автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Улучшение агроэкологических свойств почв на основе разработки специальных отвальных плугов

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "БЕЛОРУССКИЙ НАУЧ1 Ю-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА" ( ГП "БелНИИМСХ")

рго од

/ б июл 1998

УДК [ 631,812 6 +'631.41 ■ 631 95 • 581.5

КАЗАКЕВИЧ Петр Петрович

УЛУЧШЕНИЕ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ОТВАЛЬНЫХ ПЛУГОВ

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск -1998

Работа выполнена в Государственном предприятии "Белорусский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства" (ранее ЦНИИМЭСХ)

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Дмитриев A.M.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Назаров С И.

- доктор технических наук, профессор Ловкие З.В.

- доктор технических наук, профессор Лептеев A.A.

. Оппонирующая организация - Всероссийский институт механизации (ВИИ), г.Москва

Защита состоится " if ЮЛЯ_1998 г в &

на

заседании совета Д 05.38,01 по защите диссертаций В ГП "ВелНИИМСХ" по адресу 220610, Минск-49, ул.Кнорина, 1. Телефон ученого секретаря - 266-47-09.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГП "БелНИИМСХ". Автореферат разослан ". & " ¿¿МУР 1998 г.

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций Л^'1 Пиуновский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность шомы диссертации. Сохранение и повышений естественного шодородия почв как базы интенсификации земледелия и увеличения объемов лроиз-юдства экологически чистой продукции достигается, прежде всего, улучшением их эгроэкологических свойств. Основой такого улучшения широко распространенных в 'еспубликё Беларусь мало устойчивых, легко деградируемых, с мелким гумусовым слоем *ерново-подзолистых и мелкозалежных торфяных почв, в том числе и загрязненных радиоактивными веществами, является система отвальной обработки, включающая и :пециальные приемы.

Основная обработка почвы должна улучшать ее качество и быть адаптированной ; агроландшафтным условиям, уменьшать уровень загрязнения пахотного слоя и накоп-1ение радионуклидов в растениях, изменять вид почвенного профиля и создавать усло-!ия техногенного ускоренного формирования новой или коренного улучшении исходной ючвы. Однако современная система почвообработки построена, как правило, на загом-юй вспашке, не в полной мере удовлетворяющей требованиям интенсивного земледе-1ия, Перспективные приемы почвообработки (ярусная мелиоративная вспашка почв с лапым гумусовым горизонтом, в том числе на загрязненных землях, глубокая мелиора-ивная вспашка мелкозале.-кных торфяников, гладкая вспашка и другие) применяются )граниченно из-за отсутствия до настоящего времени эффективных специальных :редств механизации. Серийно выпускаемые в странах СНГ плуги эту задачу не решают.

Поэтому проблема совершенствования технологических процессов И создания ;пёциальных средств механизации для улучшения эгроэкологических свойств почвы в Iеспублике является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение

Связь работы с крупными научными программами. Работа выполнена в со-)тветстеии с Республиканской научно-технической программой фундаментальных и 1рикладных исследований по приоритетным направлениям развития агропромышленного омллекса Республики Беларусь на 1991-1995 годы ("Агрокомплекс"), утвержденной Сомиссией по вопросам научно-технического прогресса Президиума Совета Министров 'еспублики Беларусь 16 октября 1991 г., протокол N913/76.

Цель и задачи исследований. Цель исследования - повышение продуктивности :еяьскохозяйственных угодий путем улучшения агроэкопогических свойств почз на основе »здания и применения специальных отвальных плугов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: обос-ювать технологические приемы улучшения эгроэкологических свойств основных типов ючв Республики Беларусь и требуемые для их реализации технические средства; разработать научные положения и исходные Требования к глубокой двухъярусной вспашке >адиоактивно загрязненных почв с малым гумусовым горизонтом без оборота пласта Iторого яруса, обосновать параметры плужных корпусов и специального плуга, режимы то работы; разработать теоретические основы глубокой мелиоративной вспашки мелко-алежных, в том числе и загрязненных радионуклидами, торфяных почв с обоснованием 1араметров. рабочих органов, конструкции и режимов работы двухъярусного плуга;

разработать поворотный плуг для гладкой вспашки; разработать рекомендации по вершенствованию систем обработки почвы в республике и определить эффективно' выполненных исследований

Объект и предмет исследования. Объект исследования - технологические п цессы основной обработки почвы и ее специальных приемов, технические средства, па метры и режимы их работы. Предмет исследования - методы обоснования параметре! режимов работы плутов, проектирование их конструкций

Методология и методы проведенного исследования. Разработка выполнг на основе принципов системного подхода с использованием методов теоретическс экспериментального и экспериментально-теоретического исследований Экспери»^ планировались и осуществлялись путем проведения лабораторно-полеаых опытов, реэу таты которых обрабатывались статистичаскимм.методами

Научная новизна и значимость полученных результатов Впервые обос ван технологический процесс глубокой двухъярусной вспашки почв с малым гумусов слоем, отличающийся перемещением верхней части пласта тонкой прослойкой на ^ борозды; а нижней - поверх ее без оборота, на его основе разработаны технола рекультивации поверхностно радиоактивно загрязненных лугопастбищных угодий конструкция специального плуга, обоснованы параметры и режимы его работы; аперв разработаны агротехнические приемы и обоснована двухъярусная схема глубок (до 100 см) энергосберегающей мелиоративной вспашки мелкозалежных торфяника разделением пласта по ярусам (торф - песок), обоснованы параметры отвальных I верхностей плужных корпусов обоих ярусов обеспечивающих наклонно-слоистое ра& ложение пластов торфа и песка по профилю пашни, получена зависимость тягов! сопротивления двухъярусного плуга от технологических режимов вспашки; разрабо1 алгоритм проектирования лемешно-отвальной поверхности пассивного симметричн: плужного корпуса для гладкой вспашки, экспериментально обоснованы силовые и ш матические параметры объемно-упругой его подвески, составлена математичеа модель поворотного плуга при жестком креплении корпусов к поворотной балке и обос1 ваны рациональные режимы его работы.

Совокупность сформулированных и обоснованных в диссертационной работе I умных положений является вкладом в развитие теории плуга и перспективного направ) ния механизации агроэкологической почвообрэботки

Новизна разработанных технологических приемов и технических реше!-защищена 8 охранными документами патентных ведомств бывшего СССР. Российа Федерации и Республики Беларусь

Практическая (экономическая) значимость полученных результат< Практическим результатом разработки проблемы явилось создание на основе выполн ных исследований трех типов специальных плугов (для первичной вспашки загрязнен!-почв с малым гумусовым слоем, для мелиоративной вспашки мелкозалежных торфя! кое и для гладкой вспалкн старопахотных минеральных почв), которые прошли прием1 мь« испытания и применяются е< сельскохозяйственном производстве Основные резу.

ты работы нашли отражение в книге "Системы ведения сельского хозяйства Республи-Белэрусь" (Минск: БелНИИЭИ АПК, 1996 -252 с.) и Концепции развития механизации автоматизации сельскохозяйственного производства Республики Беларусь на период ) 2000 года, одобренной Коллегией Минсельхозпрода Республики Беларусь (Постанов-;ние Коллегии №22 от 29 05.96).

Специальные плуги ПСН-4-40 (80 штук), изготовленные ПО "Алтайсеяьмаш" Рубцовск) использовались в 1990-1992 гг. при перезалужении поверхностно зэгряз->нных лугов и пастбищ в хозяйствах Брянской и Гомельской областей; плуги для глад-й пахоты ПНГ-4-45 и ПНГ-3-43 применяются в хозяйствах республики; двухъярусный |уг ПТН-0.9 включен в Систему машин на 1986-1995 гг. (Мелиорация; Ч.Ш, П.М4.3.34).

Суммарный' ежегодный экономический эффект от освоения трех моделей плугов ЮН-4-40А ПТН-0,9 и ПНГ-3-43) а объеме их минимальной потребности Для республики ютавит 1390 млрд руб. (на 01.01.1998 г.). экономия ресуосов - 267 тыс.чел.-ч живого >уда, 4,6 тыс.т горючего и 570 т металла.

Работа автора по созданию й освоению в производстве плугов специального научения отмечена бронзовой медалью ВДНХ СССР и дипломом Белорусского республи-1нского совета ВОИР.

Материалы исследований включены в справочники и другую научно-техническую лигатуру по механизации сельскохозяйственного производства, используются научно-;следовательскими й проектными институтами, СКВ промышленности. По теме диссерта-1И снято 4 научно-популярных кино- и видеофильмов с участием в работе над ними автора.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту. В диссертации юаналиэированы. научно обоснованы и выносятся на защиту следующие положения:

1. Системный подход к совершенствованию лочвообработки на базе специальных 1дов вспашки и технических средств для их реализации с использованием новых рабо-« органов пассивного лемешно-о+вапьного типа, отличающийся тем, Что:

- разработка и освоение в современном земледелии нового поколения плугов с ;обой спецификой назначения рассматриваются с единых позиций интенсификации земле-элия и агроэкологической направленности механизации основной обработки почвы;

- актуальность и целесообразность нововведений и планироёание их проектировали основаны на системном анализе технологических альтернатив и технических решений;

- разработка и освоение в сельскохозяйственном производстве семейства специальных тугов для улучшения агрозкологических свойств почвы рассматриваются как единый непрерыв-,|й процесс с прямой и обратной связью от последующих зтвгюв к предыдущим.

2. Экспериментально-теоретические разработки, к которым относятся результаты ^следования технологических процессов отвальной йспашки (глубокой - почв с радиоак-1вным загрязнением, глубокой мелиоративной - мелкозалежных торфяников, гладкой --аропахотных земель) специальными двухъярусными и'симметричными, в том числе на зъемно-упругой подвеске, плужными рабочими органами; обоснования технологических зраметров и режимов вспашки, форм лемешно-отвальных поверхностей рабочих орга-

нов и методик их построения, модели структурно-функциональной связи плужных корпу сов и конструктивно-технологических схем новых плугов.

3. Научно-технические разработки, которые включают, результаты механико технологического обоснования использования нового семейства плугов специально« назначения в качестве условия сохранения и устойчивого повышения плодородия почв е современном интенсивном земледелии, на основе которых предложены пути совершен ствования существующих и формирования новых систем основной обработки почвы базовые модели разработанных специальных плугов, которые могут рассматриваться ка> начало создания семейства плугов нового поколения в Республике Беларусь.

