Category Archives: Земледелие

Машины и орудия для почвозащитной обработки почвы

Машины для обработки почв, подверженных ветровой эрозии


Технологические процессы

Крупный специалист в области противоэрозионных мероприятий Н. Гудзон экспериментально установил, что разница в эрозии, вызванной неодинаковой обработкой одной и той же почвы, значительно больше, чем разница в эрозии разных почв, подвергнутых одинаковой обработке. На этом основании он пришел к выводу, что величина эрозии почвы в гораздо большей степени зависит от способа обработки почвы и в меньшей степени от ее свойств.

Рабочие органы противоэрозионных почвообрабатывающих орудий плоскорежущие лапы, штанги и игольчатые диски — различаются по своему технологическому воздействию на почву. Технологический процесс работы лап культиватора-плоскореза и плоскореза-глубокорыхлителя заключается в подрезании пласта почвы и корней сорняков лезвиями лемехов, подъем и рыхление подрезанного пласта рабочими поверхностями лемеха и укладку его на прежнее место и без повреждения стерни. В результате растягивающих и сжимающих сил, возникающих при изгибе пласта при поступлении его на поверхность лемеха, пласт в определенной степени разрыхляется, в нем образуются вертикальные щели, через которые мелкие фракции поверхностного слоя почвы просыпаются во внутренние слои пласта, повышая эрозионную стойкость поверхностного слоя. В зонах прохождения стоек лап плоскорезов элементы пласта интенсивней разрушаются и перемешиваются, в результате чего часть стерни заделывается в почву. Кроме того, часть пласта, ударяясь о боковые поверхности стоек, отбрасывается в сторону. С увеличением рабочей скорости (более 6-7 км/ч) разбрасывание почвы увеличивается, в зоне прохождения стоек образуется широкая борозда (более 20 см), часть стерни заделывается почвой, вынесенные на поверхность нижележащие влажные слои ее иссушаются. Наилучшее качество обработки достигается при оптимальной влажности почвы 15-22%. При низкой влажности образуются крупные глыбы.

Штанга вращается в почве на глубине 5-10 см, при этом разрываются или выдергиваются и выносятся на поверхность корни сорняков и часть стерни, заделанной в почву, выравнивается поверхность поля, что важно, особенно в местах прохода стоек лап плоскорезов и глубокорыхлителей. Одновременно происходит разделение почвенных агрегатов мелкие пылеватые частицы просеиваются внутрь пласта, крупные, устойчивые к эрозии выносятся на поверхность. При низкой влажности и твердых почвах штангу можно заглублять только после обработки почвы лапами плоскорезов или глубокорыхлителей. Штанги бывают приводными или бесприводными; она делает 0,9-1,2 оборота на пути длиной 1 м.

Игольчатые бороны используются для поверхностного рыхления почвы во время весеннего закрытия влаги и осенней обработке почвы по стерне. Обычные зубовые бороны для этих целей использовать нельзя, так как они забиваются пожнивными остатками. При перекатывании диска под определенным углом атаки, иглы поочередно внедряются в почву на заданную глубину (4-10 см), деформируя ее своими торцевыми и боковыми поверхностями. В результате образуется лунка, форма поперечного сечения которой на поверхности поля похожа на эллипс. Если необходимо разрушить почвенную корку с сохранением стерни, диски устанавливают так, чтобы они работали «затылком», то есть при погружении в почву были направлены вогнутостью вперед. Таким образом, сохраняется до 75 % стерни и одновременно семена сорняков заделываются в почву.

Разновидности рабочих органов

Замена обычной отвальной вспашки системой безотвальной обработки почвы, при которой на поверхности поля сохраняется максимальное количество стерни, оставшейся после зерновых культур, является наиболее эффективным и общепризнанным способом борьбы с ветровой эрозией почвы. Для безотвальной обработки почвы с сохранением стерни созданы специальные рабочие органы (рис.).

Рабочие органы для обработки почв, подверженных ветровой эрозии: I — лапа плоскореза-культиватора; II — лапа плоскореза-глубокорыхлителя; III — лапа плоскореза-глубокорыхлителя-удобрителя; IV — лапа тяжелого культиватора; V — лапа со штанговым приспособлением; VI — секция игольчатой бороны; 1 — долото; 2, 16 — стойки; 3, 22, 27 — регулировочный болт с гайками; 4, 18 — упоры; 5, 7 — лемеха; 6 — башмак; 8 — тукопровод; 9 — воздухопровод; 10 — смеситель; 11 — заслонка; 12 — отражатель; 13 — скоба; 14 — ось; 15 — держатель; 17 — лапа; 19, 24, 26 — болты; 20 — кронштейн; 21, 28 — пружины; 23 — штанговое приспособление; 29 — игольчатый диск.

Лапа культиватора-плоскореза

Лапа культиватора-плоскореза (рис. выше, I) предназначается для обработки почвы на глубину 7-18 см. Она имеет стреловидную форму с углом раствора 2γ, равным 75 или 100°, и углом крошения α = 25°. Поскольку стерня в основном разрушается стойками лап, то чем шире захват плоскорезных лап, тем меньше повреждается стерня. Они выпускаются с шириной захвата 110, 115, 150, 220 и 250 см. Одна лапа с шириной захвата 220 см разрушает 15-20%, а две лапы с шириной захвата 115 см с перекрытием 10 см — 25-30% стерни. Лапы с шириной захвата 220 см с углом раствора 100° и лапы с шириной захвата 115 см с углом раствора 75° используются соответственно для обработки почв с влажностью 25-30 и 30-35%.

Лапа плоскореза-глубокорыхлителя

Лапа плоскореза-глубокорыхлителя (рис. выше, II) устроена аналогично лапе культиватора-плоскореза. Но глубина обработки первой (до 30 см) больше, чем второй (до 18 см), поэтому ширина захвата во избежание поломки крыльев и стоек не превышает 150 см. Сохранение стерни такой лапой не превышает 75%. При угле раствора лемехов 100° обеспечивается возможность работы лапы на почве влажностью от 80 до 30% от ее максимальной полевой влагоемкости.

Лапа плоскореза-глубокорыхлителя-удобрителя

Лапа плоскореза-глубокорыхлителя-удобрителя (рис. выше, III) оснащена устройством для внесения удобрений в почву. Они поступают по тукопроводу 8 в смеситель 10, откуда воздух вентилятором подается в воздуховод 9. Воздух в смесителе захватывает удобрения и переносит их к отражателю 12, который расположен в свободном пространстве между дном борозды и спускающимся с башмака пластом. Отражатель-распределитель равномерно распределяет удобрения по всей ширине захвата лапы, которые сразу заделываются почвой, сходящей с лемехов.

Лапа тяжелого культиватора

Лапа тяжелого культиватора (рис. выше, IV) с шириной захвата 41 см крепится к упругой стойке 16 с шарнирно-упругим креплением к раме. При работе, в результате изменений сопротивления почвы, лапа вибрирует, что способствует ее самоочищению от растительных остатков и почвы и снижению тягового сопротивления. Благодаря тому, что стойка изогнута по спирали в продольно-вертикальной плоскости, подрезанные сорняки скользят по ней вверх, исключая забивание. При наезде на препятствие лапа со стойкой отклоняется назад, поворачиваясь относительно оси 14 и сжимая пружины 21. После прохождения препятствия она возвращается в исходное положение под действием пружин. Положение лапы регулируется болтами 19, добиваясь горизонтального положения ее лезвия. Лапа способна обрабатывать почву на глубину 5 — 16 см. Лапы повреждают до 50% стерни и создают гребнистую поверхность поля, поэтому тяжелые культиваторы обычно оснащаются штанговыми приспособлениями, которые выносят на поверхность часть заделанной стерни, корни подрезанных сорняков и выравнивают поверхность поля.

Лапа со штанговым приспособлением

Лапа со штанговым приспособлением (рис. выше, V) применяется для предпосевного рыхления почвы и уничтожения сорняков с максимальным сохранением стерни. Лапа 17 и бесприводное устройство штанги крепятся к трубчатой стойке 2 с помощью болтов 24. Угол наклона регулируется гайкой 27. Стрельчатая лапа с шириной захвата 33 см обрабатывает почву на глубину 6-12 см, обеспечивая крошение почвы (размер комков менее 25 мм) до 80% и сохранение стерни до 65%.

Игольчатые диски

Игольчатые диски 31 (рис. выше, VI) служат рабочими органами борон-мотыг, предназначенных для поверхностного рыхления почвы в период весеннего закрытия влаги и ее обработки осенью. Игольчатый диск диаметром 550 мм оснащен 12 иглами круглого сечения, загнутыми по спирали. Диски собираются в секции (батареи), которые устанавливаются под углом атаки от 0 до 20° к направлению движения. Глубина обработки 4-10 см регулируется изменением сжатия пружины 28 путем перестановки шайбы со шплинтом 29 на штанге 30. Установка борон бывает пассивной или активной. В первом случае диски, погруженные в почву обращены выпуклостью назад, во втором — вперед. Пассивную установку применяют для рыхления поверхностной корки, а активную — на переуплотненных почвах, когда пассивная не обеспечивает заданную глубины обработки.

Принципиальные схемы

В степных районах в основном применяются широкозахватные бессцепочные культиваторы-плоскорезы (рис. ниже, I). В основе таких плоскорезов полунавесной модификации лежит шарнирная рама, состоящая из трех секций: средней 5 и двух боковых 8 и 9. Шарнирное соединение позволяет секциям рамы подстраиваться под рельеф поля.

Рабочие органы расположены симметрично относительно продольной оси (центральной линии). Первая лапа наиболее нагружена, так как работает в условиях блокированного резания. Каждая последующая лапа смещена относительно предыдущей назад и в сторону и работает в условиях полублокированного резания. Перекрытие Δb = 70-90 мм, расстояние I между лапами в продольном направлении определяется из условия предотвращения их забивания растительными остатками и с учетом зоны деформации почвы.

Средняя секция опирается на два колеса 3 с пневматическими шинами и винтовыми механизмами для регулирования глубины обработки. Секции 8, 9 шарнирно соединены одним концом с секцией 5 и опираются на самоустанавливающиеся (флюгерные) колеса 1 и 6, оснащенные гидроцилиндрами 2 и с механизмом регулирования глубины обработки. В транспортном положении боковые секции заводят за среднюю.

Принципиальные схемы: I — культиватора-плоскореза; II — тяжелого противоэрозионного культиватора; 1, 6 — самоустанавливающиеся колеса; 2 — гидроцилиндры; 3 — неповоротные колеса; 4 — подвеска; 5, 8, 9 — секции; 7 — рабочие органы; 10 — коленчатая ось; 11 — прицеп; 12 — рама.

Принципиальные схемы плоскореза-глубокорыхлителя и культиватора-плоскореза аналогичны. Технологические процессы, выполняемые этими орудиями, различаются в основном глубиной обработки почвы.

Тяжелые противоэрозионные культиваторы, в зависимости от тягового класса трактора, могут быть одно- и трехсекционными. Для предотвращения засорения лапы в односекционном культиваторе (рис. выше, II) размещают в три ряда с расстоянием l = 800 мм между ними. Наиболее полное подрезание сорняков обеспечивается перекрытием Δb = 60 мм. Коленчатая ось 10 и рама 12 соединены с гидроцилиндрами 2, предназначенными для регулирования глубины хода рабочих органов и их подъема на поворотных полосах. Для предотвращения укоренения срезанных лапами корневищ сорняков на влажных почвах культиватор может быть оборудован штанговым приспособлением, состоящим из штанги сечением 25 х 25 мм, грядилей и приводного устройства в виде двух игольчатых дисков и цепной передачи.

Машины для обработки почв, подверженных водной эрозии


При борьбе с водной эрозией почвы в основная задача сводится к задержке воды, уменьшению скорости ее движения и насыщения почвы влагой.

В зависимости от характера и крутизны склона это можно сделать различными способами: задержать воду в неровностях микрорельефа поля (бороздах, валиках, микролиманах, прерывистых бороздах и лунках); повысить водопоглощающую способность почвы (вспашка с углублением почвы, вертикальное мульчирование, кротование и др.); для рассеивания стока и снижения скорости движения воды вниз по склону (мульчирование растительными остатками, снегозадержание и т.п.); для выравнивания поля (выравнивание холмов, создание террас на склонах и т.п.).

Каждый из вышеперечисленных приемов осуществляется с помощью соответствующих технических средств. Самый простой способ создания водоудерживающего микрорельефа в виде борозд и валиков — вспашка отвальными плугами поперек склона и по горизонталям. Валики и борозды можно формировать различными способами. Например, использовать удлиненный отвал на одном из корпусов плуга. Когда работает плужный корпус с удлиненным отвалом, он укладывает пласт не в борозду перед собой, а на гребень пласта, отваленного предыдущим корпусом. В результате образуется валик высотой 15-20 см, а перед ним — борозда.

С этой же целью применяют ступенчатую (разноглубинную) и ступенчато-гребневую вспашку. Она осуществляется плугом, половина корпусов которого, чередуясь, имеют удлиненные стойки. В результате дно борозды получается ступенчатым, ступеньки препятствуют скрытому (внутрипочвенному) стоку воды, возникающему в нижнем слое пахотного горизонта, прилегающем к дну борозды. На корпусах с удлиненными стойками устанавливают укороченные (обрезанные) отвалы, благодаря чему малоплодородный нижний подпахотный слой почвы не выворачивается на поверхность, где образуются борозды и валики.

Перечисленные виды обработки эффективны на простых односторонних склонах. На сложных необходимо разделять борозды земляными перемычками, в результате чего образуются замкнутые полости, препятствующие стоку воды вдоль и поперек склона.

Прерывистое бороздование проводят при вспашке зяби четырехкорпусным навесным плугом, у которого один отвал укорочен, а по его следу перемещается устройство с трехлопастной крыльчаткой 3 (рис. ниже, I), прикрепленной к раме плуга с помощью поперечного бруса/скобы и растяжки. В процессе работы крыльчатка то затормаживается, прорывая борозду погруженной в почву лопастью, то освобождается для вращения, прерывая образование борозды и сохраняя тем самым перемычку. Крыльчатка удерживается от вращения упорным рычагом 4, связанным с шатуном 6, приводимым в движение от опорного колеса 7. За каждый оборот колеса рычаг отводится один раз. При этом крыльчатка поворачивается на 120°, прерывая образование борозды, в результате чего перемычка сохраняется. Глубину борозды можно регулировать с помощью нажимных штанг 5 с пружинами. В результате формируются борозды длиной 1,0-1,4 м, глубиной 18-20 см и объемом до 0,1 м3. На каждом гектаре создается 4,0-4,2 тыс. закрытых борозд общей емкостью 350-400 м3.

Для прерывистого бороздования междурядий пропашных культур используют устройство (рис. ниже, II), установленное на пропашном культиваторе за бороздооткрывающим окучником. В процессе работы мерный диск 8 периодически отводит от крыльчатки 3 упорный рычаг 4, крыльчатка поворачивается в борозде и образуется перемычка. В результате создается до 4 тысяч закрытых борозд глубиной до 16 см, размером 100 х 50 см и общей вместимостью 250-280 м3 на гектар.

На склонах крутизной до 6° целесообразно при вспашке зяби создание лунок, которое проводится приспособлением к четырехкорпусному плугу (рис. ниже, III). Оно представляет собой батарею сферических дисков 9 диаметром 450 мм, расположенных эксцентрично и повернутых относительно друг друга на π рад. Диски 9 установлены под углом 30° и в процессе работы попеременно входят в почву и выходят из нее, образуя лунки размером 1,3 х 0,5 х 0,2 м. На 1 га можно разместить до 11 тыс. лунок общей емкостью 250 м3. Аналогичные приспособления используются для дисковых лущильников.

Приспособления: I — к плугу для устройства прерывистых борозд; II — то же к культиватору; III — для устройства лунок; 1 — брус; 2 — поводок; 3 — крыльчатка; 4 — упорный рычаг; 5 — нажимная штанга; 6 — шатун; 7 — опорное колесо; 8, 9 — мерный и сферический диски соответственно; 10 — балластный ящик.

Для повышения водопоглощающей способности почвы используют плуги с почвоуглубителями, плоскорезы-глубокорыхлители, плуги с безотвальными корпусами, чизельные плуги, рыхлители, щелеватели, кротователи.

Машины для обработки почв, подверженных водной и ветровой эрозии


Агротехнические основы

Основными требованиями к обработке почв, подверженных как ветровой, так и водной эрозии, являются: сохранение стерни предшествующей культуры (для предотвращения ветровой эрозии), повышение водопоглощающей способности почвы (для устранения стока воды по склону, а следовательно, водной эрозии). Таким требованиям лучше всего отвечают орудия с чизельными, щелерезными и другими рыхлительными рабочими органами. После обработки чизельным плугом на поверхности почвы остается 60-75% растительных остатков, что предотвращает ветровую эрозию, а за счет глубокого рыхления почвы и перемешивания остальных пожнивных остатков с ее поверхностным слоем ее водопоглотительная способность увеличивается в 1,5-3 раза, что предотвращает водную эрозию. Этому способствует и гребнистое дно борозды, образующееся после рыхления почвы чизельным плугом, так как гребни препятствуют внутрипочвенному стоку воды в зоне, прилегающей к дну борозды.

Схемы образования: a — плужной подошвы в результате многократной обработки почвы плугом на одинаковую глубину; b — разрушения подошвы при обработке почвы чизельным плугом; I — расположение корней растений и направление движения влаги до разрушения плужной подошвы; II — то же после разрушения; 1, 3 — соответственно верхний и подпахотный слои; 2 — плужная подошва.

Чизельный плуг можно использовать и в традиционных системах земледелия, то есть на почвах, не подверженных эрозии. В этих условиях он отвечает принципам минимальной обработки почвы, разрыхляет подпочвенный слой и разрушает плужную подошву.

В уплотненной почве выделяют три слоя (рис. выше A и B): верхний 1 (пахотный горизонт), плужную подошву 2 (ниже лезвий рабочих органов) и подпахотный 3 (ниже плужной подошвы). Верхний слой разуплотняется в процессе обработки почвы, а плужная подошва и подпахотный слой с годами уплотняется сильнее. Толщина плужной подошвы составляет 12-17 см и зависит от конструкции рабочих органов, веса орудия, количества обработок на одну и ту же глубину, влажности и механического состава почвы. Начало ее можно определить по расположению корней растений: в начале плужного пласта они располагаются под прямым углом к вертикали (рис. выше, I). При плотности подпахотного слоя почв среднего и тяжелого механического состава 1,6-1,7 г/см3 развитие корней растений в них затруднено или невозможно.

Технологический процесс

Чизельные плуги, щелерезы и почвоуглубители обрабатывают плотный подпахотный горизонт. Различные свойства обрабатываемого материала определяют некоторые особенности технологического процесса, который основан на резании клином с плоской рабочей поверхностью, сводящееся к разрушению почвенного пласта путем сдвига (скалывания) на куски (стружку) трапецеидальной формы. При этом распространение деформации почвы в стороны, т.е. в поперечно-вертикальной плоскости, ограничивается предельной глубиной обработки почвы, называемой критической. Дальнейшее углубление рабочего органа сопровождается его смятием в продольном направлении без увеличения зоны рыхления в поперечном направлении (рис. ниже, A и B).

Таким образом, возможны два режима работы лапы чизельного плуга: при a < hk и a > hk, где hk — критическая глубина обработки почвы. В первом случае глубина h щели, с которой начинается боковое расширение зон деформации почвы, несколько меньше глубины a обработки (рис. ниже, C), так как скалывание почвы под углом ψ начинается несколько выше лезвия. Однако в этом случае с достаточной для практических целей точностью можно считать, что h = a. Во втором случае, т.е. при a > hk, зона бокового рыхления пласта распространяется до величины hk (рис. ниже, D), под ней образуется зазор глубиной

h0 = a — hk, (1)

где h0,- глубина блокированного резания без отделения почвенной стружки с боковых сторон лапы.

В этой зоне, т.е. за пределами глубины hk, в нижней части рабочей поверхности лапы образуется уплотненное ядро толщиной e (рис. ниже, D). Его образование связано с высоким давлением в зоне блокированного резания, под действием которого почва сминается, сильно уплотняется и задерживается на рабочей поверхности лапы в зоне h0 = a — hk. В одних условиях она становится настолько прочной, что дальнейшее резание почвы производится ею, а не рабочей поверхностью, в других — периодически разрушается и возобновляется.

Характеристики процесса деформации почвы лапой чизельного плуга: A — профиль поперечного сечения обработанной почвы; B — зависимость бокового скалывания почвы от глубины обработки; C — схема рыхления почвы при a < hk; D — то же при а > hk.

Угол ψ скалывания почвы можно определить по формуле В.П. Горячкина,

$latex \psi = 90^{\circ} — \frac {(\alpha + \phi_1 + \phi_2)} {2}$, (2)

где α — угол крошения; φ1 — угол трения почвы по материалу лапы, φ2 — угол внутреннего трения почвы.

Ширина полосы деформированного грунта в поперечном сечении пласта при a > hk зависит не от значений a, а от hk (рис. ниже):

$latex b_k = b_0 + 2h_k \tan (\frac {\theta} {2} )$, (3)

Схема распространения деформации почвы при работе рыхлительной лапы в продольном (A) и поперечном (B) направлениях.

Зона распространения деформации почвы (L) в продольном направлении (по ходу движения) зависит от величины a, а также от углов α и φ и определяется по формуле:

$latex L = l_0 + a \tan (\alpha + \phi)$, (4)

где l0 — длина лезвия.

Ширина полосы деформированного грунта на его поверхности на расстоянии l от его носка

$latex b’_k = b_0 + 2mn_1 \tan (\frac {\delta} {2})$,

но так как

$latex mn_1 = \frac {h_k} {\cos (\alpha + \phi)}$, то

$latex b’_k = b_0 + 2h_k \frac {\tan (\delta / 2)} {\cos (\alpha + \phi)}$, (5)

где $latex \delta \approx \frac {\theta} {2}$ — угол, характеризующий область деформации почвы в плоскости скалывания.

Из выражения (5) следует, что с увеличением углов α и φ ширина полосы деформированного грунта увеличивается. Она также увеличивается с ростом значений hk и δ ≈ θ2 ≈ 2φ2. Глубина hk, в свою очередь, зависит от перечисленных параметров, но в большей степени — от величины b0. При глубокой обработке почвы (a > 38 см) и b0 ≥ 50 мм значение hk = hk max = const, т.е. достигает максимума и остается постоянным с увеличением b0. При b0 < 50 мм с уменьшением b0 глубина hk резко уменьшается. Поэтому для увеличения значения hk и расширения за счет этого ширины bn полосы деформированной почвы при глубокой обработке, ширина захвата лапы должна быть не менее 50 мм (b0 ≥ 50 мм). Это означает, что рыхление почвы чизельным плугом целесообразно проводить при a ≈ hk.

Пример. Определить зону деформации почвы лапой чизельного плуга, если b0 = 50 мм; α0 = 20°; a = 26 см (a < hk); φ = 26°.

Решение. Согласно формуле (4) зона деформации почвы в продольном направлении $latex L = a \tan (\alpha + \phi) = 26 \tan (20^{\circ} + 26^{\circ} \approx 27$ см. В поперечном направлении зона деформации составляет $latex b_k = b_0 + 2a \tan (\frac {\theta} {2}) = 5 + 2 \cdot 26 \tan (20^{circ}) \approx 19$ см.

Разновидности рабочих органов

Рабочий орган чизельного плуга (рис. ниже, A) рыхлительная лапа (рис. ниже, C) состоит из стойки 1, обтекателя 2, долота 3 и оси со штифтом 4. Обтекатель, приваренный к стойке, предохраняет ее от износа и уменьшает сопротивление движению в почве. Благодаря серповидному контуру обтекателя и стойки лапа легко заглубляется и хорошо очищается от растительных остатков. На стойку вместо долота шириной захвата 70 мм можно установить стрельчатую лапу шириной захвата 270 мм.

При глубине обработки до 30 см используются стрельчатые лапы, а при рыхлении на глубину до 45 см — долота. Стрельчатые лапы интенсивней рыхлят почву и одновременно подрезают сорняки. Однако не рекомендуется использовать их для обработки почвы глубже 30 см, так как увеличиваются затраты энергии и снижается производительность. Стойка крепится к раме двумя болтами, один из которых является срезным и служит для защиты от поломки в случае кратковременной перегрузки.

Более совершенными являются рыхлительные рабочие органы со стойками, наклоненными в поперечно-вертикальной плоскости под углом около 45°. Ширина долота 67 мм, угол заточки 25°, угол установки к дну борозды 16°, угол наклона стойки в продольно-вертикальной плоскости к дну борозды 72°. Регулируемая рыхлительная пластина 8 оснащен шестигранным эксцентриковым устройством, который позволяет устанавливать его в четырех положениях под углом от 5 до 15° относительно плоскости стойки. Рабочий орган крепится к раме с помощью двух уголков, накладной пластиной и болтами, один из которых является срезным. Перед стойкой устанавливается дисковый нож диаметром 430 или 520 мм.

Схемы глубокорыхлителя (A), разуплотнителя (B) и рабочих органов для обработки почв, подверженных водной и ветровой эрозии: C — лапы чизельного плуга, D, E — лапы щелереза; F — безотвальный плужный корпус; I — сменные рабочие органы чизельного культиватора; 1, 5, 19 — стойки; 2 — обтекатель; 3, 11 — долото; 4 — ось со штифтом; 6 — нож-лемех; 7 — полевая доска; 8 — рыхлительная пластина; 9 — лемех; 10 — накладка; 12 — щиток; 13 — уширитель; 14, 17, 18 — наральники; 15 — стрельчатая полольная лапа; 16 — стрельчатый рыхлитель.

Во время работы долото сминает почву, а слой почвы, двигаясь по рабочим поверхностям стойки и рыхлительной пластины, поднимается и изгибается как в продольном, так и в поперечном направлениях. В результате изгиба в двух плоскостях возникают разносимметричные напряжения (растяжения и сжатия). Растягивающие напряжения, достигнув предела прочности, вызывают появление трещин, возникающих по линиям наименьших связей между концентраторами напряжений порами, корнями растений, трещинами, содержащимися в обрабатываемой почве. Когда пласт под действием силы тяжести сходит с рыхлительной пластины, он ударяется о дно борозды и еще больше разрыхляется. Степень рыхления почвы зависит от междуследия рабочих органов, установки рыхлительной пластины и скорости работы.

Дисковый нож, расположенный перед каждым рабочим органом, перерезает растительные и пожнивные остатки и образует наклонную щель, по которой движется стойка рабочего органа. Благодаря дисковому ножу рабочий орган не забивается растительными остатками, уменьшается травмирование корней, предотвращается разрыв дернины (при обработке лугов и пастбищ), уменьшаются вынос почвы на поверхность и деформация поверхности поля. При этом происходит полублокированное резание, что приводит к концентрации напряжений внутри ограниченного объема, энергия не рассеивается в общем объеме почвы, как это наблюдается при воздействии рабочих органов с вертикальными стойками.

В результате удельный расход энергии снижается на 15-30%, повышается степень и равномерность крошения почвы, уменьшается деформация поверхности почвы, повреждение растительных и пожнивных остатков, снижается гребнистость дна борозды. На поверхности поля остается до 90% растительных остатков. За счет разрушения водонепроницаемого слоя (плужной подошвы) и образования многочисленных трещин и разломов сток воды уменьшается на 85-90% по сравнению с отвальной вспашкой, создаются условия для предотвращения ветровой и водной эрозии почвы.

Основными рабочими органами рыхлителя для обработки солонцовых почв являются рыхляще-подрезающие (рис. выше, D) и рыхлительные (рис. выше, E) лапы. Их работа разрушает монолитный солонцовый слой, который частично перемешивается с подсолонцовым слоем. Почвенные комки верхнего (гумусового) слоя попадают в трещины и щели, препятствуя смыканию солонцового слоя и превращая его в моназит. Это обеспечивает проникновение влаги и корней растений между столбцами солонцов, происходит постепенное окультуривание слоя.

Безотвальный плужный корпус (рис. выше, F) хорошо рыхлит почву без оборота пласта. Пласт, подрезанный и частично раскрошенный лемехом 9, поднимается по уширителю 13 на некоторую высоту, а затем падает на дно борозды и дополнительно измельчается от удара. Для защиты от истирания стойка корпуса закрыта щитком 12. При этом экономится почвенная влага, стерня в значительной степени сохраняется на поверхности поля, происходит мульчирование поверхностного слоя пожнивными остатками. Аналогичные функции могут выполнять так называемые стойки СибИМЭ.

Одним из эффективных приемов разрушения плужной подошвы, образованной плугами и плоскорезами, является улучшение влагопоглощающих свойств почвы и сохранение стерни на поверхности поля путем щелевания. Рабочий орган щелереза имеет отверстия для ступенчатого (через 5 см) регулирования глубины щелевания. Глубина щелей обычно составляет 40±5 см. Щелевание проводят на лугах, посевах многолетних трав, а также по зяблевой вспашке.

Чизельные культиваторы являются переходными орудиями от чизельных плугов к обычным традиционным культиваторам. Они могут использоваться для дополнительной и основной обработки эрозионно-опасных и неэрозионно-опасных почв. Рабочие органы тяжелых чизельных культиваторов крепятся, как правило, на упругих стойках 17 (рис. выше, I). За счет колебания таких стоек повышается качество крошения, уменьшается тяговое сопротивление и предотвращается забивание рабочих органов растительными остатками и почвой. Стойки предохраняют рабочие органы от повреждений при наезде на препятствия. Долотообразные и узкорыхлительные наральники рыхлят почву и дно борозды, производят частичное мульчирование, создавая волнистую поверхность и гребни, способствующие поглощению воды.

Стрельчатый рыхлитель 16 обрабатывает почву более интенсивно, особенно при низкой влажности. Стрельчатая полольная лапа 15 хорошо работает на небольшой глубине, она подрезает сорняки и частично перемешивает их с почвой. Наральник 18 с винтовой рабочей поверхностью может быть право- или левооборачивающим. Он хорошо рыхлит почву и заделывает солому и другие растительные остатки, создавая мульчирующий слой, который предотвращает водную и ветровую эрозию.

