автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности технологии удаления древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах применением универсального кустореза

005005857

На правах рукописи

Хальметов Азат Ахметович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ УДАЛЕНИЯ ДРЕВЕСНО-КУСТАРНИКОВОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ ПРИМЕНЕНИЕМ УНИВЕРСАЛЬНОГО КУСТОРЕЗА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ЯНВ ¿012

Саратов 2011

005005857

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Абдразаков Фярид Кинжаевич Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бойков Василий Михайлович кандидат технических наук, старший научный сотрудник Матюшин Петр Алексеевич

Ведущая организация - федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации».

Защита диссертации состоится 27 января 2012 г. в 12 — на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.061.03 при ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ».

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1, ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан /^декабря 2011 г. и размещен на сайте Минобрнауки РФ.

Ученый секретарь у-ч |

диссертационного совета -*-0Н.П.Волосевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время наблюдается усиление деградации сельскохозяйственных земель, поэтому важнейшее место в системе мероприятий по снижению экологической напряженности в сельском хозяйстве отводится орошению и защитному лесоразведению.

Проект Федеральной целевой программы «Развитие мелиорации сельскохозяйственных земель России на период до 2020 года» предполагает два этапа. На первом (2012-2016 гг.) планируется восстановить и реконструировать те оросительные и осушительные системы, которые были созданы еще во времена СССР. На втором этапе (2017-2020 гг.) реконструкция продолжится, но одновременно начнется строительство новых гидротехнических сооружений и мелиоративных систем за счет внедрения инноваций и современной техники.

В связи с этим назрела необходимость проведения ремонта и реконструкции оросительных систем, поддержания в работоспособном состоянии всех элементов оросительной системы, включая каналы, защитные лесные полосы и другие сооружения, что является актуальной задачей. Важнейшее мероприятие при этом - очистка каналов от древесно-кустарниковой растительности. Данная растительность, распространенная на бермах и откосах каналов, повреждает облицовку, затрудняет доступ каналоочистительных машин.

Орошение устраняет лишь почвенную засуху и не полностью защищает сельскохозяйственные культуры от атмосферной засухи. При суховеях даже с достаточной влажностью почвы недобор урожая достигает 18-30 %. Поэтому основными эксплуатационными сооружениями по протяженности и важности являются лесные полосы вдоль оросительных и сбросных каналов и на других участках орошаемых земель. Они сокращают испарение воды из оросительной сети, уменьшают испарение влаги с полей, понижают уровень грунтовых вод, ослабляют процессы вторичного засоления почвы, защищают от суховеев и сильных ветров сельскохозяйственные культуры и повышают их урожайность. Наряду с

этим назрела необходимость проведения рубок ухода и реконструкции ныне действующих лесных полос. Многие защитные лесные полосы заросли кустарником, мелколесьем и нежелательной малопродуктивной древесной растительностью, не выполняющими своих защитных функций в насаждениях. Поэтому необходимо проведение комплекса лесоэксплуатационных работ в защитных лесных полосах, в первую очередь рубок ухода.

Необходимо отметить, что в настоящее время практически отсутствуют комплексные технологии и эффективные технические средства для выполнения работ по проведению рубок ухода и удалению нежелательной древесной растительности на оросительных системах.

Таким образом, актуальной проблемой на мелиоративных системах являются разработка и внедрение новых комплексных технологий и эффективных технических средств для удаления древесной растительности с берм и откосов канала, а также проведение рубок ухода в защитных лесополосах.

Решение данной проблемы позволит качественно и своевременно проводить вышеперечисленные работы на оросительных системах и повысить их эффективность, что обеспечит сохранение влаги и повышение урожайности сельскохозяйственных культур на полях.

Цель исследования - повышение производительности удаления древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах за счет применения универсального кустореза.

Объект исследования - технологический процесс удаления древесной растительности на оросительных системах с помощью кустореза.

Предмет исследования - закономерности технологического процесса работы универсального кустореза.

Методика исследования предусматривала проведение теоретических исследований и подтверждение результатов экспериментальными исследованиями, которые были проведены на опытном образце кустореза с манипулятором. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений и методов классической механики и матема-

тики. Обработку результатов измерений производили методом математической статистики с применением ЭВМ, прикладных программ MathCAD 13, Statistica, Excel.

Научная новизна. Усовершенствована технология удаления нежелательной древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах, позволяющая снизить затраты труда и себестоимость работ. Теоретически и экспериментально обоснована конструктивно-технологическая схема усовершенствованного кустореза с клещевым захватом, способствующая улучшению технико-экономических и эксплуатационных показателей агрегата. Новизна конструкции кустореза подгвер-ждена патентом РФ на полезную модель № 84666.

Научные положения, выносимые на защиту:

• усовершенствованная технология удаления древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах;

• конструктивные и технологические параметры нового кустореза;

• аналитические выражения для определения производительности кустореза.

Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. Исследования по теме диссертации выполнены в ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» в 2007-2011 гг. согласно комплексной теме № 7 СГАУ им. Н.И. Вавилова «Повышение эффективности использования мелиорируемых земель и обеспечение реконструкции оросительно-обводнительных систем», входящей в государственную комплексную программу «Повышение плодородия почв России», Межведомственную координационную программу фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса РФ на 2006-2010 гг., задание 111.01 «Разработать технологические и технические мелиоративные комплексы, обеспечивающие наиболее полную реализацию биоклиматического потенциала продуктивности почв сельскохозяйственных земель и их защиту от деградации».

Результаты исследований использованы при создании новых образцов кусторезов, которые были испытаны и внедрены в Энгельсском филиале ФГБУ «Управление «Саратовмелио-

водхоз» для удаления древесно-кустарниковой растительности с берм и откосов оросительных каналов и в полезащитных лесных полосах, а также в ОГУП «Павловский лесхоз» Ульяновской области для проведения рубок ухода за полезащитными лесными полосами.