Личный вклад соискателя состоит в самостоятельном выполнении теоретических разработок, участии в проведении 'экспериментальных лабораторных и палевы* исследований, производственной проверке,, самостоятельной обработке и анализе полученных результатов, руководстве выполнением проблемы в цепом. В разработке некоторых положений диссертации принимали участие д-р техн. наук Р.Л.Турецкий, д-р с.-х. наук В.И.Белковский. к-ты техн. наук В. Л Василевский и А 3 Пилецкий, к-т с -х. наук НАМихневич, что полностью отражено в совместно опубликованных работах

Апробаций результатов диссертации. Материалы исследований доложены и обсуждены на Всесоюзном научно-координационном совеи^нии по проблемам сельскохозяйственного производства на территориях, прилегающих к атомным электростанциям (Обнинск, 1987). Всесоюзной научно-практической и Международной научно-технической конференциях в УНИЙМЭСХ (Глеваха. 1988 и 1996), годичном собрании Западного регионального отделения ВАСХНИЛ (Таллин, 1989), научно-практическом семинаре руководящих работников АПК радиоактивно загрязненных районов РСФСР (Новозыбков, 1990); Республиканской научно-практической конференции по радиобиологии и радиоэкологии (Минск. 1990); координационном совещании секции ВАСХНИЛ по специальной системе машин и радиационным технологиям (Минск, 1991), научно-производственной конференции по механизации и электрификации процессов кормопроизводства Западной и Северо-Западной зон страны (Минск, 1991), Всесоюзной конференции по проблеме ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС в агропромышленном производстве (Обнинск. 1991); Международном семинаре-практикуме по агротехническим методам улучшения загрязненных радионуклидами почв (Минск. 1992); региональной научно-теоретической конференции по проблеме человек-техника (Минск. 1994); Международных конференциях в БепНИИМСХ (Минск. 1996. 1997) и Второй республиканской научно-технической конференции в БАТУ (Минск. 1996)

Опублиноеаниость результатов. Основное содержание диссертации изложено в 35 печатных работах, в том числе монографии, вышедшей в издательстве "Ураджай". 24-х статьях, опубликованных в научных изданиях, из них 6 - в научных журналах. 6 - е научных сборниках, 8 - в описаниях изобретений к авторским свидетельствам и патентам, а также в 3 отдельных брошюрах и 8 тезисах Всесоюзных и Междуна-' родных конференций, семинаров и совещаний в. БелНИИМСХ БАТУ. УНИИМЭСХ и других НИИ Общее количество страниц опубликованных материалов - 432.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из оглавления, перечня условных обозначений, введения, общей характеристики, шести глав основной части, заключения, списка использованных литературных источников (224 наименования, из них 12 на иностранном языке) и 12 приложений. Работа изложена на 280 страницах машинописного текста, включает 105 рисунков и 29 таблиц,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 "Состояние проблемы, цель и задачи исследования" дано обоснование проблемы улучшения агроэкологических свойств почв республики на основе механических обработок, сформулирована цель и определены задачи исследования

Анализ основополагающих исследований ВР.Вильямса, МЕ.Мацепуро. В.И.Мосолова, С ГСкоропанова. А.Н.Каштанова. Б АНикитна, С И Назарова АВ.Короткееича, И.М.Богдевича, В И Белковского, ААЛегггеева. Н И Афанасьева, А.Й.Пупонина, С.С.Сдобнмкова, Н А.Корнеева, С К Фирсаковой и других исследователей по различным вопросам, связанным с решением обозначенной проблемы, показал, что способом регулирования и управления экологической устойчивостью и производительностью агроландшафта является научно обоснованная система земледелия, а в качестве ее результирующей оценки выступает объективный показатель - плодородие почвы. Поэтому важнейшая задача любой системы'земледелия заключается в сохранении и повышении, прежде всего, этого основного ее качества.

.Плодородие почвы определяется не только природными факторами ее развития, но и факторами антропогенного воздействия в.процессе использования, как на саму почву, так и на экосистему а цепом. В связи с этим в работе дается анализ естественно-производственных условий республики, агросвойств основных типов почв и их современного состояния как составляющих плодородия и особенностей использования.

Сельскохозяйственные угодья Республики Беларусь представлены двумя большими группами почв: минеральными (87,4%) и органогенными .(12,6%). Пашню (5,6 млн. га) составляют в основном минеральные дёрново-П'одзолистые (89%) и органогенные тор-фяно-болотные (5,2%) п<?чвы. При этом легкие супесчаные и песчаные дерново-подзолистые почвы занимают соответственно 47,9 й 20,7%, а 69,3% пашни на торфяно-болотных почвах - мелкозалежные торфяники..

Анализ агросвойств, определяющих плодородие дерново-подзолистой почвы, позволяет важнейшими из Них считать содержание гумуса и.глубину era слоя. В республике пахотные земли с показателями, соответствующими оптимальным значениям параметров теоретической модели высокоплодородной хорошо окультуренной почвы, составляют только 6,5°/о. Торфяные почвы, уже по причине своего природного происхождения (в их составе 65...95% органических веществ), не могут обеспечить оптимальных условий для производства сельскохозяйственных культур.

Из-за присущих почвам республики негативных качеств не удается избежать значительных колебаний урожаев в разные по погодным условиям годы. Это вызывает

определенные трудности и особенности использования различных потов почв во многом обусловленные традиционными, но экологически интенсивными воздействиями на них

Предрасположенность дерноао-подзолистых почв к чрезмерному уплотнению, накоплению остаточной деформации в пахотном и подпахотном слоях из-за низкого содержания гумуса при выполнении механизированных работ экстенсивными методами способствует развитию эрозионных процессов. Эродированная и эрозионноопасная площадь сельскохозяйственных угодий республики составляет 4,6 млн га (49,5%), а пашни-3 0 млн га (53,5%) Малая глубина гумусового горизонта, являющегося фактически глубиной пахотного слоя при ежегодной основной обработке (вспашке), приводит к такому негативному явлению как "плужная подошва".

Отрицательное воздействие на антропогенную составляющую плодородия оказывает и относительно мелкая контурность полей. Средняя площадь контуров пашни составляет 11.2 га. а участки площадью до 30 га занимают 70%

Непременным и наиболее негативным следствием освоения и сельскохозяйственного использования торфяных почв является минерализация органического вещества. Интенсивная сработка торфяного слоя, особенно мелкозалежного, приводит к выходу на поверхность малоплодородной подстилающей породы

Для большой части различных почв республики (около 1.24 млн га минеральных, в основном легкого механического состава, и около 0.9 млн. га торфяных) существует проблема различной степени радиоактивного загрязнения Она имеет особую экологическую значимость, так как оказывает прямое влияние на здоровье людей. Важнейшим звеном ограничения поступления радионуклидов к человеку является звено "почва - растение". Поэтому проблема улучшения агроэкояогических качеств почв является приоритетной в развитии сельского хозяйства нашей республики и включает два основных направления:

- экологическая защита почвы при сельскохозяйственном использовании с целью сохранения естественного ее плодородия, расширенного его воспроизводства:

- ведения земледелия на экологически приемлемом уровне в условиях техногенного загрязнения почв с целью производства качественной продукции и сохранения площадей в сельскохозяйственном обороте

Ключевой в системе земледелия при решении этой проблемы является подсистема коренного улучшения и обработки почвы, в том числе применение специальных приемов, прежде всего, способствующих сохранению экологической оптимальности окружающей среды, повышению ее устойчивости Из четырех групп воздействий на почву (физического механического, химического и биологического) особенно значима на стадии формирования хорошо окультуренных почв роль специальной механической обработки Однако ее фактический производственный уровень не соответствует необходимому Причиной этого во многом является отсутствие в сельскохозяйственном производстве современных высокоэффективных машин и орудий соответствующего назначения.

Результаты проведенного анализа агроэколсического состояния почв республики поавопают определить следующие первоочередные направления комплекса агроинже-иррчых научных разработок

- специальные приемы и технические средства механической обработки, направленные на дезактивацию и реабилитацию загрязненных по«е;

- специальные приемы и орудия постепенного углубления пахотного слоя при одновременном усилении процессов гумификации с цепью увеличения содержания гумуса в почве;

- специальные приемы и орудия структурного преобразования почвогр.унювых слоев для придания им новых почвоулучшающих качеств;

- специальные приемы и технические средства, улучшающие качество основной обработки пахотного слоя с приданием ему большей эрозионной устойчивости, обеспечивающие возможность использования агроландшафтного (контурно-мелиоративного) принципа обработки почвы

В главе 2 "Основные положения разработки специальны* плугов" дан анализ известных и разрабатываемых приемов улучшения агроэкологических свойств почв, выполнено обоснование перспективных технических решений, актуальности и необходимости разработки специальных отвальных плугов, а также общей схемы и принципов их создания

Научно обоснованный выбор способа механической, особенно первичной, почво-обработки и в целом ее системы для радиоактивно загрязненных сельскохозяйственных угодий определяется, с одной стороны, характером выполнения рабочими органами почвообрабатывающих машин технологических процессов, с другой стороны, условиями их работы и состоянием загрязнения: типом почвы, особенностями использования угодий, плотностью загрязнения по цезию и стронцию, дифференциацией распределения радионуклидов в почвенном профиле (рис 1) Комплексный анализ вариантов сочетаний влияющих факторов показывает, что обработка загрязненных почв должна обеспечивать в конкретном случае одно из следующих действий: заделку радионуклидов ниже основного корнеобитаемого слоя, равномерное распределение их а пахотном слое, создание условий для активного вымывания радиоактивных веществ в более глубокие слои почвы, консервирующее воздействие как на саму почву, так и на находящиеся в ней радионуклиды, либо сочетание перечисленных действий.

Многими исследованиями установлено, что показатели естественной вертикальной миграции радионуклидов в почве незначительны Поэтому на протяжении 5-7 и более лет они остаются сосредоточенными на 92. 95% в слое 0-5 см на естественных й сеянных лугах, целинных и залежных участках, а +аюкв пахотных землях, не обрабатываемых после выпадения радиоактивных веществ. При таких условиях наблюдается наибольший переход радионуклидов из почвы а растение, так как их поступление происходит одновременно по внекорневому и корневому путям. Особенно интенсивным является второй путь, поскольку основная Масса корней большинства сельскохозяйственных растений сосредоточивается в слое 0-20 см, причем в слое 0-10 см - 40...60%. "Разбавление" в большем объеме почвы или перемещение радионуклидов ниже основного корнеобитаемого слоя будут способствовать резкому снижению концентрации их в растениях.

Ведение растение- 1 1 1

водства в зонах 1

? " 1 л ч! КиУкм2 ьг - до0..3'

Концентрация - загрязнения в почвенном профиле

Вид угодья -пашня, сенокос, пастбище

Тип почвы

песчаные, супесчаные, суглинистые, глинистые, торф яно-6 о потные

С5 - 5. .15 ( Йг - 0,3...1,0 $

Другие факторы

Рекультивация земель, отчужденных в оазные годы, начиная с 1986 г.

Рис. 1. Факторы, определяющие вид почвообработки

Наиболее полно "Требованиям дезактивации загрязненных почв удовлетворяет перемещение основного загрязненного слоя (0-5 см) тонкой горизонтальной прослойкой ниже окультуренного горизонта (рис.2). В результате такой специальной обработки осуществляется локализация радиоактивных веществ ниже глубины расположения основной массы корней сельскохозяйственных растений, что приводит к резкому уменьшению поглощения ими радионуклидов: укрытые сверху чистым слоем почвы радиоактивные вещества не имеют возможности аэрального переноса (горизонтальная миграция); экранированный почвой, резко уменьшается поток у - излучения, снижаются уровни у - фона; правильно подобранные и выполненные в последующем процессы почеообра-ботки исключают возможность выноса радионуклидов на поверхность

С?.,. Ки/кг 40 30

20 10

основной корнеобитаемый слой

- ■

К А

и V 1

ч, / -;—1-1-

10 20

30

40

¡1. см

Рис 2 Радиоактивность почвы по глубине опытного участка (фон - стерня): 1 - до вспашки; 2 - после вспашки плугом с предплужником на 22 ..24 см; 3, 4 - специальная вспашка на глубину 30...32 и 38...40 см соответственно

Анализ технологических процессов, выполняемых рабочими органами лочвообрабат-вающих машин, и последующего состояния радиоактивного загрязнения почв показывает, что особенно значима такая специальная обработка для лугопастбищных угодий, являющихся основным источником формирования доэовых нагрузок на сельское население при пероральном поступлении радионуклидов в организм с продукцией животноводства. Вследствие ряда особенностей этих угодий уже в зоне загрязнения по цезию 1...5 Ки/кмг и стронцию менее 0,3 Ки/км2 производство чистого молока при выпасе животных чаще всего невозможно. ^

Загрязненные дерново-подзопистьге почвы республики, особенно под лугопаст-бищными угодьями (площадь более 500 тыс га), часто имеют окультуренный слой е пределах 16...18 см, иногда и 10..16 см Важнейшим условием сохранения плодородир этих почв является наличие на поверхности пахоты очищенной части окультуренного слоя Это достигается перемещением поверх глубоко заделанного загрязненного ело? нижней части обрабатываемого пласта, осуществляемым без или с минимальным егс оборотом (рисЗ, а.с. № 1554156) Агроэкологические достоинства разработанного приема специальной вспашки очевидны из рис 2, а урожайность сельскохозяйственных культур при исследовании в сравнении со вспашкой плугом с предплужниками по одинаковым фонам удобрений практически не снизилась.