Винтовые (геликоидальные) наральники (твистеры) широко распространены на машинах для почвозащитных технологий, выпускаемых американскими и канадскими фирмами. В зависимости от взаимного расположения рабочих органов на раме они могут работать в условиях блокированного (рис. ниже, A), полусвободного (рис. ниже, B) или свободного (рис. ниже, C, средняя лапа) резания. При этом тяговое сопротивление рабочего органа и степень крошения почвы прямо пропорциональны площади скалывания почвы в вертикальной и боковой плоскостях.

Основные виды рыхления (резания) почвы: A — блокированное; B — полусвободное; C — свободное.

Согласно рисунку площадь скалывания в поперечно-вертикальной плоскости:

при блокированном резании

$latex S_{bl} = b_0 H + h_k^2 \cot \psi$; (6)

при полусвободном резании

$latex S_{sf} = S_{bl} — S_{\Delta abc}$; (7)

при свободном резании

$latex S_{f} = S_{bl} — 2S_{\Delta abc}$, (8)

где $latex S_{\Delta abc} = (h_k — h_r)^2 \cot \phi$.

Высота гребней

$latex h = 0.5 (M — b_0) \tan \psi$, (9)

где Μ — ширина междуследия рабочих органов.

Почвообрабатывающие орудия с рыхлительными (чизельными) рабочими органами делятся на чизельные плуги и щелеватели, которые различаются по величине М (рис. ниже).

Схемы поперечных сечений почвы при ее обработке чизельными лапами, установленными на чизельном плуге (A) и щелевателе (B).

При установке рабочих органов на раме чизельного плуга или культиватора, согласно агротехническим требованиям, должно выполняться следующее условие

hr < hk, (10)

В этом случае зоны деформации почвы, распространяющиеся с боковых сторон в процессе рыхления пересекаются в обрабатываемом слое, в результате чего в верхнем слое до некоторой глубины hc, (рис. выше, А) происходит сплошное рыхление по всей ширине захвата; ниже, в слое толщиной hr, рыхление с образованием гребешков; ниже, в слое толщиной h0, образование щелей (без отделения стружки).

При размещении рабочих органов на раме щелевателя (рис. выше, B) должно соблюдаться условие

hr = hk$, (11)

т.е. высота гребней hr, за счет увеличения ширины междуследия достигает поверхности поля.

Рабочие органы щелевателя работают в условиях блокированного резания, чизельных орудий в условиях полусвободного и свободного резания. Энергоемкость технологического процесса чизельной лапы при свободном, полусвободном и блокированном резании относятся как 50, 70 и 100%.

Чизельные орудия делятся на чизельные плуги и чизельные культиваторы. По агротехническим требованиям чизельные плуги с рыхлительными лапами должны обрабатывать почву на глубину до 45 см, со стрельчатыми — до 35 см, а чизельные культиваторы — до 25 см. Ширина междуследия чизельного плуга может варьироваться от 40 до 50 см, чизельного культиватора — от 20 до 25 см.

Рабочие органы должны быть расположены так, чтобы исключить заклинивание почвы между соседними рабочими органами и забивание их растительными остатками, что обеспечит высокую надежность и качество их работы; количество рабочих органов, работающих в сплошной среде (в условиях блокированного резания), должно быть как можно меньше, чтобы обеспечить минимальные затраты энергии на технологический процесс.

При размещении рабочих органов на раме орудия в два и более ряда в шахматном порядке (рис. ниже) необходимо, чтобы зона деформации почвы под воздействием лап последующего ряда не достигала стоек предыдущего ряда, т.е. выполнялось условие вылета L ≥ l0 + l, где значение I может быть определено из выражения

$latex l = a \tan (\frac {\alpha + \phi_1 + \phi_2} {2})$. (12)

Зоны деформации почвы и расстановка рабочих органов на чизельном плуг: B и Bk — ширина по оси симметрии рабочих органов и захвата.

Уменьшение вылета L может привести к заклиниванию почвы между лапами, а увеличение — к неоправданному удлинению конструкции.

При малом расстоянии l между стоиками лап в каждом ряду орудие будет забиваться растительными остатками, особенно при работе на стерневых фонах. Значение М уменьшается, что при глубокой обработке почвы приводит к заклиниванию почвы между соседними лапами.

При расстановке лап чизельного культиватора учитывают не только деформацию почвы лапами, но и степень перемешивания почвы с растительными остатками и удобрениями, внесенными на поверхность почвы перед обработкой отвальными лапами. В качестве показателя интенсивности перемешивания можно использовать отношение ширины захвата лапы b к глубине захвата a:

$latex k = \frac {b} {a}$. (13)

При k > 0,5 интенсивность перемешивания достигает 100%. Поскольку в соответствии с агротехническими требованиями максимальная глубина обработки отвально-рыхлительными лапами составляет 15 см, то b > 7,5 см. Для полной заделки мелиорантов необходимо, чтобы ширина An полосы перемешивания почвы на поверхности была больше ширины междуследия рабочих органов, т. е. An > M (рис. ниже).

Зоны деформации почвы и расстановка рабочих органов на культиваторе с отвально-рыхлительными лапами.

При этом образуется нахлест Cn = An — M. Если An < M, то возникает необработанная полоса с незаделанными мелиорантами.

При двухрядном (рис. ниже, A) расположении рабочих органов расстояние между стойками в каждом ряду удваивается и при малой ширине междуследия не происходит забивания почвой и растительными остатками. Однако все рабочие органы первого ряда, составляющие половину их общего количества, работают в сплошной среде (режим блокированного резания), что приводит к значительному увеличению тягового сопротивления орудия.

Варианты схем размещения рабочих органов на рамах чизельных орудий: A — двухрядная; B — стреловидная; C, D — комбинированные; 1 — рабочий орган; 2 — опорное колесо.

Существенным преимуществом стреловидной схемы штанги (рис. выше, B) является то, что все рабочие органы, кроме среднего, работают в режиме полусвободного резания. Однако с увеличением ширины захвата увеличивается длина орудия и центр тяжести его смещается в сторону от трактора. Поэтому современные отечественные серийные плуги изготавливаются по комбинированной схеме (рис. выше, C и D), которая не теряет преимуществ стреловидной, но позволяет уменьшить длину орудия и приблизить его центр тяжести к трактору.

Настройка, требования к качеству обработки, энергоемкость процессов


Настройка

Настройка заключается в установке орудий на заданную глубину обработки и обеспечении ее равномерности всеми рабочими органами. Для этого поочередно винтовыми механизмами поднимают опорные колеса и подкладывают под них подкладки (бруски), толщина которых должна быть на 2-4 см меньше заданной (с учетом глубины колен опорных колес). Для обеспечения одинаковой глубины хода всех рабочих органов раму орудия переводят в горизонтальное положение: перекос рамы в продольно-вертикальной плоскости устраняют изменением длины верхней тяги навески трактора, перекос в поперечно-вертикальной плоскости — уменьшением длины правого, а, при необходимости, и обоих раскосов механизма навески трактора.

При настройке для обработки относительно рыхлых почв (например, паров) лезвия лемехов должны находиться в горизонтальном положении. При настройке на обработку уплотненной стерни, например, после уборки урожая в засушливые годы, лапы устанавливают с некоторым наклоном вперед, чтобы задние концы лемехов были выше передних на 15-20 мм, но не более чем на 25 мм. При большем наклоне лапы будут «прыгать» на носках, создавая неровное дно борозды. Наклон в обратную сторону недопустим, так как в этом случае рабочие органы не будут заглубляться в почву. Регулировка осуществляется с помощью упорного болта.

Навесное устройство трактора собирается по трехточечной схеме. Во избежание поломок агрегат должен работать с плавающим положением рычага гидросистемы трактора. Можно использовать загонный или челночный метод движения агрегата с заглублением рабочих органов в начале и выглублением их в конце гона. Во избежание ошибок и ненужных перекрытий при соседних проходах трактор оборудуется следоуказателем, вертикальный элемент которого располагается над бороздой, образованной стойкой лапы при предыдущем проходе.

Проверка в поле равномерности и глубины обработки почвы и установка следоуказателя. Глубина обработки контролируется металлическим стержнем (щупом) диаметром 8-10 мм с делениями, размеченными через каждые 5 мм. Следоуказатель устанавливают по смежным проходам орудия: крайняя лапа чизельного плуга или культиватора на соседних проходах должна двигаться рядом со следом крайней лапы от предыдущего прохода на расстоянии, равном ширине междуследия.

Требования к качеству обработки почвы. К орудиям, предназначенным для обработки почв, подверженных эрозии, предъявляются особые требования. После прохода этих орудий на поверхности почвы должно оставаться определенное (максимальное) количество неповрежденной стерни: после культиваторов плоскорезов не менее 85%, плоскорезов-глубокорыхлителей — 80, чизельных плугов и тяжелых культиваторов — 55%.

Глубина обработки почвы должна быть равномерной по всему полю. Отклонения не должны превышать ±1 см для культиваторов-плоскорезов, плоскорезов-глубокорыхлителей и тяжелых культиваторов — ±2 см. Глубина обработки почвы чизельными плугами должна быть больше глубины залегания нижней границы плужной подошвы, отклонения не должны превышать ±5%, над дном обрабатываемого слоя почвы допускаются гребни, высота которых не превышает 45% заданной глубины обработки. При работе чизельных культиваторов глубина обработки не должна отклоняться от заданной на ±10%. При контроле глубины обработки металлическим щупом полученные значения снижают на 20-25% (на вспушенность почвы).

При оптимальной абсолютной влажности 16-21% (55-65% относительной) в поверхностном слое почвы (0-5 см) должны преобладать комки размером менее 5 см и содержание эрозионно опасных частиц (< 1 мм) в этом слое не должно увеличиваться. Количество глыб размером >10 см не должно превышать 20%.

Поверхность поля после обработки должна быть относительно ровной. Глубина борозд за стойками рабочих органов должна быть глубиной не более 8 см, а высота валиков в месте прохода лап — не более 5 см.

Энергоемкость процессов

Зависимость тягового сопротивления чизельных и некоторых других орудий, рыхлящих почву на глубину, не превышающую критическую глубину резания, от различных параметров может быть представлена аналитическим выражением, аналогичным рациональной формуле В. П. Горячкина для лемешно-отвального плуга;

$latex P = fG + kS_k + \epsilon S_k \nu^2$, (14)

где f — коэффициент сопротивления движению орудия в борозде, G — вес орудия (9.8m, где m – масса плуга), k — удельное сопротивление почвы; Sk — площадь поперечного сечения взрыхленной части пласта; ε — коэффициент, зависящий от формы рабочих органов, свойств почвы и размера пласта; ν — рабочая скорость.

Если принять, что fG характеризует «мертвое» сопротивление и непроизводительные затраты энергии на его преодоление, а kSk и εSkν2 — полезные сопротивления почвы, то КПД орудия, например чизельного плуга, составит 0,85-0,86. Удельная энергоемкость обработки почвы (Es) различными орудиями более полно характеризуется величиной

$latex E_s = \frac {N} {W}$, (15)

где N — потребная тяговая мощность, кВт; W — производительность агрегата, га/ч.

По данным В.В. Труфанова, для чизельного плуга удельная энергоемкость составляет 37 кВт·ч/га для плоскореза-глубокорыхлителя 39 кВт·ч/га, для отвального плуга 69 кВт·ч/га.

Литература

Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. Кленин Н.И., Сакун В.А. — М.: Колос, 1994. — 751 с.: ил. — (Учебники и учеб. пособия для высш. учеб. заведений).

Плуг

[toc]

Классификация плугов


По конструкции корпусов плуга подразделяются на:

  • лемешные;
  • дисковые;
  • чизельные
  • ротационные.

Лемешные плуги наиболее распространенные и являются древнейшими орудиями обработки почвы. Дисковые плуги используют для вспашки тяжелых, пересохших или переувлажненных почв и при лесовосстановительных работах. Ротационные и комбинированные — в зависимости от условий и требований агротехники. Чизельные плуги, как и безотвальные плуги, относятся к плугам условно, так как в их работе отсутствует главный признак вспашки — оборот пласта; правильно называть их глубокорыхлители.

Лемешные плуги классифицируют по виду тяги на:

  • конные;
  • канатные;
  • тракторные.

Основными плугами, используемые в настоящее время являются плуги на тракторной тяге. Плуги на конной тяге используются очень редко на небольших участках, где невозможна вспашка тракторными плугами. Плуги на канатной тяге используются там, где работа тракторов затруднена, например, в горной местности или при обработке заболоченных земель.

По назначению плугу делятся на:

  • общего назначения;
  • специальные (кустарниково-болотные, плантажные, садовые, виноградниковые, лесные и ярусные).

Лемешные плуги общего назначения маркируют буквами ПЛН (навесные) или ПЛП (полунавесные) и цифрами. Первая цифра обозначает число корпусов, вторая ширину захвата одного корпуса в сантиметрах, например, ПЛН 5-35.

По способу соединения с трактором плуги делятся на:

  • навесные (ПЛН);
  • полунавесные (ПЛП);
  • прицепные (ПЛ).

Навесные плуги просты по устройству и обладают меньшей массой, при их работе требуется небольшая поворотная полоса, однако в транспортном положении они оказывают на трактор больший опрокидывающей момент. Прицепные плуги, которые обычно производятся с тремя колесами и прицепом, обеспечивают большую устойчивость хода и высокие показатели качества вспашки в условиях, где плугами других типов сделать это трудно. Современные прицепные плуги это плуги специального назначения. Полуприцепные плуги занимают промежуточное положение.

По числу основных рабочих органов плужных корпусов на одно-, двух-, трехкорпусные и т. д. В период СССР выпускались плуги, оснащенные от одного до девяти корпусами, лущильники — до десяти.

По характеру выполнения работы (технологическому процессу) на плуги для:

  • свально-развальной вспашки;
  • гладкой вспашки, выполненные по:
    • традиционным конструктивным схемам (оборотные, балансирные, клавишные, поворотные и т.п.);
    • принципиально новым конструктивным схемам (линейной, фронтальной и комбинированной).

По конструкции рамы плуги бывают с постоянной или регулируемой шириной захвата. Последние снабжены шарнирной рамой и механизмом изменения ширины захвата.

Семейства плугов объединяют плуги одинакового назначения с высокой степенью унификации сборочных единиц и деталей. Семейство унифицированных плугов — это плуги общего назначения со сменными корпусами. Семейство плугов для каменистых почв включает плуги с корпусами, оснащенными автоматическими предохранительными механизмами. Семейство оборотных плугов оснащено право- и левооборачивающими корпусами. Семейство ярусных плугов предназначено для малоплодородных почв с целью повышения их плодородия.

Общее устройство


Наибольшее распространение получили навесные плуги общего назначения.

Конструктивные элементы плуга (рис.) подразделяют на:

  • рабочие органы: корпус 1, предплужники 2 и ножи 7;
  • вспомогательные (служебные) органы: рама 6, опорное колесо 4 и механизм его регулирования 5, подвеска 3.
Схема навесного тракторного плуга общего назначения: 1 — корпус; 2 — предплужник; 3 — подвеска; 4 — опорное колесо; 5 — механизм регулирования опорного колеса; 6 — рама; 7 — нож.

Все рабочие и вспомогательные органы смонтированы на раме плуга, составленной из продольных брусьев (грядилей), поперечных распорок и балки жесткости.

Плуги общего назначения рассчитаны на глубину вспашки от 20 до 27 см, иногда до 30 см.

Рабочий процесс плуга заключается в срезании предплужником верхней задерненной части пласта, переворачивании и укладывании этой части на дно открытой борозды. Основной корпус плуга отрезает пласт со стороны дна борозды, а также, разрыхлив и в какой-то мере обернув на своей рабочей поверхности, укладывает его на задерненную часть, ранее уложенную предплужником. Чтобы обеспечить ровную стенку борозды перед задним корпусом плуга, устанавливают нож.

Плужный корпус


Лемешно-отвальный корпус — основной рабочий орган лемешного плуга и лущильника.

Составные части корпуса подразделяются на:

  • рабочие — лемех и отвал;
  • вспомогательные (служебные) — полевая доска и стойка.

Лемех и отвал образуют рабочую поверхность корпуса, которая ограничена со стороны невспаханного поля полевым обрезом 8, со стороны вспаханного поля (борозды) — бороздным обрезом 4, сверху — верхним обрезом 6 (рис.)

Лемешно-отвальный плужный корпус: I — лемех; II — полевая доска; III — стойка; IV — отвал; 1 — носок лемеха; 2 — лезвие; 3 — пятка; 4, 6 и 8 — соответственно бороздовой, верхний и полевой обрезы; 5 — крыло; 7 — грудь отвала.

Корпус плуга характеризуется шириной захвата b, глубиной обработки а, углами установки лемеха к дну α и стенке γ борозды, а также формой рабочей поверхности. Плуги общего назначения снабжены стандартными корпусами с шириной захвата 25, 30, 35 и 40 см, специальные — с шириной захвата 45, 50, 60, 75 и 100 см.

В процессе работы пласт не должен обратно падать в борозду после прохода плуга. Это возможно, если b/а = К = 1,27, т.е. фактическая глубина вспашки и угол θ наклона пласта не превышают предельно допустимые значения:

$latex a_{max} = \frac {b} {1,27} \approx 0,79b$;

$latex \theta_{max} = \arcsin (\frac {a_{max}} {b}) = \arcsin (0,79) \approx 52^{\circ}$.

Выбирая глубину обработки, необходимо соблюдать условие К > 1,27. Для плугов общего назначения с культурными и полувинтовыми отвалами рекомендуется принимать К = 1,3-1,8, с винтовыми — 1,75-2,3, для кустарниково-болотных — К = 2-3. При вспашке с предплужником сечение основного пласта Г-образной формы, угол θ наклона уменьшается, поэтому предельное значение К можно уменьшить до 1,0-1,1, т. е. пахать глубже, чем без предплужника. При глубокой вспашке с использованием плантажных плугов срезание верхней части пласта происходит специальным корпусом-предплужником, который сбрасывает срезанную часть на дно борозды, а оставшаяся часть поднимается и оборачивается основным корпусом. Поэтому для плантажных плугов можно принимать К = 0,83-0,9.

Чтобы исключить засыпание борозд и обеспечить хороший оборот почвы, при обработке участков, расположенных на склонах свыше 5°, вспашку проводят, отваливая пласты под уклон.

Лемех

Задача лемеха заключается в подрезании пласта снизу и подача его на отвал. В процессе работы лемех испытывает большое давление пласта и быстро изнашивается: теряет первоначальную форму и затупляется, что становится причиной нарушения технологии вспашки. Кроме того, по мере затупления лемехов возрастают тяговое сопротивление плуга и расход топлива.

По геометрической форме лемеха подразделяют на трапецеидальные, долотообразные, зубчатые, с выдвижным долотом (рис.). Также существуют модификации лемехов: со сменным лезвием, накладным носком, сменным носком и т. п.

Виды лемехов: I — трапецеидальный; II — долотообразный; III — зубчатый; IV — с выдвижным долотом; 1 — пятка; 2 — носок; 3 — лезвие; 4 — магазин; 5 — зуб; 6 — долото

Трапецеидальные лемеха (на рис. цифра I) проще в изготовлении, они образуют ровное дно борозды, но хуже заглубляются и быстрее изнашиваются. Запас металла (магазин) на тыльной стороне лемеха используют для оттяжки лемеха после изнашивания. Их устанавливают на предплужниках и корпусах, предназначенных для обработки легких почв.

Долотообразные лемеха (на рис. цифра II) имеют удлиненный носок в виде долота. Носок отогнут вниз на 10 мм («забор глубины») от линии лезвия и в сторону поля на 5 мм («забор ширины»). Благодаря такой форму он лучше заглубляется, особенно на тяжелых почвах, и обеспечивают устойчивую глубину вспашки. На тыльной стороне долотообразного лемеха также есть запас металла. Долотообразные лемеха предназначены для тяжелых почв.

Зубчатые лемеха (на рис. цифра III) имеется прерывистое лезвие (зубья), благодаря которому происходит частичное подрезание, а также отрыв пласта снизу. Так как сопротивление почвы на отрыв (растяжение) меньше, чем на резание (смятие), то при использовании зубчатых лемехов тяговое сопротивление корпуса плуга меньше. Обычно используется на пересохших почвах.

Лемеха с выдвижным долотом (на рис. цифра IV) применяются для работы в очень тяжелых условиях, например, на каменистых почвах, при раскорчевывании участков и т. п. Долото крепят к стойке так, чтобы его рабочий конец выступал за лезвие лемеха на 20-30 мм. По мере изнашивания долото выдвигают вперед.

Для вспашки каменистых почв, раскорчеванных участков при большой глубине вспашки применяют также усиление лемеха с щекой, приваренной снизу к носку.

Вырезные лемеха (рис., V) используют на почвоуглубительных корпусах.

Лемех: V — вырезной; VI — треугольный.

Треугольные лемеха (рис., VI) применяют на некоторых специальных плугах, картофелекопателях, каналокопателях и рыхлителях, когда требуется создать большое давление лезвия на отрезаемый почвенный пласт.

Восстановление лемеха проводят оттяжкой ударами молота, используя запас металла на его тыльной стороне (магазин 4). Затем лемех затачивают с верхней стороны до толщины лезвия 0,5-1 мм. Запаса магазина рассчитан на 3-4 оттяжки.

Для увеличения срока службы (без оттяжки) лемеха иногда выполняют самозатачивающимися. Для этого на тыльную поверхность лемеха наносится слой износостойкого сплава (сормайта или феррохрома) толщиной 1,4-2 мм и шириной 50 мм. Верхний мягкий слой, изнашиваясь быстрее, обнажает нижний, более износостойкий тонкий слой сормайта, благодаря чему лезвие сохраняет остроту, а долговечность лемеха при этом возрастает в 10-12 раз. Такие же самозатачивающиеся свойства имеют лемеха из двухслойной стали, когда верхний слой выполнен из мягкой стали, а нижний тонкий — из высоколегированной. Самозатачивающиеся наплавленные лемеха хорошо работают при вспашке тяжелых суглинистых и глинистых почв, не засоренных камнями.

Самозатачивающийся лемех.

Лемеха разового пользования работают без ремонта (оттяжки) до полного износа. Такие лемеха изготавливают из тонкого (8-10 мм) прочного материала.

Существуют другие формы и конструкции лемехов, например, со сменным носком, оборотные и др.

Отвал

Отвал — это основной рабочий элемент плужного корпуса, основной функцией которого является оборот и, в некоторой степени, крошение пласта. Геометрическая форма отвала определяет тип рабочей поверхности.

Отвал отрезает пласт почвы от стенки борозды, деформирует его, сдвигает в сторону и оборачивает верхним слоем вниз. Под давлением скользящего по его поверхности почвенного пласта отвал изнашивается, а крыло отвала испытывает большой изгибающий момент. Кроме того, отвал может подвергаться ударам встречающихся камней, корней, древесных остатков.

Отвалы изготовляют из трехслойной или мягкой стали. Рабочую поверхность цементируют на глубину 1,5-2,2 мм или делают двух- и трехслойной для повышения твердости и износостойкости. Грудь отвала изнашивается быстрее, чем крыло, поэтому для корпусов, работающих в тяжелых условиях, ее делают сменной.

Для снижения силы трения почвы и облегчения скольжение пласта рабочую поверхность отвала полируют. На ней не должно быть трещин, вмятин, заусенцев, коррозийных участков, так как в таких местах происходит залипание почвой, тем самым нарушается процесс вспашки и увеличивается тяговое сопротивление плуга.

Лемех и отвал крепят к стойке болтами с потайными головками, которые не должны выступать над поверхностью; утопание головок допускается до 1 мм. Отвал должен плотно прилегать к лемеху по линии стыка без выступа над поверхностью лемеха. Допускаются зазор между ними не более 1 мм, а лемех может выступать над отвалом не более 2 мм.

Полевая доска

Полевая доска препятствует смещению плуга в сторону, обеспечивает устойчивый ход корпуса, предохраняет стойку от истирания и разгружает ее от изгибающего момента, возникающего под действием бокового давления пласта почвы. При смятии стенки борозды реакция почвы уравновешивает боковое давление пласта, вызванное несимметричностью корпуса плуга. Полевой доской корпус опирается на стенку борозды, поэтому полевая доска испытывает большие усилия и изнашивается, особенно у заднего корпуса. Полевую доску крепят к стойке с тыльной стороны под углом 2-3° к стенке борозды. Иногда у заднего корпуса устанавливают удлиненную полевую доску или к концу доски устанавливают сменную пятку.

Корпуса кустарниково-болотных и плантажных плугов, испытывающие особенно большие усилия, оснащают широкой полевой доской или устанавливают уширитель выше полевой доски. Она может оснащаться сменной пяткой из отбеленного чугуна. По мере изнашивания пятку опускают.

Стойка

Стойка — это несущий элемент, на котором смонтированы все остальные части плужного корпуса. Стойки корпусов могут быть литыми, штампованными или сварно-штампованными, в нижних частях которых расположено седло (башмак). В конструкции современных плугов предусмотрена возможность комплектовании стоек различными корпусами, при этом заменяют только башмаки с собранными лемехами, отвалами и полевыми досками.

Штампованные стойки большинства плугов имеют плоскую или круглую форму. Последние более просты в изготовлении, но более требовательны к качеству металла и его термо-обработке. Круглые стойки позволяют устанавливать на одной и той же раме плуга корпуса с разной шириной захвата.

Стойки бывают высокие и низкие. Высокие стойки применяются на плугах с плоской рамой (плуг общего назначения), низкие — на плугах с крючковой рамой, например, на плугах для каменистых почв или плантажных плугах.

Разновидности плужных корпусов

Плужные корпуса имеют различные конструкции, выбор которых определяется почвами и конкретными условиями поля и влияет на качество обработки почвы.

Виды лемешно-отвальных плужных корпусов: I — культурный; II — полувинтовой; III — винтовой; IV г-винтовой с углоснимом; V — для ромбической вспашки; VI — с почвоуглубителем; VII — вырезной; VIII — комбинированный; 1, 11 и 15 — нижний, боковой и верхний лемеха; 2 — отвал; 3 — стойка; 4 — удлинительное перо; 5-полевая доска; 6 — пятка полевой доски; 7 и 9 — дисковый и вертикальный (типа «акулий плавник») ножи; 8 — углосним; 10 — долото; 12 — почвоуглубитель; 13 — распорка; 14 — щиток; 16 — вал; 17 — корпус ротора; 18 — лопатки; 19 — ротор.

Культурный корпус (на рис. цифра I) хорошо крошит, но относительно плохо оборачивает пласт, и поэтому его применяют в сочетании с предплужниками для обработки старопахотных (культурных) почв. Считается наиболее часто используемой разновидностью плужного корпуса. Выпускаются для работы на скоростях до 7; 7-9 и 9-12 км/ч. Допустимая рабочая скорость указывается в технической документации плуга.

Полувинтовой корпус (на рис. цифра II) лучше, чем культурный, оборачивает, но хуже рыхлит пласт. Его используют на кустарниково-болотных плугах для обработки осушенных торфяных и болотистых минеральных почв, а также на усиленных плугах общего назначения для обработки слабозадерненных старопахотных тяжелых почв, а также сильно задерненных и целинных почв. Для улучшения оборота (доваливание) пласта, корпус снабжают регулируемым пером 4.

Винтовой корпус (на рис. цифра III) хорошо оборачивает пласт. Так как при рыхлении и разрыве пласта затрудняется и ухудшается его оборачивание, то рыхлящая способность винтового корпуса минимальна. Такие условия обработки создают наилучшие условия для разложения пожнивных остатков и дернины. Предназначены для обработки связных сильно задерненных почв: целин, залежей, лугов, пастбищ, осушенных торфяников и т. п. Применяются в сочетании с дисковыми ножами.

Иногда культурные, полувинтовые, винтовые и цилиндрические корпуса объединят в одну группу отвальных корпусов. Цилиндрические корпуса в России не нашли своего применения.

Винтовой корпус с долотом (накладным носком или накладным долотом), углоснимом и вертикальным ножом (на рис. цифра IV) предназначен для вспашки задерненных тяжелых глинистых и суглинистых почв, засоренных камнями. Заостренный передний конец долота 10, выступая вперед за лезвие лемеха на 20-40 мм, выполняет роль носка лемеха и лома при встрече с камнями. Такая конструкция обеспечивает хорошее заглубление корпуса в почву. Вертикальный нож 9 образует ровную стенку борозды и улучшает способность плужного корпуса заглубляться (по сравнению с дисковым). Углосним 8 обеспечивает увеличение угла оборота пласта и большую заделку дернины. Изношенное долото заменяют новым.

Корпус для ромбической вспашки (на рис. цифра V) снабжен двумя лемехами: нижним 1, как у традиционного корпуса, и боковым 11. Благодаря боковому лемеху образуется наклонная стенка борозды, обеспечивающая большее пространство для прохода работающих в борозде колес трактора и меньшие потери на их перекатывание. Снижение удельного сопротивления корпусов может давать до 20% экономии топлива и повышать производительность. Однако эффект уменьшения энергоемкости вспашки отмечается только при значительной глубине обработки и небольшой скорости (до 8 км/ч). Такие корпуса часто используются на плугах зарубежных марок.

Корпус с почвоуглубителем (на рис. цифра VI) используется для отвальной вспашки подзолистых, каштановых почв и маломощных черноземов с одновременным углублением пахотного слоя на 6-15 см без выноса подзолистого горизонта на поверхность и перемешивания его с плодородным слоем. Почвоуглубитель 12 имеет вид стрельчатой рыхлительной лапы, устанавливается позади корпуса и ниже лемеха, рыхлит дно вскрытой корпусом борозды, что исключает перемешивание пахотного слоя с подпахотным. Отверстия в стойке позволяют переставлять лапу по высоте и изменять глубину рыхления. Ширина захвата почвоуглубительных лап составляет 26 или 30 см. Их используют с корпусами шириной захвата соответственно 30 и 35 см. Корпуса с почвоуглубителями устанавливают на плугах общего назначения или специальных.

