растений путем прикатывания почвы.

Чтобы сформировать посевной слой в соответствии с агротехническими требованиями, необходимо выполнить рыхление, крошение, выравнивание и подуплотнение посевного слоя почвы. В настоящее время это достигается культивацией с боронованием в два-три следа, выравниванием и прикатыванием катками за 3...4 прохода агрегатов по полю, что ведет к повышенным затратам топливо-смазочных материалов, а также к переуплотнению пахотного и подпахотного слоев почвы.

Кроме того, в целях сохранения влаги нельзя допускать большого разрыва между уборкой культур и обработкой почвы.

Таким образом, существует настоятельная необходимость разработки комбинированного агрегата, способного сформировать семенное ложе в соответствии с агротехническими требованиями за один проход.

Анализ показал, что существующие комбинированные агрегаты обладают рядом недостатков, главными из которых являются значительное тяговое сопротивление, громоздкость, сложность конструкции, высокая стоимость.

Исходя из изложенного выше, возникает необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований по разработке конструкции и оптимизации параметров рабочих органов и выбору наиболее перспективных научных направлений по созданию комбинированных почвообрабатывающих машин, обеспечивающих обработку почвы на качественно более высоком уровне с соблюдением агротехнических требований.

Таким образом, цель исследования - обоснование параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата в составе лемешного плуга и ротационного рабочего органа активного действия для снижения энергоемкости технологического процесса и создания необходимой структуры почвы.

Для достижения данной цели были поставлены следующие основные задачи исследования:

- проанализировать результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполненных как в нашей стране, так и за рубежом и обосновать конструктивно-технологическую схему'комбинированного пахотного агрегата в составе лемешного плуга и ротационного рабочего органа активного действия;

- разработать математические модели, позволяющие: определить конструктивно-режимные параметры; исследовать процессы резания и отбрасывания почвы боковой поверхностью ножа ротационного рабочего органа активного действия; тяговое сопротивление комбинированного пахотного агрегата;

- разработать опытный образец комбинированного пахотного агрегата;

- оптимизировать основные параметры и режимы работы комбинированного пахотного агрегата по критериям качества крошения и тягового сопротивления;

- провести лабораторно-полевые испытания опытного образца комбинированного пахотного агрегата;

- определить экономическую эффективность применения комбинированного пахотного агрегата при подготовке почвы к посеву.

Во второй главе «Теоретическое исследование процесса работы комбинированного пахотного агрегата с ротационным рабочим органом активного действия» приведены конструктивно - технологическая схема комбинированного пахотного агрегата в составе лемешного плуга и ротационного рабочего органа активного действия, теоретический анализ процесса его работы, обоснование его конструктивно-режимных параметров.

Комбинированный пахотный агрегат (рис. 1) состоит из плуга, в верхней части несущего бруса 1 которого установлены кронштейны подвески 2 и 3 ротационного рабочего органа активного действия 4.

9__ Вид А

Ж\

Рисунок 1 - Конструктивно-технологическая схема комбинированного пахотного

агрегата в составе плуга и ротационного рабочего органа активного действия: 1 - несущий брус плуга; 2, 3 - кронштейны подвески; 4 - ротационный рабочий орган активного действия; 5 - режущие ножи; 6 - рама; 7 - подшипники качения; 8 - цепь; 9, 10 - болт-гайка; 11 - цепная передача; 12 - предохранительная муфта; 13, 15 - конические редукторы: 14 - цилиндрический редуктор; 16, 17 - телескопические карданные валы: 18 - входной вал; 19 - металлическая планка; 20 - ведущая звездочка левой гусеницы трактора; 21 - рама

Сам рабочий орган 4 установлен на раме 6 с возможностью вращения вокруг своей горизонтальной оси и выполнен в виде барабана, на цилиндрической поверхности которого установлены режущие ножи 5. Передняя часть рамы 6 шарнирно связана с кронштейном подвески 2 рабочего органа 4 и несущим брусом 1 плуга с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, а задняя ее часть соединена гибкой связью 8 с кронштейнами подвески 2 и 3 рабочего органа 4 с возможностью регулирования по высоте.

Подъем и опускание рабочего органа 4 осуществляется гидроцилиндром. Привод осуществляется от ведущей звездочки 20 левой гусеницы трактора.

Механизм привода выполнен в виде цепной передачи 11, предохранительной муфты 12, конических и цилиндрического редукторов 13, 14 и 15, телескопических карданных валов 16 и 17.

Комбинированный пахотный агрегат работает следующим образом. Гидроцилиндром опускают рабочий орган 4 на поверхность вспаханной почвы и, регулируя болтами 9 и 10, устанавливают необходимое положение рабочего органа 4 так, чтобы режущие ножи 5 входили во вспаханную почву на глубину посева семян. При движении агрегата вращение рабочего органа 4 передается от ведущей звездочки 20 левой гусеницы трактора, за счет зацепления металлической планки 19 с ведущей звездочкой 20. От приводного конического редуктора 15 телескопическими карданными валами 16 и 17 крутящий момент передается через редукторы 13 и 14 и цепную передачу 11 рабочему органу 4.