Рис 3 Технологическая схема способа глубокой заделки верхнего слоя основного загрязнения ■ .- окультуренный слой, Ь - ширина захвата: 1\ и /V' - ширина захвата корпусов 1-го и 2-го ярусов, ¡\ и Ьч - смещение и перекрытие корпусов; />л - величина недореза пласта по ширине, и - глубина вспашки

Для первичной обработки поверхностно загрязненных лугов и пастбищ длительного периода использования предложен и разработан новый способ (а.с. № 1755402). вкпючающий предварительную разделку дернины по глубине основного слоя загрязнения (например, фрезерование) и специальную вспашку. Такой способ обеспечивает снижение коэффициента перехода радионуклидов из почвы в растение по сравнению с одной специальной вспашкой в 2.0-4.7 раза для разных культур

Выполненный анализ способов углубления окультуренного слоя дерново-подзолистых почв (рис.4) показал что предложенный нами прием специальной двухъярусной вспашки при радиоактивном загрязнении может быть применен и как прием мелиоративной вспашки Такая вспашка равноэффективна как на почвах различного вида (песчаных супесчаных и суглинистых), так и различной степени окультуренности "Защемленный" иечузу двумя слоями гумусового горизонта слой подзола в результате

мелиоративной вспашки (см рис.3) становится более "благодатным" для интенсивного окультуривания. Одновременно с проведением такой вспашки целесообразно заделать на большую глубину органические удобрения и известь. Глубокая запашка навоза или растительного удобрения создает условия для анаэробного разложения органического вещества и повышения коэффициента гумификации до 42,0..60,2% против' 17,8 . 26,6% при традиционной отвальной вспашке, увеличивает содержание гумуса и способствует достижению его бездефицитного баланса при меньших потребностях в органических удобрениях. Нижние слои почвы обогащаются элементами питания, облегчается устранение обменной кислотности по глубине обработанного пласта, достигается повышение его влагоемкости. Сформированная на глубине вспашки прослойка выступает содоудер-живающим экраном на легких почвах, а глубоко взрыхленный пласт становится хорошим аккумулятором влаги и рациональным источником ее потребления растениями. Все это способствует повышению потенциального плодородия почв и росту урожайности.

Рис,4. Классификация способов углубления окультуренного слоя дерново-подзолистых почв

В зависимости от исходной глубины гумусового слоя почвы глубина мелиоративной вспашки и периодичность ее проведения могут быть различными Если исходный гумусовый слой не превышает 14... 16 см, то эффективнее провести такую вспашку в несколько приемов с периодичностью в 3-4 года и постепенным углублением пахотного горизонта. При глубине окультуренного слоя 17...22 см мелиоративная вспашка может быть проведена единовременно на глубину 30 ..40 см.

Два этих качества разработанного способа вспашки позволяют построить на его осноае и новую систему механической обработки минеральных почв, прежде всего радиоактивно загрязненных, первично и в последующем обрабатываемых традиционными приемами.

Наиболее важным условием улучшения агроэкояогических свойств торфяных почв является увеличение содержания зольных элементов до 50...70% и сохранение их в пахотном слое. Достичь этого можно только путем искусственного обогащения торфяных почв добавками минерального грунта - структурной мелиорацией. На основании анализа различных приемов структурной мелиорации маломощных торфяных почв показано, что наиболее эффективными являются

- мелиоративная вспашка на торфяьиках с глубиной слоя до 30 см с образованием в подстилающем минеральном почвогрунте на'глубине 35...40 см водоудерживающей торфяной прослойки - экрана и последующим формированием над ней новой органо-минерапьной почвы из припаханного почвогрунта и оставшейся на поверхности части торфяника;

- глубокая мелиоративная вспашка торфяных почв с глубиной залежи 30... 100 см с образованием нового органо-минерального структурного почвенного профиля, состоящего из чередующихся наклонных слоев песка (для дренажа) и торфа (для накопления влаги). Пахотный слой 0-20 см создается из подстилающей породы при соответствующем включении в нее органического вещества (торфа).

Мелиоративная вспашка торфяных почв аналогична по схеме мелиоративной вспашке дернсво-подзолистых почв, но является мероприятием разовым. Последующие обработки почвы проводятся только в. пределах глубины, не нарушающей целостность торфяной прослойки, с постепенным смешиванием расположенных над ней минерального почвогрунта и торфа.

Технология глубокой мелиоративной вспашки мелкозалежных торфяно-болотных почв для условий нашей республики разработана при прямом участии автора и также является разовым мероприятием. Созданная такой вспашкой техногенная почва позволяет решить следующие важнейшие агроэкологические задачи, связанные с сельскохозяйственным использованием этих почв предохранить торфяную залежь от ветровой эрозии и минерализации, улучшить водно-воздушный и тепловой режимы экстремального болотного климата, повысите несущую способность почвы, устранить опасность пожаров и другие. ■

Как показал опыт, улучшением загрязненных торфяных почв этими приемами структурной мелиорации параллельно решаются и радиоэкологические вопросы. При 70% зольности уровень накопления радионуклидов растениями снижается в 10 раз по сравнению с целинными и слабоокупьтуренными торфяными почвами. Причем глубокая мелиоративная вспашка эффективна при распределении радионуклидов по глубине торфяной залежи, а мелиоративная вспашка торфяников с глубиной слоя до 30 см более эф^-аиама при их поверхностном загрязнении радиоактивными веществами.

Обоснованные и разработанные приемы улучшения агроэкологических свойств основных почв республики являются стержневыми элементами, часто разовыми для

нормирования хорошо окультуренных земель При неправильной или некачественной в апьнейшем основной обработке заложенный потенциальный эффект может быть не остигнут, либо даже утрачен в чрезвычайно короткий срок. Почвощадящее'воздействие сновной обработки в системе земледелия важно и в настоящее время. Поскольку в боэримом будущем широко применяемой основной обработкой почв в республике стается отвальная вспашка, проблема совершенствования этого технологического роцесса в направлении повышения качества и щадящего воздействия на агроэкологи-еские свойства почв требует неотложного решения.

В работе показано, что высокого качества подготовки полей, удовлетворяющего эхнологиям, прежде всего интенсивным, возделывания сельскохозяйственных культур, ожно добиться только при гладкой пахоте Важным ее достоинством является высокая ффективность на участках неправильной конфигурации, что позволяет применять такую ;пашку в системе контурно-мелиоративного земледелия, обеспечивающего наиболь-ую экологическую устойчивость агроландшафтов. Она уменьшает эрозию почв на слонах, повышает качество обработки (благодаря возможности отваливания пласта злько вниз или только вверх по склону), обеспечивает постоянство глубины обработки э всему участку, способствует увеличению урожайности до 12% и повышению произво-чтельности машинных агрегатов до 10%. Гладкая вспашка является непременным требо-тнием к перспективным плугам.

Необходимость разработки специальных плугов для улучшения агроэкологических юйств почв обоснована в диссертационной работе по результатам анализа имеющихся ) производстве подобных или близких технических средств, требуемых для выполнения «нологических процессов

Анализ перемещений почвогрунтов при глубокой запашке поверхностно загрязнен-.IX почв или мелиоративной вспашке дерново-подзолистых и торфяно-глеевых почв жазал, что указанные операции осуществимы только двухъярусным плугом, обрабаты-1ющим пласт в два слоя. Важнейшим требованием функционирования такого плуга шяется перемещение нижней части пласта корпусом второго яруса без оборота. >1гюлнение этого требования известными двухъярусными плугами невозможно или не ¡еспечивается по условиям использования.

На основе исследования технологических процессов, выполняемых различными ¡угами, в основном зарубежными, для глубокой мелиоративной вспашки торфяных чв применительно к условиям республики обоснована перспективность двухъярусной инципиальной схемы. Суть ее состоит в том. что обрабатываемый пласт разделяется и вспашке на слои (торф и песок),, перемещаемые и распределяемый б новом почвен-м профиле разными плужными корпусами, расположенными по глубине вспашки в два уса Такие плуги в бывшем Союзе не производились.

Гладкая вспашка выполняется специальными плугами, обеспечивзющими при лночном движении пахотного агрегата оборот почвенного пласта с боковым смещени-в одном направлении относительно поля или в собственную борозду. Анализ научно-<нической и патентной литературы показал, что практическое значение имеют в основ-

ном -оборотные, поворотные и фронтальные плуги для гладкой вспашки На основе учета современных условий использования пахотных орудий в республике, общих закономерностей развития пахотных агрегатов, а также анализа достоинств и недостатков, тенденций и прогноза их развития сформулирована срочная, первоочередная техническая задача создание поворотного плуга с пассивными симметричными .плужными корпусами, осуществляющими гладкую вспашку одним отвалом, симметричным относительно ортогональной ему и дну борозды плоскости, проходящей через середину лемеха. Форма сечения пласта - парал: лелограммная Аналогов таких плугов в республике и странах СНГ нет, а в Западной Европе их разработка проводилась почти одновременно с нами.

Концепция разработки специальных плугов определена в работе в виде схемы последовательных взаимоувязанных следующих принципиальных этапов" этап 1-ый -анализ условий работы с учетом агрономических требований к конечному результату технологического процесса; этап 2-ой - выполнение техногенной характеристики объекта обработки и его формализация с учетом естественных свойств; этап 3-ий - формализация параметров рабочих органов по кинематическим (технологическим) и энергетическим оценкам; этап 4-ый - определение влияния параметров и режимов функционирования рабочих органов на качество технологического процесса в естественных условиях; 5-ый этап - энергетическая отработка экспериментального рабочего органа, этап 6-ой - теоретическая и экспериментальная разработка макетного и опытного образцов плуга в целом; 7-й этап - оценка эффективности функционирования специального плуга (плугов), разработка предложений по организации работ.

В главе 3 "Разработка специального двухънруснаго плуга для глубокой вспашки радиоактивно загрязненных почв с малым гумусовым слоем" представлены результаты научного исследования и практического использования специального двухъярусного плуга , определена возможная область его применения

Обоснование рациональных параметров плуга и режимов вспашки выполнено путем теоретического и экспериментального исследования как рабочих органов, так и плуга в целом с учетом решения общей технологической задачи

Теоретическим исследованием установлены аналитические частные и структурно-функциональная связи основных'параметров-рабочих органов и режимов вспашки с оценочными показателями технологического процесса Получена зависимость показателей перемещения слоя ппаста (модель абсолютно недеформируемого гела) корпусом 1-ю яруса от его технологических' и конструктивных параметров.. скорости вспашки, обязательного наличия зоны достаточного воздействия отвала на пласт, ограниченной углом его поворота в поперечно-вертикальной плоскости равным 90° - игмц я,//), где а, - толщина верхнего слоя пласта. (1,= !/, (см рис.3) Так как технологически корпус 1-го яруса должен обеспечить укладку верхнего слоя ( ц = 5. .7 см) почвы тонкой прослойкой по дну борозды образуемой корпусом 2-го яруса, то в качестве сценки его функционирования примято боковое смещение л,, центра тяжести (цт ) прослойки от стенки борозды. По агротехническим требованиям д,^ =0.5/>. Сравнительный анализ расчетных значении I , по аы»,-.1ги-е;:кой зависимости и его агротехнически оптимальных значений л",

позволяет определить степень воздействия каждого фактора на оценку показателя функционирования корпуса 1 -го яруса, обоснованно установить диапазон их рациональных значений для экспериментального исследования Наибольшее воздействие на величину л„ имеет скорость вспашки г,: Установлено, что для обеспечения возможности повышения скорости г, целесообразно увеличить конструкционную ширину захвата корпуса 2-го яруса на величину АЬ = л0 -0.5/?.