Апробация. Основные положения диссертации были доложены на научных конференциях ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» (2007-2011 гг.); III Международной научно-практической конференции «Эколого-технологические аспекты лесного хозяйства в степи и лесостепи» (Саратов, 2009); на Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Минсельхоза РФ Приволжского федерального округа (Казань, 2009); П Международной научно-практической конференции «Основы рационального природопользования» (Саратов, 2009); Международной научно-практической конференции «Инновации, наука и образование XXI века» (Саратов, 2010); конференции «Инновации в машиностроении» (Саратов, 2010); конференции «Энергетика. Энергоэффективность» (Саратов, 2010); Международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения - 2010»; VI Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (2011). По результатам работы автор (в составе сотрудников кафедры «Организация и управление инженерными работами») награжден двумя бронзовыми медалями и двумя дипломами на Всероссийской агропромышленной выставке «Золотая осень» (Москва, 2009-2010 гг.); серебряной медалью и дипломом второй степени на VI Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, из них 3 - в гаданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Получен патент РФ на полезную модель № 84666. Общий объем публикаций - 3,3 печ. л., из них лично соискателя - 2,2 печ. л.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего в себя 135 наименований (из них 3 - на иностранных языках) и приложений. Основной текст изложен на 137 страницах машинописного текста, содержит 62 рисунка и 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, приведены ее цель, объект и предмет исследований, основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» проведен анализ мелиоративного комплекса Саратовской области, выявлена высокая степень засоренности оросительных систем, обоснована актуальность осуществления комплекса эксплуатационно-ремонтных работ. Представлен анализ существующих технологий удаления древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах, отмечены их преимущества и недостатки. Приведены характеристика и классификация технических средств для удаления дре-весно-кустарниковой растительности на оросительных каналах и проведения рубок ухода за защитными лесными полосами на орошаемых землях.

Значительный вклад в изучение данной проблемы внесли Д.К. Бабенко, М.Н. Багров, Л.И. Бадаев, В.М. Донской, А.Л. Иванов, К.Н. Кулик, Е.С. Павловский, Б.Б. Шумаков, Ф.К. Абдразаков, Д.А. Соловьев и др.

Исходя из результатов анализа и в соответствии с поставленной целью в работе предусмотрено решение следующих задач:

• провести анализ состояния оросительных систем, существующих технологий и технических средств для удаления нежелательной древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах;

• усовершенствовать технологию удаления древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах, разработать конструктивно-технологическую схему универсального кустореза, определить основные параметры рабочего органа;

• провести экспериментальные исследования предлагаемой технологии удаления древесно-кустарниковой растительности, выполняемой усовершенствованным универсальным кусторезом, и определить производительность;

• рассчитать экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии удаления древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах.

7

Во второй главе «Теоретическое обоснование эффективной технологии удаления древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах и исследования универсального кустореза» представлена оросительная система, включающая в себя комплекс взаимодействующих гидротехнических эксплуатационных сооружений и технических средств для гидромелиорации земель (рис. 1).

«

-------------------Д.-------------тД;------,

/П 111 11 |Ч 111 I )м\ | 111111у 11\| I

т €

и

-Ш

0 ¥

ТХ

-У4

ш

ф ш ^

# а с ф

щ

К

Рисунок 1 - Элементы оросительной системы: 1 - водозаборное сооружение; 2 - магистральный канал;

3 - распределительный и межхозяйственный каналы;

4 - хозяйственные каналы; 5 - участковые каналы-распределители;

6 - сооружения на сети; 7 - защитные лесополосы; 8 - хозяйственные дороги; 9 - линии электроснабжения и связи

В настоящее время из-за ненадлежащего и несвоевременного ухода за защитными лесными полосами произошло зарастание как самих лесных полос, так и оросительных каналов. Это приводит к повреждению облицовки плит, препятствует перемещению канало-очистительных машин и в конечном итоге сказывается на качестве и уровне воды, подаваемой на орошаемые поля.

В связи с этим нами усовершенствованы две технологии - одна по удалению древесно-кустарниковой растительности с ороси-

тельных каналов, другая - для проведения рубок ухода за полезащитными лесными полосами на оросительных системах.

Существующая технология (рис. 2) удаления древесно-кустарниковой растительности с оросительных каналов требует использования дополнительной техники либо маломеханизированного ручного труда. Вследствие этого увеличивается трудоемкость и уменьшается производительность рабочего процесса. В известной технологии срезанную древесную растительность из русла канала извлекают вручную с применением различных лебедок, что увеличивает трудоемкость и снижает эффективность работ.

Срезание древесно-кустарниковой растительности

Применение кусторезов с рабочим | оборудованием активного или I пассивного действия

(Извлечение срезанной древес-1 1 ной растительности из русла [ I канала

С*» 1тЧ-|-|"Г тшяЛ «пи ига шпт4 |

I Использование ручного труда и средств малой механизации в ш вш тащ

Удаление срезанной древесно-кустарниковой растительности

1 Сгребание бульдозерами, погрузка ш |в транспортные средства и вывоз

Срезание и извлечение спиленной древесно-кустарниковой растительности из русла канала

Кусторез КН-ЗМГ с активным я рабочим органом и клещевым I I захватом _

т - - ^

Утилизация древесно-кустарниковой растительности

IТ^бор, погрузка и вывоз для даль- | | нейшей переработки | | (подборщики, погрузчик, автомобили) ^

Обработка пней

I Использование арборицидов, | машин, воздействующих на пни

]

1

Обработка пней

Использование опрыскивателей с арборицидами

огнем ти током

Рисунок 2 -Технологии удаления древесно-кустарниковой растительности на каналах: а - существующая; б - предлагаемая; I I - технологические операции;!,____I - используемые инструменты, машины и орудия

9

Нами предлагается технология, которая подразумевает совмещение двух операций - срезание древесно-кустарниковой растительности и извлечение ее из русла канала. Таким образом сокращается время проведения работ.

В результате проведенного научного поиска была усовершенствована технологическая схема удаления древесно-кустарниковой растительности на каналах с применением универсального кустореза КН-ЗМГ с клещевым захватом (рис. 3).

Рисунок 3 - Технологическая схема работы предлагаемого кустореза при работе на оросительных каналах: а - срезание древесно-кустарниковой растительности на бермах канала; б - подбор срезанных древесных остатков на берме; в - срезание древесно-кустарниковой растительности на откосах канала; г - извлечение срезанных древесных остатков из русла канала;

1 - трактор; 2 - кусторез с клещевым захватом;

3 - древесная растительность

Для проведения рубок ухода за полезащитными лесными полосами на оросительных системах традиционно применяется технология, представленная на рис. 4.

Существующие технологии рубок ухода в лесокультурах базируются в основном на ручном труде, вследствие чего увеличивается трудоемкость и уменьшается производительность труда.