Вырезной корпус (на рис. цифра VII) предназначен для отвальной вспашки подзолистых почв с неглубоким пахотным горизонтом и одновременного углубления пахотного горизонта на 4-5 см. Корпус снабжен двумя лемехами 1 и 15, которые разделяют пласт на две части. Нижняя подзолистая часть пласта почвы, подрезанная лемехом 1, поднимается по нему, проходит в вырез между лемехами 1 и 15 и, падая на дно борозды без оборота, дополнительно крошится. Верхняя окультуренная часть пласта, подрезанная лемехом 15, подается на отвал 2, на котором она оборачивается, крошится и укладывается на нижнюю часть пласта.

Комбинированный корпус (на рис. цифра VIII) предназначен для вспашки тяжелых и средних почв главным образом под корнеклубнеплоды и позволяет в некоторой степени регулировать крошение пласта. Комбинированный корпус помимо укороченных лемеха 1 и отвала 2 снабжен ротором 19, расположенным на месте срезанного крыла отвала, в виде усеченного конуса, обращенного широким основанием вверх, к образующим которого прикреплены лопатки 18. Ротор 19 размещен на валу 16, установленном в корпусе 17. В процессе работы ротор, приводимый во вращение от ВОМ трактора, ударами ножей интенсивно крошит пласт, сходящий с отвала, и одновременно переворачивает и отваливает его в сторону. Частота вращения ротора регулируется в пределах 268-507 оборотов в минуту. Комбинированный корпус повышает степень крошения почвы на 10-20%, в то же время, тяговое сопротивление снижается на 25-30%, однако общий расход энергии увеличивается на 13-26%. Поверхность поля, вспаханного комбинированным корпусом, ровная, хорошо взрыхленная и не требует дополнительной обработки. В зарубежной практике применялись плужные корпуса, у которых для снижения сил трения часть отвала (крыло) была заменена роликами или диском, приводимыми во вращение движущимся пластом.

В некоторых конструкциях плужных корпусов вместо сплошной рабочей поверхности отвала используют поверхности, выполненные из пластин или прутков, расположенных на некотором расстоянии один относительно другого. При обработке липких почв такие корпуса концентрируют силы нормального давления пласта на меньшей площади отвала и самоочищаются. В процессе обработки физически спелых структурных почв мелкие почвенные агрегаты просыпаются (сепарируются) в нижние слои, таким образом, повышается эрозионная стойкость почвы и снижается энергоемкость обработки.

Безотвальный корпус (рис.) используется для рыхления почв, подверженных ветровой эрозии, и почв засушливых районах. Пласт, подрезанный лемехом 1 и поднятый уширителем 2, переваливается через верхний обрез уширителя и падает на дно борозды. В результате деформации пласта лемехом, уширителем и от удара о дно борозды пласт крошится без значительного перемешивания слоев. Щиток 3 защищает стойку 4 от истирания.

Безотвальный корпус плуга: 1 — лемех; 2 — уширитель; 3 — щиток; 4 — стойка.

Дисковый корпус (рис.) предназначен для вспашки тяжелых твердых почв, засоренных древесными корнями, а также для переувлажненных почв при возделывании риса. Корпус снабжен сферическим диском 1 с остро заточенной режущей кромкой. Диск крепится к фланцу шпинделя 2, свободно вращающегося на подшипниках. Стойка 3 закреплена на раме плуга таким образом, чтобы плоскость вращения режущей кромки диска была наклонена к дну борозды под углом 70°, а с направлением движения плуга образовывала угол атаки 40-45°. В процессе работы диск, заглубленный на 25-35 см, движется поступательно вместе с агрегатом и одновременно вращается под действием сопротивления почвы. Отрезанный диском пласт смещается в сторону и сбрасывается в борозду с оборотом. Дисковый корпус не уплотняет дно борозды. Крупнокомковатое строение вспаханной почвы способствует хорошей аэрации и быстрому просыханию нижних слоев.
Ширина захвата дискового корпуса диаметром 71 см равна 30 см. Также могут применяться диски диаметром 76 и 81 см.

Дисковый корпус плуга: 1 — диск; 2 — шпиндель; 3 — стойка.

Ножи


Нож плуга отрезает пласт, как правило, в вертикальной плоскости для получения ровной стенки борозды и способствует лучшему обороту пласта, заделке растительных остатков, обеспечивает устойчивый ход плуга, равномерность глубины вспашки.

Виды ножей плуга: I — дисковый; II — черенковый консольный; III — черенковый двухопорный; IV — плоский с лыжами; 1 — диск; 2 — ступица; 3 — вилка; 4 — корончатая шайба; 5 — внешняя накладка; 6 — хомут; 7 — коленчатая стойка.

Дисковый нож

Дисковый нож (на рис. цифра I) применяется на плугах общего назначения, используемых для обработки почв, не засоренных камнями и корнями деревьев. Дисковый нож облегчает отделение задерненных пластов, обеспечивает постоянную ширину отрезаемых пластов и способствуют правильному их обороту, снижая при этом тяговое сопротивление плуга и износ лемехов и отвалов и улучшая качество вспашки.

Рабочим элементом дискового ножа служит плоский стальной диск 1, соединенный заклепками со ступицей 2. Режущая кромка диска заточена с двух сторон. Ступица с помощью подшипников качения установлена на оси, закрепленной в проушинах вилки 5, которая свободно надета на нижний конец коленчатой стойки 7, что позволяет её поворачиваться в горизонтальной плоскости в пределах, ограниченных корончатой шайбой 4. Такая конструкция позволяет ножу в процессе работы самоустанавливаться в продольно-вертикальной плоскости. Стойка 7 закреплена на раме 9 плуга при помощи накладки 5, хомута 6 и подкладки 8. Конструкция позволяет перемещать нож вверх и вниз, вперед и назад, а также поворачивать стойку 7, изменяя положение плоскости вращения диска относительно полевого обреза плужного корпуса.

Диаметр диска D определяется по формуле:

D = 2 (ak + Δak) + dh,

где ak — глубина хода ножа; Δak ≈ 20 мм — запас глубины хода с учетом микрорельефа почвы; dh — диаметр фланца ступицы.

В применяемых конструкциях плугов обычно используются ножи диаметром от 390-450 (плуги общего назначения) до 560-800 мм (лесные и кустарниково-болотные плуги). Толщина диска 4-8 мм, угол заострения лезвия 20-30°. Малый угол заострения приводит к выкрашиванию лезвия, а большой — ухудшает режущую способность и ускоряет затупление. В зарубежных конструкциях применяются диски с вырезными и рифлеными режущими кромками. Они лучше подрезают растительные остатки, в меньшей степени забиваются и более надежны в работе, но сложнее в изготовлении.

Дисковые ножи применяются на плугах общего назначения и кустарниково-болотных для вспашки почв, не засоренных корнями деревьев и камнями. Для получения ровной стенки и чистого дна открытой борозды дисковый нож устанавливается обычно перед последним корпусом. Центр диска располагают над носком предплужника или впереди него на расстоянии до 130 мм, нижнюю кромку ступицы — выше поверхности поля на 1-2 см, а плоскость вращения диска смещают в сторону поля от полевого обреза корпуса на 1-3 см. При вспашке задернелых почв дисковые ножи устанавливаются перед каждым корпусом.

Черенковый нож

Черенковые ножи бывают консольные (на рис. цифра II) и двухопорные (на рис. цифра III) ножи. Черенковые ножи устанавливают на плугах специального назначения (лесных, плантажных, кустарниково-болотных) и плугах для вспашки каменистых почв, задерненных почв с невыкорчеванными корнями.

Консольный черенковый нож оснащен лезвием (двугранный клин), спинкой и черенком. Угол заточки лезвия 10-15°, толщина лезвия не более 0,5 мм. При помощи хомута 6 и подкладки 8 нож крепится к раме 9 плуга с наклоном назад под углом α = 70-75° к горизонту. При этом его носок выдвигается на 30-40 мм вперед и на столько же вверх по отношению к носку лемеха плужного корпуса, а лезвие — выходить за полевой обрез на 5-10 мм в сторону поля. На задернелых почвах носок ножа устанавливают на одном уровне с лезвием лемеха.

Криволинейное лезвие двухопорного черенкового ножа позволяет скользить попадающим на него корням. В нижней части к нему приварено долото 12, имеющее отверстие в задней части. Долото насаживают на цилиндрический носок планки лемеха плужного корпуса 11. Верхний конец ножа крепят к раме 9 плуга с помощью хомута 6 и подкладки. Натяжным прутком 10 притягивают нож к корпусу 11.

Черенковый нож не только срезает пласт и мелкие корни, но и выворачивает неперерезанные древесные корневища и мелкие пни на поверхность. По сравнению с дисковым ножом он хуже разрезает дернину, чаще забивается, имеет большее тяговое сопротивление, однако он лучше заглубляется и обеспечивает более устойчивый ход плуга.

Плоский нож с лыжами

Плоский нож с лыжами (на рис. цифра IV) устанавливается на кустарниково-болотных плугах. Он предназначен для работы на почвах, поросших густым высоким (до 2 м) кустарником. Лезвие плоского ножа наклонено вперед под углом α = 140-145° к горизонту, справа и слева от ножа размещены лыжи 14, регулируемые по высоте. Для предотвращения забивания ветвями кустарника к раме 9 плуга и ножу крепится щит 13. В процессе работы лыжи прижимают ветви кустарника к поверхности поля, а нож их перерезает. По мере износа нож, имеющий два лезвия, разворачивают на угол 180°.

Предплужник


Предплужник — это дополнительный рабочий орган к основному плужному корпусу. У него отсутствует полевая доска, так как она затрудняем оборот пласта основным корпусом.

К стойке 3 предплужника (рис.) крепятся лемех 1 и отвал 2. Предплужник крепится к грядилю плуга хомутом 4 при помощи державки. В державке предплужник может перемещаться вверх или вниз, изменяя его заглубление. Державка также может смещаться по грядилю вперед или назад, устанавливая предплужник на расстоянии L впереди корпуса. Расстояние L измеряют угольником по горизонтали от носка лемеха предплужника до носка корпуса. Это расстояние выбирают в зависимости от ширины захвата корпуса, состояния и типа почвы. Например, для корпуса шириной захвата 35 см L = 30-35 см, шириной захвата 30 см — 25-30 см. При вспашке задерненной и уплотненной почвы предплужник смещают дальше от корпуса; малосвязной — ближе к корпусу. При малом выносе предплужника пласт забивается между корпусом и предплужником, тогда как при излишнем — пласт, отрезанный предплужником, упирается в стойку впереди идущего корпуса.

Предплужник срезает верхний задернелый слой почвы со стороны полевого обреза корпуса толщиной 8-12 см и шириной, равной 2/3 от ширины захвата корпуса, и сбрасывает его на дно борозды в перевернутом виде. При большей глубине хода предплужника, оставшейся после него почвы будет недостаточно для того, чтобы засыпать уложенный в борозду пласт, кроме того увеличивается тяговое сопротивление плута. При глубине менее 8 см лемех предплужника работает в зоне залегания корневищ растений, которые предплужник разорвать не может, и поэтому сгруживает почву перед собой. Параметры рабочей поверхности предплужника устанавливают такими, чтобы обеспечивалось опережение отваливания подрезанного им пласта по сравнению с пластом, отваливаемым основным корпусом плуга.

На плугах, предназначенных для каменистых почв, вместо предплужников устанавливают углоснимы.

Установка предплужника с (дисковым ножом): 1 — пятка; 2 — полевая доска; 3 — отвал; 4, 7 — стойки; 5, 10 — лемеха; 6 — отвал предплужника; 8 —державка; 9, 12 —хомуты; 11 — диск ножа; 13 — коленчатая стойка: 14 — корончатая шайба; 15 — вилка; 16 — угольник.

Углосним


Углосним используется на корпусах плугов, предназначенных для вспашки почв, засоренных камнями. Он представляет собой небольшой отвал, прикрепленный с помощью короткой изогнутой стойки к грядилю рамы плуга, иногда к стойке плужного корпуса или к стойке дискового ножа. В первом и втором случаях углосним устанавливают таким образом, чтобы нижний угол отвала плотно прилегал к отвалу основного корпуса. В отличие от предплужника углосним срезает только угол пласта. Металлоемкость углоснима меньше, чем у предплужника, ему не требуется отдельное предохранителькое устройство, так как при наезде на камень он выглубляется вместе с основным корпусом. При использовании углоснимов уменьшаются расстояние между основными корпусами, а следовательно, и металлоемкость плуга.

На плугах может устанавливаться дисковый углосним, сферический диск которого срезает углы сразу у двух пластов, поднимаемых впереди и сзади расположенными корпусами. Пласт почвы с двумя срезанными углами лучше укладывается в борозду после его оборота.

Почвоуглубитель


Почвоуглубитель (рис.) предназначен для рыхления подпахотного слоя без его выноса на поверхность. Ширина захвата лапы почвоуглубителя несколько меньше, чем ширина захвата плужного корпуса (соответственно 30 и 35 см). Угол раствора 2γ = 70°, угол крошения α = 21°, угол оборота β = 34-40° и угол заточки лезвия l = 16°. Наличие отверстий в стойке 8 позволяет регулировать глубину рыхления подпахотного слоя, для фиксации установленной глубины служит стопорный болт 6.

Почвоуглубитель: 1 — стопорный болт; 2 — отвал углоснима; 9 — кронштейн; 10 — рыхлительная лапа.

Вспомогательные части плугов


Рама

Рама служит для крепления рабочих органов и механизмов плуга, а также для приложения тягового усилия. На современных плугах применяются плоские рамы, которые изготавливают из стальных балок прямоугольного профиля. Плоские рамы обычно состоят из основной, продольной и поперечной балок, полос для крепления плужных корпусов, кронштейнов и деталей для крепления остальных рабочих органов и навески.

Колеса

Назначение колес у плугов может быть опорно-установочное и транспортное. У навесных плугов колесо служит для установки и поддержания заданной глубины вспашки; у полунавесных — одно или два колеса служат в качестве опорно-установочных, другое заднее — для транспортировки. Опорные колеса имеют жесткий обод или пневматические шины. Сопротивление перекатыванию по рыхлой влажной почве колес с пневматическими шинами на 25-30% меньше, чем у колес с жестким ободом, кроме того на них меньше налипает почва, лучше амортизируются удары, что позволяет увеличить скорость и снизить сопротивление плуга.

Плуги для обработки каменистых почв оснащены пневматическими колесами. При этом переднее опорное колесо подключено к гидропневмоаккумулятору для плавного преодоления препятствий.

У прицепных плугов колеса бывают полевое и бороздное.

Навески и прицепы

Навески и прицепы плугов предназначены для присоединения к трактору.

Большинство навесных и полунавесных плугов оснащаются автоматическими сцепками АС-1 для тракторов тягового класса 1,4 или АС-2 для тракторов тягового класса 3. Навеска таких плугов представляет собой жесткую систему с замком в виде треугольной рамки коробчатого сечения, в которую заходит рамка автосцепки. Рамку присоединяют к нижним тягам навески трактора с помощью пальцев и к верхней тяге — за одно из двух обычно продолговатых отверстий в планках у вершины рамки. Круглые отверстия используются при недостаточном транспортном просвете и при неравномерном ходе рабочих органов машины по глубине. Рамка фиксируется в замке навески плуга с помощью защелки.

Навески полунавесных плугов регулируемые. Например, навеска плуга ПКГ-5-40 для каменистых почв вместе с замком перемещается вдоль поперечной балки рамы плуга, таким образом имеется возможность регулировки ширины захвата плуга при агрегатировании его с тракторами с разной шириной колеи. Для регулировки, а также при снятии или установке последних корпусов полунавесного плуга ПЛП-6-35 кронштейны перемещают по поперечной балке рамы плуга. При этом смещается стойка навески плуга, а с ней и труба догружателя.

Догружатель предназначен для того, чтобы при правильной регулировке снизить нагрузку на заднее колесо. Для регулировки заднее колесо упорным болтом опускают ниже полевой доски последнего корпуса так, чтобы компенсировать деформацию шины и смятие почвы. Длину бруса догружателя устанавливают вращением гайки на конце его штока. Пальцы кронштейнов навески переставляются по высоте. Устанавливать пальцы следует в самое низкое положение навески для снижения сопротивления плуга и предотвращения буксования трактора. Кроме того, при таком положении по мере затупления лемехов плуг начинает хуже заглубляться, что может быть признаком необходимости их замены.

Прицеп садового плуга благодаря наличию сектора, телескопической тяги и плиты, закрепленной на навеске трактора, позволяет смещать плуг до 1,7 м в сторону от продольной оси, тем самым появляется возможность обрабатывать почву под кроной деревьев.

Предохранительные устройства

Предохранительные устройства служат для предупреждения поломок рабочих органов плуга при наезде на скрытые препятствия. Предохранительные устройства различают:

  • групповые, отключающие от работы всю машину, например, отключающие её от трактора, выглубляющие рабочие органы из почвы или выключающие муфту сцепления трактора;
  • индивидуальные, выключающие рабочий орган, наехавший на препятствие;
  • индивидуально-групповые.

Групповые предохранительные устройства используются при работе плугов с числом корпусов не более трех, так как при срабатывании приходится останавливать трактор для замены штифта или болтов.

Индивидуальные предохранители одностороннего и двухстороннего действия могут быть штифтовыми или пружинными. Предохранители двухстороннего действия, то есть заглубляющего и выглубляющего рабочий орган, обеспечивают большую производительность с меньшими огрехами, однако масса и стоимость таким машин больше, чем с предохранителями одностороннего действия. Поэтому двусторонние предохранители используются для обработки почв, сильно засоренных камнями. Пружинные предохранители двустороннего типа применяются на культиваторах, тогда как гидропневматические — на плугах.

Основным элементом гидропневматического предохранителя является гидропневмоаккумулятор, обеспечивающий аккумулирование энергии при наезде корпуса на препятствие и автоматическое заглубление после его преодоления. Гидропневмоаккумулятор представляет собой цилиндр, разделенный на газовую (верхнюю) и жидкостную камеры с плавающим поршнем и уплотнительными кольцами. Газовая камера заполнена сжатым азотом (с начальным давлением 6-9 МПа; жидкостная камера соединена шлангом с магистралью гидросистемы трактора. При наезде на препятствие корпус плуга, закрепленный шарнирно, поворачивается, перемещая шток гидроцилиндра. После преодоления препятствия плут под давлением сжатого азота или за счет наклона корпуса возвращается в рабочее положение. Для вспашки легких и средних почв давление масла устанавливается 6,5-8,5 МПа, на тяжелых — 8,5-10 МПа.

Индивидуальные предохранительные устройства двустороннего действия также могут быть рычажно-валькового типа. При наезде на препятствие одним рабочим органом движение других благодаря системе рычагов и тяг ускоряется, после прохождения препятствия — замедляется. Эти механизмы имеют плохие характеристики и большую металлоемкость.

Рабочие поверхности


Цилиндроидальные рабочие поверхности

Цилиндроидальные рабочие поверхности по диапазону изменения угла γ (Δγ = γmax — γ0) подразделяются разделять на три типа:

  • Δγ = 0° — цилиндрические;
  • Δγ = 2-7° — культурные;
  • Δγ = 7-15° — полувинтовые.

Тип отвала можно определить с помощью профилографа, профилометра (координатора) или более простым способом. Плужный корпус устанавливают на ровную плиту и на ней отмечают положение лемеха. Затем, горизонтально приложив к верхнему обрезу отвала линейку с отвесами, по двум точкам проводят на плите проекцию верхней образующей. Угол между лезвием лемеха и проекцией верхней образующей представляет собой угол Δγ, по значению которого определяют тип рабочей поверхности.

Цилиндрическая рабочая поверхность характеризуется углом крошения α, который возрастает наиболее быстро, углом сдвига γ, остающимся постоянным, и слабо развитым углом оборота пласта β, максимальное значение которого не превышает π/2 рад. Поэтому пласт, поднимаясь по поверхности отвала, круто изгибается, в результате чего рыхлится, рассыпаясь на структурные агрегаты, и перемешивается. Оптимально этот процесс происходит на несвязных почвах, не способных образовывать и сохранять форму пласта, поэтому цилиндрическую рабочую поверхность целесообразно применять на легких песчаных почвах и при перепашке.

В России цилиндрические отвалы сейчас не применяются, а используются корпуса с культурными и полувинтовыми рабочими поверхностями, которые отличаются от цилиндрических тем, что углы их образующих со стенкой борозды изменяются по определенным закономерностям, увеличиваясь от нижней образующей отвала к верхней. Культурная рабочая поверхность по развитию угла α похожа на цилиндрическую и характеризуется хорошей рыхлящей способностью. Развитие угла γ приводит к образованию загиба верхней части крыла отвала, в результате чего угол β достигает значений больше π/2 рад. Следовательно, культурная поверхность обладает также некоторой переворачивающей способностью. Плужные корпуса с культурными отвалами эффективны на культурных, старопахотных почвах, а в сочетании с предплужниками также на слабозадерненных.

Полувинтовая рабочая поверхность в отличие от культурной отличается более интенсивным возрастанием угла γ (по вогнутой кривой). В результате загиб крыла увеличивается, а грудь становится более пологой, что свидетельствует о большем развитии угла β и меньшем развитии угла α. Поэтому полувинтовая поверхность лучше оборачивает пласт, но хуже его крошит. Так как для старопахотных почв она в достаточной мере крошит и оборачивает пласт, то полувинтовую поверхность иногда называют универсальной. Таким образом, из цилиндроидальных рабочих поверхностей цилиндрическая лучше других крошит, полувинтовая — оборачивает пласт, а культурная занимает промежуточное положение.

Российская промышленность производит пять разновидностей культурных и четыре разновидности полувинтовых корпусов. Различие обусловлено главным образом видом почв (легкие, средние и тяжелые), для обработки которых они предназначены, и диапазоном рабочих скоростей. Выбор плужного корпуса с учетом местных почвенно-климатических условий и свойств почвы каждого конкретного поля является условием высокой культуры земледелия. Так, при использовании плужного корпуса культурного типа с крутой рабочей поверхностью, предназначенного для тяжелых почв, на рыхлых легких почвах происходит сгруживание и излишнее перемешивание, сопряженное с большими затратами энергии.

Сменные культурные корпуса выпускаются для работы на скоростях, м/с: 1,4-1,9; 1,7-2,5; 1,7-2,8; 2,2-3,0. Агротехнические требования к качеству вспашки обеспечиваются, если каждый из культурных корпусов работает в пределах рекомендуемого диапазона скоростей. При вспашке на скорости ниже рекомендуемой резко снижается качество крошения почвы и заделка пожнивных остатков, появляется недовал пластов, тогда как при обработке на скоростях выше рекомендуемых — фонтанирование и беспорядочная укладка. Для максимальной энергоэффективности процесса вспашку следует проводить на скоростях, близких к нижнему пределу, так как с повышением скорости возрастает тяговое сопротивление плуга. Например, если по условиям работы вспашка должна проводиться на скорости 1,8 м/с, то следует использовать корпуса, предназначенные для работы на скоростях 1,7-2,5, а не 1,4-1,9 м/с.

Тип корпуса и его рабочую скорость подбирают такими, при которых обеспечиваются высокое качество вспашки и минимальный расход топлива. Культурные корпуса рассчитаны на совместную работу с предплужниками.

Полувинтовые корпуса общего назначения рассчитаны на работу при скоростях 1,7-2,5 м/с, универсальные — 1,7-3,0 м/с. Специальный полувинтовой корпус используется для обработки почв, засоренных камнями. В целом, полувинтовые корпуса предназначены для слабозадерненных почв после многолетних и однолетних трав, старопахотных земель с высокой стерней и разбросанными растительными остатками. Их используются с углоснимами. Полувинтовые корпуса хорошо оборачивают пласт, но по качеству крошения уступают культурным, поэтому после вспашки такими корпусами требуется дополнительная обработка почвы.

При обработке связных сильнозадерненных почв плужный корпус с цилиндроидальной рабочей поверхностью поднимает пласт на себя, скручивая его в косую трубку (рис.). Пласт пока не отделен от дна борозды подвергается сжатию, а затем после отделения от дна борозды — изгибу. Движение пласта состоит из вращения вокруг оси O-O, поступательного перемещения в направлении, перпендикулярном к оси O-O, и скольжения вдоль образующих поверхности. При идеально упругом пласте последний оказывается смещенным в сторону и повернутым дерниной вверх, что недопустимо. Реальный пласт разрывается цилиндрической поверхностью на куски, которые в зависимости от момента отрыва укладываются дерниной как вверх, так и вниз. Поэтому цилиндроидальными рабочими органами связные почвы не обрабатывают.

Схема воздействия цилиндроидальной рабочей поверхности на связный задерненный (упругий) пласт: 1 — пласт; 2- рабочая поверхность корпуса.

Винтовые рабочие поверхности

Винтовые рабочие поверхности могут быть длинные и короткие, с вогнутой, выпуклой или прямолинейной образующей. При выборе рабочей поверхности учитывают, чтобы пласт в процессе оборота сохранял неразрывность, исключалось или уменьшалось залипание поверхности, а расход энергии на оборот пласта был минимальным.

При оборачивании пласта винтовая рабочая поверхность закручивает его на угол, близкий к π рад. Длинные отвалы с достаточно большим шагом в процессе закручивания создают меньшие напряжения и деформации и поэтому обеспечивают большую вероятность сохранения целости пласта в процессе оборота, чем короткие. Следовательно, выбор длинных или коротких отвалов обусловлен прочностью пласта, степенью его задерненности: для более задерненных почв можно применять винтовые корпуса меньшей длины, и наоборот.

Частицы почвы прилипают в местах, где пласт неплотно прилегает к рабочей поверхности и давление на нее снижено. Деформация пласта зависит от площади контакта с рабочей поверхностью: чем больше площадь контакта, тем меньше деформация. Рациональной рабочей поверхностью считается та, которая всей своей площадью соприкасается с пластом. Следовательно, геометрическая форма образующей должна приниматься с учетом геометрической формы поперечного сечения нижней грани деформируемого пласта.

Носок лемеха, внедряясь в пласт, сминает его ребро и часть нижней грани. Так как далее одновременно происходят подрезание и кручение пласта, то нижняя его грань в первом приближении в поперечном сечении приобретает форму выпуклой кривой. Следовательно, исходя из условий наилучшего прилегания закручиваемого пласта к рабочей поверхности плужного корпуса, а значит, и минимальной вероятности залипания, образующая должна быть вогнутой. Рабочие поверхности с вогнутыми образующими обеспечивают лучший оборот пласта, однако требуют больший расход энергии, чем с выпуклыми. Кривизна образующих зависит от длины отвала: чем больше длина, тем меньше кривизна.

Винтовые рабочие поверхности применяются для обработки связных задерненных почв, разрыхлить которые любым отвалом невозможно. Остается только одна возможность — обернуть пласт слабозадерненной нижней частью вверх и последующей обработкой другими орудиями довести до состояния, пригодного для посева. Так как такой пласт отделяется сплошной лентой, то задача заключается в том, чтобы, не разрывая на куски, обернуть его дерниной вниз. Разрывы пласта ведут к беспорядочному разбрасыванию кусков и затрудняют последующую обработку. При этом слабое развитие угла α исключает подъем пласта, сильное развитие угла β обеспечивает хороший оборот, а малые значения угла γ — относительно небольшое сопротивление.

Пласт 1 (рис.), подрезанный снизу лемехом, а сбоку ножом, на винтовой рабочей поверхности 2 поворачивается сначала относительно ребра С, а затем B1, пока не обопрется гранью A2В2 на ранее отваленный пласт. Таким образом, винтовая поверхность не поднимает пласт на себя, а переваливает его по дну борозды. Так как пласт своим передним концом связан с массивом почвы, то он уподобляется консольно закрепленной балке прямоугольного сечения, подвергающейся деформациям кручения и косого изгиба (изгиба в двух плоскостях).

Схема воздействия винтовой рабочей поверхности на связный задерненный (упругий) пласт: 1 — пласт; 2 — рабочая поверхность плужного корпуса.

При обработке несвязных сыпучих почв, которые не образуют пласта, то есть не сохраняют определенной формы, а рассыпаются на структурные агрегаты, оборачивание пласта условно. Поэтому распространено мнение, что плужные корпуса с винтовыми рабочими поверхностями непригодны для обработки несвязных старопахотных почв. Однако согласно опытам, на старопахотных почвах винтовые поверхности эффективней оборачивают почву, чем цилиндроидальные, т. е. перемещают верхние частицы ее вниз, а нижние вверх, хотя уступают по степени крошения.

Определить тип рабочей поверхности корпуса можно с помощью профилографа или профилометра (координатора), горизонтальной линейкой с двумя отвесами, а при достаточном навыке и визуально — по виду сверху (рис.).

Виды рабочих поверхностей плужных корпусов: I — цилиндрическая; II — культурная; III — полувинтовая; IV — винтовая.

Скоростные рабочие поверхности

Один из способов повышения производительности пахотных агрегатов — увеличение рабочей скорости с 4-5 до 6-7 км/ч без изменения геометрической формы плужных корпусов. При этом качество вспашки улучшается за счет уменьшения количество крупных глыб, более полной заделки растительных остатков, повышения слитности поверхности пашни и более широкой и чистой борозды. Возрастание тягового сопротивления (примерно на 10%) компенсировалось увеличением урожайности.

Дальнейшее повышении скорости обработки до 8-10 км/ч приводит к снижению качества вспашки и увеличению тягового сопротивления. Пласт отбрасывается в сторону («заброс») и вверх («фонтанирование»), ухудшаются заделка растительных остатков и оборот пласта. Для устранения этих недостатков потребовалось изменение параметров, а в некоторых случаях и геометрической формы рабочих поверхностей. Задача заключается в том, чтобы, увеличивая скорость движения рабочих органов, сохранить скорость, сообщаемую почве, обеспечивающую правильную укладку пласта, неизменной. Для этого у цилиндроидальных рабочих поверхностей уменьшают направляющий угол γmax конца крыла отвала и соответственно угол γ0 лезвия лемеха со стенкой борозды, а также угол α0 крошения.