Анализ возможных технологических схем перемещения слоя пласта без оборота корпусом 2-го яруса показал, что его лемешно-отвальная поверхность должна быть выполнена в виде двух сопряженных плоских косых клиньев (рис.5): первый осуществляет подьем пласта на 'высоту слоя, уложенного в борозду корпусом 1-го яруса, второй -боковое перемещение пласта поворотом в вертикально-поперечной плоскости на угол, обеспечивающий максимальное сохранение на поверхности оставшейся части гумусового стоя.

Рис.5. К разработке функционирования корпуса 2-го яруса: а) структура лемешно-отвальной поверхности из 2-х плоских косых клиньев Ц,и П,; б) схема к расчету угла поворота пласта

Положение в пространстве рабочих поверхностей обоих клиньев £1„ и Ц определяется углами их установки у и у [' к направлению движения и f.,,, с к дну борозды При этом конструктивный угол /?,' оборота пласта на ка>Кдом клине

С учетом требований' технологического функционирования клина П„ установлены рациональные его параметры еЦ-22° и y'(¡= 55°, при этом р'° =13° Для клина П, установлена зависимость агротехнически допустимых значений угла /?{' от технологических параметров (а и b ) вспашки и глубины окультуренного слоя Л,. Она имеет вид

в" - arctg ——-

Так как желательно иметь ,,(табл.1.), то для определенных значений у ¡' всегда

можно, используя полученные зависимости, нати соответствующее значение и наоборот.

Таблица 1

Агротехнически допустимые значения угла ¡5 ¡'

А, см а, см , см

16 18 20 22

35 35 61,5 64,1 66,8 69,6

40 55,6 57,8 60,2 62.8

40 35 64,6 66,9 69,4 72,0

40 59,0 61,1 63,4 65,7

45 35 67,1 69,3 71,5 73,9

40 61.9 63,9 66,0 68,2

Установлена структурно-функциональная связь между плужными корпусами как в секциях, так и между секциями с учетом энергетического и трех основных технологических принципов. Суть последних заключается в следующем.

- пласт, формируемый корпусом 1-го яруса последующей плужной секции, должен лечь в борозду раньше, чем начнет сходить пласт с корпуса 2-го яруса предшествующей секции рабочих органов плуга,

- пласт от 2-го яруса впереди идущего корпуса должен занять конечное положение раньше, чем его настигнет пласт от сзади идущего корпуса 2-го яруса,

- пласт, формируемый корпусом 1-го яруса, должен лечь а борозду раньше, чем его настигнет пласт от 2-го яруса одной и той же плужной секции

Энергетический и второй технологический принципы проверялись экспериментально Для первого и третьего получены аналитические модели.

Исследование первого принципа позволило составить модель функциональной связи между / , и углом у ( горизонтальной образующей отвала корпуса 1-го яруса с направлением движения на высоте схода цт. сечения пласта Показано, что для нормальной работы плуга необходимо выполнение усповия у у

Расстояние между плужными корпусами 1-го и 2-го ярусов в продольном направлении / (м)

/, > —ч- + Т !--^---^-Ыцу^

У „ \ £

где /ь - вылет направляющей кривой на высоте образующей с углом у [;

}■ „ - угол установки лемаха корпуса 1-го яруса к направлению движения, I) - ускорение свободного падения.

На основе системного анализа влияния технологических и конструктивных параметров рабочих органов и скорости вспашки на показатели качества функционирования плуга по полученным теоретическим моделям разработаны специальные экспериментальные отвальные поверхности плужных корпусов и определены интервалы регулирования расстояния между ними

Результаты экспериментального исследования подтверждают теоретические предпосылки. Установлено, что необходимое перемещение загрязненной почвы корпусом 1-го яруса вполне обеспечивается экспериментальной, близкой к полувинтоёой пемешно-отвапьной поверхностью ((( = 5 ..10 см, /) = 40 см, у 'п-у •=45°) по мелко дискованному и фрезерованному травяному пласту и стерне зерновых. .Лучшие показатели получены после фрезерования С уточненной экспериментально формой бороздного обреза по такому агрофону корпус нормально функционирует при те =1,5.. 2,2 м/с и увеличенной на.^-б см конструкционной ширине захвата корпуса 2-го яруса. Максимальный нахлест загрязненной прослойки на откос борозды при этом не превышает 4 см.

В качестве оценки при экспериментальном исследовании рабочего процесса, выполняемом корпусом 2-го яруса, принято сохранение в верхнем (20 см) слое пашни части гумусового горизонта после прохода корпуса 1-го яруса - показатель Кг; (%). определяемый выражением

Ы Л-,!.)-Я,, К = -5———х 100. /'(.!,-„,)

где „У,,, - площадь гумусового горизонта в профильном сечении вспашки ниже слоя 0-20 см.

Результаты исследования (рис 6) четырех отвальных поверхностей с углами :',' =42 и г. | =90° 76°. 71° и 66° соответствующими углу поворота пласта /? ¡'=90°, 72°, 65° и 59°. а также конструктивное исполнение корпуса позволили отдать предпочтение применению на плуге третьей отвальной поверхности (А",, >85%) с г. ('=71° или /?,' =65° Лучшее качество работы корпуса при этом обеспечивается на скоростях вспашки V. =1,1.. 2.2 м/с

Экспериментапьно, методом контроля перемещения меченной почвы, установлено рациональное продольное расстояние между плужными корпусами 2-го яруса - /1 =1000 мм, уточнен интервал регулирования продольного расстояния 1\ между корпусами 2-го и 1-го ярусов соседних плужных секций, который при г, =1,1...2,2 м/с должен быть 240...380 мм.

Минимальное межкорпусное расстояние (между пяткой полевой доски й носком лемеха соседних корпусов 2-го яруса), которое обеспечивает реализацию энергосберегающего принципа перемещения почвы, !к~220 мм. При этом длина полевой доски впереди стоящих корпусов /,„, </,-/< =780 мм. Устойчивость хода плуга достигается, при необходимости, удлиненной полевой доской на последнем корпусе 2-го яруса.

Рис. 6 Изменение показателя А' , сохранения гумусового слоя почвы на поверхности пашни от скорости г., глубин пахоты </ и гумусового слоя при: Л =40 см; , = 16 см

- - - а= 35 см; ------и= 40 см

На основании результатов исследования тягового сопротивления плужной секции обоснована конструктивно-технологическая схема плугов к тракторам тягового класса 3,0 и 5,0.

Плуг ПСН-4-40 к трактору класса 5,0 1,0 1,5 2.0 >;., .и/с '

выполнен в навесном варианте поэтому для обеспечения хорошего копирования поверхности поля снижения динамических воздействий на него от колебаний самого трактора, особенно.в продольно-вертикальной плоскости, в конструкции, плуга применен механизм разгружения в рабочем положении верхней тяги навесной системы, предусмотрены переднее и заднее опорные колеса

Испытания плуга в производственных условиях дали положительный результат. По фрезерованному фону многолетних злаковых трав на супесчаной почве с глубиной окультуренного слоя 19.5 см при глубине вспашки 35 см на скорости 2,05 м/с глубина заделки загрязненного слоя составила в среднем 28 5 см в новом пахотном слое 0-20 см после снятия загрязненной почвы сохранилось 92% окультуренного горизонта, содержание гумуса уменьшилось только на 0 13% Значительно улучшились показатели радиоэкологической ситуации Если до проведения специальной вспашки содержание радиоактивного цезия в слое 0-5 см составляло 48 7 Ки/км' а в слое 0-20 см - 53.7 Ки/км?. то поспе - соответственно 1 В и Т з Ки/км' ;■ - фон снизилсч в среднем в 3.5 раза. Накопление цезия в зеленой массе ржи в среднем составило 0.8x10^ Ки/кг и уменьшилось в 34 раза тто сравнению с накоплением его в зеленом корме до вспашки

Разработанная технология ярусной вспашки с предварительным фрезерованием является эффективным приемом рекультивации (реабилитации) поверхностно радиоактивно загрязненных л> гопает бищных угодий

Анализ приемов основной обработки, агромелиоративного улучшения и в целом системы почрсоораоотки основных типов почв Республики показывает, что технологический процесс вспашки выполняемый разработанным специальным плугом может иметь широкое применение как в базовом исполнении так и в модификациях с дооборудованием nrv»ra другими рабочими органами Прогноз возможной области применения плуга представлен на рис 7 Теоретические основы минимально-соусной системы обработки по^в разработаны nporfc С С Сдобниковым Наиболее значимо ее внедрение для за-пс>чр -так чач ома соединяет в себе достоинства отвальной и минимальной сис^м пс-'-и'.х^боабо'м' позгегпет снизить "удельную" плотность загрязнения почв

ранее уже обработанных, путем интенсивного увеличения глубины пахотного слоя и разбавления радионуклидов в большем обьеме почвьг Оказывая консервирующее действие на почву, эта система способствует предупреждению аэрального переноса радиоактивных веществ, а также препятствует развитию эрозии, образованию плужной подошвы и техногенного переуплотнения, способствует накоплению гумуса и росту других элементов плодородия.

со 0.

Г

Основное исполнение ......I

Л.

Мелиоративная вспашка

о а

Ю 0)

к и

е-о-

О. О. V

О о 1

й> 15

Область применения специального плуга

Модификации

X

X

Минимально-ярусная система обработки почв

^

г

а;

а.

га с; 0) ю

а

сС <0 п X К О

к ф

со т

о X

\0 си

>>

а.

о

1

К'?.

сV Ь С 03

и с О

О- £ о >. с;

, Со сменными рабочими органами

Г

~1

Ярусные обработки почв

тгц

о

о

Рис 7. Прогнозируемая область применения специального плуга

В главе 4 "Разработка специального двухъярусного_плуга для глубокой мелиоративной вспашки мелкозалежных торфяных почв" разработаны теоретические предпосылки создания специального двухъярусного плуга для глубокой мелиоративной вспашки торфяников, включая и радиоактивно загрязненных, представлены результаты экспериментального его исследования и практической апробации.

Установлено, что глубина вспашки а и .толщина припахиваемого минерального слоя <(, определяются глубиной а1Ч торфяной залежи:

1 + 1,

(, - (,

!, V I)

«« = ап,Т +"»гТТГ-—V. <2 ';(! + '!)

где «,„. - глубина нового пахотного слоя, «,„.=20...25см;

/] и /, - соотношения (объемные) торфа и минерального грунта в пахотном и подпахотном слоях нового почвенного профиля.

ш

На основании анализа полученных зависимостей, с учетом наличия в республике площадей торфяных почв, отличающихся глубиной залежи и подстилающим грунтом, а также достоинств и недостатков различных типов плугов и выполняемых ими технологических процессов, обоснована целесообразность применения двухъярусного навесного и одноярусного прицепного плугов, обеспечивающих глубину вспашки соответственно 100 и 150 см. Определены условия рационального применения и выполнена разработка двухъярусного плуга с оптимальной технологической схемой корпус 1-го яруса перемещает весь слой торфа, а корпус 2-го яруса - только слой песка необходимой толщины. Полевые обрезы корпусов совмещены в продольно-вертикальной плоскости Обоснован принцип регулирования и установлены рациональные глубины припахиваемого плугом слоя песка (табл.2), практически реализуемые изменением положения высоты установки корпуса 1-го яруса по отношению к корпусу 2-го. яруса в зависимости от средней статистической глубины торфа на участке.