Ножи 5 вклиниваются в комковатую структуру почвенных глыб, разрезают их, измельчают и заделывают растительные остатки в почву, а при поступательном перемещении рабочего органа 4 режущие ножи 5 перемещают разрыхленную почву и заравнивают неровности, образованные плугом во время вспашки

При встрече с труднопреодолимыми препятствиями срабатывает предохранительная муфта 12, которая отсоединяет рабочий орган 4 от механизма привода, при этом рама 6 вместе с рабочим органом 4 поднимается вверх, тем самым рабочий орган 4 перескакивает это препятствие и продолжает процесс измельчения почвенных глыб, растительных остатков с выравниванием поверхности почвы.

Теоретическое исследование процесса работы комбинированного пахотного агрегата проведено с учетом того, что ротационный рабочий орган активного действия осуществляет технологический процесс под некоторым углом к направлению поступательного движения агрегата, т.е. точки его ножей совершают движение по винтовым линиям. Нож в процессе работы сначала касается поверхности поля лезвием, затем погружается в почву и одновременно смещается в сторону, достигает максимального заглубления, после чего выглубляется со смещением в том же направлении. От начала контакта с почвой и до момента максимального заглубления тыльной поверхностью уплотняет почву. В результате бокового перемещения нож сдвигает почву в сторону, выравнивая поверхность поля, а при поступательном движении совместно с центром вращения выполняет рыхление обрабатываемого слоя.

Длина ножа рабочего органа определяется глубиной обработки:

где Б,; - диаметр барабана, м; Ипк - глубина обработки почвы, м.

(1)

При глубине предпосевной обработки почвы 5... 10 см при радиусах барабана от 0,2 до 0,3 м длина ножа будет равна 0,15...0,26 м.

Шаг секции ножей определяется шириной обрабатываемой полосы одной секцией, углом атаки рабочего органа и его конструктивными параметрами:

'с = (£/; + 2Л0/; )со5 р^гн. (2)

где у- угол атаки рабочего органа, град.

Количество секций ножей определится по выражению:

где Вп„ - ширина захвата плуга, м.

Для установления зависимости угла установки ножа г от конструктивных размеров барабана и физико-механических свойств почвы рассмотрим силы, приложенные в точке касания ножа и почвы (точка В на рис. 2) (рис. 3):

IXи, =Рх~ Рнкх ~ V* 'Т.Гъ=РНКг+РПКг-Рг=0 , (4)

где Рх, Ру , Р7 - проекции силы резания на оси ОХ , ОУ , 02 \ ЕПКу, Рпкг > ^пк, - проекции силы трения между комком почвы и поверхностью почвы на оси ОХ , ОУ ; , РНКг, Рцк, ~ проекции силы трения между рабочим органом и комком почвы на оси ОХ , ОУ, 02; Nх, Nу - проекции силы нормальной реакции комка почвы на оси ОХ , 02.

Решая систему уравнений (4) получим выражение для расчета угла установки ножа рабочего органа:

т = 2 arctg

sin рй + cos/?0 cosYHtgcpnK +/1 + COS2 yBtg2<pnK

(5)

cos /?0 - sin cos yHtg(pm где <pm -угол внутреннего трения почвы, град.

Расчеты по выражению (5) показали, угол установки ножа для барабана диаметром 0,4 м при угле атаки 25° и глубине обработки почвы 0,1 м равен 15°.

Угол г определяет высоту установки барабана рабочего органа над обрабатываемой поверхностью:

hK={RH+hOH) sin(/?0-r), (6)

где R,; - радиус барабана, м.

Рисунок 2 — Схема Рисунок 3 — Схема сил, действующих

к обоснованию угла установки в системе «нож - почвенный комок»

ножа ротационного рабочего органа активного действия

При исследовании процесса работы ротационного рабочего органа активного действия сделаны следующие допущения: частица в момент отрыва от ножа движется с абсолютной скоростью, равной сумме окружной скорости конечной точки ножа и поступательной скорости агрегата; в силу того, что в момент отрыва частицы почвы сила сопротивления воздуха и Корио-лисово ускорение довольно малы, их значением пренебрегаем; траектория движения частицы почвы представляет собой непрерывную кривую.

Направления проекций скорости частицы почвы на оси ОХ и ОТ. приведены на рисунке 4, на оси ОХ и ОУ - на рисунке 5, итоговые направления проекций на все оси - на рисунке 6.