При уменьшении углов γ снижается интенсивность отбрасывания пласта в борозду, а при уменьшении угла α устраняется «фонтанирование» почвы и облегчается подъем пласта на рабочую поверхность. Для улучшения вхождения пласта на поверхность у скоростных угол α0 = 23-25° (у обычных 30-32°), а γ0 γmin ≈ 70° (у обычных 1-3°).

Рассматривая относительное движение пласта по рабочей поверхности корпуса, принимается, что корпус неподвижен, а пласт движется. В этом случае скорость движения пласта относительно корпуса можно разложить на две составляющие: продольную и поперечную или боковую (рис. цифры I-IV). Дальность отбрасывания пласта в сторону зависит от значения направляющего угла γ на конце крыла отвала, который должен быть таким, чтобы боковой компонент скорости почвы при скоростной вспашке не превышал бокового компонента при вспашке на традиционных скоростях. Как следует из рисунка, это условие может быть записано:

υ6 = υ0 sin γυ6, optconst.

Виды рабочих поверхностей: I — цилиндроидальная для вспашки на традиционных скоростях; II — цилиндроидальная для вспашки на повышенных скоростях; III — цилиндроидальная для вспашки на высоких скоростях; IV — соотношения между компонентами скоростей в процессе развития из традиционной в скоростную.

Моделирование по приведенной формуле показывают, что при υ0 = 4-5 км/ч и υ6 = 1 м/с. Однако плужные корпуса, предназначенные для традиционных скоростей, дают лучшее качество обработки при скоростях 6-7 км/ч. Для этих скоростей υ6 = 1,4 м/с. Приняв υ6 = 1,4 м/с за оптимальную величину и сохраняя ее неизменной, путем уменьшения угла γ можно развить рабочую поверхность для традиционных скоростей (см. рис. выше, цифра I) в скоростную рабочую поверхность (цифра III). Как следует из формулы, при уменьшении угла γmax до 32° (γ0 = 26°) скорость вспашки можно повысить до 11-12 км/ч, но длина корпуса при этом становится примерно в 2 раза больше, чем у корпуса для традиционных скоростей вспашки, что связано с увеличением металлоемкости плуга. Для уменьшения металлоемкости скоростных корпусов, их рабочие поверхности иногда делают комбинированными. Например, рабочая поверхность скоростного плужного корпуса, изображенная на рисунке ниже, состоит из нескольких геометрических поверхностей, плавно переходящих одна в другую. Лемех и нижняя часть груди отвала имеют коническую поверхность с вершиной у полевого обреза (O1), верхняя часть груди отвала — коническую поверхность с вершиной у бороздного обреза (O2), а крыло — поверхность цилиндроида с наклонными образующими.

Комбинированная скоростная рабочая поверхность.

Цилиндроидальные плужные корпуса очень чувствительны к изменениям скорости вспашки: корпуса, предназначенные для традиционных скоростей, неэффективны на повышенных скоростях, тогда как скоростные снижают качество обработки при переходе на традиционные скорости (не доваливают пласт и хуже заделывают растительные остатки). Поэтому для каждого относительно узкого диапазона скоростей приходится создавать специальный корпус с определенными параметрами.

Плужные корпуса с винтовой поверхностью в значительно меньшей степени, чем с цилиндроидальной, реагируют на изменение скорости обработки. При укладке пласта такие корпуса сохраняют целостность пласта в процессе оборота при условии недопущения полного его отрыва от дна борозды и заброса в сторону.

Рассматривая почвенный пласт как материальное тело и мысленно разделив его поперечными сечениями на равновеликие параллелепипеды (элементы), получается система, состоящая из элементов, связанных внутренними силами. Последние, представляют собой результат взаимодействия соседних элементов и всегда существуют попарно. Согласно третьему закону Ньютона они равны и противоположно направлены, а следовательно, могут быть исключены из рассмотрения. Таким образом, задача сводится к рассмотрению закономерностей движения элемента пласта, вращающегося вдоль неподвижной оси с одной степенью свободы. Использовав принцип освобождаемости и заменив связи их реакциями на элемент пласта, можно рассматривать его как свободное тело, находящееся под действием нескольких активных сил и реакций связей: силы тяжести G, давлений со стороны рабочей поверхности плужного корпуса N и дна борозды Rb, силы трения Ffr о рабочую поверхность плужного корпуса, а также центробежной (нормальной) Fin и тангенциальной F сил инерции (рис.).

Схемы к составлению дифференциальных уравнений движения элемента пласта при его положении: I — текущем; II — фиксированном (при повороте на угол β = π / 2 — Ψ).

Приняв подвижную систему координат, для написания условий равновесия воспользуемся методом кинетостатики, основанным на принципе Даламбера. В общем случае условия равновесия представляют собой шесть уравнений действующих сил и моментов. В данном случае можно ограничиться тремя:

$latex \sum Y = N — G \cos (\beta_i) + R_b \sin (\psi) + F_{in} sin (\psi) — F_{i \tau} \cos (\psi) = 0$;

$latex \sum Z = R_b \cos (\psi) — G \sin (\beta_i) — F_{fr} + F_{in} \cos (\psi) — F_{i \tau} sin (\psi) = 0$;

$latex \sum m_x (F) = Nl — G \frac b {2} \cos (\beta_i) + G \frac {a} {2} \sin (\beta_i) + F_{i \tau}r = 0$, (1)

где

$latex G = mg$;

$latex \beta = \omega t$;

$latex F_{in} = m \omega^2 r$;

$latex F_{i \tau} = ma_{\tau} = m \ddot {\beta} r$;

$latex F_{fr} = N \tan (\phi)$;

$latex l \approx \frac {3} {4} b$;

$latex r = \frac {\sqrt {a^2 + b^2}} {2}$.

Уравнения (1) содержат следующие неизвестные: силы N и Rb, угловую скорость $latex \omega = \dot {\beta}$ и угловое ускорение $latex \ddot {\beta}$. Таким образом, получается три уравнения с четырьмя неизвестными. Решение можно получить, если принять $latex \omega = \dot {\beta} = const$. Тогда ускорение $latex \ddot {\beta} = \dot {\omega} = 0$. Однако решение получается громоздким и неточным, так как не учитывается геометрическая форма и параметры рабочем поверхности плужного корпуса. Поставленная цель может быть достигнута в виде частного решения. В момент отрыва элемента пласта от дна борозды Rb = 0. Наибольшая вероятность отрыва на груди отвала при $latex \beta = \frac {\pi} {2} — \psi$ (рис. выше под цифрой II), когда одна из диагоналей поперечного сечения пласта становится вертикально. В этот момент N = 0, $latex F_{fr} = N \tan (\phi) = 0$, $latex \omega \to max$, $latex \ddot {\beta} = \dot {\omega} \to 0$, а силы Fin и G направлены по одной прямой в противоположные стороны. Следовательно, условие оборота элемента пласта без отрыва от дна борозды будет иметь вид:

$latex m \omega^2 r > mg$,

откуда $latex \omega < \sqrt {\frac {g} {r}}$. (2)

При движении плуга со скоростью $latex \nu$ и длине l части отвала, обеспечивающей поворот пласта на угол $latex \beta = \frac {\pi} {2} — \psi$, соприкасающаяся с рабочей поверхностью точка пласта будет находиться в контакте в течение времени $latex t = l \cos (\frac {\gamma} {\nu})$, где $latex \gamma$ — средний угол, образуемый сечениями груди отвала (горизонтальными плоскостями) со стенкой борозды; $latex l \cos (\gamma)$ — расстояние от элемента пласта при $latex \beta = 0$ до элемента, повернутого на угол $latex \frac {\pi} {2} — \psi$ по оси винтовой поверхности. За время t пласт повернется на угол $latex \beta = \omega t = \frac {\pi} {2} — \psi$ (рис. выше под цифрой II). Решив последнее уравнение относительно t и приравняв правые части последних двух уравнений, получается:

$latex t = \frac {\frac {\pi} {2} — \psi} {\omega} = l \cos \left ( \frac {\gamma} {\nu} \right )$,

откуда

$latex \omega = \nu \frac {\frac {\pi} {2} — \psi} {l \cos (\gamma)}$. (3)

Пласт не отрывается от дна борозды и нормально укладывается, когда $latex \psi < \sqrt { \frac {g} {r} }$, из чего следует, что правая часть выражения (3) должна быть меньше правой части выражения (2), то есть

$latex \nu \frac {\frac {\pi} {2} — \psi} {l \cos (\gamma)} < \sqrt {\frac {g} {r}}$,

откуда

$latex \nu < \frac {l \cos (\gamma)} {\frac {\pi} {2} — \psi} \sqrt {\frac {g} {r}}$, (4)

где $latex \frac {l \cos (\gamma)} {\frac {\pi} {2} — \psi}$ — приведенный (единичный) шаг винтовой поверхности груди отвала.

Из формулы (4) следует, что чем больше шаг винтовой поверхности груди, тем меньше вероятность отрыва пласта, но больше возможная рабочая скорость и, следовательно, производительность. Подставив в нее значения параметров скоростных винтовых поверхностей, получим $latex \nu$ < 2,46-3,6 м/с, т.е. 9,6-13 км/ч.

Характерная особенность скоростных винтовых рабочих поверхностей является переменный шаг, закономерность изменения которого характеризуется интегральной кривой. На такой поверхности скорость поворота пласта сначала невелика, что необходимо для плавного входа его на рабочую поверхность, затем ускоренно возрастает, что необходимо для уменьшения ее длины, затем резко снижается, для того чтобы исключить вероятность заброса пласта.

Технологические свойства рабочих поверхностей

Криволинейная рабочая поверхность плужного корпуса может быть развита из косого трехгранного клина путем непрерывного плавного изменения (развития) углов α, β и γ, характеризующих свойства трех элементарных клиньев, способных соответственно крошить, оборачивать и сдвигать пласт. Главное технологическое свойство рабочей поверхности плужного корпуса, отличающее его от других рабочих органов почвообрабатывающих машин, — способность оборачивать пласт. Для выявления и характеристики оборачивающей способности рабочую поверхность рассекают поперечно-вертикальными плоскостями, перпендикулярными к направлению движения корпуса или стенке борозды 2 (на рис. ниже цифра II). Получаемые сечения характеризуют плавность и крутизну поверхности и определяют развитие угла β, выражающего способность отвала оборачивать пласт.

Схемы для анализа способности рабочих поверхностей плужных корпусов крошить (I) и оборачивать (II) пласт: 1 — дно борозды; 2 — стенка борозды; V1-V4 и U1-U5 — продольно-вертикальные и поперечно-вертикальные секущие плоскости.

Для характеристики способности поверхности крошить пласт проводят вертикальные секущие плоскости к стенке борозды (на рис. цифра I). Получаемые сечения характеризуют развитие угла α, выражающего способность отвала крошить пласт.

Для их построения вертикальные секущие плоскости V и U наносят на горизонтальную проекцию чертежа на расстоянии 50-100 мм одна от другой. Следы секущих плоскостей в горизонтальной проекции выражаются прямыми линиями, соответственно перпендикулярными (U) или параллельными (V) стенке борозды 2. Кривые сечений, перпендикулярных к стенке борозды, характеризующие оборачивающую способность поверхности, строят на лобовой вертикальной проекции, а кривые сечений, параллельных стенке борозды, характеризующие рыхлящую способность поверхности, — на боковой проекции.

Кривые строят по точкам пересечения секущих плоскостей U и V с проекциями образующей в горизонтальной плоскости проекций. Точки пересечения переносят из горизонтальной проекции в вертикальную на соответствующие положения образующей и соединяют плавными линиями.

О способности рабочих поверхностей плужных корпусов крошить или оборачивать пласт можно судить по максимальным значениям соответствующих углов (αmax и βmax) и диапазонам их изменения: Δα = αmaxαmin и Δβ = βmax — βmin. О способности рабочей поверхности сдвигать почву в открытую соседнюю борозду без сгруживания судят по углам γ образующих со стенкой борозды, которые могут быть представлены как следы сечений рабочей поверхности горизонтальными плоскостями. Условие скольжения, как было показано, выполняется при $latex \gamma < \frac {\pi} {2} — \psi$.

Силовая характеристика рабочих органов


Плужный корпус

Нормальные и касательные силы, действующие на рабочую поверхность плужного корпуса в процессе его работы, можно представить в виде пространственной системы сил, которая не может быть сведена к одной равнодействующей. Она может быть представлена или пространственно — совокупностью главного вектора и главного момента (динамой, силовым винтом), если для расчета применяют аналитические методы, или в виде трех плоскостных силовых характеристик, если для расчета используют графические методы. Поскольку чаще применяются графические методы, то далее рассмотрены плоскостные силовые характеристики.

Трехплоскостная силовая характеристика плужного корпуса определяется величинами Rxy, Rxz и Ryz, направлениями их действия η, ψ и ξ и плечами lxy, lxz и lyzотносительно носка лемеха (рис.). Эти силы включают продольную Rx, поперечную Ry и вертикальную Rz
составляющие, которые взаимосвязаны уравнениями:

$latex R_{xy} = \sqrt {R_x^2 + R_y^2}$;

$latex R_{xz} = \sqrt {R^2_{x} + R^2_{z}}$;

$latex R_{yz} = \sqrt {R^2_{y} + R^2_{z}}$. (5)

Направления их действия определяются углами

$latex \eta = \arctan (\frac {R_y} {R_x})$;

$latex \psi = \arctan (\frac {R_z} {R_x})$;

$latex \xi = \arctan (\frac {R_z} {R_y})$. (6)

Значения плеч lxy, lxz и lyz получаются в результате обработки экспериментальных данных пространственного динамометрирования. Г.Н. Синеоков получил следующие плоскостные силовые характеристики. В горизонтальной плоскости сила Rxy действует под углом η = 15-25° к оси X, а плечо lxy = (0,3-0,5) b ≈ 0,4b (на рис. цифра I). В продольно-вертикальной плоскости сила Rxz действует под углом ψ = ±12° к оси X, плечо lxz равно 0,5a при положительных значениях угла ψ и 0,33a при отрицательных (на рис. цифра II). В поперечно-вертикальной плоскости сила Ryz действует под углом ξ = ±45° к оси Y, а плечо равно 0,5b при положительных значениях угла ξ и 0,75b при отрицательных. Соотношения между силами Rx, Ry и Rz, при этом будут равны:

$latex R_y = R_x \tanh (\eta) = R_x \tan (15-25^\circ) = (0,25-0,45) R_x \approx 0,35 R_x$; (7)

$latex R_z = R_x \tan (\psi) = R_x \tan (pm 12^\circ) \approx 0,2 R_x$. (8)

Схемы силовых характеристик рабочей поверхности плужного корпуса в плоскостях: I — горизонтальной; II — продольно-вертикальной; III — поперечно-вертикальной.

Для каждой из рассматриваемых сил характерно определенное технологическое значение. Продольная составляющая Rx обусловлена подъемом пласта на рабочую поверхность, а также его крошением и представляет собой тяговое сопротивление плужного корпуса. Вертикальная составляющая Rz обусловлена силой тяжести пласта и вертикальной составляющей сопротивления крошению и имеет двойственный характер: с одной стороны, она способствует заглублению и устойчивому ходу плуга, что считается положительным фактором, с другой стороны — служит одной из причин образования плужной подошвы, что является отрицательным фактором в работе плуга. Поперечная или боковая составляющая, обусловленная оборачиванием пласта и сдвигом его в сторону, стремится развернуть плужный корпус в горизонтальной плоскости и тем самым нарушить его работу, что также является отрицательным фактором.

Из выражений (7) и (6) следует, что располагая числовым значением одной из сил (Rx, Ry или Rz) и пользуясь приведенными соотношениями, можно определить числовые значения двух других сил и таким образом воссоздать всю силовую характеристику плужного корпуса. Наибольшее значение имеет продольная составляющая Rz главного вектора R пространственной системы элементарных сил сопротивления почвы, приложенных к рабочей поверхности корпуса и лезвию лемеха. Она может быть определена опытным путем или рассчитана по формуле. Для экспериментального определения Rz достаточно обычного линейного динамометрирования плуга. В этом случае

$latex R_x = \frac {\eta R_pl} {n}$, (9)

где $latex \eta$ — КПД плуга, равный 0,6-0,8; Rpl — тяговое сопротивление плуга; n — число корпусов плуга.

Для аналитического определения силы Rz может быть использован один из общих законов сопротивления материалов, согласно которому сила сопротивления почвы разрушению пропорциональна пределу прочности (удельному сопротивлению) и площади поперечного сечения разрушаемого пласта:

$latex R_x = kab$, (10)

где k — удельное сопротивление почвы; а и b — толщина и ширина пласта.

Величина Rx зависит от технологических свойств почвы, глубины вспашки, рабочей скорости плуга, типа и параметров рабочей поверхности, остроты лезвия лемеха, наличия предплужника и ножа.

Совокупность технологических свойств почвы может быть в определенной степени выражена ее удельным сопротивлением, которое изменяется в широких пределах в зависимости от механического состава, влажности и задерненности.

Полевая доска, упираясь в стенку борозды, обеспечивает устойчивость хода плужного корпуса, предотвращая его перекос в горизонтальной плоскости. Боковая составляющая реакции пласта на рабочую поверхность плужного корпуса стремится повернуть его по ходу часовой стрелки (при отваливании вправо). С полевой доски реакция передается на стенку борозды, в результате чего происходит ее смятие. При этом возникает реакция стенки борозды, которая, действуя в противоположном по отношению к силе Ry, направлении, уравновешивает ее.

Для рассмотрения силового взаимодействия полевой доски со стенкой борозды силу Rxy, приложенную к рабочей поверхности на расстоянии 0,4b от носка лемеха, перенесем по линии ее действия в точку пересечения со стенкой борозды и разложим на две составляющие: продольную Rx и поперечную Ry. Составляющая Rx представляет собой тяговое сопротивление корпуса и может быть определена линейным динамометрированием или приближенно по формуле (10) или (9). Зная силу Rx, из рисунка ниже можно определить боковую составляющую

$latex R_y = R_x \tan \left ( \frac {\pi} {2} — ( \gamma_0 + \phi ) \right ) = R_x \cot (\gamma_0 + \phi)$. (11)

Схема взаимодействия полевой доски плужного корпуса со стенкой борозды: I — силы, действующие на рабочую поверхность корпуса и стенку борозды в горизонтальной плоскости; II — реакция стенки борозды на полевую доску.

Значение Ry, вычисленное по формуле (11), является средним. Однако сила Ry зависит от величины Rx, которая в процессе работы изменяется в больших пределах. Так как максимальные значения Rx, по данным Г.Н. Синеокова, в 2-2,7 раза превышают средние, то значения Ryизменяются в тех же пропорциях. Следовательно, можно принять, что полевая доска вдавливается в стенку борозды под действием силы 2,7Ry, вызывая с ее стороны равную, но противоположно направленную реакцию. Поскольку полевая доска установлена под углом к стенке борозды, то деформация последней возрастает по линейной зависимости от нуля у начала рабочей части до λi у конца. Деформация почвы полевой доской не должна выходить за предел пропорциональности (λi < λpr) диаграммы твердомера. Реакция почвы на полевую доску будет пропорциональна линейной деформации, а эпюра элементарных нормальных сил реакции почвы по ее длине будет иметь вид треугольника с вершиной у начала рабочей части. При этом сила 2,7Ry может быть представлена как произведение объема V смятой полевой доской почвы на коэффициент объемного смятия q:

$latex 2,7 R_y = qV$ или $latex 2,7 R_y = \frac {ql \lambda h} {2}$,

откуда

$latex \lambda = \frac {5,4 R_y} {qlh}$, (12)

где q = 5-10 Н/см3; h = 2/3 a.

Подставив в формулу (12) вместо Ry его значение из выражения (11), получим

$latex \lambda = \frac {5,4 R_x \cot (\gamma_0 + \phi)} {qlh}$. (13)

Значение деформации стенки борозды не должно превышать предел пропорциональности, т. е. λ должна быть меньше 20 мм.

Следует иметь в виду, что сила Ry будет создавать также силу трения полевой доски о стенку борозды, которая направлена в сторону, противоположную направлению движения, и равна

$latex F_{fr} = F_y \tan (\phi) = f F_y \approx \frac {0,5R_x} {3} \approx \frac {R_x} {6}$. (14)

Таким образом из приведенного уравнения следует, что на тяговое сопротивление полевой доски приходится примерно 17% общего сопротивления плужного корпуса. Поэтому в некоторых конструкциях для замены трения скольжения трением качения и снижения в результате этого энергоемкости процесса полевую доску заменяют роликом, сферическим диском или наклонным колесом малого диаметра.

Стойка находится в сложном напряженном состоянии, т. е. подвергается действию косого изгиба в двух плоскостях, кручению и внецентренному растяжению. Так как изгибающий момент в разных сечениях стойки неодинаков и возрастает снизу вверх, то и площадь ее поперечных сечений также увеличивается снизу вверх в той же пропорции. Такая стойка называется равнопрочной и применяется в семействе унифицированных плугов общего назначения. Характер нагрузки значительно упрощается на двусторонние (листерные) корпуса. На них действует сила $latex \bar{R} = \bar{R_x} + \bar{R_z}$, расположенная в плоскости симметрии корпуса. В этом случае на стойку будет действовать только изгибающий момент в продольно-вертикальной плоскости.

Предплужник

Силовые характеристики предплужника аналогичны характеристикам плужного корпуса. Нагрузку на все его детали определяют аналогично, за исключением полевой доски, которая у него отсутствует. Усилие, действующее на предплужник, рассчитывается по формуле:

Rx sk = (0,2…0,4) Rx. (15)

Черенковый нож

Черенковый нож (рис.) устанавливают под некоторым углом α к горизонту.

Схема силовых характеристик черенкового ножа.

Значение угла α должно обеспечить резание со скольжением. Согласно рисунку α = 90° — ξ и скольжение обеспечивается при ξ > φ. Подставив это условие в первое выражение, получим угол α, при котором будет обеспечено скольжение:

α < 90° — φ. (16)

Так как среднее значение угла трения по металлу φ = 26°, то угол наклона ножа должен составлять α < 90° — 26° = 64°. В этом случае на каждую элементарную площадку лезвия ножа будут действовать силы Ν и Ffr, дающие результирующую R. Согласно рисунку, сила сопротивления ножа будет равна:

$latex R_x = R \cos (\xi — \phi)$. (17)

Для практических расчетов пользуются упрошенной формулой:

$latex R_x = k_k a_k$, (18)

где kk — удельное сопротивление ножа, т. е. сопротивление, приходящееся на 1 см глубины его хода, Н/см (по данным В.С. Жегалова, kk = 50-90 Н/см); ak — глубина хода ножа, см.

Дисковый нож

При работе дисковый нож испытывает сопротивление почвы смятию лезвием и сил трения о его боковые поверхности, влияние которых относительно мало. Так как дисковый нож — симметричный рабочий орган, то действие элементарных сил сопротивления почвы может быть сведено к одной равнодействующей R, приложенной примерно в середине рабочей дуги лезвия ножа АВ (рис.) и проходящей через ось его вращения. Составляющая этой силы представляет собой тяговое сопротивление ножа и создает момент, способствующий вращению диска. Составляющая Rz, стремится вытолкнуть нож из почвы и создает момент, препятствующий вращению диска. При изменении удельного сопротивления почвы от 40 до 80 кПа сила Rx стандартного ножа плуга общего назначения изменяется от 0,7 до 2,2 кН. При этом Rz =1,2Rx.

Схема силовых характеристик дискового ножа.

Чтобы нож перерезал стебли, расположенные на поверхности поля, а не волочил их, угол δ защемления должен быть меньше φ1 + φ2, где φ1 — угол трения стебля о лезвие; φ2 — угол трения стебля о почву. Из этого следует, если диск ножа забивается стеблями растений, необходимо уменьшить глубину хода или установить нож большего диаметра. При использовании вырезных ножей такое явление исключается, а сила Rx уменьшается на 18-25%. Опыты показали, что сила Rx зависит от показателя кинематического режима лезвия ножа:

$latex \lambda = \frac {\omega r} {\nu}$,

где ω — угловая скорость; r — радиус диска; ν — скорость движения машины (орудия). Чем больше λ, тем меньше Rx. При увеличении λ от 0 до 1 значение Rx уменьшается в 2,5 раза. Числовые значения λ зависят от конструкции дискового ножа и состояния почвы: для ножей с ровным лезвием λ = 1,02-1,098, для рифленых — 1,08-1,31, для вырезных дисков — 1,045-1,165.

Соотношение между шириной захвата плуга и шириной колеи трактора


Основное условие устойчивости (прямолинейности) хода пахотного агрегата в горизонтальной плоскости определяется соотношением:

Bп ≥ Bт + 2c, (21)

где Bп — ширина захвата плуга; Bт — ширина ходовой части трактора; с — расстояние от стенки борозды до наружного края гусеницы (колеса).

Для традиционных плугов принимают c ≈ a (глубина вспашки а 20 см). При c < а происходит частичное или полное разрушение стенки борозды и осыпание ее на дно, приводящее к ухудшению качества вспашки, сползанию правой гусеницы или колеса трактора в борозду. При работе с фронтальным или линейным плугом, которые не образуют открытой борозды, можно принять с = 0,5a; тогда ширина захвата Bп должна быть больше или равна Bт + а.

Идеальные условия работы гусеничного трактора складываются тогда, когда линия тяги плуга находится в плоскости симметрии трактора, что может быть выражено условием lгт = lп (рис.), где lгт — расстояние от стенки борозды до оси симметрии трактора; lп — расстояние от стенки борозды до линии тяги плуга. Согласно Г.Н. Синеокову, линия тяги плуга совпадает со стенкой борозды среднего корпуса.

Схема агрегатирования плуга с гусеничными тракторами.

При этом

lп = 0,5bк (n + 1); (22)

lгт = 0,5 (Bгт + bг) + c, (23)

где Вгт — ширина колеи; bг — ширина гусеницы трактора.

Совместное решение уравнений (22) и (23) относительно Bп = bкn при условии lгт = lп позволяет получить уравнение выражение:

Bп = Вгт + 2c + bг — bк = Вгт + (2a + bг) — bк. (24)

У колесных тракторов тягового класса 0,9-1,4 меньшая мощность, чем у гусеничных, поэтому ширина захвата плуга не может быть большей, чем ширина колеи (рис.).

Схема агрегатирования плуга с колесными тракторами малой мощности (тяговых классов 0,9 и 1,4).

Правые колеса приходится вести по открытой борозде с перекосом в поперечно-вертикальной плоскости. Прямолинейность движения колесного трактора сохраняется, если линия тяги находится в вертикальной плоскости, параллельной стенке борозды и проходящей через середину линии, соединяющей средние точки контакта с почвой ведущих колес трактора, т. е. расположенной от стенки борозды на расстоянии:

lкт = 0,5 (Bкт — bш), (25)

где Bкт — ширина колеи колесного трактора; bш — ширина пневматической шины ведущих колес трактора.

Совместное решение уравнений (22) и (25) при условии, что lп = lкт, позволяет получить:

Bкт = bк (n + 1) + bш. (26)

Если рассчитанная по формуле (26) ширина колеи не соответствует действительной, то ее регулируют. Правые колеса трактора необязательно должны двигаться по дну открытой борозды. С увеличением мощности трактора до определенного предела все колеса могут перемещаться по непаханному полю. Значение Bп должно определяться по формуле (24). Соответствие ширины захвата плуга тяговому классу трактора проверяется по условию:

$latex B_n \leq \frac {\eta P_t} {k a_{max}}$, (27)

где η — коэффициент использования тягового усилия трактора, равный 0,80-0,85; Pt — номинальное тяговое усилие трактора; k — удельное сопротивление плуга; аmax — максимальная глубина вспашки.

Из выражения (27) следует, что при глубокой или двухъярусной вспашке (а ≥ 35 см) величина Вп будет относительно небольшой, вследствие чего при агрегатировании с колесными тракторами даже значительной мощности последние вынуждены правыми колесами перемещаться по дну открытой борозды. В этом случае агрегат будет двигаться устойчиво, но сильно наклоняться в сторону вспаханного поля. Дно борозды и часть ранее отваленного пласта уплотняются, стенка борозды разрушается, что приводит к повышению сопротивления колес перекатыванию, ухудшению условий эксплуатации трактора.

Для устранения этих недостатков такие плуги оборудуют дополнительным облегченным плужным корпусом (на рис. ниже цифра I), установленным на конце рамы таким образом, чтобы он подрезал и отваливал в сторону пласт, толщина которого равна половине глубины вспашки (а/2). После его прохода образуется твердое дно 4 полуборозды, по которому движутся правые колеса 5 трактора при следующем его проходе (рис., II). В результате агрегат движется устойчиво, как по борозде, но угол наклона трактора уменьшается до 4°, при этом колесом уплотняется только незначительная часть пласта, уложенного в соседнюю борозду при предыдущем проходе.

Фрагменты работы пахотного агрегата при движении правых колес трактора в полуборозде: I — образование полуборозды; II — движение колеса трактора в полуборозде; 1 и 2 — дополнительный облегченный последний и основной предпоследний корпуса; 3 и 4 — дно борозды и полуборозды; 5 — колесо трактора.

Уплотненная колесами трактора необработанная часть пласта в полуборозде подрезается, рыхлится и отваливается в сторону передним корпусом плуга при последующем проходе. Дно борозды остается неуплотненным, а энергоемкость вспашки снижается на 15-20%.

Тяговое сопротивление


Тяговое сопротивление плуга — усилие, необходимое для перемещения плуга при вспашке. Оно зависит от формы, размеров и технического состояния рабочих органов, ширины захвата и глубины вспашки, состояния и типа почвы, скорости движения агрегата, массы плуга и конструкции опорных колес. Тяговое сопротивление плуга непосредственно связано с энергоемкостью процесса вспашки и служит одной из ключевых эксплуатационных характеристик. Его можно рассчитать или определить опытным путем (динамометрированием).

Рациональная формула В.П. Горячкина

Согласно В.П. Горячкину, тяговое сопротивление плуга состоит из сопротивлений трех различных категорий.