Таблица 2

Исходные данные для выбора глубины мелиоративной вспашки при = 0,5

Тип песка (содержание глинистых частиц) Соотношение г, Спой торфа (к,,,), см Слой песка ("„) см

Рыхлый (0 .5%) 4 2 25 ..30 20

30 . 40 25

40... 50 25, 30

50 . 60 30: 35

Связный (5 .10%) 2 . 1 25 .30 25; 30. 35

30 . 40 35: 40. 45

40.. 50 35; 40. 45, 50 '

50 . 55 40. 45

55.. .60 40

Обоснована агротехнически и энергетически рациональная технологическая схема двухъярусной глубокой мелиоративной вспашки с недорезом пласта по ширине h равным ширине )\ наклонной песчаной прослойки Установлена зависимость недореза пласта от конструкционной ширины корпуса 2-го яруса - 1\ = />,, = (I / )ht и определен интервал рациональных значений /\ = 50 67 см

Экспериментапьно-теоретическим исследованием требуемого перемещения торфяного слоя определена специальная попувинтовая лемешно-отвзльная поверхность корпуса 1-го оруса Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность реализации с тяговым энергосредством класса 6.0 только двухфазного формирования чаипемисчл торй^ыои прослойки корпус 1-го яруса перемещает пласт в борозду в поло-близкое к расчетному ? конечное формирование грофиля осуществляется под

воздействием слоя песка, перемещаемого корпусом 2-го яруса. Поставленным трехфак-торным экспериментом (А - типы корпусов, В - почвенные фоны, С - глубина вспашки), с использованием методики планирования опытов и обработки их результатов методом дисперсионного анализа, обоснована рациональная отвальная поверхность корпуса 1-го яруса, характеризующаяся следующими основными параметрами: ii¡ = 20 ,.60 см; b[ = 60 см;

34°- ;/,,= 50°, v з 5 = 48°; ^ = 64°; высота параболической направляющей кривой г('= 1000 мм, длина - ^ = 335 мм.

Исследованием тягового сопротивления плужного корпуса 1-го яруса определена оптимальная почвогрунтовая зона движения лезвия его лемеха: заглубление в песок не более 2 см и подъем в торфяной слой до 5 см относительно границы раздела "торф-песок".

С учетом результатов технологического исследования корпуса 1-го яруса и функционального назначения корпуса 2-го яруса при глубокой мелиоративной вспашке экспериментально-теоретически определена рациональная форма отвальной поверхности последнего. Важнейшим требованием перемещения почвогрунта этим корпусом является равномерное боковое смещение поднимаемого слоя песка за пинию бороздного обреза в пределах высоты наклонных прослоек. Исходя из этого и условия перемещения почвогрунта в закрытой борозде, получены теоретические зависимости, определяющие направление (угол подъема ,и) пласта отвалом во фронтальной плоскости по агротехническим требованиям

Í, Л"0+'.) Н' I

í/ = «rr7í,'-U + —f—í-i———---------А-----i

| «„(I+^K'H)]

и угловым параметрам отвальной поверхности

clíin"s'my'-' - eosг" cosí"

ii = агсщ—^--í---¡-1-,

Sin ¿7

где кр - коэффициент разрыхления песка; <„, - коэффициент вспушенности торфа. // - угол вступления пласта на отвальную поверхность

Для угла // установлены эмпирические зависимости:

а) при вступлении пласта на лемех б) при высоте подъема пласта /;„ > <1п

2.59 + 0.()4Í-„ ' 2.86 + 0.05е','

' Совместное решение этих зависимостей позволило аналитически обосновать линейные и угловые параметры экспериментальной отвальной поверхности Лэборатор-

но-полевым исследованием установлено, что лемешно-отвальная поверхность характеризуется следующими параметрами: Ь'/= 60 см, а- 25..100 см; г.-= 25°; ;',', = 50°; 7 8|ши=46 '. 7лп,.,\= 56°; параметры параболической направляющей кривой' высота :'п1600 мм, вылет /¿" =795 мм

В основу оптимальной структурно-с()ункциональной связи параметров рабочих органов двухъярусного плуга с качеством и энергоемкостью выполнения технологического процесса были положены два условия:

- пласт, сходящий с корпуса 1-го яруса, должен лечь на дно борозды раньше, чем его настигнет пласта с корпуса 2-го яруса;

- напряженно-деформированная зона пласта от корпуса 2-го яруса не должна распространяться в неразрушенный пласт перед корпусом 1-го яруса.

Экспериментально установлено, что оба эти условия выполняются при расстоянии между ппужлыми корпусами в продольном направлении /¡' >1100 мм.

По результатам полевых исследований плуга получена эмпирическая модель его тягового сопротивления Р [Н).

Р = ./„,С + 31.4 ■ И)3 а^Ь + 70,3 • 1 (У 4-78,7 • 10 V'\,Ь.

где /„, - коэффициент сопротивления перемещению плуга;

С - вес плуга, //

Размерность параметров "„,/'„• ч и /> - [ м ].

Согласование полученных значений тягового сопротивления плуга и тяговых зозможностей базового трактора позволяют определять рекомендуемые рабочие режимы в зависимости от параметров технологического процесса.

Разработанный на основе выполненного исследования плуг ПТН-0,9 к тракторам Г-130БГ-3 прошел государственные приемочные испытания и рекомендован в производство.

Этот плуг и плуг ПСН-4-40 составляют техническую основу предложенной системы ¡бработки радиоактивно загрязненных торфяно-болотных почв (рис.8).

В главе 5 "Совершенствование основной обработки почвы путем разработки поворотного плуга для гладкой вспашки" дано обоснование конструктивно-ехнологической схемы, и представлены результаты исследования гладкой вспашки плугами : симметричными отвальными корпусами, разработки и испытания поворотных плугов.

Установлены математические зависимости между линейными и угловыми параметра-1и пахотного агрегата при его движении вне борозды и в борозде. Применительно к услови-м республики показана перспективность разработки поворотного плуга с жестким крепле-¡ием корпусов (без дополнительного их подворота в горизонтальной плоскости) при движе-ии колесного тягового средства по борозде. Разработана модель связи конструктивных и эхнологических параметров такого плуга в виде системы

Рис.8 Структурная схема основной обработки загрязненных тсрсряных почв

}/»,, = /? / sill V„ .

гДе У„~ горизонтальный угол поворота несущей плужные корпуса балки от ее центрального продольного положения;

lkb - расстояние между корпусами по балке.

Для возможных (априори) значений /„=42......58° и Ь=35...50 см имеем уа = 32...48°

и !кь -- 600. .800 мм. При расчетной глубине вспашки а- 16.. 27 см коэффициент оборота пласта к = Ыа = 1,30...3,12.

Обосновано конструктивное исполнение разрабатываемого плуга с одной поворотной осью, наклоненной вперед по направлению движения от вертикали на угол

Р„ = 2чи is;

С 1, if cos 2

ZA -190"

2___

' + У..

где (т, - (ircig

cos у, \il„,-«

ZA - arcsin

cos ЧГ( ll

COS •

I Li -<r

/-,,, - колея трактора

По результатам кинематико-энергетического анализа технологического функционирования симметричного плужного корпуса обоснована форма сечения пласта и его геометрические параметры, когда он совершает полный оборот при одном подъеме корпусом на минимально необходимую высоту с последующим движением под действием силы тяжести. Графо-аналитическим исследованием кинематики оборота пласта различных форм (модели абсолютно недеформируемого тела) показано, что указанному условию могут удовлетворять ромбическая и параллелограммная формы его сечения

Анализ полученных аналитических и графических (рис.9) зависимостей изменения параметрического угла ¿>(. сечения пласта от показателя его оборота к (для установленных к =1,30...3,12) позволяет считать более приемлемой параллелограммную форму, так как она обеспечивает устойчивое положение обернутого пласта при любом <У( (22°<гУ < 90°). Теоретическим исследованием минимально необходимой работы оборота пласта такой формы уточнен интервал к =1,49...3,12 и соответствующее ему значение 22°<д1 286,5°, для которых агротехнические значения глубины вспашки (/ = 16...27 см, а ширина захвата корпуса /)=40...50 см.

Выполнена энергетическая оценка оборота пласта параллелограммной формы по отношению к прямоугольному. Относительное изменение работы А.) (%) при обороте пласта прямоугольного сечения к работе оборота параллелограммного пласта определяли по выражению

л

J

/

где

ЛЛ = <1--^ )Х 100,

4 + A (l + ctg18l ) + - ctgS,

1 ------------vlvï siir y, + gfr

-, +• + CVi'i)

к- К к s

' ц/ fi',2 siir' y, + «/j^l I + y2 -1 - •

Д.,1 и " Работа при обороте пласта соответственно прямоугольной и паралпело-граммной формы.

3

60

30

\ 4х , . 1/Т ire/g-— k\fk -l

; 2

г4^—.

4 < 1 г es » 'А -в-

Рис.9. К определению формы оборачиваемого пласта: 1 - для ромба; 2 - для параллелограмма, с положением ц.т. обернутого пласта на вертикали

Анализ графических \А = А(к,Ь), ■ и АЛ = А[к,у,)

полученных зависимостей AU A(k,ve) показывает,

1.0

1.5

2,0

2,5

3,0

что эффект работы оборота лараллелограммного пласта может быть и положительным, и отрицательным Он особенно интенсивно возрас-

тает с уменьшением ширины пласта b и увеличением угла корпуса yt, скорости вспашки vp и угла <5 сечения пласта. Поэтому уменьшение угла сечения ât целесообразно до определенного предела. Расчетом установлено, что при />1П1П=40см. vfmin= 1,5 м/с -АЛ 2 0 при всех значениях к< 1,8, Тогда 55,5° < ¿>t <86,5°. Таким образом, установив агротехнически необходимую глубину вспашки il и приняв значение ктт - Ы ити1, можно определить ширину пласта b и угол д^. . Расчеты показывают, что при Sc = cmsl оценка ДЛ практически не зависит от параметра к, а значит и глубины а, и определяется только шириной b, углом корпуса /, и скоростью \е. Поэтому при разработке симметричного плужного корпуса следует принимать большие значения угла 8С из установленного интервала значений, что позволит при h = const обеспечить качественную вспашку в бопее широком диапазоне глубины а, независимо от скорости v_,.

Исследовано перемещение пласта отвальной поверхностью симметричного корпуса по заданной технологической схеме его оборота и получен алгоритм, определяющий область сущеа вования направляющей кривой:

!1 л

£ -- -тгет,, <1/. i, с05с. бн» У „ !---/>(|-со$й> ) сой У

360' 1 ' у "',

где /,,. - текущая координата вылета направляющей кривой на высоте :м от лезвия лемеха; <рп, - текущий угол поворота пласта в фронтальной плоскости. ер ^^¡п^тр^зтг;,).

Наибольший угол поворота пласта отвальной поверхностью определяется условием

. ^ <Р„т,, =90"- агсЦ----—--

Ь +- ас1Ц(\

Полученная система уравнений показывает, что для пассивной отвальной поверхности каждому значению г, соответствует своя направляющая кривая. Поэтому определять поверхность корпуса целесообразно для наибольшей расчетной скорости вспашки т ,.,„ ,,

С учетом технологичности изготовления и работы отвала целесообразно исполнение его в виде сопряженных цилиндров разных диаметров и плоскостных участков по краям.

На основе полученных теоретических предпосылок разработана методическая схема расчета отвальной поеерхности симметричного плужного корпуса и поворотного плуга для гладкой вспашки в целом.

Фактическое рациональное значение параметрического угла с>] сечения пласта, равно как угла полевого обреза о корпуса для зональных условий определяли экспериментально в интервале (55,5°, 86,5°) по глубине заделки растительных остатков. Установлено, что глубина заделки растительности уменьшается с увеличением угла ¿\. и с уменьшением угла у„ установки корпуса к направлению движения. Каждому интервалу гПубины заделки растительных Остатков и углу /„ соответствует определенное значение

Целесообразно принять бс= 60°, что удовлетворяет всем возможным значениям . При этом обеспечивается необходимый оборот пласта и заделка растительности.