частицы почвы на оси ОХ и ОХ частицы почвы на оси ОХ и ОУ

Рисунок 6 - Схема к исследованию траектории движения частицы почвы

Дифференциальные уравнения движения частиц почвы согласно рисунка 6 будут иметь вид:

У = + '(7)

где Vа - поступательная скорость агрегата, м/с; УАх , УАу и VА? -

проекции абсолютной скорости частицы почвы на оси координат ОХ, ОУ, 02, м/с; е - угол отрыва частицы почвы от боковой поверхности ножа, град.

С учетом значений проекций абсолютной скорости частицы почвы на оси координат ОХ , ОУ, 02 выражение (7) после преобразований примет вид:

х = 1ул ~ va cos Х\ (cos Х\ cos е + sin Х\ sin е)} - (rb + hOK )sin е ■ Y = VA sin X} cos Xlt + {RK + hOB )sin yH , (8)

Z = VA sin (cosX\ eose + sin X\ sin e} - ^t2 - (rk + hOK)coss

Абсолютная скорость с учетом того, что отношение окружной скорости к поступательной есть X, равна:

Ул=^о+Уп (9)

где У() - окружная скорость барабана, м/с.

Тогда система уравнений, определяющая траекторию полета частицы почвы, примет вид:

Х-

, 1-Я eos £ / „ 4

1--==- {COS £ + Я eos j

Vl + A2

Yo

Л+л-

sin - Я eos г К > + (Лд + Аоь. )sin

+ A0¿)sin ¿r

.—-sins{cose + Xcos2e)t-—t2 -(/?,. + Л.,,) cose

Vl + Я2 2

С целью установления значения угла, определяющего положение ножа в момент отрыва частицы от его боковой поверхности, обратимся к схемам, показанным на рисунках 7 и 8. Итоговые направления действующих сил приведены на рисунке 9. Проецируем все силы на оси координат X, У, 2\

ZFXi = nx-FWx = °

= NY+F¡lh.r=0 (11)

I Fz¡ = Frp ~ FlW/ - Gn4 = 0

где FTPx , FTPx , FlVx - проекции силы трения частицы почвы о поверхность ножа на оси ОХ, OY, OZ\ FI¡tíy, FIWy - проекции центробежной силы инерции частицы почвы на оси ОХ , OY ; Nx , Ny - проекции силы нормальной реакции на оси ОХ и OY; Gn4 - проекция силы тяжести частицы почвы на ось OZ.

Центробежная сила инерции частицы почвы равна:

FtU¡ = тпч согк (Я/у +hoi;), (12)

где тпч - масса частицы почвы, кг; сок - угловая скорость вращения барабана, с'1.

Сила трения

FTP=Ntg<pHK, (13)

где N - сила нормальной реакции почвы, Н; <рш - угол внешнего трения почвы, град.

Сила тяжести частицы почвы

Gn4=mn4g, (14)

где g - ускорение свободного падения, м/с2.

С учетом выражений (12)...(14) получаем уравнение:

ЛГк

'ё2 - + 2»г - - 5.П уй + -ут--—ЛУг,

2 2 I <(*/; +

= 0.

(15)

Решением уравнения (15) является выражение для расчета угла отрыва частицы почвы от боковой поверхности ножа:

е = 2агс1%

уа>|-(Кн + Кж )2 <=<«Гв*8УБ + 82 юЦя,; + Иа1;)со*ук ~ %

-1

(16)

Рисунок 7 - Проекции сил на оси ОХ и ОХ

Рисунок 9 - Схема сил, действующих на частицу почвы в момент отрыва от боковой поверхности ножа

ЦБ. ~ ' '

Рисунок 8 - Проекции сил

на оси ОХ и ОУ Расчеты по выражению (16) показали, что угол отрыва частицы почвы от боковой поверхности ножа находится в пределах 25... 30°

На основании полученных выражений проведено численное моделирование процесса полёта частицы почвы, в результате чего получены рациональные значения параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата: угол атаки рабочего органа ук = 20...30°, частота вращения барабана а>к = 10...30 с'1 и поступательная скорость агрегата

Уп = 1,5...2,0 м/с.

Суммарное тяговое сопротивление комбинированного пахотного агрегата рассчитывается по выражению:

Л». =ЛХ + Лв+Дп, (17)

где Ях- сопротивление плуга, Н; Я6 - сопротивление передвижению рабочего органа, Н; Яп - сопротивление, зависящее от рельефа местности, Н.

Мощность, необходимую для работы комбинированного пахотного агрегата, можно рассчитать по формуле:

М = "пеР+Мобр+Итр+Мпод, (,8)

где ~ мощность на передвижение комбинированного пахотного агрегата, кВт; Ыо6р - мощность на обработку почвы, кВт; Nтр - мощность

на трение в передачах, кВт; Ыпод - мощность на подталкивание рабочего органа вперед, кВт.