Первая — постоянные сопротивления плуга, независящие от режима его работы, то есть глубины вспашки a, рабочей скорости ν, м/с: сопротивления трения корпусов о дно борозды и втулок колес об оси, сопротивления перекатыванию колес по почве. Совокупность этих сопротивлений при работе на горизонтальной поверхности пропорциональна весу плуга, поэтому R1 = fG, где f — коэффициент пропорциональности, аналогичный коэффициенту трения (коэффициент сопротивления протаскиванию плуга в открытой борозде); G — вес плуга (или 9,8m, где m — масса плуга). Сопротивление не связано с полезной работой и представляет собой всегда сопутствующее ей вредное сопротивление, которое В.П. Горячкин назвал «мертвым» сопротивлением.

Вторая — сопротивления, обусловленные деформацией (разрушением) почвенных пластов. Согласно общим законам сопротивления материалов они пропорциональны площади поперечного сечения деформируемых пластов, т. е. R2 = kabn, где k — коэффициент, характеризующий сопротивление пласта различных почв деформации, или удельное сопротивление почвы, кН/м2 или кПа; a — толщина пласта (глубина вспашки), м; b — ширина пласта, м; n — число одновременно обрабатываемых пластов (число корпусов в плуге). Величина R2, также как и R1, не зависит от рабочей скорости плуга.

Третья — сопротивления, связанные с сообщением «живой силы» (кинетической энергии) пластам, отбрасываемым в сторону. Аналогично сопротивлению пластины, движущейся в жидкости или газе, эти сопротивления пропорциональны площади поперечного сечения пластов и квадрату скорости плуга, т. е. R3 = εabnν2, где ε — коэффициент скоростного сопротивления, зависящий от свойств почвы и геометрической формы рабочих поверхностей плужных корпусов, Н⋅с24 или кПа⋅с22.

Полное тяговое сопротивление плуга, таким образом, может быть представлено уравнением:

Rx = R1 + R2 + R3 = fG + kabn + εabnν2. (28)

Эта формула получила название рациональной, так как она представлена рациональным алгебраическим выражением, то есть ни один из параметров не находится под знаком радикала, а смысл ее представляется рациональным с точки зрения механики. Она позволяет определить основные факторы, влияющие на тяговое сопротивление плуга, и способы его снижения. Увеличение массы и скорости движения плуга, неправильная регулировка, нарушение технического состояния и неправильная установка прицепа приводят к росту тягового сопротивления плуга и затрат энергии на вспашку.

Для плуга, работающего на традиционной скорости 1,2-1,4 м/с, третий член формулы относительно мал и составляет примерно 5% общего тягового сопротивления, поэтому в некоторых случаях им можно пренебречь. Первый в несколько раз превышает третий, но наибольший вклад вносит второе слагаемое в уравнении. Часто первую категорию сопротивлений называют вредным сопротивлением, тогда как сумму сопротивлений второй и третьей категории — полезным сопротивлением.

Значения коэффициентов f, k и ε определяют путем динамометрирования различных плугов в разных почвенных условиях, они варьируют в широких пределах. Значения f В.П. Горячкин рекомендовал принимать равными 0,5 для жнивья и 0,8-0,9 для клеверища; значения k — в пределах от 20 до 90 кПа (Кленин; по другим данным от 20 до 50 кПа, Халанский), значения ε — в пределах от 1,5 до 9 кПа⋅с22.

Формула В.П. Горячкина широко известна, однако она не учитывает в явном виде влияния на тяговое сопротивление плуга сил трения полевых досок о стенки борозд, вертикальной составляющей реакции почвы на рабочие поверхности плужных корпусов, сил сопротивления отрезанию пластов от дна и стенки борозды, толщины лезвий лемехов.

Удельное сопротивление почвы и удельное сопротивление плуга

В процессе работы тяговое сопротивление плуга изменяется. Трудность обработки оценивается по удельному сопротивлению почвы, которое может быть получено из формулы В.П. Горячкина:

$latex k = \frac {R_x — fG — \epsilon abn \nu^2} {abn}$, (29)

или, если пренебречь скоростным сопротивлением почвы (при скорости до 5 км/ч), то:

$latex k \approx \frac {R_x — fG} {abn}$. (30)

Удельное сопротивление почвы находят по формуле (30), измерив динамометром полное сопротивление Rx плуга, затем «мертвое» сопротивление fG — путем протаскивания плуга в открытой борозде. Для почвы одного и того же механического состава удельное сопротивление изменяется в широких пределах и зависит от влажности и задерненности.

Чтобы точно определить коэффициенты f, k и ε для конкретных условий, необходимы трудоемкие эксперименты, тогда как использование приближенных значений может привести к большим погрешностям, поэтому пользуются упрощенной формулой для расчета тягового сопротивления плуга:

Rx = Kabn. (31)

Удельное сопротивление плуга (K) вычисляется по формуле, измерив динамометром сопротивление Rx, глубину а вспашки и ширину b захвата:

$latex K = \frac {R_x} {abn}$. (32)

Физический смысл К раскрывается глубже, если числитель и знаменатель в формуле (32) умножить на ν:

$latex K = \frac {R_x \nu} {abn \nu}$. (33)

Тогда в числителе получается мощность, или работа, совершаемая плугом за 1 с, а в знаменателе — объем почвы, поднимаемой плугом за 1 с. Следовательно, удельное сопротивление плуга можно рассматривать как расход энергии на обработку (вспашку) единицы объема почвы.

Величина К > k. Это следует из формулы (32), если вместо Rx, подставить его значение из формулы (28):

$latex K = \frac {fG} {abn} + k + \epsilon \nu^2 = k + \frac {fG} {abn} + \epsilon \nu^2$. (34)

Таким образом, удельное сопротивление плуга, кроме удельного сопротивления почвы, включает еще «мертвое» сопротивление и сопротивление отбрасыванию почвы, отнесенные к поперечному сечению пласта. По сопротивлению плуга подбирают марку трактора и соответствующую передачу.

Коэффициент полезного действия плуга


КПД плуга может быть выражен отношением полезных сопротивлений, т. е. связанных непосредственно с выполнением технологических операций, к полному тяговому сопротивлению. В.П. Горячкин к полезным сопротивлениям относил второй и третий члены формулы (28), поэтому формула КПД плуга по В.П. Горячкину имеет вид:

$latex \eta = \frac {kabn + \epsilon abn \nu^2} {fG + kabn + \epsilon abn \nu^2} = \frac {Rx — fG} {R_x} = 1 — \frac {fG} {R_x}$. (35)

КПД плуга можно определить, продинамометрировав общее сопротивление Rx плуга и «мертвое» сопротивление fG путем протаскивания плуга в борозде в рабочем положении. На η влияет вес плуга: чем он больше, тем меньше КПД.

Значение КПД, подсчитанное по формуле (35), будет несколько завышенным, так как в число вредных сопротивлений не входят силы трения, вызванные вертикальными составляющими сопротивления почвы на рабочие поверхности плужных корпусов и нормальными давлениями полевых досок на стенки борозд. Формула (35) может давать искаженные результаты, так как любое увеличение тягового сопротивления Rx, приводит к возрастанию КПД. Например, при нарушении геометрической формы отвала, вспашке на глубину, превышающую расчетную, неправильной установке механизма навески (прицепа), затуплении лемехов увеличиваются значения Rx, и η, а замена стального отвала отвалом из фторопласта приводит к снижению сил трения почвы об отвал и, следовательно, Rx, и уменьшению η, что противоречит здравому смыслу. Поэтому при определении КПД следует убедиться в хорошем техническом состоянии плуга и правильной установке. При сравнении энергоемкости вспашки различными плугами в качестве критерия используют не только КПД, но и удельное сопротивление плуга (удельный расход энергии), определяемое по формуле (32).

Полезность сопротивлений, входящих в третий член рациональной формулы, усматривалась в том, что плуг в соответствии со своей конструкцией должен перемещать пласты в соседние борозды, а для этого пластам необходимо сообщить некоторую скорость (кинетическую энергию), которая к тому же влияет на их крошение. Однако при создании скоростных плугов ученые и конструкторы столкнулись с тем, что сопротивления, выраженные третьим членом рациональной формулы, при высоких скоростях резко возрастают. Добиваясь уменьшение энергоемкости вспашки, основная задача сводилась к снижению скоростных сопротивлений. Поэтому сопротивления этого типа стали относить к вредным, в связи с чем формула КПД приобрела следующий вид:

$latex \eta = \frac {kabn} {fG + kabn + \epsilon abn \nu^2}$. (36)

При расчетах по этой формуле с увеличением рабочей скорости плуга его КПД быстро снижается, что соответствует и реальным показателям работы плугов. С увеличением веса плуга его КПД также снижается. Для установления связи между КПД плуга и его удельной материалоемкостью (металлоемкостью) числитель и знаменатель формулы (36) можно разделить на bn, в результате чего получается:им

$latex \eta = \frac {ka} {\frac {fG} {bn} + ka + \epsilon a \nu^2} = \frac {ka} {qf + ka + \epsilon a \nu^2}$, (37)

где $latex q = \frac {G} {bn}$ — удельная конструктивная металлоемкость плуга, Н/м.

У трехкорпусных плугов минимальная металлоемкость. С увеличением или уменьшением числа корпусов в плуге его металлоемкость возрастает. Из чего следует, что самый высокий КПД у трехкорпусных плугов. КПД плугов с большим или меньшим числом корпусов ниже. По данным Г.Н. Синеокова, КПД навесных плугов составляет 0,6-0,8, прицепных — 0,55-0,75. Из-за большего веса прицепных плугов их КПД ниже, чем навесных. Для ориентировочных расчетов принимают η = 0,7. Общий механический КПД пахотного агрегата с учетом потерь энергии на передвижение трактора значительно ниже.

Плуги общего назначения


Основные показатели плугов общего назначения, применяемых в России, приведены в таблице.

Марка плуга Предельное удельное сопротивление почвы, Н/см2 Тяговый класс трактора Глубина вспашки, см Рабочая скорость, км/ч Число корпусов Ширина захвата плуга, м Масса, кг Обозначение применяемых рабочих органов
ПН-35 8 0,6; 0,9 27 4-7 1 0,35 135 к
П-2-30 9 0,9; 1,4 22 7-9 2 0,6 305 пв, у
ПН-3-30 9 0,9; 1,4 22 7-9 3 0,9 380 пв, у
ПН-3-У 9 1,4; 2 27 7-9 3 1,05 600 к, рс
ПЛН-3-35 9 1,4; 2 30 7-9 (12*) 3 1,05 492 к, пв, бо, кв, кп, вк, рс, п, у
ПЛН-4-35 9 3 30 7-9 4 1,4 675 к, пв, кв, бо, п, у
ПЛН-4-40 9 3; 4 30 7-9 4 1,6 725 к, п
ПН-5-У 10 3; 4 40 7-9 5 1,75 1000 к, рс, чс, п
ПЛ-5-40 13 3; 4 40 6-9 5 1,75-2,25 1630 к, бо, п
ПЛН-5-40 9 3; 4 30 7-9 5 2 905 к, п
ППИ-6-40 9 3; 4 30 7-10 6 1,8-2,4 1760 к, пв, вк
ПЛН-7-30 6 3; 4 24 7-10 7 2,1 850 к, п
ПЛН-8-40 9 5 30 7-10 8 3,2 2150 к, п
ПН-8-У 10 5 27 7-9 8 3,2 2300 к, рс, чс, п

* Для скоростных корпусов.

Условные обозначения: к — культурный корпус; пв — полувинтовой корпус; у — углосним; рс — рыхлительная стойка; бо — безотвальный корпус; кв — вырезной корпус; кп — корпус с почвоуглубительной лапой; вк — винтовой корпус; п — предплужник; чс — чизельная стойка.

Размещение рабочих органов и колес

Схема навесного плуга общего назначения: 1 — рама; 2 — корпус; 3 — предплужник; 4 — дисковый нож; 5 — опорное колесо; 6 — подвеска.

Расстояние l между корпусами, которое влияет на металлоемкость и приспосабливаемость плуга к рельефу поля, определяют из условия незабиваемости почвой и растительными остатками и возможности установки предплужников и дисковых ножей перед каждым корпусом плуга. Оно должно быть большим, чем зона распространения деформации почвы по ходу плуга, и достаточным для прохождения пластов, отваливаемых предплужником и основным корпусом. Согласно опытным данным, l ≈ (2,0-2,2)b. Согласно стандарту при b = 35 см l = 75 см, при b = 40 см l = 80 см.

Опорным колесом регулируют глубину вспашки, его положение влияет на устойчивость хода и тяговое сопротивление плуга. Оптимальной считается установка, при которой ось колеса в продольной плоскости удалена он носка лемеха переднего корпуса на 1/3 расстояния между носками лемехов переднего и заднего корпусов.

Полунавесные и прицепные плуги отличаются от навесных плугов числом и размещением колес. Прицепные плуги оборудованы тремя колесами: полевым, бороздным и задним. Полевое и бороздное колеса могут быть одинакового или разного диаметра (650-800 мм). Заднее колесо имеет диаметр 450-500 мм и обычно устанавливается с наклоном 70-80° к горизонту, чтобы снизить нагрузку на полевую доску заднего корпуса и уменьшить тяговое сопротивление.

Бороздное колесо размещают на расстоянии 3-4 см от стенки борозды предыдущего прохода плуга и ближе к переднему корпусу, но так, чтобы оно не мешало отваливанию пласта. Полуось полевого колеса располагают как можно ближе к полуоси бороздного. На каждое из колес должно приходиться 30-35% массы плуга. В некоторых конструкциях плугов специального назначения оба передних колеса опираются на поверхность необработанной почвы, имеют одинаковый диаметр, их полуоси объединены в одну коленчатую ось, положение которой регулируется винтовым механизмом, представляющим собой соосный плуг (четырехзвенник). Заднее колесо устанавливают за последним корпусом плуга на таком расстоянии от него, чтобы при переводе плуга в транспортное положение оно не задевало конец полевой доски.

Полунавесные плуги обычно оснащают двумя колесами: задним бороздным и опорным полевым. Назначение опорного колеса такое же, как и у навесного плуга, а заднего — такое же, как и у прицепного плуга. В продольной плоскости ось опорного колеса размещают между первым и вторым корпусом.

Количество корпусов плуга может варьировать от 1 до 10, но также выпускаются плуги с 12, 18, 20 и 21 корпусом. Многокорпусные плуги, выполненные по традиционной схеме, при числе корпусов более 8 изготовляются только полунавесными или прицепными, так как из-за большой длины и значительного удаления центра тяжести плуга от оси подвеса, при навесном варианте они нарушили бы продольную устойчивость агрегата.

Однако с увеличением количества корпусов ухудшается копирование рельефа поля в продольном и поперечном направлениях, что приводит к увеличению неравномерности глубины обработки и снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Допустимую неравномерность глубины обработки обеспечивают плуги с жестким основным брусом рамы при числе корпусов не более 6-7. Поэтому при количестве корпусов плуга свыше указанного основной брус рамы делают шарнирным. Если ось шарнира, расположенного в горизонтальной плоскости, перпендикулярна к направлению движения плуга, то улучшается копирование рельефа поля в продольном направлении, а если совпадает с направлением движения — в поперечном направлении. Для уменьшения ширины многокорпусного плуга в транспортном положении используют шарнирное соединение с вертикальной осью. Необходимость в таком конструктивном решении обусловлена ограничением ширины при транспортировании его по дорогам. Например, плуг с 21 корпусом имеет ширину захвата 12,6 м при допустимом поперечном дорожном габарите 4 м.

В многокорпусных плугах с шарнирной рамой может быть использован принцип равного или неравного деления основного бруса. На зарубежных плугам преимущественно применяется равное деление основного бруса на секции с шестью, реже с семью корпусами, что обеспечивает удовлетворительное копирование рельефа поля и относительно небольшую материалоемкость. Преобладают двухсекционные плуги с горизонтальным шарниром по шесть корпусов в каждой секции (на рис. ниже цифра I). Также применяются трехсекционные плуги с равным делением основного бруса с 18 и 21 корпусом.

Схемы многокорпусных плугов: I — «International Harvester»; II — «Gassner»; 1 и 11 — полевое и опорное задние колеса; 2 — горизонтальный шарнир; 3 — подъемно-транспортный механизм; 4 — активный прицеп; 5 и 8 — переднее и заднее бороздные колеса; 6 и 7 — передняя и задняя секции; 9 — подвесное устройство; 10 и 12-полевое и бороздное колеса тележки.

При равном размещении корпусов по секциям плуг в меньшей мере нагружает задние колеса трактора. При неравном размещении корпусов по секциям передняя секция имеет больше корпусов, чем задняя. Благодаря этому увеличивается нагрузка на задние колеса трактора. Если же на задней секции остается только три корпуса (на рис. выше цифра II), то для ее устойчивого хода по глубине требуется специальное устройство, догружающее заднее опорное колесо плуга.

В плуге фирмы «International Harvester» (США) с равным размещением корпусов по секциям шарнир, соединяющий переднюю и заднюю секции, опущен ниже оси бруса, благодаря чему обеспечивается устойчивый ход корпусов задней секции по глубине при вспашке почв повышенной плотности. Прицеп 4 удерживает левый угол рамы передней секции 6 на нужной высоте. Плуг оснащен передним бороздным колесом 5, двумя задними — бороздным 8 и полевым 7 и подъемно-транспортным механизмом 3 со сдвоенными колесами. Переднее и заднее бороздные колеса самоустанавливающиеся.

В полунавесном плуге фирмы Gassner (Германия) с неравным размещением корпусов по секциям под горизонтальным шарниром 2, соединяющим секции 6 и 7 плуга, установлена двухколесная тележка, левое колесо 10 которой идет по полю, а правое 12 — по борозде. Поскольку ось шарнира 2 расположена на уровне оси бруса, то для устойчивого хода по глубине корпусов задней секции 7 она отжимается вниз тремя пружинами. В рабочем положении передний конец рамы удерживается от опускания цепями, задний — опорным колесом 11, идущим по поверхности необработанной почвы, рама в зоне шарнира — тележкой с колесами 10 и 12. Таким образом, цепи заменяют переднее опорное колесо.

Один из главных недостатков многокорпусных плугов, выполненных по традиционной схеме, — их большая длина. Уменьшения длины многокорпусных плугов можно достичь различными способами, например, применением углоснимов вместо предплужников; изменением геометрической формы полевого обреза плужных корпусов, позволяющим вырезать пласты, поперечное сечение которых имеет форму параллелограмма или ромба; установкой полевой доски только на последнем корпусе; параллельным размещением секций плуга. Перечисленные способы, за исключением последнего, остаются в рамках традиционной конструкции плуга.

Рядные (секционные) плуги выпускаться в навесном варианте, лучше копируют поверхность поля в продольном и поперечном направлениях, менее материалоемки, более маневренны, но не полностью обеспечивают высокое качество вспашки. У двухрядного плуга (рис. ниже) корпуса расположены в левой 1 и правой 6 секциях. Последний корпус 7 правой секции 6 безотвальный. Перед ним установлен струг (сталкиватель) 8, который сдвигает пласт, поднятый на поверхность поля первым корпусом левой секции, в борозду, образованную предпоследним корпусом правой секции. При этом растительные остатки сдвинутого пласта укладываются в борозду хаотично и заделываются неудовлетворительно. Кроме того, первый корпус левой секции постоянно работает в условиях первой борозды. Такой плуг не отвечает одному из основных требований, предъявляемых к качеству вспашки, — равномерная глубина заделки растительных остатков по всей ширине захвата плуга. Общий недостаток короткогабаритных плугов — невысокая технологическая надежность.

Схема двухрядного секционного плуга: 1 и 6 — левая и правая секции; 2 и 5 — заднее и переднее опорные колеса; 3 — рама; 4 — подвесное устройство; 7 — безотвальный корпус; 8-струг (сталкиватель).

Обязательное условие для эффективной работы многокорпусных плугов — регулирование ширины захвата. Это необходимо и для того, чтобы при изменении удельного сопротивления почвы агрегат продолжал работать в определенном диапазоне рабочих скоростей, обеспечивающем наилучшее качество вспашки и эффективное использование трактором мощности двигателя. Такой режим гарантирует максимальную производительность при минимальном расходе топлива. Наиболее полно этим условиям удовлетворяет плавное бесступенчатое изменение ширины захвата с помощью гидросистемы трактора без остановки агрегата. Ширину захвата регулируют изменением угла установки главного бруса с направлением движения и поворотом стоек плужных корпусов. Однако оснащение плуга такой системой увеличивает его массу, усложняет конструкцию и поэтому экономически не всегда оправдано.

Шестикорпусный полунавесной плуг ПЛП-6-35

Шестикорпусный полунавесной плуг ПЛП-6-35 применяется для вспашки почв с удельным сопротивление до 9 Н/см2, на глубину до 30 см. Плуг может переоборудоваться в пяти- и четырехкорпусный.

Полунавесной плуг ПЛП-6-35: I — общий вид; II — навеска; III — механизм заднего колеса; 1 — предплужник; 2 — корпус; 3 — прицепки; 4 — заднее колесо; 5 — коленчатая ось; 6 — водило; 7, 32, 34, 35— гидроцилиндры; 8— дисковые ножи; 9 — продольная балка; 10 — опорные колеса; 11 — стойка навески; 12 — поперечная балка; 13, 18, 20 — кронштейны; 14 — палец; 15 — основная балка; 16 — труба догружателя; 17 — шток догружателя; 19, 29 — болты; 21, 26 — направляющие кольца; 22 — стопорный ролик; 23, 24 — стаканы; 25— пружина; 27 — вертикальная планка; 28, 30 — рычаги; 31 — шарнир; 33 — механизм поворота стоек корпусов.

На раме ПЛП-6-35 закреплены корпуса 2 (рис., I), предплужники 7, дисковый нож 8, навеска с догружателем, механизм заднего колеса, прицепки 3 для борон и катков. Предплужники 7 закреплены на специальных кронштейнах впереди каждого корпуса. Дисковый нож крепят перед последним корпусом на кронштейне на расстоянии по горизонтали 120 мм от носка предплужника.

На плуге могут устанавливаться культурные, полувинтовые, безотвальные, вырезные корпуса, с почвоуглубительными лапами, с выдвижными долотами.

Каждый предплужник отрезает часть задерненного пласта и сбрасывает его на дно борозды, образованной впереди идущим корпусом. Предплужник, установленный перед первым корпусом сбрасывает пласт в борозду, образованную задним корпусом при предыдущем проходе. Корпус отрезает основную часть пласта почвы, оборачивает, крошит и сбрасывает его в борозду, засыпая им сверху пожнивные остатки и дернину, сброшенные в борозду предплужником. Нож разрезает дернину перед задним корпусом и предплужником, облегчая тем самым отделение пласта от массива.

Рама плуга ПЛП-6-35 плоская, сварена из основной 15 (рис., II), продольной 9 и поперечной 12 балок. К балке 15 приварены угольники для крепления стоек корпуса и кронштейнов предплужников. К балке 12 крепятся кронштейны 13 с пальцами, на которые надеваются шарниры нижних продольных тяг навесного устройства трактора. В балке 12 сделаны отверстия для перестановки кронштейнов 13 при агрегатировании с различными типами тракторов и в зависимости от количества корпусов. В кронштейнах 13 просверлены отверстия для перестановки пальцев по высоте при изменении глубины вспашки.

Навеска сделана из стоек 11, между которыми закреплен передний конец трубы 16 догружателя. Задний конец догружателя штоком 17 крепится к кронштейну 18. Длина трубы 16 регулируемая. Догружатель обеспечивает равномерность глубины вспашки первым и последним корпусами при вспашке тяжелых переуплотненных почв.

Опорное колесо 10 обеспечивает регулировку и соблюдение заданной глубины вспашки. Стойку колеса можно перемещать по вертикали.

Механизм заднего колеса (рис., III) предназначен для подъема и опускания задней части рамы плуга и для поддержания заданной глубины вспашки задними корпусами. Механизм заднего колеса можно устанавливать на основной балке в трех местах в зависимости от числа работающих корпусов таким образом, чтобы колесо двигалось по дну борозды за последним корпусом. Механизм заднего колеса состоит из кронштейна 20, двух рычагов 28, верхнего рычага 30 с водилом 6, нижнего 24 и верхнего 23 стаканов, в которые вставлено вертикальное колено оси 5 заднего колеса. На конец оси 5 установлено и закреплено чекой направляющее кольцо 21 с пазом. В паз входит ролик 22, закрепленный на планке 27, которая установлена на рычагах 28 и 30. В рабочем положении ролик входит в паз кольца 27 и удерживает ось 5 от поворота.

Переднюю часть рамы ПЛП-6-35 поднимает навесное устройство трактора, а задний конец — гидроцилиндр 7, соединенный штоком с водилом 6. При подаче масла в левую полость гидроцилиндра шток поворачивает водило 6, а вместе с ним рычаги 28 и 30 по ходу часовой стрелки, опуская тем самым заднее колесо и поднимая раму плуга. Планка 27 опускается, ролик 22 выходит из паза, и ось 5 может свободно поворачиваться при развороте агрегата. К нижнему стакану 24 прикреплена рессорная пружина 25 с
роликом, который входит в паз кольца 26, приваренного к оси 5 ниже стакана. При прямолинейном движении плуга и небольших боковых нагрузках ролик удерживает ось в стакане. Во время поворота агрегата сильное боковое давление выталкивает ролик из паза, и ось может легко поворачиваться на угол 180° в обе стороны. Усилие, необходимое для выхода ролика из паза, регулируется набором пластин толщиной 0,5 мм.

При установке плуга на заданную глубину вспашки положение заднего колеса по высоте регулируют упорным болтом 29.

Глубину вспашки регулируют вращением винта механизма опорного колеса 10 и болта 29. Для одинаковой глубины вспашки всеми корпусами раму устанавливают в горизонтальное положение. Перекос рамы в продольной плоскости устраняют болтом 29, в поперечной — вращением стяжки раскосов механизма навески трактора.

Полунавесные плуги ПЛ-5-40 и ППН-6-40

Полунавесные плуги ПЛ-5-40 и ППН-6-40 снабжены механизмом изменения ширины захвата соответственно в пределах 1,75-2,25 и 1,8-2,4 м. Плуги имеют поворотные стойки корпусов, шарнирное соединение основной, продольной и поперечной балок рамы, гидроцилиндр и шарнирно-рычажный механизм для поворота стоек корпусов.

При подаче масла в гидроцилиндр взаимное расположение балок рамы изменяется, а стойки корпусов поворачиваются на шарнире на определенный угол. Ширина захвата каждого корпуса при этом остается постоянной, а ширина захвата плуга меняется. Ширину захвата плуга регулируют при изменении уклона пашни, переходе на вспашку с легкой почвы на тяжелую и наоборот.

Применение этих полунавесных плугов позволяет эффективнее использовать мощность трактора, повысить производительность пахотного агрегата и снизить расход топлива.

Пятикорпусный плуг ПЛН-5-35

Пятикорпусный плуг ПЛН-5-35, обычно навешивается на трактор Т-150 и предназначается для вспашки почв с удельным сопротивлением до 9 Н/см2 на глубину до 30 см. На плуге могут устанавливаться четыре или пять корпусов с культурной или полувинтовой рабочей поверхностью (обычные и скоростные), с вырезными отвалами, выдвижным долотом, почвоуглубителями и безотвальные.

Навесной плуг ПЛН-5-35: 1 — предплужник; 2 — корпус; 3 — угольник; 4 — прицепка для борон; 5 — главная балка; 6 — кронштейн крепления ножа; 7 — дисковый нож; 8 — опорное колесо; 9 — навеска; 10 — продольная балка; 11 — поперечная балка; 12 — кронштейн; 13 — кронштейн предплужника.

Корпуса 2 (рис.), предплужники 1 и дисковый нож 7 установлены на плоской раме, сваренной из пустотелых балок: главной 5, продольной 10 и поперечной 11. К главной балке приварены угольники 3 для крепления стоек корпусов и кронштейнов 13 предплужников. Вынос предплужника относительно корпуса регулируется перемещением хомута по кронштейну 13. Глубину хода предплужника изменяется перемещением стойки по высоте. Дисковый нож 7 закреплен на кронштейне 6. Ось вращения диска вынесена вперед относительно носка предплужника на 120 мм.

Рама плуга во время работы опирается на колесо 8, положение которого регулируется по высоте винтовым механизмом.

Навеска плуга состоит из раскоса, планок, образующих стойку, и кронштейнов 12 с пальцами. Задний конец раскоса может устанавливаться на продольной балке 10 в двух положениях. Кронштейны 12 прикреплены к поперечной балке 11. В зависимости от количества корпусов кронштейны могут устанавливаться в разные положения для согласования ширины захвата плуга с типом трактора.

Глубину вспашки всеми корпусами регулируют вращением винта механизма опорного колеса 8. Для одинаковой глубины вспашки всеми корпусами раму устанавливают на горизонтальной поверхности. Перекос рамы в продольной плоскости устраняют вращением стяжки центральной тяги; в поперечной — вращением раскосов механизма навески трактора.

Подготовка к работе

Подготовку плуга к работе сначала проводят на ровной площадке с твердым покрытием, а затем в поле. В процессе осмотра определяют техническое состояние рабочих органов, механизмов, колес и навески плуга, при необходимости, устраняют обнаруженные неисправности. В зависимости от технологии вспашки, типа почвы и агрофона поля на раме устанавливают необходимые рабочие органы, подготавливают навеску плуга и навесное устройство трактора к агрегатированию.

При агрегатировании плугов с тракторами тягового класса 3 и 4 навесное устройство собирают по двухточечной схеме. Для этого передние концы нижних продольных тяг закрепляют на шарнире, установленном на нижней оси навески трактора. Для перевода плуга из транспортного положения в рабочее золотник гидрораспределителя устанавливают в положение «Плавающее».

У колесных тракторов устанавливают рекомендуемые колею и давление в шинах колес. Например, для тракторов МТЗ-80 давление в шинах передних колес должно быть 0,14-0,15 МПа, в шинах задних колес — 0,1-0,14 МПа. Для гусеничных тракторов обеспечивают равное натяжение гусениц. Присоединяют плуг к трактору и регулируют его на заданную глубину вспашки.