Определена форма боковых абрисов отвала в виде ломаной линии с вершиной на высоте, немногим меньшей расчетной глубины вспашки.

Обоснована энергетическая, технологическая и агроэкологическая эффективность применения симметричного Плужного корпуса на объемно-упругой подвеске, выполненной в виде трех стоек с винтовыми пружинами, оси которых совмещены в линию на горизонтальной плоскости и параллельны лезвию лемеха (патент РФ № 2063667) В качестве рабочего элемента упругой подвески предложена пружинная стойка чизельного культиватора. Если динамическое приращение угла £и такого корпуса определяется только жесткостью Пружины стойки, то устойчивость глубины вспашки определяется как жесткостью пружины, так и кинематическим параметром Ук (рис.10). При неизменных жесткости пружины и реакции почвы для Ук, < Ук2, ■ = Укг имеем 7.п < Zí:. Так как

то при известных Z^ <4с.н, /к и V/ можно определить рациональное значение ). Установлено, что исследуемый плужный корпус на трех пружинных стойках с £„=20°, уи =55°, /'=45 см при ¡7=22 см и удельном сопротивлении почвы до кн <79 кПа должен иметь Г = 5 см. При )'у =18,5 см он может устойчиво работать при ки <45 кПа. С увеличением тягового сопротивления корпуса увеличиваются и значения эго углов е„ и /„ При увеличении сопротивления до 9 кН максимальное увеличение А^П0 и Ауи »8°. Это необходимо учитывать при разработке конструкции такого корпуса

Экспериментально установлено также, что с увеличением скорости V от 1 до ,8 м/с общая глубина вспашки уменьшается на 1,0...1:5 см. Однако устойчивость хода зрпуса по глубине повышается.

Симметричные плужные корпуса менее энергоемки по отношению к традиционным симметричным, образующим пласт прямоугольной формы. Суммарный эффект опреде-яется двумя слагаемыми применением "ромбической" вспашки и упругой подвески. Он озрастает с увеличением глубины, скорости вспашки и составляет от 16 до 24% при =18 27 см и .1(, =1,5 2.5 м/с При этом доля, привносимая первым слагаемым, сосгав-яет 40 . 45% в общем эффекте, а вторым - 55 . 60%

Изменение угла установки корпуса к направлению дви,пения в интервале вероят-ых значений (45°. 55°) приводит к росту тягового сопротивления корпуса. Максимальное эеличение составляет 7.5%-при Угт„=2,8м 1С для у„та,= 55°.

Экспериментально-теоретически обосновано расстояние между плужными корпусами из условия требуемых межкорпусного пространства и длины полевой доски для плужного <орпуса с объемно-упругой подвеской.

Экспериментальным исследованием изменения тягового сопротивления корпуса методом экранирования установлено, что при межкорпусном расстоянии 200 мм и 250 мм, :оответственно для корпуса на упругой и жесткой стойках, наступает стабилизация гягового сопротивления

Горизонтальная устойчивость хода плуга с объемно-упругой подвеской рабочих )рганов обеспечивается устойчивостью хода каждого корпуса. Теоретическая область ;уществования необходимой длины полевой доски в таком случае описывается системой

'к-1ЯУ0. У„<&'. '/„>53"

'«о = 0,5(0,6/, -а.сца )___• 45" 2Уо 255"' ^п у„соЦу,,+ ?»„,,)

де (рП1 - угол внешнего трения почвы.

Графическая интерпретация области существования дпя конкретного примера ,ана на рис 11. Нетрудно видеть, что при у„ = 55° интервал теоретически возможных начений 1т = 310..660 мм Экспериментально установлено, что уже при /,„,= 400 мм олебания по ширине захвата корпуса не превышают ±7,5% (допустимо ±10%) Таким бразом. расстояние между корпусами на объемно упругой подвеске в плуге должно быть , ^ 1,„> + 4 =400+200 = 600 мм.

Разработаны конструкции и испытаны два типа плугов:

- ПНГ-3-43 на жестких стойках к тракторам МТЗ-80/82;

- Г1НГ-4-45 на упругих стойках к тракторам Т-150К.

см

60

40

20

1„д=ь СЩ «=1вм<

СУдХ У „ <г=27см -

I // 111

45

47

49

51

53

55

.1С. 11. К расчету области существования необходимой длины полевой доски симметричного корпуса в функций угла у^ лемеха ( ^=16 ..27 см. Ь=А5 см, <рт = 26,5°, Зл. = 60°)

По результатам государственных приемочных испытаний плуг ПНГ-3-43 рекомендован к выпуску опытной партией, а ПНГ-4-45 - к разработке улучшенного образца. Основные причины рекомендации относительно плуга ПНГ-4-45 - неадаптированность трактора Г-150К к ведению гладкой вспашки по условиям работы тракториста и некоторое превышение устойчивости глубины вспашки (получено 12,1 и ±3,4 см вместо требуемых ±2 см). Последнее было обусловлено неприспособленностью конструкции плуга к регулированию его тараметрое в тяжелых условиях пахоты (засуха), которые сложились в 1994 году.

В главе в "Реализация результатов исследований и их экономическая нрфехтивность" представлены результаты завершающего этапа выполненных разработок.

Опытная партия плугов ПСН-4-40 (85 шт.), изготовленная ПО "Алтайсельмаш" 80 шт.) и опытным производством ЦНИИМЭСХ использовалась при реабилитации более 2,0 тыс. га лугопастбищных угодий на почвах с малым гумусовым слоем. В сравнении с тугом ПТН-3-40А это позволило получить народно-хозяйственный эффект более > млрд. белорусских рублей (в ценах на 01.01.1998 г.), сэкономить около 4,6 тыс. чел -ч <ивого труда, 211 т дизельного топлива и 13,2 т металла.

Плуг ПТИ-0,9 включен в Систему машин на 1986-1995 гг. (Мелиорация, Ч.Ш, i М4 3.34), методом глубокой мелиоративной вспашки в республике улучшено около 1000 га 1елкозалежных торфяников. Производство плугов ПНГ-3-43 осваивается на Минском аводе шестерен, выпущено 37 шт. Минимальная потребность республики в этих плугах оставляет соответственно 250 и 2490 шт., а в модернизированных плугах ПСН-4-40А ,ля системы минимально-ярусной обработки почв - около 650 шт.

Возможный суммарный годовой экономический эффект от применения этих трех ипов плугов в объеме потребности составляет 1390 млрд, руб. При этом годовая эко-омия ресурсов составит: 267 тыс. чел.-ч живого труда, 4,64 тыс. т дизельного топлива и 70 т металла.

Выполненные разработки нашли отражение в книге "Системы ведения сельского озяйства Республики Беларусь" (Минск: БелНИИЭИ АПК, 1996 - 252 с.) и Концепции азвития механизации и автоматизации сельскохозяйственного производства Республики еларусь на период до 2000 года, одобренной Коллегией Минсельхозпрода Республики еларусь (Постановление Коллегии №22 от 29.05.96).

ВЫВОДЫ

1. Современное агроэкологическое состояние основных типов почв республики эусловлено, в первую очередь, негативным техногенным воздействием на них в про-эссе сельскохозяйственного использования. Дальнейшая интенсификация растение-эдства возможна только при устойчивом повышении потенциального плодородия почвы /тем применения научно обоснованной системы земледелия Улучшение агроэкологи--ских свойств почвы как системы взаимосвязанных факторов обеспечивается, преждч lera, подсистемами ее коренного улучшения и обработки, базирующимися на eneipw^-wx эханических воздействиях на почвогрунты /1, 3, 11.12, 35 /.

2. Разработка технических нововведений по улучшению агроэкологических свойств почвы предопределяет эффективность решаемых ими технологических задач и должна рассматриваться как системно-этапный процесс, включающий анализ условий функционирования машины-орудия с учетом агрономических требований к конечному результату ее работы Применительно к созданию плугов системный подход предпопагает очередность и совокупность следующих этапов' переход от агротребований по наиболее рациональному расположению обрабатываемого пласта почвогрунта к агротехническим требованиям на рабочие органы и орудие в целом, формализацию базовых параметров рабочих органов и орудия, экспериментально-теоретическое исследование и обоснование установленных параметров, технологическую и энергетическую оценки, обоснование схемы орудия, испытание и определение эффективности его применения, освоение производства /1, 3, 10-12, 15 /.

3. Наиболее эффективным приемом реабилитации поверхностно загрязненных радиоактивными веществами почв с мелким плодородным слоем (16...22 см) является глубокая (на 30...40 см) вспашка специальным двухъярусным плугом, характеризующаяся перемещением верхней части пласта основного загрязненного слоя (5...7 см) в подстилающий почвогрунт тонкой прослойкой по дну борозды и перемещением нижней (чистой) части поверх ее без оборота и смешивания / В, 17, 19, 27 /.

Отличительной особенностью специального плуга является принципиально новая форма лемешно-отвалы-юй поверхности корпуса 2-го яруса. Экспериментально-теоретическими исследованиями установлено, что она должна быть выполнена в виде трех сопряженных плоских косых клиньев, составляющих с дном и стенкой борозды углы s =22°, £ ['=66...71°, £ 2 = 90..95° и у I, =55°, у '¿-у ','= 42° соответственно, при этом ширина пласта Ь= 40 см / 8, 29 /.

Структурно-функциональная связь Между рабочими органами такого плуга определяется расстоянием между ними по направлению движения агрегата, а также углами установки плужных корпусов к стенке борозды и боковым смещением их полевых обрезов. Установлены рациональные значения параметров: расстояние между соседними' корпусами 2-го яруса должно составлять 1000 мм, 2-ым и 1-ым - в интервале 240 ..380 мм; угол лемеха и горизонтальной образующей отвала корпуса 1-го яруса, на высоте сходе центра тяжести плас+а, к стенке борозды у ■= 45°; боковое смещение полевого обрезе корпуса 1-го яруса в сторожу невспаханного поля ДА = 5... 7 см. Наилучшее качестве глубокой вспашки обеспечивается в диапазоне рабочих скоростей 1,0 . 2,2 м/с / 8, 29 /.

С учетом тяговых возможностей энергетических средств специальный двухъярусный плуг к тракторам тягового класса 5 должен быть выполнен в четырехсекционно\< ва|эианте, а к тракторам тягового класса 3 - в трехсекционном.

Обязательным требованием реабилитации радиоактивно загрязненных лугопаст бищных угодий Методом разработанной Вспашки является предварительное фрезерование дернины на глубину основного слоя загрязнения. Суммарное накопление цезия-137 сельскохозяйственными растениями уменьшается при этом в 2,2-4,7 раза /9, 18, 19, 21, 28 /.

Разработанный специальный двухъярусный плуг ПСН-4-40 и его модификации 1аидут применение при техногенном углублении окультуренного слоя и энергоресурсос-зерегающей минимально-ярусной системе обработки почвы, эффективность которой >собенно значима для зон радиоактивного загрязнения при распределении радионуклиде по всему пахотному слою / 10, 11, 16, 20 /.