Таким образом, основными показателями работы комбинированного пахотного агрегата, влияющими на качество крошения почвы и тяговое сопротивление, являются скорость передвижения, угловая скорость вращения барабана рабочего органа и угол его атаки.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» приведены программа экспериментальных исследований методика проведения экспериментального исследования и использованные измерительные средства, методика закладки полевых опытов, методика обработки результатов экспериментальных исследований. Разработан также пакет прикладных программ для ЭВМ для оптимизации основных параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата.

Анализ теоретических исследований показал, что основными факторами, влияющими на качество крошения почвы и тяговое сопротивление агрегата, являются скорость его передвижения, угловая скорость вращения барабана и угол его атаки рабочего органа (табл.).

Таблица - Факторы и уровни их варьирования

Факторы Значение Скорость передвижения агрегата Угловая скорость вращения барабана Угол атаки

Кодированное (безразмерное)

-1 0 +1 -1 0 +1 -1 0 + 1

Натуральное /п, км/ч «/;. с' 'Л-,гра, д

6,35 7,05 7,75 20 25 30 15 20 25

В четвертой главе «Анализ результатов экспериментальных исследований» представлены результаты оптимизации параметров и режимов работы. Получены уравнения регрессии второго порядка, позволяющие оценить влияние скорости передвижения агрегата Уп, угловой скорости вращения барабана а>к и угла атаки рабочего органа ук на качество крошения почвы Кю, и тяговое сопротивление агрегата Р : - критерий оптимизации - качество крошения Кю,: ■ в кодированном виде УКкг =85,3667-3,9225Л", + 0,4925*2 + 4,93*3 -0,99*,*2 + 0,35*,*,-0,41*2*3 - ^

- 7,5334*,2 - 5,2084*1 - 7,3334**,

■ в натуральном виде

Ка, = 215.745F,, + 12,9194«,, + 15,3578^. - 0,2829+ 0,1Упу1; - 0,0164^* --15,374К2 -0,2083<4 -0,2933/^.-1022,4,

- критерий оптимизации - тяговое сопротивление агрегата Р : я в кодированном виде УР =14,8333+0,4175*. -0,9388*, -1,4788Y3 + 0,165*,*2 +0,75*,*3 -0,7925*2*3 - ^ + 4,3946V,2 +3,2721*| +4,3521*32,

■ в натуральном виде

Р = 685346-1324\Vn -6,271 &oi;-9,718^,, +0,047Vna>B + 0,2\ЛУпуИ-0,03\Ъ>кук + ^ +8,9683^ +0,1309ъ); +0,174^,

Воспроизводимость полученных моделей проверена по G-критерию Кохрена, адекватность - по F-критерию Фишера.

Определены оптимальные значения режимных параметров комбинированного пахотного агрегата: скорость передвижения агрегата 6,9...7,0 км/ч, угловая скорость вращения барабана 25,2...25,3 с и угол атаки 25,9...26,6°. При этом качество крошения Кю, составляет 86,7% и

тяговое сопротивление агрегата 14,7 кН.

С использованием программы Mathcad 2000 Professional построены линии равного уровня изменения качества крошения и тягового сопротивления агрегата от оптимальных параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата (рис. 10... 15).

Рисунок 10 - Зависимость качества крошения от скорости передвижения агрегата (X,) и угловой скорости вращения барабана (Х2)

Рисунок 12 - Зависимость качества крошения от угловой скорости вращения барабана (Х2) и угла атаки СА"3)

Рисунок 14 - Зависимость тягового сопротивления агрегата от скорости передвижения агрегата (X/) и угла атаки (Х3)

Рисунок 11 - Зависимость качества крошения от скорости передвижения агрегата {X,) и угла атаки (Х3)

Рисунок 13 - Зависимость тягового сопротивления агрегата от скорости передвижения агрегата (А7) и угловой скорости вращения барабана (Х2)

Рисунок 15 - Зависимость тягового сопротивления агрегата от угловой скорости вращения барабана (Х2) и угла атаки (Х3)

Анализ полученных результатов показывает, что наибольшее влияние на критерий оптимизации оказывает угол атаки ротационного рабочего органа активного действия.

Лабораторно-полевые исследования, проведенные на опытно-производственном участке ОАО «Племенной совхоз «Кенже» КБР (рис. 16, 17), показали, что использование предлагаемого комбинированного пахотного агрегата способствовало: снижению плотности почвы в горизонте 0....20 на 16,9... 17,9%; увеличению пористости на 24,5...26,1% и содержания агрономически ценных почвенных агрегатов на 22,4...35,1%; снижению пылеватой фракции в 2,1...5,4 раза; увеличению урожайности зерна озимой пшеницы в среднем на 20,8%.