Предлагаемая усовершенствованная технология (рис. 5) проведения рубок ухода за полезащитными лесными полосами по сравнению с существующей исключает применение маломеханизированного ручного труда и энергоемких машин, а также сокращает количество технологических операций. Мы

10

объединили операцию по вырубке пневой поросли и кустарников с операцией по выборочному удалению деревьев, а также заменили операции раскорчевки и вычесывания корней на применение арборицидов (пиклорама-раундап).

разбивка полос на рабочие Вырубка пневой по росли и

отрезки, ограниченные корневых обысков, а также

разрьэаии-вслокаки кустарников, назначаемых к

вручную

ручные инструменты, тошр.

ручная выноска кии

«Секэр-3»

хвороста, и хиыза из якжяурядий ПКУ-0,8 '

выборочное удокнне деревьев, | отнес енных к 3 категории I

8 обрезка нижних боковых ветвей у оставленных деревьев., с последующей выноской хмыза из междурядий

обрубка ветвей и рас^яжёвка стволов деревьев на складе

Тогор, бекзопюш 1 «Дружба-4», «Урап-2» \ ручные инструмента. СП-2 на 1 агрегате ПАВ-8; ОВ-1; МКО-3 |

обрубка ветвей к раскряжёвка ст&апов у спиленных деревьев з междурядьях шириной менее 3,0 м, с тследующей выноской стволовой части и хвороста

.. „ З^'егк^лесшх пшюс______

: ~ ручные гаструменть:, бензопилы

ручные икггруигн1Ы, *

бензопилы: «Дружба-4>, >

«Урал-2», «Тайт£-21^ ^

15

трелевка опиленных деревьев без предварительной разработки (при ширине междурядий 3 ми более) ""ТПР-и^о/кштра^"

штабелевка и обмер | ликвидной древесины

10 И 12

вывозка хвороста и хмыза раскорчевка (выпахивание) пней вычёсывание корней

к?,тестам использования кустарников, подлежащих кустарников, сбор к вывозка

или сжигания —► уничтожению, при посадке их юс з а пределы лес ных поло с

ГОСУ-0.8 чисты?® рядами

КБП-2

Рисунок 4 - Существующая технология проведения руоок ухода за лесными полезащитными полосами на оросительных системах:

I I - технологические операции; ______¡-используемые

инструменты, машины и орудия

разбивка полос на рабочие отрезки, ограниченные р азрыв амн-в олокакш

вручную

пневой поросли, корневых отпрысков и кустарников, назначаемые к удалению, а также выборочное удаление деревьев

Кусторез с гидравлическим приводом

I

механизированная вывозка хвороста и хмыза из междурядий

обрезка нижних боковых ветвей у оставленных деревьев, с последующей выноской хмыза и; междурядий

ОВ-1,ОШ-4,5 .........

трелевке ощшеннт деревьев без предв зрительной ралработ:ш{при ширине междурядий 3 ми более)

| Кустсоез^с клещеььшза^вагом _

обрубка ветвей и раскряжевка стволов деревьев на складе 8 9

цггабелевка и обмер ликвидной древесины вывозка хвороста и хмыза к местам использования или

Топор, бензопилы «Дружба-4», «У^ал-З» вр-.-чиую \ ПКУ-0,8

Обработка пней I ОРР-!, ОМР-2 •

Рисунок 5 - Предлагаемая технология проведения рубок ухода за лесными полезащитными полосами на оросительных системах:

1 1 - технологические операции; ____1 - используемые

инструменты, машины и орудия

Данная технология экономически целесообразна, т. к. при ней задействовано меньше рабочей силы, машин и механизмов; кроме того, сокращено количество операций для выполнения рубок ухода.

Схемы движения кустореза с гидравлическим приводом в лесной полосе представлены на рис. 6.

Рисунок 6 - Схемы движения кустореза с манипулятором в лесной полосе: а - выборочное спиливание деревьев; б - подтрелевка спиленного дерева в междурядье лесной полосы при помощи манипулятора

Одной из наиболее трудоемкой и важной операцией в технологии является удаление древесно-кустарниковой растительности. Нами предлагается конструкция универсального кустореза КН-ЗМГ с клещевым захватом, который навешивают на экскаватор ЭО-2621 (рис. 7).

Рисунок 7 - Кусторез с гидравлическим приводом и клещевым захватом, выполненный в виде сменного рабочего оборудования на экскаватор ЭО-2621 : I - гацромотор; 2 — подшипниковый блок; 3 - дисковая пила; 4,5- основная и вспомогательная рамы; 6-опорная

лыжа; 7 - съемная опорная плита; 8 - вспомогательный гадроцшшндр; 9-элемент крепления; 10-поворотные рычаги; 11 - клещи захватов; 12 - подпружиненные толкатели; 13-экскаваторное оборудование;

14-трактор

Предлагаемая конструкция позволяет срезать древесно-кустарниковую растительность диаметром до 0,25 м с берм и откосов каналов, проводить рубки ухода за лесополосами, а также осуществлять подтрелевку срезанной древесной растительности за счет клещевого захвата.

Используя расчетную схему (рис. 8), определили необходимое усилие Т7 для перемещения дерева и силу трения для удержания ствола дерева захватным устройством в полуподвешенном положении в процессе подтрелевки.

Рисунок 8 - Схема для определения усилий при подтрелевке дерева: .Рв - вертикальная сила, поднимающая комлевую часть дерева, Н; Рп - сила гидроцилиндра, Н; - сила трения дерева о клещевой захват, Н; Ра - сила нормального давления со стороны рычага на боковую поверхность дерева, Н; |3 - угол обхвата ствола дерева, град.; Ртяг-сила, перемещающая дерево в горизонтальной плоскости, Н; Р^ п - сила трения волочащейся части дерева по поверхности земли, Н; О - сила тяжести дерева, Н; к - высота подъема комля дерева, м; Ь - длина дерева, м; 1Х - расстояние от вершины до центра тяжести дерева, м; ¿л.' - длина поднятой части дерева, м; а - угол наклона оси дерева к поверхности пути, град.

Рассматривая дерево как упругое деформированное тело, имеющее изгибную жесткость, на основании принципа независимости действия сил высота подъема И:

й =

24 Е1

(1)

кр

где £ - модуль упругости дерева, Н/м2; / - момент инерции хлыста, м4.