4. Преобразование методом глубокой мелиоративной вспашки специальными шугами почвенного профиля мелкозалежных торфяников, включая и загрязненные >адиоактивными веществами, в принципиально новый с последующим формированием минерального пахотного слоя следует считать одним из наиболее эффективных путей оренного улучшения свойств и рационального использования запасов органического -ещества / 1, 3, 5, 15, 34, 35 /

Теоретическая глубина такой вспашки определяется не только мощностью торфяника, ю и толщиной припахиваемого минерального грунта (песка или супеси). На основании опученных аналитических выражений, анапиза технологических схем формирования лугам нового почвенного профиля, с учетом наличия площадей торфяных почв по мощно-ти залежи обоснована целесообразность применения двух типов специальных плугов: вухъярусного навесного с глубиной вспашки 50 ..100 см (первоочередная задача) и одно-русного прицепного с глубиной обработки 90... 150 см (ближайшая задача) /1, 6, 34 /

Анализ технологических схем требуемого перемещения почвогрунтов в профиль-ом сечении пахоты двухъярусным плугом позволил выявить влияние ширины пласта иирины захвата плуга), конструктивной ширины корпусов и их соотношения, границы аздела пласта между корпусами 1-го и 2-го ярусов на технологические и энергетические оказатепи вспашки Установлен интервал рациональных значений конструктивной 1ирины корпусов 50..,67 см. Ширина захвата плуга не должна превышать 100 см, а ее )актическая величина находится в соотношении с принятой конструктивной шириной зрпусов в интервале отношений 5:4.. 2:1 в зависимости от агротехнических требований, ациональным является принцип деления пласта на ярусы по границе раздела "торф-эсок", что позволяет оперативно управлять» глубиной вспашки и .регулировать слой запахиваемого минерального грунта по среднестатистической глубине торфа на участке 1,4,25,33/.

Формы отвальных поверхностей плужных корпусов.специального двухъярусного чуга определяются, прежде всего, из технологических условий Экспериментапьно-зоретическим исследованием, включающим полученные аналитические модели и збораторно-полевые опыты агротехнически требуемого перемещения почвогрунтов эзличных физико-механических свойств, установлены их рациональные типы с угловы-и параметрами: углы лемехов ко дну борозды е = 34°, е = 25° и горизонтальных Зразующих к ее стенке у{-у\'- 50° г'з. 5т„,= 48°, у'птах = 64°, у I! = 4в°

" ' " ' I 1 ' 1 ДОШ '

„т.п= 56°/1,2,7.16/

Оптимальное расстояние между плужными корпусами по направлению движения регата должно обеспечить раздельное движение торфяного и песчаного слоев при ¿нимальной энергоемкости вспашки и составлять не менее 1200 мм /1 /

Разработанный двухъярусный плуг ПТН-0,9 агрегатируется с гусеничным болото-ходным трактором тягового класса 6-8. Полученная на основе экспериментальных данных зависимость тягового сопротивления плуга от глубины и скорости вспашки позволила получить выражение для его расчета и определить рациональный интервал расчетных рабочих режимов Пахотного агрегата 'Т-130БГ-3 + ПТН-0.9" от 0.88 до 2,11 м/с/1. 7. 33/.

5. Повышение качества основной обработки почвы, возможность применения контурно-мелиоративного земледелия на базе отвальной вспашки, а значит улучшение агрсэкологических качеств пахотных земель, обеспечивает ее разновидность, называемая гладкой вспашкой. Гладкая вспашка должна рассматриваться как важнейшее направление разработки современных плугов, а ее первоочередным этапом следует считать разработку поворот ного плуга и его модификаций /11.12/.

Существенные конструктивные и технологические преимущества такого плуга обеспечивае.т схема его исполнения, характеризующаяся жестким креплением плужных корпусов к поворотной балке, движением трактора по борозде и вертикально-наклонной, по направлению движения агрегата, осью шарнира, соединяющего поворотную балку с рамой. Получены аналитические зависимости связи параметров плуга и его рабочих органов для такой схемы /13, 32 /

Теоретическим исследованием оборота пласта (модель абсолютно недеформи-руемого тела) симметричным плужным корпусом установлено, что рациональной формой сечения пласта является параллелограмм с острым углом при вершине = 55,5 ..86,5° и отношением основания (ширина пласта) к высоте (глубина вспашки) А = 1,49. .1,80. Для глубины вспашки а = 16. 27 см ширина пласта должна составлять Ь~ 40...50 см. Графо-аналигический метод исследования движения пласта по отвальной поверхности симметричного корпуса на основе технологических требований к процессу обработки почвы позволяет выявить область существования рациональных форм направляющей кривой образующих отвала и обосновать выбор ее в виде параболы или сопряженных окружностей как наиболее близких к граничной теоретической кривой. Полнота оборота пласта таким корпусом зависит не только от геометрических параметров сечения самого пласта, но и угла установки корпуса к направлению движения. Экспериментально установлено, что более полный оборот плас+а достигается с увеличением у{) и уменьшением 6С. Для корпуса с постоянной геометрией каждому значению ширины захвата соответствует свой определенный интервал агротехнически возможной глубины вспашки 1231.

Применение симметричного корпуса на объемно-упругой подвеске сокращает затраты энергии на пахоту от 16 до 24% (а = 18...27 см, гг= 1,5. .2.5 м/с) и уменьшает требуемое межкорпусное расстояние с 250 мм до 200 мм / 26, 30, 31 /.

Разработанные поворотные плуги ПНГ-3-43 и ПНГ-4-45 агрегатируются с тракторами МТЗ-80/82 и Т-150К соответственно и обеспечивают в определенных условиях качественную вспашку при рабочих скоростях 1,4. .1,9 м/с (ПНГ-3-43) и 1.9...2,5 м/с (ПНГ-4-45)/14, 22, 24 /.

6. Для минимальной потребности республики в плугах (ПСН-4-40А - 650 шт., ПТН-0,9 -250 и ПНГ-3-43 - 2490 шт ) определен ежегодный экономический эффект от освоения их в производстве в 1390 млрд. руб. и экономия ресурсов в объеме 267 тыс чел -ч живого труда, 4,64 тыс т дизельного топлива и 570 т металла. Это свидетельствует о высокой эффективности выполненных разработок.

Разработанные базовые модели специальных отвальных плугов являются основой семейства технических средств для-эффективного улучшения агроэкологических свойств почв республики, стабилизации и увеличении земельных ресурсов. В связи с этим выполненная работа в совокупности обеспечивает решение важной прикладной проблемы. Дальнейшие исследования по развитию указанного направления целесообразно сосредоточить на совершенствовании и адаптации выполненных разработок к технологическим процессам улучшения свойств других типов почв республики и формировании на их основе новых ресурсосберегающих систем основной механической обработки / 10, 11, 15, 16, 36/.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монография

1 Механизация обработки торфяников. - Минск: Ураджай, 1988. - 80 с. (соавторы В Я Ткаченко, О.М.Мацепуро).

Научные статьи

2 Методика определения показателей качества глубокой мелиоративной вспашки торфяников / ЦНИИМЭСХ. - Минск, 1982. - 7 с. - Деп. БелНИИНТИ 07 09.82 - №494 // РЖ: Земледелие. - 1983.- №1.- С 11.

3. Устойчивое повышение урожая сельскохозяйственных культур и направление научно-технического прогресса в почвообработке II Материалы годич. собрания Запад, отд ВАСХНИЛ. - Таплин, 1983. - С 61-66 (соавторы М М.Севернев, Р.Л.Турецкий).

4. Двухъярусный плуг для улучшения свойств торфяных почв II Гидротехника и мелиорация. - 1984. - № 1. - С.42-46 (соавторы Р.Л.Турецкий, Н.Г Райкевич).

5. Создание новой почвы на выработанных торфяниках II Мелиорация и урожай. -

1986 -№1 - С 26-28 (соавторы М. М.Севернев, В. И. Белковский).

6 К вопросу обоснования типоразмеров плугов для глубокой мелиоративной вспашки мелкозалежных, торфяников // Механизация почвообработки. применения и использования удобрений. Сб. науч тр / ЦНИИМЭСХ. - Минск.. 1986. - С 51-56.

7. Глубокая вспашка мелкозалежных торфяников II Техника в сельском хозяйстве. -

1987 - № 10 - С 20-21 (соавторы Р Л Турецкий. Ю В Боголепов. Е Я Грек).

8 Технологический процесс и средства механизации для запашки верхнего загрязненного радионуклидами слоя почвы II Механизация и электрификация селького хозяйства: Межвед. темат. сб - Минск Ураджай. 1991. - Вып.34,- С 11-17 (соавторы В.Л Василевский В Ф Марышев)

9. Совершенствование механической обработки пласта многолетних трав II Земледелие -1991. - № 12. - С.50-53. (соавторы А.З.Пилецкий, П.П.Костюков, Н А.Михневич, В В.Барановский)

10. Повышение агроэкологической устойчивости почв на основе механических обработок: Материалы регион, науч.-теор конф. "Человек и техника в контексте культуры" / Акад. аграр. наук Респ. Беларусь, ЦНИИМЭСХ. - Минск, 1994. - С.137-142.

11. Проблемы и перспективы механизации процессов обработки почвы и посева в Беларуси II Механизация и электрификация сельского хозяйства: Межвед. темат. сб. -Минск, 1996. - Вып.35,- С.18-34 (соавтор А А.Точицкий).

12. Основное направление совершенствования отвальной вспашки, технологических и конструктивных схем перспективных плугов в Беларуси // Механизация и электрификация сельского хозяйства: Межвед. темат. сб. - Минск, 1996. - Вып.35. - С.34-44 (соавтор A 3 ПиЛецкий).

13. Теоретическое определение кинематических и агротехнических параметров поворотного лпуга с вертикально-наклонной осью II Механизация и электрификация сельского хозяйства Межвед темат сб. - Минск. 1996 - Вып35 - С.44-56 (соавтор А.З.Пилецкий)

14. Навесной плуг ПНГ-3-43 для гладкой вспашки II НТИ и рынок. - 1997. -№ 4. - С.32-33 (соавторы ААТочицкий, А.З.Пилецкий).

15. Агроинженерные задачи повышения устойчивости торфяных почв // Агропано-рама. - 1997. - №3. - С. 17-20

16. Агроэкопогическая рекультивация радиоактивно загрязненных земель II Науч -техн прогресс в с.-х. производстве: Материалы Международ, науч.-практ конф, посвящ 50-летию БелНИИМСХ, Минск, 18-19 сент. 1997 г. / М-вО с. х-ва и прод. Респ. Беларусь, БелНИИМСХ. - Минск, 1997. - С.58-59 (соавтор В.Ф.Марышев)

Тезисы докладов

17 Эффективность запашки радиоактивно загрязненного слоя почвы II Респуб. на-уч.-практ. конф. по радиобипогии и радиоэкологии: Тез. докл., Минск. 20-21 дек, 1990 г. / Акад. наук БССР, ин-т радиобиологии. - Минск, 1990. - С.35 (соавторы В.Л Василевский, Н.Г.Винченок).

18. Совмещение поверхностной обработки радиоактивно загрязненной почвы со специальной двухъярусной вспашкой II Создание сист. маш. для районов, пострад в результате авар, на Черноб. АЭС: Тез. координац совещ., Минск, 2-5 апр. 1991 г. / ВАСХНИЛ, НПО "БелсеЛьхозмеханизация". - Минск, 1991. - С 17-18 (соавторы А.М Дмитриев, В.Л.Василевский).

19. Специальная механическая обработка загрязненного радионуклидами травяного пласта II Создание сист. маш для районов, пострад в результате авар на Черноб. АЭС: Тез. координац. совещ,, Минск, 2-5 апр 1991 г. / ВАСХНИЛ, НПО "Белсельхоз-механизация". - Минск, 1991. -С.20-21 (соавтор А.З.Пилецкий).

20. Обработка пласта многолетних трав двухъярусным плугом // Механ. и элек-триф. проц кормопроизводства запад, и сев-запад, зон страны: Тез. науч.-производ

конф , Минск, 5-6 июня 1991 г. / ВАСХНИЛ, НПО "Бепсельхозмеханизация". - Минск, 1991. -С.33-35 (соавторы В Л Василевский, Н.Г.винченок).