Глубину вспашки четырех-, пяти-, шести- и девятикорпусных плугов предварительно регулируют на ровной площадке. Для этого плуг, агрегатируемый с трактором, устанавливают на ровную площадку и переводят в рабочее положение. Под все колеса или гусеницы трактора и под опорные колеса плуга помещают подкладки высотой, равной глубине вспашки, уменьшенной на 1-2 см (деформация почвы колесами). Задние колеса полунавесных плугов должны опираться на площадку. Вращением винтов механизмов опорных колес и механизмов навески трактора добиваются такого расположения плуга, чтобы носки долотообразных лемехов всех корпусов касались опорной площадки, а пятки лемехов находились на высоте 10 мм. Для полунавесных плугов вращением регулировочного болта добиваются, чтобы между опорной плоскостью и концом полевой доски заднего корпуса был просвет 1,5-2 см. Окончательно глубину вспашки устанавливают в поле.

При агрегатировании трехкорпусных навесных плугов с трактором МТЗ-80 глубину вспашки регулируют перемещением рукоятки силового регулятора трактора. Опорное колесо плуга при работе с силовым регулятором поднимают в крайнее верхнее положение или снимают.

Механизмом навески трактора устанавливают раму плуга параллельно поверхности поля. Перекос рамы в продольной и поперечной плоскостях приводит к неравномерному заглублению корпусов плуга. При наклоне рамы вперед передние корпуса пашут глубже, а задние — мельче; если рама наклонена назад, плуг выглубляется. Продольный перекос рамы устраняется изменением длины центральной тяги навески трактора. Перекос рамы плуга вправо приводит к тому, что первый корпус пашет глубже, чем задние, если рама наклонена влево, соответственно передний корпус пашет мельче заднего. Поперечный перекос рамы устраняют регулировкой длины правого раскоса, а иногда и обоих раскосов механизма навески трактора.

Ширина захвата. Корпуса плуга должны отрезать пласт одинаковой ширины. При уменьшении ширины захвата переднего корпуса уменьшается производительность плуга, тогда как при увеличении ширины захвата вследствие неполного подрезания пласта лемехом получается непропашка, а между соседними проходами плуга остается борозда.

Ширина захвата первого корпуса зависит от взаимного расположения трактора и плуга в горизонтальной плоскости. Для правильного присоединения плуга необходимо учитывать ширину захвата плуга Bпл (рис.), расстояние L между краями гусениц трактора. Расстояние C между кромкой гусеницы или колеса и стенкой борозды должно составлять 240-300 мм.

Схема положения навески трактора для определения смещения относительно оси трактора.

При агрегатировании трех-, двух- и однокорпусного плугов с колесным трактором нормальную ширину захвата переднего корпуса можно добиться расстановкой колес трактора и смещением рамы плуга по оси его подвески. Для работы с двухкорпусным плугом колеса расставляют на колею 1350 мм, с трехкорпусным — на 1500 мм. Чтобы масса трактора распределялась на колеса равномерно, их ставят несимметрично. При работе с трехкорпусным плугом правые колеса смещают от оси на 800 мм, левые — на 700 мм.

Устойчивость хода. Для устойчивого хода плуга в борозде плуг присоединяют к трактору так, чтобы линия O1O2 действия силы тяги пересекала след O2 центра тяжести плуга и шарнир Ш крепления нижних продольных тяг к трактору. Следом центра тяжести (СЦТ) называется точка пересечения с горизонтальной площадкой перпендикуляра, опущенного из центра тяжести плуга. СЦТ находится посередине прямой линии, соединяющей носки первого и последнего корпусов.

Для правильного агрегатирования навесных и полунавесных плугов проводят прямую линию от точки O1 (след центра тяжести трактора) до точки О2, откуда находят необходимое смещение А навески на тракторе и расстояние Б от оси подвески плуга до бороздного обреза лемеха переднего корпуса. Установочные размеры А и Б зависят от количества корпусов. Для агрегатирования плугов ПЛН-5-35 и ПЛП-6-35 в четырех-, пяти- и шестикорпусных вариантах с тракторами Т-150 и Т-150К предусмотрена возможность регулировать подвеску плуга в четырех положениях: середину подвески располагают против носка третьего корпуса (смещение m равно нулю), смещают влево на 60, 120 и 220 мм. Для закрепления кронштейнов 1 (рис., I) с пальцами на поперечной балке 2 рамы выполнены соответствующие отверстия. Шток 6 догружателя плуга ПЛП-6-35 (рис., II) при этом также переставляют в четыре положения. Вынув болт 7, устанавливают согласно схеме длинную 4 и короткую 5 втулки на проушинах кронштейна. Кронштейн плуга ПЛН- 5-35 с задним концом раскоса крепят к двум другим отверстиям в раме.

Схема положения подвески плуга при агрегатировании: I — установка кронштейнов на поперечной балке рамы; II — положение штока догружателя; 1 — кронштейн подвески плуга; 2 — поперечная балка рамы плуга; 3 — кронштейн крепления штока догружателя; 4 — длинная втулка; 5 — короткая втулка; 6 — шток догружателя; 7 — болт.

Плуги для гладкой вспашки


Плугами общего назначения вспашку проводят, начиная с середины или краев загона (всвал или вразвал), и отваливают пласты в правую сторону, в результате чего на поле образуются свальные гребни или развальные борозды. Они занимают 6-15% всей площади пашни и требуют дополнительной обработки, затрудняют работу машин, выполняющих культивацию, посев. Для устранения этих недостатков может применяться гладкая вспашка, которая не оставляет свальных гребней и развальных борозд, способствует росту урожайности на 8-12% и производительности агрегатов при последующих обработках на 10-15%.

Для гладкой вспашки используют плуги, укомплектованные двойным числом рабочих органов: оборотные, клавишные, секционные и балансирные.

Схемы плугов для гладкой вспашки: I — оборотного; II — клавишного; III — секционного (челночного); IV — балансирного.

Оборотные плуги получили наибольшее распространение (рис. цифра I). Они оснащены право- и левооборачивающими корпусами, расположенными попарно, как правило, на противоположных концах общих стоек. Право- и левооборачивающие корпуса включают в работу попеременно, поворачивая их раму на π рад. При переводе в транспортное положение раму поворачивают на π/2 рад или поднимают.

Клавишный плуг (рис. выше, цифра II), как и секционный (рис. выше, цифра III), имеет две секции, одну с право-, другую с левооборачивающими корпусами. Секции присоединены к общей раме плуга, навешиваемой на самоходное шасси. Секционный (челночный) плуг также состоит из двух секций, одной с право-, другой с левооборачивающими корпусами, которые присоединяются спереди и сзади трактора. Трактор попеременно заглубляет то одну, то другую секцию и движется то передним, то задним ходом.

Балансирный плуг (рис. выше, цифра IV) снабжен двумя жестко соединенными рамами, расположенными под углом одна к другой. На одной установлены право-, на другой — левооборачивающие корпуса. Плуг приводится в действие канатной тягой.

Основные недостатки плугов для гладкой вспашки с двойным числом рабочих органов — большая материалоемкость, громоздкость (прежде всего значительная длина), сложность устройства механизмов для попеременного включения в работу право- и левооборачивающих корпусов. Еще одной попыткой решения для гладкой вспашки на основе использования традиционной технологии стало создание так называемых поворотных плугов, снабженных поворотным главным брусом или параллелограммной рамой. По сравнению с плугами, имеющими двойное число рабочих органов, они менее материалоемки. Однако из-за большого числа сопрягаемых деталей и шарнирных соединений, сложности конструкции механизма поворота рамы и корпусов такие плуги сложнее в производстве и менее надежны в эксплуатации. Вспашка как плугами с двойным числом рабочих органов, так и поворотными плугами не отличается от традиционной: пласты в процессе оборота смещаются в сторону и укладываются в ранее открытые соседние борозды. Вспаханное поле получается не гладким, так как при первом проходе возникает свальный гребень, а при последнем — развальная борозда, в местах стыков соседних пластов также образуются гребни из-за неполного оборота пластов, поэтому, термин «гладкая вспашка» применительно к процессу, осуществляемому такими плугами, в определенной мере условный.

Навесной оборотный плуг ПНО-4-30

Навесной оборотный плуг ПНО-4-30 предназначен для выполнения гладкой вспашки почв с удельным сопротивлением 9 Н/см2 на глубину 22 см. Плуг оснащен симметричной рамой 2 (рис.), поворачивающейся относительно продольной горизонтальной оси на угол 180° под действием механизма поворота. На раме парами установлены правооборачивающие 12, 15, 16 и левооборачивающие 1, 3, 5 корпуса, снабженные вертикальными ножами 11, углоснимами 10 и перьями 13. На плуге может быть установлено 3 или 4 пары корпусов. Корпус гидроцилиндра 7 закреплен шарнирно на кронштейне навески 6, а его шток кинематически связан со звеньями механизма поворота. При подаче масла в верхнюю полость гидроцилиндра шток перемещается вниз и поворачивает раму плуга в положение, при котором правооборачивающие корпуса устанавливаются в нижнее (рабочее) положение, а левооборачивающие — в верхнее (нерабочее) положение. При подаче масла в нижнюю (штоковую) полость гидроцилиндра шток перемещается вверх и переводит в рабочее положение левооборачивающие корпуса.

Глубину вспашки устанавливается с помощью болтов, изменяя положение опорного колеса.

Вспашку оборотным плугом проводят обычно челночным способом без разбивки на загоны. В конце поля раму плуга поворачивают на угол 180°. При вспашке склоновых земель плуг движется поперек склона, а пласты отваливают вниз по склону.

Ширина захвата плуга ПНО-4-30 равна 120 см. Его агрегатируют с трактором МТЗ- 80. Рабочая скорость агрегата достигает 9 км/ч.

Плуги оборотный ПНО-4-30: 1, 3, 5 — левооборачивающие корпуса; 2 — рамы; 4 — накладка; 6 — навески; 7 — гидроцилиндры; 8 — кулак; 9 — болт; 10 — углосним; 11 — нож; 12, 15, 16 — правооборачивающие корпуса; 13 — перья отвала; 14 — опорные колеса; 11 — стойка.

Поворотный плуг ПНП-3-35

Поворотный плуг ПНП-3-35 оснащен отвальными симметричными корпусами 8 (рис.), жестко закрепленными на поворотном брусе 9. Корпус состоит из стойки, лемеха, цилиндрического отвала, с двух сторон которого закреплены перья 7. Левая и правая сторона отвала снабжены одинаковыми профилями и служат для отрезания почвенного пласта ромбической формы. Ширина захвата корпуса 35 см. Поворотный брус 9 шарнирно соединен с рамой 5 и фиксируется в рабочем положении гидроцилиндром 10. Рама опирается на поперечный брус 4, оснащенный левым и правым колесами 2 с механизмами 3 вертикального перемещения. Гидроцилиндром 10 брус 9 поворачивают на шарнире 6 и устанавливают его в положение I или II. В первом случае корпуса оборачивают отрезанные пласты влево, во втором — вправо. При работе в левостороннем режиме оборота пласта левые колеса трактора и плуга движутся по дну борозды, а правые колеса — по необработанному полю. В правостороннем режиме положение колес изменяется на противоположное.

Вспашку выполняют челночным способом. Глубину вспашки до 27 см регулируют вращением винта механизма 20. Ширина захвата плуга 105 см. Поворотный плуг ПНП-3-35 агрегатируется с трактором МТЗ-80. Рабочая скорость агрегата до 9 км/ч.

Плуг поворотный ПНП-3-35: 1 — трактор; 2 — опорные колеса; 3 — винтовой механизм; 4 — поперечный брус; 5 — рама; 6 — шарнир; 7 — перья отвала; 8 — симметричный корпус; 9 — поворотный брус; 10 — гидроцилиндр; 11 — навеска.

Линейные плуги

Подлинно гладкую вспашку способны выполнять плуги, обеспечивающие полный (на π рад) оборот пласта в пределах собственной борозды. Для такой вспашки применяют плуги как с симметричными (фронтальны плуги), так и несимметричными (линейные плуги) рабочими органами. К последним, например, относятся линейные плуги фирмы «Farm Line» (Швеция). Их рабочие органы располагаются в один ряд, перпендикулярный к направлению движения, пласты оборачиваются лишь вправо.

При работе линейного плуга корпуса 3 (рис.) и заплужники 7, воздействуя на противоположные грани пластов, отделенных лемехами и дисковыми ножами, оборачивают их в собственных бороздах. Несимметричность линейного плуга обусловливает установку на нем полевой доски 2, обеспечивающей устойчивость движения в горизонтальной плоскости. Удельная материалоемкость линейных плугов составляет 500-650 кг/м, то есть в 2,4-3 раза меньше, чем у оборотных.

Схема линейного плуга к трактору тягового класса 3: 1 — заплужник; 2 — полевая доска (стабилизатор); 3 — правооборачивающий корпус; 4 — дисковый нож; 5 — опорное колесо.

Фронтальные плуги

Характерная особенность плугов как симметричных, так и несимметричных — фронтальное (шеренговое) расположение рабочих органов. Таким образом, длина плуга не зависит от ширины захвата. Фронтальный плуг может включать один или несколько секций, каждая из которых может работать самостоятельно. Основные рабочие органы секции являются зеркальным отображением один другого. В отличие от рабочих органов оборотных плугов, функционирующих попеременно, все рабочие органы модуля фронтального плуга работают одновременно. Крайние ножи 1 (рис. ниже) отделяют захватываемую секцией полосу от остального массива поля, а центральный нож 5 разрезает ее на две равные части. Основные корпуса 2 и 4 подрезают пласты в горизонтальной плоскости и поворачивают их навстречу один другому. После того как пласты повернутся на угол, близкий π/2 рад, на них начинают действовать рабочие поверхности заплужника 3. Рабочие поверхности основных корпусов и заплужника поворачивают пласты на 150-160°, после чего оборот продолжается под действием собственной силы тяжести пласта. В результате пласты оказываются повернутыми на π рад и уложенными на дно собственных борозд дерниной вниз.

Схема модуля фронтального плуга: 1 — крайние ножи; 2 и 4 — левооборачивающий и правооборачивающий корпуса; 3 — заплужник; 5 — центральный нож.

Ширина захвата фронтального плуга может быть равна ширине захвата одного или нескольких секций в зависимости от типа и тяговых возможностей трактора, с которым агрегатируется плуг. Модульная система отвечает задаче унификации конструкций семейства фронтальных плугов. Удельная материалоемкость фронтального плуга 440-450 кг/м, что примерно в 3 раза меньше, чем оборотного такой же ширины захвата; удельный расход энергии на вспашку снижает на 21-38%.

Опорные колеса фронтальных плугов могут располагаться только перед корпусами, так как открытая борозда отсутствует. В продольном направлении их располагают как можно ближе к рабочим органам, чтобы обеспечить наибольшую равномерность глубины хода. Расстояние между плужными корпусами и колесами определяют из условия неналожения зон деформаций, создаваемых в почве рабочими органами и колесами, т. е.

$latex l \approx a_{max} \tan (\alpha_0 + \phi)$, (19)

или $latex l \approx 1,5a$.

Для повышения устойчивости хода рабочих органов в поперечно-вертикальной плоскости расстояние между опорными колесами должно размещаться на как можно большем расстоянии, т. е. максимально близко к краям рамы с учетом сохранения целостности стенки борозды. В этом случае ширину колеи можно определить по формуле:

$latex B_k = B_p — (a_{max} + b_0)$. (20)

Фронтальные плуги имеют целый ряд преимуществ перед традиционными. Пахотный слой не смещается в сторону, что очень важно при обработке склоновых земель, почва не смещается вниз по склону, отпадает необходимость в затратах энергии на перемещение пластов в сторону, на поле не образуются свальные гребни и развальные борозды, отпадает необходимость разбивки поля на загоны, пахотный агрегат может работать челночным способом, исключающим образование клиньев и огрехов при стыковке работы в загонах, сокращается длина холостых переездов. Вследствие попарно симметричного расположения право- и левооборачивающих рабочих поверхностей плужных корпусов и заплужников отпадает необходимость в полевых досках, что также снижает расхода энергии вследствие устранения сил трения полевых досок о стенки борозд и смятия пластов, нередко защемляемых между полевыми досками предыдущих и лемешно-отвальными поверхностями последующих корпусов.

Благодаря фронтальному расположению рабочих органов уменьшается длина плуга (при многомодульном варианте — в несколько раз), она становится независящей от ширины захвата, повышается качество работы благодаря лучшему копированию микрорельефа поля и устранению огрехов при проходе первой борозды, заглублении и выглублении у поворотных полос, повышается маневренность агрегата. Малая длина фронтальных плугов позволяет создавать комбинированные машины и агрегаты на их базе, что сокращает число проходов тракторов и машин по полю.

Фронтальные плуги предназначены для гладкой вспашки связных задерненных почв с оборотом пласта на 180° и укладкой пластов в собственные борозды.

Плуг оснащен двумя основными, направленными встречно право- и левооборачивающими корпусами 3 и 4 (рис.), дополнительным корпусом (заплужником) 2, центральным 5 и боковыми 6 и 9 дисковыми ножами, установленными на раме 1. Основной корпус состоит из стойки, лемеха и винтового отвала, а дополнительный — из двух винтовых поверхностей, лемеха и стойки.

Крайние дисковые ножи 6 и 9 отрезают пласт шириной 1,05 м, а центральный нож 5 разрезает его на две равные части А и Б (схема I). Основные корпуса 3 и 4 подрезают пласты в горизонтальной плоскости и поворачивают их навстречу один другому (схема II). Заплужник 2 подрезает внутренние нижние ребра пластов и отделяет их от дна борозды. После поворота пластов на угол 90° (схема III) на них воздействуют рабочие поверхности заплужника. Рабочие поверхности основных корпусов и заплужника, действуя совместно на противоположные грани пластов, поворачивают их на угол 155-160° (схема IV), после чего пласты опускаются в борозду под действием силы тяжести (схема V).

Схема рабочего процесса фронтального плуга: 1 — рама; 2 — заплужник; 3, 4 — основные корпуса; 5, 6, 9 — дисковые ножи; 7 — колесо; 8 — навеска; А и Б — пласты.

Специальные плуги


Кустарниково-болотные плуги

Кустарниково-болотные плуги предназначены для первичной вспашки на глубину 30-50 см вновь осваиваемых земель после их осушения и удаления древесно-кустарниковой растительности. Из-за высокой твердости, задерненности и наличия древесных остатков сопротивление таких почв оказывается в 1,5-2 раза больше, чем старопахотных. Поэтому рама 3 (рис.) таких плугов имеет повышенную прочность, а корпус снабжен уширителем 7 полевой доски, сменным долотом и раскосами 6 крепления крыла отвала. Отвал корпуса полувинтовой и оснащен регулируемым пером 5.

Корпус кустарниково-болотного плуга: 1 — корпус; 2, 6 — раскосы; 3 — рама; 4 — отвал; 5 — перо; 7 — уширитель.

В зависимости от условий работы перед корпусом плуга устанавливают дисковый, черенковый или плоский нож с опорной лыжей. Дисковый нож используют на торфяных и рыхлых почвах. Черенковый нож 10 устанавливают на плуге при вспашке почв, засоренных корнями выкорчеванного леса и камнями. Нож посажен на палец лемеха и закреплен натяжным прутком — раскосом 2. Плоский нож 22 устанавливают при обработке заболоченных почв, покрытых густым кустарником высотой до 2 м. Нож позволяет разрезать на полную глубину вспашки пласт, корневища, древесину и ветки кустарника. При этом закрепленная перед ножом лыжа 21 прижимает кустарник к поверхности поля. Положение лыжи регулируется по высоте в зависимости от глубины вспашки. Для наклона кустарника перед корпусом крепят кустоукладчик.

Навесной плуг ПБН-75

Навесной плуг ПБН-75 (рис.) используется для вспашки осушенных земель, заросших кустарником высотой до 2 м, без предварительного его удаления.

Основными составляющими конструкцию плуга являются рама, корпус со сменными лемехами, комплект ножей (черенковый, дисковый, плоский) и опорное колесо с механизмом регулировки. Лемех с приваренным долотом используют с дисковым ножом, а лемех с приваренным пальцем — с черенковым или плоским ножом.

Глубину вспашки устанавливают перемещением по вертикали опорного колеса 6.

Ширина захвата плуга 75 см, глубина вспашки до 35 см, рабочая скорость до 3,1 км/ч. Плуг навешивают на тракторы тягового класса 3.

Кустарниково-болотный плуг ПБН-75: 1 — корпус; 2 — раскосы; 3 — рама; 4 — кустоукладчик; 5 — перо; 6 — колесо; 7 — нож.

Навесной плуг ПБН-100

Навесной плуг ПБН-100 применяется для вспашки почв, заросших кустарником высотой до 4 м, без предварительного его удаления. Плуг оснащен корпусом шириной захвата 100 см, плоским и черенковым ножами.

Плуг навешивают на тракторы Т-100МГС и Т-130. Глубина вспашки до 45 см, рабочая скорость до 3 км/ч.

Прицепной плуг ПКБ-75

Прицепной плуг ПКБ-75 (рис.) используется для вспашки болотистых и суходольных земель, покрытых кустарником высотой до 2 м.

Плуг оснащен корпусом с шириной захвата 75 см, черенковым, дисковым и плоским ножами. Рама опирается на три колеса: два передних 11 и 12 и заднее 2. Колеса имеют широкий обод, уменьшающий их давление на грунт и позволяющий использовать плуг для вспашки переувлажненных участков. Во время работы передние колеса движутся по невспаханной почве, а заднее — по дну борозды. Глубину пахоты устанавливают штурвалом 8 винтового механизма, изменяя положение колес по высоте. К трактору плуг присоединяют прицепным устройством 10.

Плуг поднимают в транспортное положение или опускают в рабочее при помощи гидроцилиндра 7 или механического автомата 9, работающего от левого переднего колеса.

Ширина захвата плуга 75 см, глубина вспашки до 35 см, рабочая скорость до 4,5 км/ч. Его агрегатируют с трактором ДТ-75БВ.

Кустарниково-болотный плуг ПКБ-75: 1 — корпус; 2, 11, 12 — колеса; 3 — рама; 4 — тяга; 5 — щит; 6 — ось; 7 — гидроцилиндр; 8 — штурвал; 9 — автомат; 10 — прицепное устройство; 13 — лыжи; 14 — ножи.

Плантажные плуги

Плантажные плуги используются для предпосадочной подготовки почвы, предназначенной для закладки садов и виноградников, на глубину 40-80 см. Так как такие условия увеличивают нагрузку на рабочие органы, а встречающиеся в почве камни и мелкие абразивные частицы ускоряют их износ, плуги оснащают усиленными корпусами, черенковыми ножами и прочной рамой. К сварной усиленной стойке корпуса прикреплены трапецеидальный лемех 14 (рис.), выдвижное или накладное долото 13, накладка 15, защищающая грудь отвала от истирания, отвал культурного типа и полевая доска 16 с уширителем. Для повышения жесткости конструкции между уширителем и крылом отвала устанавливают распорки.

Для предотвращения образования высоких свальных гребней плантажные плуги регулируют для первого прохода на 1/3 глубины вспашки, для второго на 2/3 и для третьего на полную глубину. У плуга ППУ-50А при первом проходе полевое и бороздное колеса устанавливают на 1/3 глубины обработки, для второго прохода полевое колесо — на 2/3, бороздное — на 1/3 глубины, для третьего прохода полевое колесо — на полную глубину, бороздное — на 1/3. Перед четвертым проходом бороздное колесо устанавливают на полную глубину вспашки.

Прицепной плуг ППУ-50А

Прицепной плуг ППУ-50А используется для вспашки на глубину до 60 см особо тяжелых почв, засоренных камнями. Рама плуга опирается на три колеса: полевое 9, бороздное 12 и заднее 17. На раме установлены основной корпус 1, предплужник 3, механизмы подъема полевого, бороздного и заднего колес, связи полевого колеса с бороздным и задним колесами. На трактор плуг устанавливается с помощью прицепного устройства 10. Механизмом подъема плуг переводят из рабочего положения в транспортное и наоборот. Механизм работает от автомата 11 или двух гидроцилиндров 5. При использовании шестеренно-храпового автомата гидроцилиндры снимают, а на их место устанавливают амортизаторы. Глубину вспашки устанавливают штурвалом 8 механизма полевого колеса. Штурвалом 7 механизма бороздного колеса устраняют поперечный перекос рамы. Тягой 4 механизм полевого колеса связан с механизмом заднего колеса. При регулировке глубины вспашки и переводе плуга в транспортное положение тяга 4 кулаком 6 перемещается вперед и, опуская заднее колесо, поднимает раму плуга.

Ширина захвата плуга 50 см. Его агрегатируют с трактором Т-130. Рабочая скорость агрегата до 2,3 км/ч, производительность 0,17 га/ч.

Плантажный плуг ППУ-50А: 1 — корпус; 2 — рама; 3 — предплужник; 4 — тяга; 5 — гидроцилиндры; 6 — кулак; 7, 8 — штурвалы; 9, 12, 17 — колеса; 10 — прицепное устройство; 11 —автомат; 13 — долото; 14 — лемех; 15 — накладка; 16 — полевая доска.

Навесной плуг ППН-40

Навесной плуг ППН-40 в агрегате с трактором ДТ-75В используют для вспашки на глубину до 45 см. Плуг оснащен корпусом шириной захвата 40 см, предплужником, черенковым и дисковым ножами, навеской и опорным колесом. Дисковый нож устанавливают впереди предплужника, черенковый — между предплужником и корпусом.

Рабочая скорость агрегата до 4,6 км/ч, производительность 0,23 га/ч.

Навесной плуг ППН-50

Навесной плуг ППН-50 в агрегате с трактором Т-130 проводит обработку на глубину до 60 см. Ширина захвата плуга 50 см, рабочая скорость агрегата до 2,3 км/ч, производительность 0,19 га/ч.

Садовые плуги

Садовые плуги предназначены для обработки почвы в садах. Особенностью их работы заключается в том, чтобы трактор не повреждал кроны деревьев, находился от них на некотором расстоянии, тогда как плуг — как можно ближе к стволам деревьев, не повреждая их. Садовые плуги бывают, как правило, прицепными и оснащаются секторными прицепами, позволяющими смещать их в сторону от продольной оси симметрии трактора. При этом механизмы колес вписываются в габариты рамы плуга. Межствольные полосы в садах обрабатываются специальными выдвижными секциями, которые отводятся и подводятся с помощью гидроцилиндра.

Прицепной садовый плуг ПС-4-30

Прицепной садовый плуг ПС-4-30 предназначен для обработки почв с удельным сопротивлением до 9 Н/см2 в междурядьях садов.

Плуг снабжен специальным секторным прицепом, составленным из телескопической тяги, защелки, сектора, поперечной плиты с отверстиями. Сектор шарнирно соединен с рамой и удерживается в определенном положении гидроцилиндром. Плита закреплена на навеске трактора. Переставляя тягу по сектору и отверстиям плиты, плуг смещают влево или вправо относительно продольной оси трактора на расстояние, позволяющее проводить вспашку под кронами деревьев без въезда трактора в эту зону. Необходимое смещение регулируют в зависимости от размеров кроны, развитости корневой системы и ширины междурядья. Конструкция прицепного устройства позволяет получить максимальное смешение до 2,7 м. С минимальным смещением вправо ПС-4-30 работает как плуг общего назначения.

Устойчивый ход плуга в горизонтальной плоскости нарушается смещением прицепа, так как линия тяги отклоняется от следа центра тяжести плуга. От разворота плуг удерживает заднее колесо, снабженное ребордой и установленное наклонно к дну борозды. Перемещением коленчатой оси заднее колесо устанавливают с поворотом на угол 8° в сторону смещения прицепа. Плуг переводят в транспортное положение с помощью гидроцилиндра.

Глубину хода корпусов до 25 см регулируют болтами, ограничивающими перемещение опорно-ходовых колес. Почву под кронами деревьев обрабатывают на глубину до 15 см без предплужников и дискового ножа. Остальное междурядье вспахивают на глубину до 25 см с предплужником и ножом.

Прицепной садовый плуг ПС-4-30 агрегатируют с трактором ДТ-75. Ширина захвата составляет 1,2 м. Скорость агрегата до 7 км/ч, производительность 0,95 га/ч.

Навесной семикорпусный плуг ПГП-7-40

Навесной семикорпусный плуг ПГП-7-40, снабженный гидропневматическими предохранителями, предназначен для вспашки почв, засоренных камнями и с удельным сопротивлением до 10 Н/см2 на глубину до 27 см.

На плоской раме плуга установлены семь корпусов 12 (рис.) шириной захвата 40 см, семь гидроцилиндров 18, пневмогидроаккумулятор 7 (ПГА), масляная магистраль (маслопровод) 8, манометр 4, запорный кран 3 и механизмы переднего и заднего опорных колес. Корпус оснащен Г-образным грядилем 10, стойкой 9, накладным долотом 14, углоснимом 11, трапецеидальным лемехом и отвалом полувинтового типа с пером 13. Каждый корпус присоединен шарнирно грядилем 10 к кронштейну 16, а стойкой 9 к штоку гидроцилиндра 18. Труба гидроцилиндра шарнирами закреплена на кронштейне 17. Кронштейны 16 и 17 приварены к основной балке рамы плуга. Рабочие полости гидроцилиндров подключены гибкими маслопроводами 2 к масляной магистрали 8, соединенной с пневмогидроаккумулятором 7. Аккумулятор состоит из цилиндра и плавающего поршня 5, разделяющего внутреннюю полость цилиндра на две части. Верхняя полость заполнена сжатым газом, нижняя — рабочей жидкостью гидросистемы трактора.

Во процессе работы (рис., I) все корпуса удерживаются от выглубления давлением газа, находящегося в газовой полости ПГА. При наезде на препятствие 15 (рис., II) сопротивление перемещению корпуса в почве возрастает, корпус при этом выглубляется и смещает плунжер гидроцилиндра 18. Рабочая жидкость вытесняется в ПГА, перемещает поршень 5, газ дополнительно сжимается, т. е. в ПГА аккумулируется энергия. Эта энергия затем используется для автоматического возвращения корпуса в рабочее положение после обхода препятствия.