Силу сопротивления перемещению дерева по поверхности почвы определим по уравнению:

' / "I

1—Г- /„сова, (2)

где /п - коэффициент сопротивления перемещения дерева по поверхности земли.

В работе Г.Н. Петруша выведена формула для определения усилия перемещения хлыста. Так как мы осуществляем перемещение дерева, необходимо ввести в расчет коэффициент к^, учитывающий массу кроны (ккр = 1,1... 1,3), который определен на основании методики Л.В. Кортяева. С учетом этого формула для перемещения дерева силой Р примет вид:

р

48

(1 + ^)2

/ПА

<7*4,-'

рк^шЛ Ъ,

V

2 и/ (

К1

+ 2

+

48

О + К?

К2

+ 2

(3)

ув

где р - объемный вес древесины, Н/м3; с! - диаметр дерева в комлевой части, м; к - высота подъема комля, коэффи-

циент, учитывающий увеличение ЬхпР; К - параметр положения и размеров хлыста:

1 + тйЬ'х

где то - величина, зависящая от геометрических размеров хлыста, т0 = I - сбег хлыста; с/0 - диаметр комля дерева, м.

Вследствие симметрии клещей захватного устройства достаточно определить параметры одного из них. Сила трения при

удержании ствола дерева захватным устройством, благодаря запирающему действию клещей:

р =с 5ш(а + (3) - / совСа + Р) ,, , * 8ш2ф + а) + 2/со8(Р + а)

(4)

где/- коэффициент трения дерева о зажимные рычаги; к - коэффициент надежности.

Результаты расчета силы трения при удержании ствола дерева клещевым захва- ^ том при перемещении т|'5 максимального веса груза (дерева) 3 кН показали, что максимальных значений она достигает при диаметре ствола 0,25 м и составляет 4,11 кН (рис. 9).

Производительность кустореза (Пч, га) при различных режимах работы определяется следующим образом.

Для режима, когда работа кустореза осуществляется без захватного устройства, т. е. машина останавливается и срез выполняется подачей пильного рабочего органа, производительность рассчитывают по формуле:

Рисунок 9 - Зависимость силы трения клещевого захвата при удержании от диаметра ствола дерева

П„ =

0,36£, (В + Ьс)кэфисп Ьг

(5)

где В - конструктивная ширина захвата, равная диаметру пилы, м; ¿с - длина стрелы, м; ¿эф ИСП - коэффициент эффективного использования пилы; Ьг - длина гона, м; к, - коэффициент использования времени; - время работы кустореза при движении от одного крупного ствола к другому, с; /в1 и !в2 - время, затрачиваемое на включение и выключение рычагов, с; /Р2 -

время срезания одного или нескольких крупных стволов подачей рабочего оборудования после остановки машины, с; ¿х -время обратного хода рабочего оборудования, с; ик с - количество остановок кустореза при срезании крупных стволов.

Для режима, когда рабочий орган кустореза с клещевым захватом навешивают на экскаваторное оборудование для срезания и подтрелевки срезанного дерева, уточненная формула имеет вид:

п о,зб мд+гОЕэф.нсА (6)

где ¿1- время наведения пильного рабочего органа на дерево, с; /2 -время срезания одного или нескольких стволов, с; /3 - время поворота рабочего органа для подтрелевки, с; и — время наведения захватного устройства на спиленное дерево, с, /4 ~ время зажима дерева, с; 4 - время подъема и подтрелевки дерева к месту укладки, с; время разжима, с, /7 ~ /5; /8 - время, затрачиваемое на переход к следующему дереву, с.

В результате расчета получена зависимость производительности кустореза на оросительной системе от количества стволов древесно-кустарниковой растительности диаметром в плоскости среза от 0,1 до 0,25 м на 100 м2 (рис.10).

Пч,га 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0

0 5 10 15 20 25 30 ,

п/100м

Рисунок 10-Зависимость производительности кустореза КН-ЗМГ от количества стволов древесно-кустарниковой растительности диаметром 0,1-0,25 м на оросительной системе

В третьей главе «Программа и методика проведения экспериментальных и полевых исследований» приведены программы и методики определения размерных характеристик древесно-кустарниковой растительности, распространенной на оросительных системах, экспериментальных исследований процесса захвата и подтаскивания древесно-кустарниковой растительности манипулятором, а также производственных испытаний кустореза.

Полевые исследования включали в себя определение густоты стояния, возраста, формы кроны, наиболее распространенных видов древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах, размерных характеристик, необходимых для выбора и определения параметров рабочего органа (диаметр в плоскости срезания, высота, масса дерева).

Экспериментальные исследования проводились на опытном образце, базой для которого послужил экскаватор ЭО-2621В на тракторе ЮМЗ-6КЛ (рис. 11). Это позволило избежать моделирования при изучении поставленных задач и получить данные, которые можно использовать при проектировании.

б

Рисунок 11 - Экспериментальный кусторез с клещевым захватом: а - экспериментальная установка; б - производственные испытания:

1 - трактор; 2 - экскаваторное оборудование; 3 - кусторез с гидравлическим приводом; 4 - гидроцилиндр клещевого захвата;

5 - системный блок

Фиксацию параметров осуществляли информационно-измерительной системой, включающей в себя персональный компьютер, плату аналого-цифрового преобразователя Ь-154, потен-циометрические датчики давления ДМП-100, датчик линейных и

угловых перемещений ВТ 714, акселерометр пьезоэлектрический ВС 111, мерную вилку, высотомер, секундомер и рулетку.

Экспериментальные полевые исследования проводили на оросительных системах ФГБУ «Управление «Саратовмелио-водхоз», в ОГУП «Павловский лесхоз» Ульяновской области.

В четвертой главе «Результаты полевых и экспериментальных исследований» представлены результаты экспериментальных и полевых исследований и дан их анализ. Согласно полевым исследованиям, проведенным на оросительных системах ФГБУ «Саратовмелиоводхоз», наиболее часто встречающимися являются средний кустарник и мелколесье гнездового типа. Это, как правило, лох узколистый, вяз приземистый, береза бородавчатая, смородина золотая, клен, тополь. Плотность стояния различных видов древесно-кустарниковой растительности на бермах и откосах оросительных каналов в среднем составила 31136 шт./га. Согласно программе были проведены исследования гидропривода по определению величины силы трения при удержании захватным устройством от диаметра ствола дерева.