21. Эффективность совмещения поверхностных обработок почвы со специальной вспашкой естественных кормовых угодий, загрязненных радиоактивными веществами II Проблемы ликвид. послед, аварии на Черноб. АЭС в агропром. производ. - пять лет спустя: итоги, пробл и перепек. • Тез. Всесоюз. конф., Обнинск, 2-6 июля 1991 г. I Гос. Комиссия СССР по продовольст. и закупкам, Всесоюз. науч.-иссл. ин-т с.-х. радиологии. -Обнинск, 1991. -Т.1. - С. 119-121 (соавторы А.М Дмитриев, В.Л.Василевский).

22 Перспективный комплекс плугов для Беларуси II Науч.-техн прогресс в с.-х. троизводстве- Тез. докл. международ, конф , Минск, 16-17 февр. 1996 г I М-во с. х-ва и трод Peen Беларусь, БелНИИМСХ - Минск, 1996. - С 54 (соавтор А.З.Пилецкий).

23. Математическое моделирование области технологического функционирования :имметричного плужного корпуса // Моделир. с -х. процессов и машин: Тез, второй респ. -|ауч.-техн. конф., Минск, 21-23 мая 1996 г. / М-во с. х-ва и прод. Респ. Беларусь, Бел. зграр. техн. ун-т - Минск, 1996. - С 36

24. Семейство поворотных плугов к тракторам "Беларусь" II Переспек, розвитку лехан., електр., автомат, та техн cepeicy с -г. виробництва: Тез. докл. науч.-техн конф., "деваха. 1-3 сент. 1996 г. / Укр. акад. аграр. наук, ИМЭСХ. - Глеваха, 1996 - Сек. 1. - С.14 соавтор А.З.Пилецкий).

Описания изобретений

25 А с 1034622 СССР МКИ3 А01В 13/14. Агрегат для ярусной вспашки / Соавторы ТГ.Райкевич, Р.Л.Турецкий, МАГорин (СССР). - № 3396597/30-15; Заявл. 15 02 82; )публ. 15.08 83, Бюл № 30//Открытие. Изобретения. - 1983. - №30. - С.3.

26 Ас. 1160945 СССР. МКИ 15/00. 15/10. Корпус плуга I Соавторы И.Г.Львутин, ТГ.Райкееич, В.Н.Кондратьев (СССР). - № 3598608/30-15: Заявл. 30 05.83; Опубл. 5 06,85, Бюл № 22 II Открытие. Изобретения. - 1985 - №22. - С.З

27. А с. 1554156 СССР. МКИ А01В 79/00. Способ заделки верхнего, загрязненного ¡адиоактивными осадками .слоя почвы / соавторы А М Дмитриев. В Л.Василевский, 1.И.Лавровский и др. (СССР). - №4484436/30-15; Заявл. 20.09.80, Опубп. 1990, Бюл Й 9-12 // Открытие. Изобретения. - 1990 - № 3. - С.З.

28 Ас 1755402 СССР, МКИ А01В 79/00. Способ первичной обработки почвы, оверхностно загрязненной радиоактивными веществами /. соавторы С Ф.Маслов, I А.Светов. А М.Мальгин и др (СССР). - №4775933/15: Заявп. 02.01 90, Опубл. 1992, >юл № 29-32 II Открытие. Изобретения. - 1992. - № 8. - С.З

29. Ас. 1764527 СССР, МКИ А018 13/12. Двухъярусный плуг / соавторы , М.Мальгин, В Л Василевский. И.ПЛашкевич (СССР). - №4849526/15: Заявл 09.07.90; >лубл 30 09,92. Бюл. № 36 II Изобретения - 1992. - № 36. - С.З. -

30 Пат, 1831244. МКИ А01В 15/12 Почвообрабатывающее орудие I соавторы 3 Пилецкий. В.П Мармалкжов. А.А.Точицкий и др - №5039709/15; Заявл. 23.04.92; 'публ. 30.07.93 // Изобретения. - 1993. - №28. - С 80

31. Пат 2063667, МКИ А01В 15/00, 11/00. Корпус плуга / соавторы А.З.Пилецкий А А.Точицкий, В.П.Мармалкжов и др. - №5065495/15; Заяви. 21.08.92; Опубл 20.07.96 / Изобретения. -1996.-№ 20. - С.147.

32. Пат. 1471, МПК. А01В 3/40, 15/14. Поворотный плуг / соавторы А.З. Пилецкий А.А.Точйцкий. - №676; Заяел. 15.10.1993; Опубл. 16.12.1996 // АфЩыйны бюлетэнь Дзярж. пат. ведамства Рэсп Беларусь. -1996 - № 4 -4.1. - С.115.

33. Плуг для пестования (окультуривания) торфяников II Мелиорация - Минск БСЭ, 1984.-С.362

34. Технология преобразования торфяников в органо-минеральные почвы и система сельскохозяйственного их использования: Утв. БёпНИИМиВХ 19.12.86 / БелНИИМиВХ ЦНИИМЭСХ, БСХА. - Горки, 1987. - 40 с. (соавторы В.И.Белковский, А.И.Мурашко И.П.ПашкевИчи др.)

35. Технологические схемы по окультуриванию мелиорируемых земель в Нечерно земной зоне: Утв. НТС Всесоюз. госуд. проект.:технол. ин-та "Союзоргтехводстрой' 19.04.90 / Госагропром Нечерн. зоны РСФСР. - Л., 1990. - 71 с. (соавторы И.М.Емельянова, Г.А.Мзлышева, Т.П.Попова и др.).

36. Концепция развития механизации и автоматизации ' сельскохозяйственного производства Республики Беларусь на период до 2000 года: Одобр коллегией М-ва с. х-ва и прод Респ. Беларусь 29.05.96 / М-Во с. х-ва и прод Респ. Беларусь. - Минск. Ураджай, 1996. - 95 с. (соавторы И.С.Нагорский, М М.Севернев. И Н Шило и др ).

Отдельные научные работы

РЕЗЮМЕ

Казакевич Петр Петрович

Улучшение агроэкологических свойств почв на основе обработки специальными отвальными плугами

Почва, агроэкологическое св.ойство, специальная вспашка, специальный плуг, параметр, режим, конструкция, агрегат, система почвообработки, эффективность.

Объект и предмет исследования. Объект исследования - технологические процессы основной обработки почвы и ее специальных приемов, технические средства, параметры и режимы их работы Предмет исследования - методы обоснования параметров и режимов работы плугов, проектирование их конструкций.

Цель работы - повышение продуктивности сельскохозяйственных угодий путем улучшения агроэкологических свойств почв на основе создания и применения специальных отвальных плугов.

Методология и методы исследования Разработка выполнена на основе принципов системного подхода. С использованием методов теоретического, экспериментального и экспериментально-теоретического исследований. Эксперименты планировались и осуществлялись путем проведения лабораторно-лолевых опытов, результаты которых обрабатывались статистическими методами.

Полученные результаты и их новизна. Обоснованы и разработаны технологические процессы и новые технические средства для глубокой вспашки загрязненных почв с малым гумусовым слоем и их мелиоративной вспашки, глубокой мелиоративной вспашки мелкозалежных торфяников, гладкой пахоты. Установлены параметры двухъярусных и симметричных плужных рабочих органов, схем плугов, режимы работы агрегатов Полученные результаты развивают теорию плуга.

Степень использования. Результаты исследований использованы при разработке плугов' двухъярусного Специального ПСН-4-40, двухъярусного торфяного ПТН-0,9 и поворотного ПНГ-3-43. Они прошли приемочные испытания, рекомендованы и осваиваются в производстве.

Область применения. Разработанные плуги найдут применение в интенсивном земледелии при освоении новых систем основной почвообработки агроэкологи-ческой направленности, обеспечивающих сохранение и повышение плодородия почв

РЭЗЮМЭ

Казакев1ч Петр Пятровм

Паляпшэнне аграэкалап'чных уласц|'васцей глебы на основе апрацоую спецыяльным! адвальным1 плугам!'

Глеба, афаэкалапчная уласц^васць, спецыяльнае ворыва, спецыяльны плуг, параметр, рэжым. канструкцыя. агрэгат, астэма глебаапрзцоум, эфектыунасць.

Аб'ект! прадмет даспедвання. Аб'ект даследвання - тэхналапчныя працэсы асноунай апрацоук1 глебы I яе спецыяльныя прыемы, тэхн1чныя сродю, ¡х параметры 1 рэжымы працы. Прадмет даследвання - метады абгрунтавання параметрау I рэжымау працы плугоу, праектаванне ¡х канструкцый.

Мэта работы - павышэнне прадуктыунасц'1 сельскагаспадарчых зямель шляхам паляпшэння аграэкалалчных уласц^васцей глебы на основе стварэння I прымя-нення спецыяльных адвальных плугоу.

Метадалопя I метад даспедвання Распрацоука выканана на аснове прынцы-пау сюгэмнага падыходу. Скарыстаны метады тэарэтычнага, эксперыментальнага \ тэарэтычна-эксперыментальнага даследвання Эксперыменты планавалюя \ выкон-валюя шляхам лабэраторна-палявых вопытау, вынм як1х апрацоувалюя статыстыч-ным! метадамк

Атрыманыя вынт I ¡х нав!зна Абгрунтаваны I распрацаваны тэхналапчныя працэсы I новый тэхжчныя сродк1 для глубокага ворыва забруджаных глебау з не-вялтм гумусавым слоем I ¡х мел1рацыйнага ворыва, глубокага меп1рацыйнага ворыва мелказалежнага тарфянжа, гладкага ворыва. Установлены параметры двух'ярусных I аметрычных плужных рабочых органау, схем плугов, рэжымау працы агрэгатау. Атрыманныя вынм разв1ваюцьтэорыю плуга.

Ступень выкарыстання. ВынМ даследвання скарыстаны пры распрацоуцы плугоу: двух'яруснага спецыяльнага ПСН-4-40, двух'яруснага тарфянога ПТН-0,9 I паваротнага ПНГ-3-43. Яны прайшгн прыемачныя выпрабаваны, рэкамендаваны I асвойваюцца у выгворчасцг

Вобласць выкарыстання. Распрацаваныя плуп знойдуць скарыстанне у ¡нтэнауным земляробстве пры асвойванн! новых астэм асноунай глебаапрацоую аграэкалапчнага напрамку, забяспечваючых эахаванне 1 павышэнне урадлщасц1 глебы.

The summary

Peter P.Kazakevich

Improvement agriecological properties of soils on a basis processings special moldbord ploughs

Soil (ground), agriecological property, special ploughing, special plough, parameter, regimen, design, unit, system of tillage, efficiency.

Object and subject of research are technological processes of special kinds of ploughing for agriecological improvement of the basic soil types of the republic and means, carrying them out (special ploughs).

Purpose of work is to increase the efficiency of agricultural ground by improvement of agriecological properties of the soil on the basis of working out and development of manufacturing of special moldbord ploughs.

Methodology and methods of research. The development is executed on the basis of principles of the system approach. The methods of theoretical, experimental and experimental - theoretical researches are used. The experimental researches were carried out by realisation of laboratory-field experiences with application of statistical methods of planning and processing of the experimental data.

Received results and their novelty Technological processes and new means for deep ploughing of polluted soils with a small humusy layer and their land-improvement ploughing, deep land-improvement ploughing shallow piatbot, hat ploughing are grounded and developed. The parameters of double-depth and symmetric ploughing tools, schemes of ploughs, working regimens of units are established The received results develop the theory of a plough

Degree of use. The results of researches are used for development of ploughs, double-depth special PSN-4-40 double-depth peat PTN-0 9 and rotary PNG-3-43. They have passed acceptance tests, are recommended and being accustomed in manufacturing.

Area of application. The developed ploughs will find a use in intensive agriculture at mastering of new systems of basic cultivation of agriecological orientation ensuring preservation and increasing fertility of soils.