Рисунок 16 - Комбинированный Рисунок 17 - Поверхность поля пахотный агрегат в составе лемешного после прохода комбинированного

плуга и ротационного рабочего органа пахотного агрегата активного действия

В пятой главе «Экономическая эффективность результатов исследований» отмечается, что:

- применение комбинированного пахотного агрегата с ротационным рабочим органом активного действия в технологическом процессе подготовки почвы к посеву позволяет получить чистый дисконтированный доход за период эксплуатации (5 лет) равный 4551,53 тыс. руб. на площади 100га, что на 1896,26 тыс. руб. больше базового варианта или в расчете на 1 га годовой чистый дисконтированный доход составит 9103,1 руб;

- себестоимость работ снизилась в 1,5 раза с 114,4 тыс. руб. до 75,39 тыс. руб;

- срок окупаемости капитальных вложений составил 1 год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована конструктивно-технологическая схема комбинированного пахотного агрегата в составе лемешного плуга и ротационного рабочего органа активного действия.

3. Получены аналитические выражения для определения рациональных значений конструктивно - режимных параметров комбинированного пахотного агрегата: поступательная скорость агрегата 1,5...2,0 м/с; частота вращения барабана 10...30 с"1; угол атаки 20...30°; длина ножа 0,15. ..0,26 м; количество секций на барабане 8 и ножей одной секции 3.

4. Разработана конструкция комбинированного пахотного агрегата, позволяющая одновременно проводить вспашку, измельчение почвенных глыб и комков, растительных остатков с выравниванием поверхности поля. Получены математические модели зависимости качества крошения почвы и тягового сопротивления от конструктивных параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата. Определены оптимальные значения: скорости передвижения агрегата 6,9...7,0 км/ч, угловой скорости вращения барабана 25,2...25,3 с"1 и угла атаки 25,9...26,6°. Соотношение окружной скорости крайней точки ножа и поступательной скорости агрегата равно 3...4. При этих значениях качество крошения почвы составляет 86,7% и тяговое сопротивление агрегата 14,7 кН.

5. Установлено, что применение комбинированного пахотного агрегата способствовало: увеличению пористости на 24,5...26,1%, содержания агрономически ценных почвенных агрегатов на 22,4...35,1%, урожайности зерна озимой пшеницы в среднем на 20,8%; снижению плотности почвы в горизонте 0....20 см на 16,9... 17,9%, содержания пылеватой фракции в 2,1 ...5,4 раза.

6. Применение комбинированного пахотного агрегата в технологическом процессе подготовки почвы к посеву позволит получить чистый дисконтированный доход за период эксплуатации (5 лет), равный 4551,53 тыс. руб. на площади 100 га, что на 1896,26 тыс. руб. больше, чем при использовании базового комплекса машин. Себестоимость работ снизилась в 1,5 раза с 114,4 тыс. руб. до 75,39 тыс. руб.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Производству предлагается комбинированный пахотный агрегат в составе лемешного плуга и ротационного рабочего органа активного действия со следующими параметрами: диаметр барабана - 0,4 м; угловая скорость вращения барабана-25,2...25,3 с"1; угол атаки - 25,9...26,6°; передаточное число редуктора - 0,3; скорость передвижения - 6,9...7 км/ч; длина ножа - 0,25 м; количество секций ножей - 8 шт; количество ножей в одной секции - 3 шт.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Эркенов, А.Н. Обоснование конструктивно-технологической схемы комбинированного пахотного агрегата с активным рабочим органом [Электронный ресурс] / А.Н. Эркенов, М.Х. Аушев, Ю.А. Шекихачев, Л.М. Хажметов, Д.А. Гергокаев // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ.- Краснодар, 2012 - №76/02 - Режим доступа: http:// ej.kubagro.ru / 2012 / 02 / pdf / 88.pdf.

1. Эркенов, А.Н. Агротехническая эффективность комбинированного пахотного агрегата с активным рабочим органом [Электронный ресурс] / А.Н. Эркенов, М.Х. Аушев, Ю.А. Шекихачев, Л.М. Хажметов, Х.А. Ха-моков // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ- Краснодар, 2012 - №76/02 - Режим доступа: http:// ej.kubagro.ru / 2012 /02 /pdf/ 89.pdf.

3. Эркенов, А.Н. Теоретическое обоснование конструктивно-режимных параметров комбинированного пахотного агрегата [Электронный ресурс] / А.Н. Эркенов, Ю.А. Шекихачев, Л.М. Хажметов, Д.А. Гергокаев, Х.Х. Сабанчиев // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ- Краснодар, 2012 - №77/03- Режим доступа: http // ej.kubagro.ru / / 2012 / 03 / pdf / 78.pdf.

Публикации в других изданиях:

4. Эркенов, А.Н. Комбинированные почвообрабатывающие агрегаты для основной и предпосевной подготовки почвы [Текст] / А.Н. Эркенов, М.Х. Аушев, Ю.А. Шекихачев, Л.М. Хажметов, В.Н. Бербеков, Ч.М. Коков, Д.У. Ашибоков. - Нальчик: КБГСХА им. В.М. Кокова, 2010. -54 с.