Закономерность изменения (рис. 12) полученных экспериментальных и расчетных зависимостей силы трения при удержании клещевым захватом от диаметра дерева согласуется с доверительной вероятностью 0,95 и описывается выражением:

^ =0,9107 еьм. (7)

Значения постоянных коэффициентов получены методом наименьших квадратов.

И2 = 0,9687 1

0,1 0,15 0,2 0,25

с1,м

Рисунок 12 - Зависимость силы трения клещевого захвата при удержании от диаметра ствола дерева: экспериментальная кривая;.............................- теоретическая кривая

Экспериментальные испытания, проведенные на оросительных системах, позволили хронометражом определить производительность универсального кустореза при удалении дре-весно-кустарниковой растительности, сходимую с расчетной вероятностью 95 % (рис. 13).

Пч,га 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0

Рисунок 13 - Зависимость производительности кустореза КН-ЗМГ от количества стволов древесно-кустарниковой растительности диаметром 0,1-0,25 м на оросительной системе: » - теоретическая кривая; ш^п - экспериментальная кривая

Выражение, описывающее данную зависимость, можно представить в следующем виде:

Пч =0,212и-0'9. (8)

Предлагаемый универсальный кусторез КН-ЗМГ с манипулятором позволяет срезать древесно-кустарниковую растительность с берм и откосов каналов, а также осуществлять извлечение срезанной древесной растительности из русла канала. Это дает возможность объединить две операции и повысить производительность работ на 18-20 % по сравнению с кусторезом МК-1 и маломеханизированным ручным трудом (рис. 14).

Уравнения, описывающие зависимости, можно представить в следующем виде:

• для кустореза КН-ЗМГ с манипулятором:

Пч = 0,212 о-0'9; (9)

• для кустореза МК-1:

Пч =0,1456и~°'86.

Пч,га

0 5 10 15 20 25 30 ,

п/100м

Рисунок 14 - Зависимость производительности кусторезов КН-ЗМГ и МК-1 на каналах от количества стволов древесно-кустарниковой растительности диаметром 0,1-0,25 м: - кусторез КН-ЗМГ (СГАУ) с манипулятором; ф - кусторез МК-1

В ходе производственных испытаний кустореза КН-ЗМГ для проведения рубок ухода за полезащитными лесными полосами на оросительных системах установлено, что производительность предлагаемого кустореза с клещевым захватом выше на 13-15 %.

Производительность напрямую зависит от количества выполненных операций рабочего цикла, о чем свидетельствуют графики зависимостей, представленные на рис. 15.

Полученные результаты можно описать уравнениями:

• для КН-ЗМГ (СГАУ):

Пч =0,1987«~°'89; (11)

• для бензопилы и трелевочного устройства УТБ-0,8:

Пч = 0,2133л'1. (12)

Пч,га 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0

Рисунок 15 - Зависимость производительности кустореза КН-ЗМГ, бензопилы «Урал-2» и трелевочного устройства УТБ-0,8 в лесной полосе от количества срезанных стволов древесно-кустарниковой растительности диаметром 0,1-0,25 м: ♦ - кусторез КН-ЗМГ (СГАУ) с манипулятором; и. А и. - бензопила и трелевочное устройство УТБ-0,8

В результате сравнения зависимостей можно заключить, что производительность предлагаемого универсального кустореза КН-ЗМГ (СГАУ) на 16-18 % выше по сравнению с традиционными машинами и механизмами, применяемыми на оросительных системах. С увеличением количества крупных стволов производительность снижается, что характеризуется большими затратами времени на разгон, торможение и подтрелевку.

В пятой главе «Внедрение результатов исследований и их экономическая эффективность» приведена методика расчета технико-экономических показателей усовершенствованного кустореза КН-ЗМГ с манипулятором, а также результаты его экономической оценки в сравнении с кусторезом МК-1 и машинами и механизмами, применяемыми для рубок ухода за полезащитными лесными полосами.

Годовой экономический эффект от внедрения КН-ЗМГ на оросительных системах составил 130127 руб., или 7700 руб. на 1 га. Срок окупаемости капиталовложений - 0,9 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате анализа состояния оросительных систем, существующих технологий и технических средств для удаления нежелательной древесно-кустарниковой растительности уста-

21

новлено, что спиленную древесную растительность из русла канала извлекают вручную с применением различных приспособлений и лебедок, а в полезащитных лесных полосах используют маломеханизированный ручной труд с применением бензопил и энергоемкие машины для корчевания пней и вычесывания корней, что увеличивает трудоемкость и снижает эффективность удаления древесной растительности.

2. Теоретически обоснована и усовершенствована технология удаления древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах, которая совмещает процессы ее срезания и извлечения. Это позволяет повысить коэффициент механизации труда на 23 % и снизить трудозатраты на 35,5 %.

3. Разработана и внедрена в производство усовершенствованная конструкция универсального кустореза с клещевым захватом, защищенная патентом РФ на полезную модель № 84666. Определены основные конструктивные параметры захвата: ширина в сомкнутом состоянии - 0,2 м; максимальное раскрытие его челюстей - 0,4 м; высота захватного устройства в сомкнутом состоянии - 0,35 м. Получена аналитическая формула для расчета производительности кустореза.

4. Экспериментальные исследования усовершенствованной технологии удаления древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах, выполняемой универсальным кусторезом с клещевым захватом, показали, что часовая производительность составляет 0,075 га. Это выше базовой на 16 %. Для зажима ствола диаметром от 8 до 15 см рекомендуется устанавливать на клещевой захват гребенки.

5. Экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии удаления древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах составил 251835 руб., а срок окупаемости универсального кустореза КН-ЗМГ - 0,9 года.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК

1. Хачыиетов, А. А. Гидравлический кусторез с манипулятором для рубок ухода за лесными полосами / Ф. К. Абдразаков, А. А. Хальметов // Вестник

Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2010. - № 10. -С. 51-56 (0,63/0,32 печ. л.).

2. Хальметов, А. А. Многофункциональный кусторез с манипулятором для ухода за лесополосами / Ф. К. Абдразаков, А. А. Хальметов // Механизация строительства.-2011.-№ 1.-С. 19-21 (0,6/0,3 печ. л.).

3. Хальметов, А. А. Исследование динамических нагрузок гидравлического кустореза с манипулятором / Ф. К. Абдразаков, А. А. Хальметов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2011. - № 2. - С. 27-31 (0,52/0,26 печ. л.).