Пневмогидросистему настраивают на рабочее давление как при помощи гидросистемы трактора, так и путем изменения давления зарядки газа. Газовую полость ПГА заряжают азотом из специального баллона, подключив его к штуцеру 6. По окончании зарядки баллон отсоединяют, а штуцер закрывают пробкой. Для зарядки ПГА маслом магистраль 8 через запорный кран 3 гибким маслопроводом 7 соединяют с гидросистемой трактора. По окончании зарядки кран 3 закрывают. Давление зарядки контролируют манометром 4. При работе на легких почвах рекомендуется устанавливать давление 6-9 МПа, на тяжелых — 9-11 МПа.

Схема гидропневматического предохранителя плуга ПГП-7-40: I — в рабочем положении; II — при обходе корпусом препятствия; 1, 2, 8 — маслопроводы; 3 — запорный кран; 4 — манометр; 5 — поршень; 6 — штуцер; 7 — пневмогидроаккумулятор; 9 — стойка; 10 — грядиль; 11 — углосним; 12 — корпус; 13 — перо; 14 — долото; 15 — препятствие; 16, 17 — кронштейны рамы; 18 — гидроцилиндр.

Лесные плуги

Лесные плуги предназначены для полосной обработки почвы под посадку и посев лесных культур на свежих или старых вырубках, гарях, а также для насаждения противопожарных минерализованных полос. Рабочая поверхность плужного корпуса обеспечивает подъем пласта, полный его оборот и укладку в виде непрерывной ленты по бокам борозды. Как правило, лесные плуги имеют один или два корпуса с шириной захвата 45, 75, 100 и 120 см. Впереди корпуса устанавливают черенковый или дисковый нож.

Ротационные плуги

Ротационные плуги используются для обработки тяжелых и переувлажненных почв на глубину до 30 см. Рабочий орган ротационного плуга (рис.) представляет собой барабан с Г-образными ножами 2, закрепленными на дисках 3 таким образом, чтобы горизонтальные лезвия двух соседних ножей были обращены навстречу один другому (рис., вид А). Барабан приводится в движение от вала отбора мощности трактора. Ножи отрезают клиновидные пласты.

На корпусе 7 закреплены отражатели 4. При вращении барабана лопатки 5 отражателей периодически входят в промежуток между ножами и сбрасывают с полок ножей пласты почвы. В отличие от фрез ротационные плуги укладывают отрезанные пласты в борозды с частичным их оборотом. Кроме того, они работают на более низких оборотах и большими подачами (до 25 см) на нож. Поэтому ротационные плуги крошат пласт и перемешивают почву менее интенсивно, чем фрезы.

Схема рабочего процесса ротационного плуга: 1 — корпус; 2 — нож; 3 — диск; 4 — отражатель; 5 — лопатки.

Ярусные плуги


Ярусные плуги используются при основной обработки солонцовых, каштановых и подзолистых почв для их коренного улучшения. Солонцовые почвы имеют выраженное послойное строение: верхний — плодородный слой I, средний — солонцовый II и нижний — карбонатный III, содержащий гипс. В зависимости от глубины залегания карбонатов солонцы подразделяются на высоко-карбонатные (0,25-0,35 м) и глубококарбонатные (более 0,35 м). Первые окультуривают применением ярусной вспашки, которая перемешивает горизонты II и III, обеспечивая самомелиорацию; вторые — специальной обработкой почвы с внесением мелиорантов. Ярусные плуги применяют также для глубокой (до 40 см) вспашки почв, например, при подготовке к посеву хлопчатника, сахарной свеклы, при закладке садов и виноградников.

Трехъярусный плуг является в определенной степени универсальным и может использоваться для двухъярусной вспашки, используя только два корпуса, расставляя их в различной последовательности на основной и выносной балках плуга.

Навесной плуг ПТН-3-40

Навесной плуг ПТН-3-40 используется для вспашки солонцовых почв с удельным сопротивлением до 13 Н/см2, а также для обработки каштановых почв с обесструктуренным (распыленным) верхним слоем.

Плуг оснащается тремя корпусами 12, 14 и 16 (рис., I) для обработки верхнего яруса и тремя корпусами 13, 15 и 17 для обработки нижнего яруса почвы. Корпуса установлены на раме парами таким образом, чтобы корпус верхнего яруса шел впереди, а корпус нижнего яруса — вслед за ним. Ширина захвата одного корпуса 40 см. Впереди корпусов 12, 14 и 16 установлены черенковые ножи 11. Корпуса нижнего яруса снабжены укороченными и удлиненными отвалами. Стойки корпусов верхнего яруса могут переставляться по высоте, изменяя толщину подрезаемого пласта в интервале 15-25 см. Глубину хода корпусов нижнего яруса до 40 см регулируют винтовыми механизмами 1 и 5. Совместной регулировкой всех корпусов изменяют соотношение между толщиной пластов нижнего и верхнего ярусов.

Для вспашки солонцовых почв (рис., II) корпуса 13, 15 м 17 оборудуют укороченными отвалами, а глубину хода корпусов 12, 14 и 16 регулируют на подрезание верхнего плодородного слоя. В этом случае идущий впереди корпус каждой пары подрезает верхний слой I, оборачивает его и укладывает в открытую борозду сверху на слой II/III, взрыхленный за предыдущий проход корпусом нижнего яруса. Следующий за первым корпус нижнего яруса подрезает третий, карбонатный, слой III и лежащий на нем солонцовый слой II, сбрасывает их с укороченного отвала и перемешивает между собой.

Ярусный плуг ПТН-3-40 (I) и технологические процессы ярусной вспашки (II, III, IV): 1, 5 — винтовые механизмы; 2, 6 — опорные колеса; 3 — рама; 4 — тяга; 7 — замок навески; 8 — поперечная балка; 9 — кронштейн; 10 — отверстия; 11 — черенковый нож; 12, 14, 16, 19 — корпуса верхнего яруса; 13, 15, 17, 18 — корпуса нижнего яруса.

Для обработки почв с обесструктуренным верхним слоем I (рис., III) на корпуса 13, 15 и 17 устанавливают удлиненные отвалы. В этом случае корпуса 12, 14 и 16 подрезают верхний слой I и сбрасывают его в открытую борозду, а корпуса 13, 15 и 17 подрезают нижний слой II, поднимают его и укладывают сверху на слой I. Такую вспашка может применяться для борьбы с сорняками, которые заделываются в нижние слои почвы и погибают.

Плуг ПТН-3-40 агрегатируют с трактором К-701. Ширина захвата плуга 1,2 м, рабочая скорость агрегата до 9 км/ч, производительность 0,8 га/ч.

Навесной плуг ПД-3-35

Навесной плуг ПД-3-35 используется для двухъярусной вспашки почв под хлопчатник на глубину до 40 см, обеспечивая при этом полную заделку растительных остатков, семян сорных растений и зимующих вредителей.

На раме плуга установлены четыре корпуса 19 (рис. выше, IV) верхнего и четыре корпуса 18 нижнего ярусов. Ширина захвата каждого корпуса составляет 35 см. Отвалы корпусов верхнего яруса полувинтовые, корпусов нижнего яруса — культурные. Корпус верхнего яруса смещен влево относительно расположенного за ним корпуса нижнего яруса на расстояние x. Такая пара плужных корпусов образует секцию. Корпус верхнего яруса закрепляют с правой или левой стороны брусьев рамы плуга. В первом случае поперечное смещение x корпусов составляет 65 мм, во втором — 130 мм. При большом количестве растительных остатков, корпус устанавливают с большим смещением, на чистом поле — с меньшим.

Передний верхний корпус 19 вырезает пласт I и сбрасывает его с оборотом на дно борозды. Идущий следом нижний корпус 18 вырезает пласт II и с оборотом укладывает его на пласт I.
Глубину хода верхних корпусов (10, 15 или 20 см) регулируют, перемещая их стойки по вертикали. Глубина хода нижних корпусов (максимально 40 см) зависит от положения опорного колеса.

Ширина захвата плуга 1,05 м, производительность агрегата 0,5 га/ч.

Навесные плуги ПНЯ-6-40 и ПНЯ-4-40

Навесные плуги ПНЯ-6-40 и ПНЯ-4-40 используются для вспашки почв под сахарную свеклу и технические культуры на глубину до 35 см.

Плуг ПНЯ-6-40 оснащен шестью парами корпусов. В корпусах верхнего яруса применяются полувинтовые отвалы, в корпусах нижнего яруса — культурные. Перед задним корпусом устанавливается дисковый нож. Расстановка корпусов и рабочий процесс вспашки аналогичны плугу ПТН-3-40. Отличие заключается в том, что корпуса нижнего яруса укладывают пласт II с оборотом.

Плуг агрегатируют с трактором К-701. Ширина захвата плуга 2,4 или 2 м, рабочая скорость агрегата до 8,1 км/ч, производительность 1,59 га/ч.

Плуг ПНЯ-4-40 оснащен четырьмя парами корпусов. Расстановка корпусов и рабочий процесс аналогичны плугу ПД-3-35.

Машина МСП-2

Машина МСП-2 используется для ярусной вспашки солонцовых почв. Каждый из двух комбинированных рабочих органов оснащен плоскорежущей лапой 10 (рис.), фрезой 9, двумя прижимными 11 и двумя прикатывающими катками. Фреза приводится во вращение от ВОМ трактора через редуктор 4 и цепную передачу, смонтированную в полой стойке 5.

Во процессе работы плоскорежущая лапа подрезает почвенный пласт на глубине залегания карбонатного слоя III, приподнимает его, деформирует и рыхлит на всю толщину. При сходе с лемехов лапы 10 пласт попадает под фрезу 9, ножи которой измельчают и перемешивают солонцовый II и карбонатный III слои. Верхний плодородный слой 1 при такой обработке рыхлится и остается на месте. Катки 8 уплотняют почву. Глубину хода лапы (до 40 см) регулируется перемещением опорных колес 1 с помощью механизма 3.

Машину агрегатируют с трактором К-701. Ширина ее захвата 2 м, рабочая скорость до 7,1 км/ч, производительность 0,8-1 га/ч.

Схема рабочего процесса машины МСП-2: 1 — опорное колесо; 2 — навеска; 3 — винтовой механизм; 4 — редуктор; 5 — стойка; 6 — рама; 7 — пружина; 8 — прикатывающий каток; 9 — фреза; 10 — плоскорежущая лапа; 11 — прижимной каток.

Машины для глубокой обработки почвы


Глубокая обработка почвы, то есть глубже пахотного слоя, позволяет разрушать плужную подошву 1 (рис., I), которая препятствует проникновению корней растений в нижние слои почвы и затрудняет поступление грунтовой воды в пахотный горизонт (рис., II). Рыхление подпахотного горизонта способствует созданию более глубокого корнеобитаемого слоя, улучшает воздушный, водный и тепловой режимы почвы, активизирует биологические процессы, способствует накоплению влаги, предотвращает ветровую и водную эрозию почвы. Глубокое рыхление проводится плугами общего назначения, снабженными безотвальными корпусами и рыхлительными стойками, плугами-рыхлителями, чизельными плугами (рис., III) и плугами со специальными рыхлителями.

Для рыхления почвы на большую глубину (0,8-1 м) применяются мелиоративные глубокорыхлители, рабочие органы которых оборудованы вибрирующими наконечниками (ножами). Глубокое рыхление способствует аэрации сухих почв или обезвоживанию глубоколежащих слоев подпахотного горизонта, исключает застойное переувлажнение.

Схема образования и разрушения плужной подошвы: I — образование плужной подошвы при работе лемешного плуга; II — передвижение воды и поведение корней растений до разрушения плужной подошвы; III — разрушение плужной подошвы при глубокой обработке почвы чизельным плугом; IV — передвижение воды и поведение корней растений после разрушения плужной подошвы; V — профиль дна борозды после рыхления почвы чизельным плугом; 1 — плужная подошва; 2 — нижний слой; 3 — корпус плуга; 4 — пахотный слой; 5 — разрыхленный слой; 6 — рыхлитель.

Навесные плуги-рыхлители ПРПВ-5-50 и ПРПВ-8-50

Навесные плуги-рыхлители ПРПВ-5-50 и ПРПВ-8-50 используются для безотвальной обработки почвы на глубину до 40 см с одновременным рыхлением пахотного и подпахотного горизонтов.

Рама, навеска, опорные колеса с механизмом регулирования глубины обработки почвы и прицепка для борон выполнены по типу плугов общего назначения. Отличие их заключается лишь в особой конструкции рабочих органов. Плуги оснащены рыхлительными корпусами и дисковыми ножами с рифленой режущей кромкой, которые установлены парами на раме 4 (рис., I). Стойка 11 корпуса изогнута, ее нижняя (рабочая) часть наклонена в продольно- и поперечно-вертикальной плоскостях к горизонтали под острым углом. Угол наклона в поперечно-вертикальной плоскости составляет 45°. К стойке жестко прикреплены лемеха 6, башмак 8, сменное долото 7 и полевая доска 9. Сзади со стойкой на шарнирной подвеске соединена рыхлительная пластина 10. Перед каждой стойкой наклонно установлен дисковый нож 5, плоскость вращения которого совпадает с плоскостью резания лемехов 6.

Рабочие органы плугов-рыхлителей: I — рыхлительный корпус; II, III — рыхлительные стойки; 1 — кронштейн; 2 — болт; 3 — накладка; 4 — брус рамы; 5 —дисковый нож; 6, 15 — лемеха; 7 — долото; 8, 16 — башмаки; 9, 17 — полевые доски; 10 — рыхлительная пластина; 11, 12, 13 — стойки; 14 — накладка. Стрелкой показано направление движения.

При движении плуга нож разрезает верхнюю задерненную часть пласта по линии движения стойки и предотвращает чрезмерное разрушение дернины. Вырезанный ножом и лемехами ромбовидный почвенный пласт деформируется стойкой и рыхлительной пластиной в продольной и поперечной плоскостях. Возникающие при этом напряжения изгиба и растяжения способствуют более интенсивному крошению пласта. При сходе пласта с пластины 10 и стойки 11 происходит его дополнительное крошение от удара при падении в борозду. При этом перемешивание и вынос на поверхность почвенных агрегатов исключаются. Степень рыхления регулируется изменением наклона рыхлительных пластин, расстояния между корпусами и скоростью движения плуга.

Плуг ПРПВ-5-50 может агрегатироваться с трактором Т-150К, ПРПВ-8-50 — с трактором К-701. Ширина захвата плугов соответственно 2,5 и 4 м.

Плуги-рыхлители ПБ-5 и ПБ-9

Плуги-рыхлители ПБ-5 и ПБ-9 используются для безотвальной обработки почв на глубину до 35 см.

Рабочим органом плугов ПБ-5 и ПБ-9 является рыхлительная стойка 12 (рис. выше, II), которая состоит из прямолинейной и криволинейной частей. Стойка обеспечивает рыхление пахотного слоя почвы с сохранением стерни и растительных остатков. Рыхлительные стойки (рис. выше, III) устанавливаются на плугах общего назначения.

Плуг ПБ-5 может агрегатироваться с тракторами класса 3, ПБ-9 — с тракторами класса 5.

Чизельный плуг-глубокорыхлитель ПЧ-4,5 и ПЧ-2,5

Чизельный плуг-глубокорыхлитель ПЧ-4,5 используется для рыхления почв по отвальным и безотвальным фонам с углублением пахотного горизонта, безотвальной обработки почвы взамен зяблевой и весенней вспашек, глубокого рыхления почвы на склонах и паровых полях.

Конструкция плуга состоит из треугольной рамы 4 (рис.), рабочих органов — рыхлителей 7, опорных колес 2, регулятора 5 глубины обработки, навески 3 и подставки. На раме плуга имеется возможность дополнительно установить девять или одиннадцать рыхлителей.

Схемы размещения рабочих органов чизельного плуга ПЧ-4,5 (размеры указаны в мм): 1 — рыхлители; 2 — опорные колеса; 3 — навеска; 4 — рама; 5 — регулятор глубины.

Составные части рыхлителя: стойка 6, обтекатель 7, долото 8 шириной 60 мм или стрельчатая лапа 9 захватом 270 мм. Долото крепится к стойке рыхлителя осью со шплинтом, а стрельчатая лапа — болтами. Долотообразные рыхлители разрыхляют уплотненную плужную подошву, образующуюся после вспашки лемешными плугами на глубину до 45 см. Стрельчатые лапы применяются для рыхления тяжелых почв на глубину до 30 см с одновременным подрезанием сорной растительности.

Разновидности рыхлителей чизельного плуга ПЧ-4,5: 1 — стойка; 2 — обтекатель; 3 — стрельчатая лапа; 4 — долото..

Шаг расстановки рыхлителей определяется глубиной обработки. Глубину хода рыхлителей устанавливают вращением винта регулятора 5, который изменяет положение колес по высоте. Чизельную вспашку в зависимости от плотности почвы выполняют в несколько проходов. Для дополнительного крошения верхнего слоя почвы и выравнивания поверхности поля к плугу присоединяют бороны или специальное приспособление ПСТ-4,5, состоящее из бруса с валом и закрепленных на нем ножевидных рыхлителей.

Ширина захвата плуга-глубокорыхлителя ПЧ-4,5 равна 4,5 м, рабочая скорость — до 6 км/ч, производительность — 3,2 га/ч. Агрегатировать рекомендуется с тракторами К-700 и К-701.

Чизельный плуг ПЧ-2,5 имеет ширину захвата 2,5 м и обычно агрегатируется с тракторами Т-150, Т-150К.

Плуги-лущильники


Лущильниками называют орудия, предназначенные для неглубокого рыхления почвы с оборотом пласта для провоцирования появления всходов сорняков для последующей их запашки. После лущения стерня и мелкокомковатая почва снижают испарение влаги и улучшают условия жизнедеятельности микроорганизмов. Лущильники бывают лемешные (плуги-лущильники) и дисковые.

Плуги-лущильники применяют во всех климатических зонах, но преимущественно в южных районах, для лущения чистых паров и жнивья, когда остается достаточно времени и тепла для прорастания сорняков перед осенней основной вспашкой. Плуги-лущильники предназначены для лущения стерни на глубину 8-12 см и ухода за парами, а также для вспашки легких почв с неглубоким пахотным горизонтом на глубину до 18 см. Такие плуги не оснащаются предплужниками. Для лучшей заделки растительных остатков плуги-лущильники оснащаются плужными корпусами с полувинтовой рабочей поверхностью с шириной захвата 25 см.

Полунавесной плуг-лущильник ППЛ-10-25

Рама плуга ППЛ-10-25 состоит из передней и задней секций, шарнирно соединенных пальцами. В месте соединения двух рам закреплена П-образная ось с двумя ходовыми пневматическими колесами и винтовым механизмом, с помощью которого регулируется глубина обработки почвы средних корпусов. Для установки на заданную глубину первого и последнего корпусов используются два опорных колеса в начале и в конце рамы. На прицепе плуга-лущильника установлен выносной гидроцилиндр, кинематически связанный с механизмом ходовых колес. При переводе плуга в транспортное положение колеса подкатываются под раму и приподнимают переднюю и заднюю части лущильника с помощью тяг.

Па почвах с неглубоким плодородным слоем плуги-лущильники могут заменять плуги. Такая вспашка выгодно отличается от плоскорезной обработки тем, что уничтожается больше сорняков. Однако она должна проводится одновременно с предпосевной подготовкой почвы (если она не на зябь) и даже вместе с посевом.

Плуг-лущильник ППО-10-25: 1 — корпус; 2 и 5 — передние и задние секции; 3 и 11 — ходовое (полевое) и опорное колеса; 4 — ось; 6 и 9 — механизмы подъема опорных колес (с регулировкой глубины); 7 — штурвал регулировки полевого колеса высоте; 8 — пружинный догружатель (поддерживает устойчивость хода задних колес); 10 — гидроцилиндр хода плуга в транспортное положение.

Литература

Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. Кленин Н.И., Сакун В.А. — М.: Колос, 1994. — 751 с.: ил. — (Учебники и учеб. пособия для высш. учеб. заведений).

Сельскохозяйственные машины. Халанский В.М., Горбачев И.В. — М.: КолосС, 2004. — 624 с.: ил. — (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).

Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. Листопад Г.Е., Демидов Г.К., Зонов Б.Д. и др. — М.: Агропромиздат, 1986. — 688 с.: ил. — (Учебники и учеб. пособия для высш. учеб. заведений).

Почвозащитные севообороты

Почвозащитные севообороты — севообороты, направленные на защиту почв от водной эрозии на склонах более 5°, где смыв почвы может достигать 15 т/га в год, и ветровой эрозии, например в открытой степи, где скорость ветра около поверхности более 3-4 м/с.

В современных агроландшафтных системах земледелия к севообороту предъявляется требование обеспечения почвозащитной и природоохранной функций, особенно на землях, подверженных риску водной или ветровой эрозии.

В основе почвозащитных севооборотов заложено свойство некоторых сельскохозяйственных культур защищать почву от эрозии, в сочетании со специальными приемами обработки почвы и размещения культур.

[toc]

Почвозащитные свойства культур

Различные сельскохозяйственные культуры обладают разной почвозащитной функцией, зависящей от плотности травостоя, мощности развития растений, количества растительных остатков, оставляемых на поверхности поля, длительности пребывания на поле, технологии возделывания и влияния культур на структуру почвы.

Многолетние травы обладают наибольшей почвозащитной способностью. Покрывая почву в течение всего года, они надежно защищают её от эрозии, хотя плотность травостоя в осенний, зимний и весенний периоды снижается. Используют её преимущественно на сено и зеленый корм.

Однолетние культуры сплошного посеве, например, зерновые и кормовые, проявляют также способность к защите почв, хотя и меньше, чем многолетние травы, укрывая почву на протяжении 9-11 месяцев в году с максимум травостоя в мае-июле. Дополнением к ним являются пожнивные, поукосные и подсевные культуры, для того чтобы не оставлять почву открытой после уборки основной культуры. Яровые зерновые укрывают почву только в течение 3 месяцев лета, а пропашные — 1-1,5 месяца.

При риске эрозии избегают возделывания пропашных культур, которые разрыхляют и распыляют почву.

Эффективность защиты почв зависит от массы корней растений и их распределения по профилю почвы. Мощная корневая система многолетних трав надежно сцепляет почву в верхних слоях, благодаря чему проявляются их почвозащитные свойства.

Масса корневой системы многолетних трав может достигать 50-60% массы надземной части. Озимые зерновые и кукуруза наращивают массу корневой системы до 40% от массы надземной части, яровые зерновые — 28-30%, лен-долгунец, картофель, корнеплоды — 18-20%.

По почвозащитной способности сельскохозяйственные культуры можно разделить на три группы:

  1. с высокой почвозащитной способностью — многолетние травы, озимые зерновые (последние, иногда относят к группе со средней почвозащитной способностью);
  2. со средней почвозащитной способностью — однолетние травы, яровые зерновые;
  3. со слабой почвозащитной способностью — пропашные, технические, овощные культуры, чистые пары и плодовые насаждения.

Приведенная оценка позволяет определить состав и структуру посевных площадей почвозащитных севооборотов.

Если принять за единицу уровень полной защиты почвы от эрозии, то почвозащитная способность культур распределяется следующим образом:

  • многолетние травы — 0,91-0,98,
  • однолетние травы — 0,65,
  • зерновые сплошного посева — 0,50-0,65,
  • картофель и подсолнечник — 0,25,
  • сахарная свекла и кукуруза — 0,15,
  • чистый пар — 0.

Построение почвозащитных севооборотов

Соотношение в структуре посевных площадей севооборота пропашных культур сплошного посева и многолетних трав в зависимости от уклона склона определяют с учетом их почвозащитной роли.

Основные принципы проектирования, введения и освоения почвозащитных севооборотов:

  • детальный учет и анализ агрономических особенностей эродированных земель;
  • выбор культур, обеспечивающих наибольший почвозащитный и экономический эффект;
  • нарезка полей и рабочих участков должна соответствовать техническим возможностям при возделывании культур;
  • учет плодосменности, совместимости и самосовместимости, уплотненности и противоэрозионной устойчивости культур;
  • биологическая и экономическая целесообразность.

При наличии в хозяйстве равнинных территорий и пологих склонов с небольшим уклоном и территорий, подверженных риску эрозии, целесообразно на первых вводить полевые, специальные и прифермские севообороты с максимальным насыщением пропашными культурами, тогда как на крутых склонах и эродированных почвах — севообороты, в которых преобладают культуры сплошного сева. На очень крутых склонах вводят почвозащитные севообороты с многолетними травами и однолетними культурами сплошного посева.

Важным приемом повышения почвозащитной роли севооборотов является полосное размещение культур, представляющее собой чередование полос культур с различной почвозащитной способности. Данный прием позволяет сократить проявление эрозионных процессов, исключить обработку почв вдоль склона и создать условия для эффективного использования почвенного плодородия.

Ширина полос имеет важное значение при определении противоэрозионной эффективности: чем шире обрабатываемая полоса, тем меньше противоэрозионный эффект. Однако узкие полосы осложняют проведение полевых работ с использованием техники.

На полях, подверженных водной эрозии, ширину полос определяют в зависимости от крутизны склона и возможного чередования культур.

Таблица. Изменение ширины полос в зависимости от крутизны склонов (по Заславскому и Каштанову, 1986)

Крутизна склона, град.
Рекомендуемая ширина полос, м
чередование многолетних трав с однолетними культурами
чередование однолетних культур с пропашными
1-3
100-80
80-60
3-5
80-60
60-40
5-8
60-40
40-20
8-10
40-20
20-10
10-12
20-10
20-10

Полосное размещение культур и чистых паров применяют также на землях, подверженных ветровой эрозии. Для легких почв рекомендуют чередование зерновых культур и чистого пара с многолетними травами равными по ширине полосами в 50-100 м (до 200 м): 1 — пар чистый, 2-3 — пшеница, 4-8 — многолетние травы 1-5-го года пользования, 9 — пшеница, 10 — пшеница или фуражные. Полосы размещают под прямым углом к направлению господствующих ветров.

Для борьбы с ветровой эрозией и большего накопления снега в степных районах Сибири, помимо безотвальной обработки, оставляют на зяби стерневые кулисы с более высоким срезом или высевают кулисы из подсолнечника и горчицы. Согласно данным опытных учреждений Северного Казахстана, кулисный пар накапливает в 2-3 раза больше снега при повышении урожайности на 0,4-0,7 т/га.

В степной части Северного Кавказа для борьбы с ветровой эрозией чистые пары заменяют занятыми кукурузой с междурядьями до 210 см. Такие пары защищает посевы озимой пшеницы.

При определении ширины полос учитывают гранулометрический состав почвы, комковатость, то есть содержание фракций более 1 мм в верхнем слое в эрозионно опасный период, среднюю высоту стерни или травы, среднюю скорость ветра во время пыльных бурь, ориентацию размещения полос.

Преимуществом полосного размещения культур является их экономичность, оно не требует больших капитальных затрат.

При построении севооборотов, направленных на защиты от водной эрозии, придерживаются следующего принципа: на равнинных почвах и пологих склонах размещают севообороты с насыщением пропашными культурами, на склонах повышенной крутизны — севообороты с насыщением культурами сплошного посева. На крутых и смытых склонах вводят почвозащитные севообороты, насыщенные до 75% и более многолетними травами.

Таблица. Соотношение в севообороте посевных площадей (%) различных по почвозащитной способности культур в зависимости от крутизны склона

Крутизна склона, град
Пропашные культуры
Однолетние культуры сплошного посева
Многолетние травы
До 1
75
25
-
1-5
50
50
-
5-8
25
50
25
8-12
-
50
50
12
-
25
75

Почвозащитную роль севооборотов на склоновых землях значительно увеличивается при введении промежуточных культур.

Примеры почвозащитных севооборотов

В почвозащитных севооборотах преобладают многолетние травы и однолетние культуры сплошного посева: 1-4 — многолетние травы 1-4-го года пользования, 5 — яровая пшеница, 6 — овес с подсевом многолетних трав. При этом многолетние травы представляют  сложные травосмеси, состоящие из 2-3 бобовых и 2-3 злаковых компонентов.

В европейской части России на склоновых землях с углом более 5° для защиты от водной эрозии рекомендуются травопольные и травянозерновые севообороты:

  1. для Нечерноземной зоны: 1-4 — многолетние травы, 5 — озимая рожь, 6 — однолетние травы с подсевом многолетних трав;
  2. для лесостепной зоны: 1-3 — многолетние травы, 4 — озимая пшеница, 5 — кукуруза (полосами), 6 — зернобобовые, 7 — озимые с подсевом многолетних трав.
  3. Для степной зоны: 1-4 — люцерна, эспарцет, 5 — озимые + пожнивные, 6 — кукуруза (полосами), 7 — яровые зерновые с подсевом люцерны и эспарцета.

На склонах от 5 до 7° вводятся почвозащитные севообороты: 1-4 — многолетние травы; 5 — яровая пшеница; 6 — яровая пшеница; 7 — зернофуражные; 8 — однолетние травы с подсевом многолетних трав.

На склонах от 1 до 5° вводят севообороты с занятым паром: 1 — пар занятый; 2 — яровая пшеница; 3 — горох; 4 — яровая пшеница; 5 — овес с подсевом донника.

В условиях риска водной эрозии почв на склонах с углом более 7° проводят залужение злаково-бобовыми смесями многолетних трав, например, костер безостый с люцерной. 

В условиях ветровой эрозии рекомендуются трехпольные кормовые севообороты: 1 — донник; 2 — яровая пшеница; 3 — зернофуражные с подсевом донника.

На Кубани введен почвозащитный севооборот: 1-2 — многолетние травы, 3-4 — озимая пшеница, 5 — ячмень с подсевом многолетних трав (люцерна, житняк, эспарцет, кострец).