5. Эркенов, А.Н. Исследование процесса движения почвообрабатывающего рабочего органа по обрабатываемой поверхности [Текст] /А.Н. Эркенов // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию факультета механизации и энергообеспечения предприятий. - Нальчик: КБГСХА им. В.М. Кокова, 2011. -С. 181-183.

6. Эркенов, А.Н. К вопросу разработки расчетной модели взаимодействия рабочих органов комбинированного почвообрабатывающего агрегата с почвой [Текст] / А.Н. Эркенов // Материалы научно-практической конференции студентов, магистрантов и аспирантов факультета механизации и энергообеспечения предприятий, посвященной 30-летию КБГСХА им. В.М. Кокова. - Нальчик: КБГСХА им. В.М. Кокова, 2011. - С. 69-73.

Сдано в набор 24.04.2012 г. Подписано в печать 25.04.2012 г. Гарнитура Тайме. Печать трафаретная. Формат 60x84 У16. Бумага писчая. Усл.п.л. 1,0. Тираж 100.

Типография ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова»

360030, г. Нальчик ул. Тарчокова, 1а

61 12-5/2524

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия

имени В.М. Кокова»

Эркенов Анзор Назирович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО ПАХОТНОГО АГРЕГАТА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата • технических наук

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки КБР, доктор технических наук, профессор

Шекихачев Ю.А.

Нальчик - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 4

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ...................................................... 9

1.1 Влияние уплотнения почвы на ее агрофизические свойства и уро-

9

жай сельскохозяйственных культур........................................

90

1.2 Анализ основных способов обработки почвы............................

1.3 Анализ особенностей технологического процесса и технических

средств для основной обработки почв.......................................... 29

45

1.4 Выводы по главе, цель и задачи исследовании..........................

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА

РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО ПАХОТНОГО АГРЕГАТА С РОТАЦИОННЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ АКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ..........................................48

2.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы

48

комбинированного пахотного агрегата........................................

2.2 Обоснование основных конструктивно-режимных параметров ротационного рабочего органа активного действия................................................53

2.3 Математическое моделирование процесса работы комбинированного пахотного агрегата........................................

2.3.1 Моделирование процесса работы лемешного плуга................. 63

2.3.2 Моделирование процесса резания почвы ротационного рабочего

67

органа активного действия.......................................................

2.3.3 Обоснование угла установки ножа ротационного рабочего органа

69

активного действия...........................................................

2.3.4 Моделирование процесса отбрасывания почвы боковой поверхностью ножа ротационного рабочего органа активного

Действия.............................................................................. ^

2.4 Исследование тягового сопротивления комбинированного

пахотного агрегата.................................................................. 83

2.5 Выводы по главе............................................................... 87

ГЛАВА 3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ................................................... 89

3.1 Программа экспериментальных исследований.......................... 89

3.2 Методика проведения экспериментального исследования и использованные измерительные средства..................................... 90

3.3 Методика закладки полевых опытов....................................... 100

3.4 Методика обработки результатов экспериментальных

исследований 101

3.5 Выводы по главе............................................................... 102

ГЛАВА 4 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.................................................... ЮЗ

4.1 Оптимизация параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата.................................................................. ЮЗ

4.2 Результаты лабораторно-полевых исследований

комбинированного пахотного агрегата......................................... 114

4.3. Выводы по главе.............................................................. 121

ГЛАВА 5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО

ПАХОТНОГО АГРЕГАТА.......................................... 123

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.................................................................. 132

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ........................................ 134

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................... 135

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................... 149

ВВЕДЕНИЕ

Задачей основной и предпосевной обработки почвы является создание благоприятных условий для прорастания семян и развития корневой системы, равномерного распределения питательных веществ в зоне расположения основной массы корней растений и обеспечение минимальные потери влаги. Для этого необходимо выполнить ряд технологических операций: вспашка, разрушение глыб, выравнивание и уплотнение верхнего слоя почвы. При этом используются ряд сельскохозяйственных агрегатов, что приводит к значительному уплотнению почвы и непродуктивным потерям влаги при каждой дополнительной обработке, расходу энергоресурсов и средств на приобретение сельскохозяйственной техники.

Особо проблема предпосевной подготовки почвы актуальна для фермерских и крестьянских хозяйств, которые располагают маломощными тракторами и минимумом однооперационных сельскохозяйственных машин. Данные обстоятельства не позволяют выполнять операции по подготовке почв к посеву в установленные агротехнические сроки и с высоким качеством.

Проблема сокращения сроков подготовки почвы к посеву может быть решена с использованием комбинированных машин и агрегатов.

Комбинированные машины и агрегаты представляют собой комплекс технологически согласованных рабочих органов установленных на базовый модуль или на одну машину. Поэтому они могут одновременно выполнять сразу несколько технологических операций, чем они в свою очередь отличаются от других простых сельскохозяйственных машин. Комбинированные агрегаты пользуются преимуществом еще и потому, что они уменьшают количество проходов тракторов и сельскохозяйственных машин по полю для выполнения технологических операций, что, в конечном счете, уменьшает уплотнение почвы и ее удельное сопротивление, при этом уменьшаются энергетические затраты [105].