В описаниях патентов

4. Кусторез : Патент на полезную модель 84666 РФ : МПК А 01 в 23/02 / Абдразаков Ф. К., Бахтиев Р. Н., Хальметов А. А., Соловьев Д. А.; заявитель и патентооблодатель ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»; № 2009108920/22; заявл. 10.03.2009 ; опубл. 20.07.2009, Бюл. № 20. - 11 с.

В других изданиях

5. Хальметов, А. А. Анализ технологий и технических средств, применяемых для рубок ухода / А. А. Хальметов // Молодые ученые - агропромышленному комплексу Поволжского региона : сб. науч. работ / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2009. - Вып. 6. - С. 217-220 (0,2 печ. л.).

6. Хапьметов, А А. Механизация рубок ухода в полезащитных лесных полосах. Проблемы и перспективы / А. А Хальметов // Молодые ученые - агропромышленному комплексу Поволжского региона : сб. науч. работ / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2009. - Вып. 6. - С. 220-225 (03 печ. л.).

7. Хальметов, А. А. Усовершенствованная технология проведения рубок ухода за полезащитными лесными полосами / А. А. Хальметов // Эколого-технологические аспекты лесного хозяйства в степи и лесостепи : материалы III Междунар. науч.-практ. конф. ; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2009.-С. 58-63(0,3 печ. л.).

8. Хальметов, А. А. Новая конструкция гидравлического кустореза для выборочного удаления древесно-кустарниковой растительности / Ф. К. Абдразаков, А. А. Хальметов // Основы рационального природопользования : материалы Междунар. науч.-практ. конф. ; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -Саратов, 2009. - С. 286-290 (0,25/0,13 печ. л.).

9. Хальметов, А. А. Исследование статической нагруженное™ кустореза с манипулятором / А. А. Хальметов // Инновации, наука и образование XXI века : материалы Междунар. науч.-практ. конф. ; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -Саратов, 2010.-С. 82-85 (0,18 печ. л.).

10. Хапьметов, А. А. Оценка прочности и долговечности конструкции манипулятора с кусторезом при динамических нагрузках / Ф. К. Абдразаков, А. А Хальметов//Научное обозрение.-2010.-№ 5. - С. 65-67(0,2/0,1 печ. л.).

11 .Хапьметов, А. А. Аналитическое исследование колебаний стрелы манипулятора с кусторезом, как упругой системы / А. А. Хальметов // Вавиловские чтения - 2010 : материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2010. - С. 377-379 (0,12 печ. л.).

О ?

Подписано в печать 16.12.11 Формат 60x84 1/16

Печ. л. 1,0 Тираж 100 Заказ 640/577

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» 410012, Саратов, Театральная пл., 1

61 12-5/1237

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н.И. ВАВИЛОВА

На правах рукописи .....*?/

(

Хальметов Азат Ахметович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ УДАЛЕНИЯ ДРЕВЕСНО-КУСТАРНИКОВОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ ПРИМЕНЕНИЕМ УНИВЕРСАЛЬНОГО КУСТОРЕЗА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Абдразаков Фярид Кинжаевич

Саратов 2011

2.3 Обоснование усовершенствованной, предлагаемой конструкции кустореза для проведения уходов за оросительными системами

17

25

25

28

Содержание

Введение 6

1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования 8

1.1 Состояние мелиоративных систем Саратовской области 8

1.2 Классификация оросительных каналов и лесополос и их характеристика

1.3 Существующие технологии проведения эксплутационных и лесоводственных мероприятий на оросительных системах

1.3.1 Анализ существующих технологий для проведения эксплуатационных работ на оросительных каналах

1.3.2 Существующая технология проведения лесоводственного ухода за полезащитными лесными полосами, как элемента оросительной системы

1.4 Машины и технические средства для срезания древесной растительности на оросительных системах

1.5 Классификация машин для срезания древесно-кустарниковой растительности

1.6 Выводы 39

1.7 Цель и задачи исследования

2. Теоретическое обоснование эффективной технологии удаления древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах и исследования универсального кустореза

2.1 Предлагаемая технология удаления древесно-кустарниковой растительности с оросительных каналов

2.2 Усовершенствованная технология и средства механизации рубок ухода за полезащитными лесными полосами на орошаемых землях

37

41

42

42

43

53

54

54

58

59

2.4 Технологический процесс работы кустореза по уходу за оросительными системами

2.5 Основные теоретические параметры, характеризующие работу кустореза с манипулятором на экскаваторе ЭО - 2621

2.5.1 Основные теоретические параметры, характеризующие процесс резания древесины кустореза с дисковым рабочим органом

2.5.2 Исследования технологических и конструктивных параметров захватного устройства кустореза

2.5.3 Исследование статической работы гидроманипулятора 56

2.5.4 Расчет соединительных деталей стрелы манипулятора на срез и смятие

2.5.5 Определение устойчивости кустореза с клещевым захватом на опрокидывание

2.5.6 Кинематический анализ работы стрелы манипулятора 61

2.6 Исследование динамической нагрузки при работе гидроманипулятора кустореза

2.6.1 Исследование колебаний стрелы манипулятора, как упругой системы

2.7 Аналитические исследования процесса тракторной подтрелевки древесины

2.8 Производительность нового рабочего органа для удаления древесно-кустарниковой растительности

2.9 Выводы 81 3. Программа и методика полевых и экспериментальных исследований 82

3.1 Программа исследований 82

3.2 Методика проведения полевых исследований 83

3.3 Экспериментальная модель кустореза с клещевым захватом, выполненного в виде сменного рабочего органа на экскаватор ЭО-2621

3.4 Информационно-измерительная система, применяемая в экспериментальных исследованиях

63

70

72

77

84

89

90 93

3.5 Методика проведения исследований 89

3.5.1 Определение динамических характеристик в гидросистеме экскаваторного оборудования и гидропривода клещевого захвата

3.5.2 Определение производительности усовершенствованного гидравлического кустореза с манипулятором на оросительной системе

4. Результаты полевых и экспериментальных исследований

4.1 Лесоводственно-мелиоративная оценка состояния полезащитных лесных полос и зарастания оросительных каналов древесно-кустарниковой растительностью

4.2 Определение необходимого количества опытов

4.3 Исследование рабочих процессов в гидроприводе клещевого захвата

4.4 Исследование рабочих процессов экскаваторного оборудования с новым рабочим органом кусторез КН-ЗМГ