Недостатком имеющихся комбинированных почвообрабатывающих агрегатов являются значительные вес и тяговое сопротивление, отсутствие технологической универсальности.

Комбинированный почвообрабатывающий агрегат может применяться преимущественно для основной или для предпосевной обработки почвы и в основном предназначен для тракторов класс 3 с номинальным тяговым усилием 30 кН. Для тракторов класса 1,4...2 с номинальным тяговым усилием 14...20 кН практически не предусмотрены комбинированные агрегаты в связи с большим тяговым сопротивлением и малой шириной захвата. Часто отсутствуют рабочие органы активного типа, подрезающие корневую систему сорных растений. Для создания мелкокомковой структуры отдельными агрегатами необходимо проходить несколько раз.

Исходя из изложенного выше, возникает необходимость изыскания новых, более экономичных технологических приемов работы тракторных агрегатов, разработки и применения комбинированных средств механизации, позволяющих за один проход агрегата производить целый ряд технологически взаимосвязанных операций: вспашку почвы с измельчением почвенных глыб, комков и выравниванием обрабатываемой поверхности, обеспечивающих высокое качество подготовки почвы к посеву. При этом следует учитывать, что речь идет не только об объединении отдельных элементарных технологических операций в единый процесс, но и о разработке качественно новых, более совершенных машин и выполняемых ими технологических процессов, которые не повторяют и не копируют прежние, а заменяют их, становятся более экономичными и отвечают задачам комплексной механизации сельскохозяйственного производства.

Проблема разрабатывалась в соответствии с планами научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова» и Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований

по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2010 гг.: «Разработать высокоэффективные машинные технологии и технические средства нового поколения для производства конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции, энергетического обеспечения и технического сервиса сельского хозяйства».

Цель исследования - обоснование параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата в составе лемешного плуга и ротационного рабочего органа активного действия для снижения энергоемкости технологического процесса и создания необходимой структуры почвы.

Объекты исследования - опытный образец комбинированного пахотного агрегата и технологический процесс обработки почвы этим агрегатом.

Предмет исследования - закономерности взаимодействия комбинированного пахотного агрегата с почвой при её обработке.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждены результатами экспериментальных исследований в лабораторных и полевых условиях, множественными численными экспериментами на ПЭВМ, положительными результатами производственных испытаний разработанного и внедренного в сельскохозяйственное производство комбинированного пахотного агрегата.

Место проведения исследований. Экспериментальные исследования комбинированного пахотного агрегата проводились в лабораториях кафедры механизации сельского хозяйства ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова, а полевые исследования проводились на базе ОАО «Племсовхоз «Кенже» Кабардино-Балкарской Республики.

Методика исследования. При выполнении работы применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием положений земледельческой механики, сопротивления материалов, теоретической механики,

аналитической геометрии. При проведении экспериментальных исследований применялись стандартные методики. Полученные результаты обрабатывались на ЭВМ по стандартным и разработанным с участием

автора программам.

Научную новизну исследования составляют:

- конструктивно-технологическая схема комбинированного пахотного агрегата, позволяющего одновременно проводить вспашку почвы с измельчением почвенных глыб, комков, растительных остатков и выравнивание обрабатываемой поверхности;

- аналитические зависимости, позволяющие описать взаимодействие рабочих органов комбинированного пахотного агрегата с обрабатываемой

почвой;

- математические модели, позволяющие установить оптимальные параметры и режимы работы комбинированного пахотного агрегата;

- зависимости качественных и энергетических показателей обработки почвы от конструктивных параметров и режимов работы комбинированного

пахотного агрегата.

Практическая значимость работы. Разработана новая конструкция

комбинированного пахотного агрегата, опытный образец которого испытан в производственных условиях. Выявлены работоспособность и эффективность использования разработанного комбинированного пахотного агрегата при выполнении технологического процесса подготовки почвы к посеву.

Реализация результатов исследований. Экспериментальный образец комбинированного пахотного агрегата прошел производственные испытания в ОАО «Племсовхоз «Кенже» Кабардино-Балкарской Республики.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе и научной работе со студентами ФГБОУ

ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

доложены и одобрены на Международных научно-практических конферен-

циях ФГБОУ ВПО «Ставропольский ГАУ» (г. Ставрополь, 2011, 2012 гг), ФГБОУ ВПО «КБГСХА им. В.М. Кокова» (г. Нальчик, 2011 г.), научно-практической конференции студентов, магистрантов и аспирантов (г. Нальчик, 2011 г.), на объединенных заседаниях кафедр факультета механизации и энергообеспечения предприятий ФГБОУ ВПО «КБГСХА им. В.М. Кокова» (г. Нальчик, 2011, 2012 гг.).