4.5 Результаты полевых испытаний и исследования работы опытного кустореза

4.6 Выводы 108

5. Внедрение результатов исследований и экономическая эффективность

5.1 Внедрение результатов разработок и исследований

5.2 Применение усовершенствованных технологий для проведения уходов за оросительными системами

5.3 Результаты внедрения нового кустореза КН-ЗМГ с манипулятором для удаления древесно-кустарниковой растительности с оросительных каналов и для рубок ухода за полезащитными лесными полосами на оросительных системах

5.4 Экономическая эффективность внедрения нового кустореза в

производство 113

93

98

99 101 102

109 109

109

10

5.4.1 Расчет стоимости изготовления кустореза

14

120

5.4.2 Расчет экономической эффективности внедрения нового кустореза

5.5 Мелиоративное влияние полезащитных полос на орошаемых землях на урожайность сельскохозяйственных культур Общие выводы 123

Список используемой литературы 124

Приложения 138

Введение

В настоящее время происходит усиление деградации сельскохозяйственных земель, поэтому важнейшее место в системе мероприятий по снижению экологической напряженности в сельском хозяйстве отводится орошению и защитному лесоразведению.

Проект Федеральной целевой программы «Развитие мелиорации сельскохозяйственных земель России на период до 2020 года» предполагает два этапа. На первом (2012-2016 гг.) планируется восстановить и реконструировать те оросительные и осушительные системы, которые были созданы еще во времена СССР. На втором этапе (2017-2020 гг.) реконструкция продолжится, но одновременно начнется строительство новых гидротехнических сооружений и мелиоративных систем за счет внедрения инноваций и современной техники.

В связи с этим, на современном этапе, назрела необходимость проведения ремонта и реконструкции оросительных систем, поддержание в работоспособном состоянии всех элементов оросительной системы включая каналы, защитные лесные полосы и другие сооружения, что является актуальной задачей. Важнейшим мероприятием при этом является очистка каналов от древесно-кустарниковой растительности. Данная растительность, распространенная на бермах и откосах каналов, повреждает облицовку, затрудняет доступ каналоочистительных машин. Кроме того, ежегодно опадающая листва и ветки увеличивают объем наносов и мусора, снижают качество воды [4, 6, 7, 8, 32].

Орошение устраняет лишь почвенную засуху и не полностью защищает сельскохозяйственные культуры от атмосферной засухи. При суховеях даже с достаточной влажностью почвы недобор урожая достигает 18-30 %. Поэтому основными эксплуатационными сооружениями по протяженности и важности являются лесные полосы вдоль оросительных и сбросных каналов и на других участках орошаемых земель [31, 32 ,95 ,100]. Они сокращают испарение воды из

оросительной сети, уменьшают испарение влаги с полей, понижают уровень грунтовых вод, ослабляют процессы вторичного засоления почвы, защищают от суховеев и сильных ветров сельскохозяйственные культуры и повышают их урожайность. Наряду с этим назрела необходимость проведения рубок ухода и реконструкции ныне действующих лесных полос. Многие защитные лесные полосы заросли кустарниками, мелколесьем и нежелательной малопродуктивной древесной растительностью, не выполняющими своих защитных свойств в насаждениях. Поэтому необходимо проведение комплекса лесоэксплуатационных работ в защитных лесных полосах, в первую очередь рубок ухода[24, 30 ,47].

Необходимо отметить, что в настоящее время практически отсутствуют комплексные технологии и эффективные технические средства для выполнения работ по проведению рубок ухода и удаления нежелательной древесной растительности на оросительных системах.

Таким образом, актуальными проблемой на мелиоротивных системах являются - разработка и внедрение новых комплексных технологий и эффективных технических средств для удаления нежелательной древесной растительности в защитных лесных полосах, с берм и откосов канала.

Решение данной проблемы позволит качественно и своевременно проводить вышеперечисленные работы на оросительных системах и повысить их эффективность, что обеспечит сохранение влаги и повышение урожайности сельскохозяйственных культур на полях. Поэтому тема диссертационной работы - «Повышение эффективности технологии удаления древесно-кустарниковой растительности на оросительных системах применением универсального кустореза» является актуальной.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Состояние мелиоративных систем Саратовской области

Саратовская область располагается в засушливой зоне и является зоной рискованного земледелия, поэтому без развития орошения здесь невозможно получать стабильные урожаи сельскохозяйственных культур. При этом климат Саратовской области континентальный, характеризующийся продолжительным и жарким летом, относительно короткой, но суровой зимой, иногда бесснежной. Температура наиболее теплого месяца 23,1 ...26,2°С, наиболее холодного -16...-20°С [45]. В лесостепной зоне сумма температур свыше 10°С достигает 2400...2600°С, в степной - 2500...2800, а в сухостепной - 2800.. .3000°С.

Главной проблемой Саратовского Заволжья является недостаточная влагообеспеченность земель. Среднегодовое количество атмосферных осадков в лесостепной зоне составляет 400...500 мм, за вегетационный период -260...300 мм. В степной зоне годовое количество осадков уменьшается до 350...400 мм (250...270 мм за вегетационный период), а в зоне сухих степей снижается до 250...300 мм (70...230 мм за вегетационный период). Очевидно, что такого количества атмосферных осадков явно недостаточно для эффективного земледелия. В сухие годы, когда количество осадков в вегетационный период резко уменьшается, урожайность сельскохозяйственных культур существенно снижается. При атмосферных засухах посевы зачастую полностью погибают [35, 54, 83]. В таких условиях эффективное ведение сельского хозяйства возможно только при орошении земель.

Устойчивое ведение сельскохозяйственного производства в климатических условиях Саратовской области возможно лишь при достаточном орошении земель. Однако, начиная с 1991 года, в Саратовской

области наметилась устойчивая тенденция сокращения поливных земель (Рис. 1.1.) [18, 19].

ПлощаЗь орошаемых земель, тыс.га

450

350 300 250 200 150 100 50 0

:

\ к \

- у \

I \ \

: \ ¡>_4 ,

;

: --А

I

Е 1

ГоАы

и~1 г-со оо сгч стч

со о

ач

по оч ач

ач ач

г- сг>

оч ОЧ

° сэ СМ гчд

Ц-| С—- сгч

сэ сэ о

а сэ сэ

Гч1 гм гм

Наличие орошаемых земель —±-ПлощаЗь полиВа с/х культур

Рисунок 1.1- Орошаемые земли Саратовской области

В середине 80-х годов, в период расцвета мелиорации, орошаемые земли составляли 481,4 тыс.га регулярного (6,8% пашни) и 61,7 тыс.га лиманного орошения. На орошаемых землях производилось до 20-22% продукции растениеводства, до 45% зеленых кормов, а в Заволжье до 80% кормов, 100%) овощей, 45% картофеля.

Начиная с 1987 г. происходит сокращение площади орошаемых земель, которое продолжается вплоть до 1996 г. Причиной сокращения орошаемых площадей и общего спада мелиоративного производства являются сложные экономические преобразования в России, связанные с переходом нашей страны к рыночной экономике. С 1996 г. сокращение площадей прекращается и останавливается на отметке 257,3 тыс.га, такое положение сохраняется и по настоящее время. Таким образом, по сравнению с 1987 г.

произошло сокращение орошаемых площадей примерно в 2 раза. В 2009 г. из

имеющихся 257,3 тыс. га поливалось 151 тыс. га, то есть всего 58,7%.

Динамика использования оросительной воды в Саратовской области

представлена на рис. 1.2. [18, 19].

Объем ВоЗопоЗачи,

2500 ГН М

2000

1500

1000

500

Годы

1Л СО

[— СГ\

СО оо сг> сг\

с^

т

сг-

оч

о сэ

С-4

го сэ сэ

Сч1

ил сэ сэ

Сч!

сэ сэ

Гч1

сэ сэ

-Суммарный Водозабор ■Суммарная ВоЗопоЭача на Все нужды ■Водоподача на орошение (Все Виды по/шВоВ)

Рисунок 1.2 - Динамика использования воды в Саратовской области

Показатели водопользования в 2009 г. по сравнению с 1986 г. сократились: суммарный водозабор и суммарная водоподача (на все нужды) - в 5 раз, водоподача на орошение (все виды поливов) - в 7,7 раза, водоподача на вегетационные поливы - в 6,1 раза. Сокращение объемов подаваемой воды произошло не только из-за повышения стоимости энергоресурсов, но и вследствие высокого износа оросительных систем при котором неизбежно возникают непроизводственные потери воды при транспортировке.

Сокращение водоподачи в свою очередь повлияло на валовой сбор продукции растениеводства с орошаемых земель рис. 1.3, величина которого в 2009 г. по отношению к 1987 г. сократилась в 3 раза.

)а/1оВый сбор, гпыс.т.к.ед.

2000

1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

с У—

\

к

* N

2 У —t 1— —г ]— —0 ]

Г\ \ /

v s......... i......- ................. \

ГоЗы

1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009

■Общий балоЬый сбор

Валовый сбор кормоВ

Рисунок 1.3 - Динамика валового сбора продукции растениеводства с орошаемых земель Саратовской области

Основным сооружением для подачи воды к орошаемым площадям в мелиорации является канал. В Саратовской области распространены открытые каналы в земляном и облицованном русле. Общая протяженность каналов составляет 1002 км, из которых 427 км в земляном и 575 км в облицованном русле. Проведенные исследования состояния оросительных систем показали, что многие участки каналов заросли различного рода древесно-кустарниковой растительностью (рис. 1.4, 1.5).

Рисунок 1.4 - Участок оросительного канала в земляном русле заросший древесно-кустарниковой растительностью

Рисунок 1.5 - Оросительный канал в облицованном русле заросший

кустарником

В хорошем состоянии находится около 75,7% (рис. 1.6) и данные показатели остаются без изменений уже на протяжении 10 лет [97].

и%-0А%

□ - Хорошее

□ - Удовлетворительное Неудовлетворительное по

□ - СолонцеВатости

75,7%-"

□ - Залеганию грунтоВых ВоЗ 0 -- Засолению

□ - СолониеВатости и залеганию грунтоВых ВоЗ

□ - Залеганию грунтоВых ВоЗ и засолению

Рисунок 1.6 - Состояние орошаемых земель Саратовской области

Необходимо также отметить, что продолжаются следующие негативные процессы: сокращение общей площади сельскохозяйственных угодий; уменьшение площади орошаемых земель; ухудшение их мелиоративного состояния и хозяйственного использования; нарастание отрицательного баланса гумуса на пашне (до 1... 3 т/га в год); усиление процессов эрозии и опустынивания; загрязнение почв тяжелыми металлами и радионуклидами; увеличение площадей с сильнокислыми почвами, на которых ограничивается сельскохозяйственное производство; интенсивное развитие заболачивания и подтопления земель; зарастание древесно-кустарниковой растительностью; ухудшение естественных лугов и пастбищ. Все это приводит к резкому сокращению площадей сельскохозяйственных угодий, ухудшению водно-физических, физико-химических свойств почв и снижению их плодородия. По оценкам специалистов, в ближайшие 10-15 лет плодородие почв может снизиться до естественного, а урожайность зерновых до 8... 10 центнеров с 1

гектара. Экологическая устойчивость природных систем в результате развития указанных процессов значительно понизится [18, 100].

В силу возникающей реальной угрозы потери устойчивости сельского хозяйства и продовольственной независимости страны в «Основных направлениях агропродовольственной политики Правительства Российской Федерации на 2001-2010 годы» в числе важнейших была названа задача государственной поддержки мелиорации. В составе первоочередных мер определено: «содействовать проведению комплекса мероприятий по строительству и реконструкции оросительных и осушительных систем, выполнению агротехнических, противоэрозионных, культуртехнических и других работ» [103].

В Саратовском Заволжье эксплуатацию и ремонт оросительных систем и гидротехнических сооружений осуществляет ФГУ «Управление «Саратовмелиоводхоз». На сегодняшний день эта организация одна из самых мощных в мелиоративном комплексе России и занимает третье место после Ставрополя и Краснодара [21]. ФГУ «Управление «Саратовмелиоводхоз» имеет высокий уровень специализации и занимается подачей воды на орошение и хозбытовое водоснабжение. Достаточно отметить, что только основные фонды ФГУ «Управление «Саратовмелиоводхоз» составляют 10,6 млрд. руб., а количество работающих специалистов около 2 тысяч человек [22].

По данным ФГУ «Управление «Саратовмелиоводхоз» за 2009 г. основные фонды мелиоративного комплекса Саратовской области имеют высокую степень износа (табл. 1.1.). Оросительные системы также достаточно изнош