Опытный образец комбинированного пахотного агрегата

демонстрировался на 13-й Международной агропромышленной выставке «Агроуниверсал-2011» (г. Ставрополь, 2011 г.) и удостоен диплома.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы - 159 страниц машинописного текста, 17 таблиц, 59 рисунков, 9 приложений. Список использованной литературы включает 147 наименований.

На защиту выносятся: конструктивно-технологическая схема комбинированного пахотного агрегата; методика расчета рациональных параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата; оптимальные параметры и режимы работы комбинированного пахотного агрегата; качественные показатели работы комбинированного пахотного агрегата; разработанный опытный образец комбинированного пахотного

агрегата.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Влияние уплотнения почвы на ее агрофизические свойства и урожай сельскохозяйственных культур

Почва представляет собой смесь механических элементов трех видов: минеральные, органические и органоминеральные частицы. В минеральных почвах превалируют минеральные механические частицы разной формы и размера, разного химического и минералогического состава. Дисперсность этого материала, химический и минералогический состав - фундаментальные свойства любой почвы, оказывающие многообразное воздействие на комплекс агрономических показателей почвы, ее плодородие.

Структура почвы — важный показатель физического состояния плодородной почвы. Она определяет благоприятное строение пахотного слоя почвы, ее водные, физико-механические и технологические свойства и водно- гидрологические константы. Частицы твердой фазы почвы, как правило,

склеиваются в комочки (агрегаты).

Состояние структуры почвы непосредственно определяет параметры

строения пахотного слоя. Для образования прочной структуры почвы необходимы следующие условия: достаточное количество минеральных и органических коллоидов; достаточное содержание в почве щелочноземельных оснований; благоприятные гидротермические условия в почве; воздействие на почвенную массу корней растений; воздействие на почву почвенной фауны (дождевых червей, насекомых, землероев и др.).

Оптимальная относительная влажность почвы для обработки составляет 60...70%; удовлетворительная 50...60%; избыточная - свыше 80% (при

этом почва мажется); недостаточная - ниже 50%.

Супесчаные и песчаные почвы допускают вспашку, начиная с относительной влажности 100% и ниже. Можно считать оптимальной весовую

влажность для обработки солонцеватых почв 20%, темно-каштановых 19% и подзолистой песчаной почвы 12%. Для дерново-подзолистых суглинистых почв оптимальная весовая влажность составляет 15...22%, для черноземов -

17... 30%.

Пахотный слой считается рыхлым, если плотность не превышает 1,15 г/см3, плотным - 1,15... 1,35 и очень плотным - выше 1,35 г/см .

Глыбистая структура - комки более 10 мм, макроструктура - от 0,25 до 10 мм, микроструктура - менее 0,25. В свою очередь глыбистая структура подразделяется на крупноглыбистую - более 100 мм и мелкоглыбистую - с фракциями 100.. .50 и 50... 10 мм; макроструктура: на крупнокомковатую - от 10 до 3 мм, среднекомковатую - от 3 до 1 мм и мелкокомковатую - от 1 до 0,25 мм; микроструктура: на грубую - 0,25...0,01 мм и тонкую - менее 0,01

мм.

С точки зрения агротехнических требований ценной считается мелкокомковатая и зернистая структура с пористыми агрегатами размером 0,25... 10 мм, а для дерново-подзолистых почв-0,5...5 мм [42].

Возрастающее вовлечение почв в сельскохозяйственное использование вызывает ряд негативных процессов, приводящих к их деградации [130]. Кроме этого, положение ещё больше усугубляется применением тяжёлой техники и различных почвообрабатывающих орудий [6].

Рассматривая деформационные свойства почвы целесообразно выделить иерархические уровни, различающиеся по характеру внутренних и внешних связей: макроуровень, к которому относится вся область распространения напряжений, возникающих при действии внешних нагрузок; уровень почвенных агрегатов; уровень коллоидных и других почвенных частиц. Дискретность и иерархичность почвенной структуры определяют трансформацию напряженного состояния при переходе от верхних к нижним уровням структуры. Например, при нулевом значении девиатора напряжений на макроуровне он не равен нулю на следующих уровнях, что и определяет возможность пластического изменения формы почвенных агрегатов. Законе-

и

мерности, определяющие кинетику деформаций на каждом уровне, выступают затем в обобщенном виде в качестве закономерностей, определяющих равновесие и кинетику на следующем, более высоком уровне. Так закономерности относительного смещения отдельных коллоидных частиц под действием совокупности внешних сил и внутренних поверхностных сил трансформируются в закономерности деформации почвенных агрегатов; затем последние - в закономерности деформации почвы как "сплошной" среды на

макроскопическом уровне.

Плотность естественного сложения почвы является интегральным фактором множества процессов, различных по своей природе (антропогенные, живой и неживой природы и пр.), механизму действия (механические, физические, химические, биолог