В Самарской области Среднего Заволжья склоновые земли защищают с помощью следующего чередования: 1-4 — многолетние травы (люцерна, житняк), 5 — яровая пшеница, 6 — просо, 7— яровые зерновые с подсевом многолетних трав.

На склоновых землях лесостепных районах Тульской области, рекомендуются семипольные почвозащитные севообороты: 1-3 — многолетние травы 1-3-го года пользования, 4 — озимые + пожнивный посев однолетних трав, 5 — яровые зерновые с подсевом озимой вики, 6 — озимая вика, 7 — озимые с подсевом многолетних трав. В данном севообороте около половины посевных площадей заняты смесями многолетних трав, состоящих из бобовых и злаковых компонентов. Сочетание однолетних культуры сплошного сева с пожнивными и подсевными позволяют защищать почву с весны до поздней осени.

В Орловской области на Новосильской зональной агролесомелиоративной опытной станции введен и освоен 7-льный севооборот: 1-4 — многолетние травы 1-4-го года пользования, 5 — озимая рожь на зерно, 6 — гречиха, 7 — яровые зерновые с подсевом многолетних трав. 

Украинским НИИ земледелия рекомендуется на склоновых землях лесостепной зоны следующее чередование: 1 — вико-овсяный занятый пар, 2 — озимые с последующими пожнивными культурами, 3 — яровые с подсевом многолетних трав, 4-6 — многолетние травы 1-3-го года пользования, 7 — озимые на зерно (посев полосами в сочетании с полосами трав, оставленных на 4-й год пользования) и пожнивные посевы после уборки озимых, 8 — суданская трава и другие однолетние травы. Последние высевают полосами поперек склона в сочетании с полосами трав, оставленных на 5-й год пользования.

В Западной Сибири и на Алтае применяют почвозащитный севооборот: 1-2 — многолетние травы, 3 — яровая пшеница, 4 — зернофуражные с подсевом многолетних трав. В Алтайском крае: 1 — однолетние травы с подсевом житняка или многолетних травосмесей; 2-6 — многолетние травы. На среднеэродированных землях используют 5-польные зернопаротравяные севообороты с полосным размещением поперек направлению господствующих ветров. Полосы черного пара и зерновых чередуются с полосами житняка.

Почвозащитный севооборот
Схема 5-польного почвозащитного севооборота с десятилетней ротацией

В условиях риска ветровой эрозии в степных районов и на востоке страны в основе почвозащитных севооборотов лежит применение многолетних трав с полосным размещением посевов культур, особенно, если они проявляют слабую почвозащитную функции, например, кукуруза, и кулисного пара поперек направления господствующих ветров (при ветровой эрозии) или поперек склона (при водной эрозии), а также по горизонталям при сложной конфигурации рельефа.

Поля севооборота разделяют на несколько равных по площади полос, шириной от 50 м на легких почвах до 100-150 м на связных. В качестве многолетних трав чаще применяют засухоустойчивый житняк, плотный покров которого хорошо защищает почву от выдувания с соседних полос, занятых яровой пшеницей или кулисным паром.

При отсутствии многолетних трав в восточных степных районах почвозащитную роль в севообороте выполняют посевы и стерня зерновых, которых чередуются полосами с кулисным паром.

На Павлодарской опытной станции по защите почв от ветровой эрозии применяют пятипольный почвозащитный севооборот с десятилетней ротацией с полосным размещением культур: 1-5 — многолетние травы, 6-7 — яровая пшеница, 8 — кулисный пар, 9-10 — яровая пшеница. Полосы кулисного пара и однолетних культур чередуются с полосами многолетних трав. Защитные четные полосы засевают многолетними травами, например, смесью житняка с люцерной или эспарцетом, нечетные — занимают паром и пшеницей.

В Красноярском крае на маломощных выщелоченных среднесуглинистых черноземах в условиях риска ветровой эрозии, вводят 5-польный почвозащитный севооборот: 1-3 — многолетние травы 1-3-го года пользования, 4 — яровая пшеница, 5 — яровая пшеница с подсевом многолетних трав.

На Северном Кавказе для предотвращения ветровой эрозии также вводят почвозащитные севообороты, основанные на многолетних травах и полосным размещением культур.

Продуктивность почвозащитных севооборотов может быть повышена за счет введения посевов смесей однолетних трав, промежуточных культур и некотором загущении посевов зерновых культур.

Литература

Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.

Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. Под ред. В.С. Никляева. — М.: «Былина», 2000. — 555 с.

Основы агрономии: учебное пособие/Ю.В. Евтефеев, Г.М. Казанцев. — М.: ФОРУМ, 2013. — 368 с.: ил.

Азотфиксация

Азотфиксация, или микробиологическая фиксация атмосферного азота — процесс поглощения микроорганизмами почвы азота атмосферы и трансформация его в органические и минеральные вещества.

Изучением азотфиксации занимались Ж. Буссенго, М. Бейерник, Г. Гельригель, Г. Вильфорт, М.С. Воронин, С.Н. Виноградский, В.Л. Омелянский, Д.Н. Прянишников, Д.И. Менделеев, К.А. Тимирязев.

«Немного найдется явлений, где бы так ясно определилась взаимная роль теории и практики, как в тех исследованиях, в которых научные вопросы о происхождении азота у растений неразрывно сливались с чисто практическими вопросами о пользе возделывания клевера и вообще бобовых».

К.А. Тимирязев, 1890 г.

Отечественная сельскохозяйственная наука уделяла большое внимание изучению явления азотфиксации: создана коллекция наиболее эффективных штаммов микроорганизмов, с конца 50-х годов ведутся генетические и генетико-селекционные исследования, которые впервые в отечественной литературе освещены в монографии «Генетика симбиотической азотфиксации с основами селекции» под редакцией И.А. Тихоновича и Н.А. Проворова в 1998 г.

Хотя существуют и другие способы превращения атмосферного азота в нитрат, например, во время грозовых бурь, процесс, при котором растения способны фиксировать азот, называется биологической фиксацией азота (англ. biological nitrogen fixation, BNF). Подробности механизма BNF были описаны Говардом и Рисом (1996) и многими другими.

Значение азотфиксации

На долю азота в атмосферном воздухе приходится 78,09%. Над 1 гектаром суши или водной поверхности Земли содержится около 80 тыс. т азота, который недоступен большинству высших растений.

Атомы азота в молекуле N2 соединены очень прочной тройной связью N≡N,  поэтому разрыв этой связи сопряжен с большими затратами энергии. В промышленности этот процесс (процесс Хабера-Боша) с образованием аммиака происходит при высоких температурах и давлении, что связано с высокими затратами энергии. тогда как в биологических системах — при нормальном атмосферном давлении и температуре.

Азот является основным элементом в питании сельскохозяйственных культур, и в отсутствие азота рост культур сильно страдает в результате общего хлороза и снижения фотосинтетической способности. В большинстве сельскохозяйственных систем азот (N) вносится в легкодоступной форме, либо в виде нитрата в химическом удобрении, либо в виде навоза или компоста, где в результате микробного распада могут высвобождаться растворимые формы нитрата, которые затем поглощаются растущей культурой. В крупномасштабном коммерческом сельском хозяйстве большая часть азота вносится в виде удобрений, произведенных химическим способом или из невозобновляемых минеральных источников. Дополнительная проблема возникает при использовании внесенных удобрений, когда избыток химикатов вымывается из почвы в результате дождей или орошения и попадает в водотоки и водосборные бассейны.

В естественных условиях, когда в почве низкий уровень минерального азота, бобовые растения особенно успешны благодаря своей способности фиксировать атмосферный азот в форме, которую они могут использовать для нормального роста. Ряд других растений, обладающих этой особенностью, например, виды Gunnera, Alnus, Casuarina и Mirica, имеют симбиотические отношения с почвообитающими организмами, которые колонизируют их корни. Симбиоз растений и полезных организмов, как показывают ископаемые данные, было одним из основных факторов успеха распространения растений. Хотя гены, необходимые для сигнализации о начале колонизации корней, были охарактеризованы, происхождение этих генов остается невыясненным (Delaux et al., 2015).

В зависимости от источников энергии азотфиксирующие микроорганизмы относят к: автотрофам и гетеротрофам.

По оценкам, суммарный объем азотфиксации в год в наземных экосистемах составляет 175-190 млн т азота, 90-110 млн т из которых приходятся на почвы сельскохозяйственных угодий (Мишустин, 1983). При этом ежегодный вынос азота из почвы с сельскохозяйственной продукцией составляет 110 млн т. По другим оценкам, в мире ежегодно 50-140 млн тонн азота фиксируется за счет азотфиксации (Unkovich et al., 2008). Недавно Баддели и др. (2013) подсчитали, что в 2009 году в ЕС было зафиксировано около 0,8 млн тонн азота.

Бобовые имеют специфические отношения с почвенными бактериями рода Rhizobium, при которых бактерии проникают в корни, что приводит к процессу преобразования атмосферного азота в растворимый. Способность к симбиозу с Rhizobium является одной из основных причин, по которой бобовые характеризуются как «растения-пионеры», поскольку они обычно колонизируют почвы с низким содержанием азота и часто в голых и открытых средах (Cloutier et al., 1996). Культуры, обладающие такой способностью формировать симбиотические отношения, являются одним из основных источников азота в сельскохозяйственных системах с ограниченными ресурсами. Поэтому бобовые являются очень экономически важными культурами.

После уборки урожая, когда большая часть фиксированного азота в виде белка удаляется с поля, остается остаточный уровень азота в ботве, корневой системе и узлах. Там, где корни остаются разлагаться в почве, нитрат высвобождается медленно и доступен для поглощения следующей культурой. Эти уровни могут значительно варьироваться, но признано, что они составляют около 20-50 кг N/га (Sylvester-Bradley and Cross, 1991), что подтверждается Ward and Palmer (2013). Для кормовых бобов оценки, сделанные в Великобритании, предполагают фиксацию 60-100 кг N/га в остатках стеблей и корней после уборки (Iannetta et al., 2015).

Этот источник азота является экономически ценным в системе земледелия, так как он обеспечивает источник азота сразу же для следующей культуры. Поскольку фиксированный азот высвобождается в почве относительно медленно, риск вымывания во влажные периоды меньше, чем при внесении удобрений, но, что не менее важно, остаточный азот, доступный для следующей культуры, снижает потребность в нем примерно на 50 кг/га. Кроме того, включение бобовой культуры в севооборот обеспечивает «перерыв» в системе, основанной преимущественно на зерновых, уменьшая накопление патогенов зерновых, таких как клещ (Gaeumannomyces graminis), и предоставляя возможность борьбы с многолетними сорняками и травами, такими как черная трава (Alopecurus myosuroides), которая выработала устойчивость к обычно используемым граминицидам. В ЕС было подсчитано, что урожайность озимой пшеницы сразу после бобовой культуры увеличивается на 0,6 и 0,9 т/га (Von Richtofen, 2006), и подобная реакция была отмечена в Канаде (Wright, 1990). В некоторых исследованиях с кормовыми бобами (V. faba) ее включение в севооборот повышает разнообразие дикой флоры и фауны, а также почвенной микрофлоры (Kopke and Nemecek, 2010). Таким образом, существуют убедительные доказательства в пользу полевого севооборота, поддерживаемого включением бобовой культуры (Iannetta et al., 2013).

Интенсивность азотфиксации

На эффективность влияет азотный статус почвы. Это особенно очевидно, когда уровень неорганического азота в почве высок и это подавляет естественное образование клубочков и фиксацию азота (Slattery et al., 2004). Опыт, проведенный Б.А. Ягодиным совместно с Ю.Я. Мазелем и Ю.Г. Сазоновым в 1981 г. показал зависимость симбиотической азотфиксации от обеспеченности растений азотом и интенсивности фотосинтеза. В этом опыте, люпин сорта Быстрорастущий 4 выращивали при разных уровнях обеспеченности азота и 1-, 3- и 6-суточном затенении. Освещенность изменялась в 1000 раз. Затенение приводило к снижению азотфиксации, в большей степени — при высоком содержании минерального азота. После 6-суточного затенения азотфиксация в варианте без азота снизилась в 40 раз, в варианте с половинной дозой — полностью прекратилась, при двукратных дозах — азотфиксация остановилась уже после 3-суточного затенения.

Максимум интенсивности азотфиксации отмечался в фазе цветения в вариантах без азота и половинной дозой. В фазе бутонизации при половинной дозе она была больше, чем в варианте без азота. Это объясняется тем, что небольшая стартовая доза азота способствует лучшему развитию клубеньков на ранних этапах развития. В фазе цветения в варианте без азота этот показатель был выше, чем в вариантах с азотом.

В фазе бутонизации максимум азотфиксации в дневном цикле приходился на утренние часы (8 ч), причем в варианте с половинной дозой фиксация проходила быстрее, чем в варианте без азота. В фазе цветения максимум приходился на полдень. В этом случае она была наибольшей в варианте без азота. При повышенной дозе азота этот показатель уменьшался во все фазы развития.

Более интенсивное поступление продуктов, меченных 14С, отмечалось в варианте без азота. При двойной дозе оно было на 20% меньше. Через 30 мин после экспозиции метка обнаруживалась в клубеньках обоих вариантов (0,37 и 0,07 соответственно, от общей активности). За 2,5 ч в варианте без азота в клубеньки поступило в 7 раз больше продуктов, чем в варианте с азотом, в корни — в 5 раз, в стебли — в 2 раза больше.

Неодинаковая скорость поступления продуктов фотосинтеза в корневые клубеньки при разных уровнях азотного питания повлияла на интенсивность азотфиксации. Вследствие накопления продуктов фотосинтеза в варианте с азотом затенение в течение 3 суток подавило азотфиксацию клубеньков.

Таким образом, затенение люпина приводит к снижению фиксации азота, но в варианте на фоне минерального азота это снижение больше, чем без азота.

Коэффициент азотфиксации составляет от 0,3 до 0,85.

Интенсивность азотфиксации свободноживущими бактериями зависит от запасом легкодоступных органических веществ, служащих источником энергии. Например, активность азотфиксации в прикорневой зоне растений за счет ассоциативной азотфиксации в 3-200 раз больше, чем в почвах междурядий. Поэтому растения является главным фактором деятельности диазотрофных бактерий в ризосфере благодаря корневой экссудации и корнеопада, объем которых составляет от 25 до 50% продукции фотосинтеза.

Интенсивность фиксации азота диазотрофов определяется выделительной деятельностью корневых систем растений, то есть, в конечном счете от фотосинтетической активности.

Высокая активность в ризосфере многих тропических растений связана со способность использовать при фотосинтезе путь С-4-дикарбоновых кислот. Растениям этого типа требуют интенсивного освещения, а максимальная скорость фотосинтеза у них значительно выше, чем у растений, использующих цикл Кальвина (С-3-тип). Так как растениями с С-4-типом расходуется меньшее количество углеводов на фотодыхание, их часть используется для роста корней и корневой экссудации.

Несимбиотическая азотфиксация изучалась многими исследователями, однако о ее масштабах в различных почвенно-климатических зонах информации мало, в связи с тем, что в природных условиях этот процесс зависит от ряда динамичных факторов среды.

Так, согласно ряду исследований плодородных почв рисовых полей показано, что в результате несимбиотической фиксации под рисом накапливаться 60-70 кг/га азота в год. Причем в затопляемых почвах фиксируется 57-63 кг/га азота, а в незатопляемых — 3-7 кг/га, без растений в затопленных почвах — 23-28 кг/га азота.

За 3 месяца вегетации азотфиксация в почвах рисовых полей Краснодарского края составляла 9-27 кг. Внесение соломы в почву способствует размножению различные группы азотфиксирующих бактерий и росту азотфиксации до 20-40 кг/га в месяц. Влажность также способствует усилению активности при разложении соломы и целлюлозы. В интразональных почвах избыточного увлажнения, то есть пойменных, болотных почвах и рисовых плантациях, активность наиболее высока — от 16,5 до 67,5 кг/га в месяц. В почвах тропической зоны несимбиотическая азотфиксация в среднем составляет 200 кг/га в год, достигая иногда 600 кг/га в год.

Активность несимбиотической азотфиксации зависит также: влажности, температуры, гранулометрического состава почвы, степени аэрированности корнеобитаемого слоя, содержания углекислого газа, наличия макро- и микроэлементов. Минеральные удобрения, известкование, воздушный режим также влияют на интенсивность, но, высокая эффективность отмечается, когда влажность, температура и органическое вещество не лимитируют азотфиксацию. Внесение в дерново-подзолистые почвы растительных остатков позволяет увеличить азотфиксирующую активность в 2-5 раз при условии достаточного увлажнения.

Температура влияет на скорость фиксации азота, а экстремально высокие или низкие температуры снижают эффективность. Фиксация азота у бобовых чувствительна к избытку воды (James and Crawford, 1998), засухе и уровню засоленности почвы в сочетании с высоким pH. Дефицит ключевых минералов также может ограничивать азотфиксацию, особенно фосфора (P). У видов Medicago размер и вес узелков уменьшались при дефиците P (Schultze and Drevon, 2005).

Минеральные азотные удобрения оказывают регулирующее действие на азотфиксацию. В опытах in vitro доказано торможение азотфиксации при наличии связанного азота (при отсутствии растений).

Торможение отмечается при дозах связанного азота более 500-1000 кг/га. Дозы удобрений, которые как правило используются в земледелии, вызывают кратковременное подавление азотфиксации. В то же время, азотные удобрения стимулируют развитие растений, повышают продуктивность фотосинтеза и увеличивают масштабы экзоосмоса, способствуя тем самым ассоциативной азотфиксации на последующих стадиях развития растения, когда избыток минерального азота удобрений в почве значительно снизится.

Применение радиометрического метода в исследованиях количества органического вещества в пожнивно-корневых остатках позволило выявить, что за счет корневых выделений в течение вегетации и постоянного отмирания части корневой системы после уборки растений в почве остается в 3-4 раза больше органического вещества, чем при определении этого показателя обычными методами. При расчете органического вещества следует также учитывать прижизненно отмершие надземные органы растений.

В симбиозе с клубеньковыми бактериями бобовые культуры способны удовлетворять до 60-90% своей потребности в азоте. Однолетние зернобобовые культуры, например, люпин, горох, за сезон связывают 50-100 кг/га азота, половина которого остается в почве, многолетние бобовые травы (клевер, люцерна) — 180-300 кг/га, из которого с корнями и пожнивными остатками остается в почве 70-100 кг/га.

Азотфиксирующие бактерии

Автотрофные азотфиксаторы — цианобактерии и фотосинтезирующие анаэробные бактерии. Имеют значение только в условиях переувлажнения и на затопленных почвах, где фиксация достигает 20-50 кг/га азота в год.

Гетеротрофные азотфиксирующие бактерии распространены на всех типах почв в ризосфере и филлосфере растений. Из этой группы хорошо изучены клубеньковые бактерии и их роль в азотном питании бобовых растений и обогащении почв азотом. Вклад других гетеротрофных симбиотических азотфиксаторов, например, эндосимбионты ольхи, облепихи, еще плохо изучен.

Несимбиотические гетеротрофные азотфиксирующие бактерии также мало изучены, хотя азотфиксирующая способность микроорганизмов была открыта именно у представителей этой группы. В почвах зоны умеренного климата они связывают до 3-5 кг/га азота в год. Выявлено большое видовое разнообразие и широкое их распространение в почвах всех климатических зон, в ризосфере и на поверхности растений, в водоемах, илах и осадках, в кишечнике насекомых, рыб и высших животных.

Способность к азотфиксации обнаружена у большого числа бактерий различных систематических групп. Помимо азотобактера, клостридий и клубеньковых бактерий, этой способностью обладают группы бактерий: Arthrobacter, Bacillus, Erwinia, Klebsiella и др. Чистые культуры эукариотных микроорганизмов, в том числе грибы и дрожжи, не обладают азотфиксирующей активностью, однако смешанные культуры азотфиксаторов с эукариотами отличаются повышенной нитрогеназной активностью.

Активная деятельность клубеньковых бактерий определяется розовой или красной окраской клубеньков, при небольшой активности клубеньки имеют белую или бледно-зеленую окраску. Для активизации их деятельности семена зернобобовых культур обрабатывают бактериальными удобрениями, например, ризоторфином или нитрагином.

Клубеньковые бактерии представляют собой палочки, в свободном состоянии — строгие аэробы и не способны усваивать азот воздуха. Установлено несколько видов клубеньковых бактерий, отличающихся по типу отношения к растению-хозяину. Некоторые виды бактерий способны заражать группу бобовых растений, другие очень специфичны и вступают в симбиоз только с отдельными культурами.

Ризобии (Rhizobium)

Не все виды бобовых имеют связь с одним и тем же штаммом или видом почвообитающих бактерий ризобий (Rhizobium). Образование узелков не произойдет, если соответствующий вид не присутствует в почве. Внутри каждого вида Rhizobium существует ряд штаммов, специфичных для конкретного хозяина. Обычно виды Vicia и Pisum ассоциируются с Rhizobium leguminosarum, но считается, что внутри этого вида различные штаммы бактерий предпочитают каждый вид культур. Недавние исследования также показали, что существуют два различных генетических класса Rhizobium, которые заражают Vicia faba (Del Egido, 2014). Phaseolus vulgaris связан с Rhizobium phaseoli; а виды люпина, как другой пример, имеют связь с Bradyrhizobium lupini.

Во многих случаях вид/подвид Rhizobium, заражающий конкретные растения-хозяева, присутствует в почве, но в некоторых ситуациях, особенно при выращивании неместных культур, семена могут быть инокулированы коммерческими препаратами конкретных штаммов или видов Rhizobium для данной культуры.

Виды Rhizobium и ареал их хозяев (Smartt, 1976):

  • Rhizobium japonicum — соя (Glycine);
  • Rhizobium leguminosarum — горох (Pisum), вика (Vicia), чечевица (Lens), чина (Lathyrus);
  • Bradyrhizobium lupini — люпин (Lupinus);
  • Rhizobium meliloti — донник (Melilota), люцерна (Medicago), пажитник (Trigonella);
  • Rhizobium phaseoli — фасоль (Phaseolus);
  • Rhizobium trifolii — клевер (Trifolium).

Количество фиксированного азота зависит от многих факторов, таких как эффективность штамма Rhizobium, состояние растения-хозяина, физические факторы окружающей среды и агрономические методы. Количество фиксированного азота значительно варьирует; по разным данным, оно составляет от 45 кг до 550 кг N/га для V. faba (Nutman, 1976) и сравнивалось для ряда видов бобовых культур в работе Salunkhe и Deshpande (1991).

Относительная фиксация азота некоторыми бобовыми культурами (Salunkhe and Deshpande, 1991), в кг азота на 1 га в год:

  • люцерна — 114–223;
  • клевер — 21–36;
  • нут (бараний) — 24–84;
  • фасоль — 178–251;
  • боб садовый — 174–196;
  • горох — 87–222;
  • чечевица — 167–189;
  • люпин — 121–157;
  • соя — 22–310.

Ассоциативная азотфиксация

Ассоциативная азотфиксация — фиксация азота в фитоплане, то есть ризосфере и филлосфере небобовых растений. Впервые, возможность азотфиксации в прикорневой зоне небобовых культур, была предсказана в 1926 г. С.П. Костычевым, впоследствии экспериментально подтверждена исследованиями с использованием балансового метода (Брэдбокский опыт (Англия), опыт Прянишникова, опыт «вечная» рожь (Германии)).

Бессменное выращивание небобовых культур не приводило к значительному снижению содержания азота в почве, несмотря на его ежегодное отчуждение с урожаем, в тоже время в пару количество азота непрерывно уменьшалось. При ассоциативной азотфиксации микроорганизмы и растения не вступают в такое взаимодействие, как в симбиотических системах, однако, в целом, имеет те же особенности: активность азотфиксации изменяется по мере развития растений, максимум достигается в периоды бутонизации и цветения, снижается при созревании.

Изначально внимание было уделено взаимодействию азотфиксирующих бактерий (Spirillum, Lipoferum, Azospirillum brasilense и др.) с корневой системой тропических злаковых растений. Однако утверждение об уникальности свойств азоспирилл оказалось преувеличенным. В настоящее время известно о фиксации азота ризосферой риса, кукурузы, сорго, пшеницы, некоторых видов тропических трав. Известно свыше 200 видов небобовых растений, способных к азотфиксации с помощью ризосферных микроорганизмов.

Ассоциативная азотфиксация имеет большую экологическую значимость, именно за счет нее происходит пополнение фонда доступного азота в большинстве природных экосистем. Однако клубеньковые бактерии (Rhizobium) в симбиозе с бобовыми культурами показывают наибольшую эффективность: в оптимальных условиях биологическая фиксация азота достигает свыше 300 кг/га в год.

Механизм биологического связывания азота

В конце прошлого столетия высказывались разные предположения о механизмах связывания азота. Рассматривали два варианта — окислительный и восстановительный. Д.Н. Прянишников считал, что переход N2 в NНз через оксиды азота невозможен, так как противоречит принципу допустимой экономии энергии организмов. С.Н. Виноградский в конце прошлого века высказал предположение о способе восстановительного связывания молекулярного азота до аммиака.

«Механизм процесса усвоения азота представляется в данном случае как действие водорода в момент его выделения на газообразный азот в живой протоплазме клетки. Гипотеза о том, что синтез аммиака является непосредственным результатом этого процесса, кажется нам обоснованной».

С.Н. Виноградский «Об усвоении микробами газообразного азота атмосферы»

Гипотетическая схема превращения азота при азотфиксации
Гипотетическая схема превращения азота при азотфиксации

П.А. Костычев развил теорию С.Н. Виноградского о восстановительной фиксации молекулярного азота через аммиак. В настоящее время этот механизм считается общепризнанным.

Бактерии ризобии (Rhizobiales), которые присутствуют во многих почвах мира, стимулируются к заражению через корневые волоски или через трещины в эпидермисе растений-хозяев корневыми экссудатами, содержащими флавоноиды, которые выделяются в почву во время роста корней (Sprent and James, 2007). Генетические механизмы, участвующие в инициировании этого заражения, в настоящее время изучаются. Было показано, что присутствие кальция и связанная с ним сигнализация в корневых волосках является важным фактором во всем процессе. Азотфиксирующие ризобиальные бактерии, которые ассоциируются с бобовыми, сигнализируют своим хозяевам о начале симбиоза посредством выделения диффузных соединений, включая липо-хито-олигосахариды, которые также известны как Nod-факторы. Они вызывают колебания ионов кальция в эпидермальных клетках корня (Sun et al., 2015). Основные элементы этой сигнализации, выясняемые в ходе текущих исследований, станут краеугольным камнем для изучения возможности создания подобных симбиотических ассоциаций с не бобовыми культурами (Oldroyd and Dixon, 2014).

Закрепившись в корнях, бактерии размножаются и перемещаются в кору корня по инфекционной нити, которая представляет собой трубку из стенок клеток. Корни реагируют на эту инфекцию образованием корневых узелков, которые возникают в результате увеличения клеток ткани корня.

Перемещение бактерий внутри корней приводит к образованию новых узелков, а по мере старения узелков они отмирают, высвобождая ризобии в почву для инвазии в новые корни. Узелки обеспечивают специализированную нишу, позволяющую ризобиям фиксировать азот в условиях минимального количества воздуха, что защищает фермент нитрогеназу, но позволяет присутствовать достаточному количеству кислорода для аэробного дыхания, связанного с фиксацией азота (Gallon, 1992; Minchin et al., 2008). Узелок также позволяет симбиотическим бактериям эффективно обменивать фиксированный азот в обмен на углеводы растения-хозяина. Азот сначала преобразуется в аммиак, используя энергию, поступающую в результате метаболизма углеводов (Emerich and Burris, 1978). Затем аммиак преобразуется в аминокислоты, которые используются бактериями для производства белков и пептонов, необходимых для их роста. Фиксированный азот, включенный в ризобии, затем высвобождается в виде аминокислот, которые поглощаются растением-хозяином (White et al., 2007; Anderson et al., 2013).

Основным ферментом, отвечающим за азотфиксацию является нитрогеназа. У бобовых культур она сосредоточена в клубеньковых бактериях. Трудности по выделению этого фермента из клеточных организмов, долгое время задерживало изучение биохимических процессов азотфиксации. Выделить нитрогеназу можно только в отсутствии воздуха.

Впервые бесклеточные экстракты из клубеньков сои получены в 1968 г. в лаборатории Эванса. В СССР впервые был выделен ферментный комплекс (нитрогеназа) из бактероидов клубеньков люпина и сои в 1970 г.

Нитрогеназа состоит из двух белковых структур: одна — с молекулярной массой 164 000, содержит молибден и железо, вторая — с молекулярной массой 56 000, содержит только железо. По отдельности эти структуры не фиксируют молекулярный азот.

У большинства микроорганизмов нитрогеназа инактивируется кислородом, причем Fе-белок обладает большей чувствительностью к кислороду, чем Мо-Fе-белок. Fе-белок также очень чувствителен к холоду и инактивируется при температуре 0 °С. Для биохимической реакции восстановления азота необходимо наличие АТФ, источника электронов и ионов Мg2+. Большинство ученых считают, что на фиксацию 1 молекулы азота расходуется 15 молекул АТФ.

Отличительная особенность нитрогеназы — способность восстанавливать не только молекулярный азот, но и другие молекулы с тройной связью. Эта особенность позволила использовать метод определения азотфиксации по восстановлению ацетилена (HC≡CH) в этилен (H2C=CH2).

Биохимия нитрогеназы до конца не изучена. Например, не известно, как энергия гидролиза АТФ сочетается с переносом электронов, как протекает восстановление молекулы азота, не ясен механизм участия в этом процессе железа и молибдена. Потребность в молибдене у азотфиксирующих азотобактера намного больше, чем у нитратредуцирующих видов.

В симбиотической фиксации азота участвуют и другие металлсодержащие ферменты, например, леггемоглобин, который локализуется в растительных клетках. В клубеньках он присутствует в виде продукта симбиоза бактерий и высших растений, но активность азотфиксации зависит от его концентрации в клубеньках.

Восстановление азота через диимид и гидразин
Схема ступенчатого восстановления азота через диимид и гидразин при азотфиксации (Харди, 1970)

Нитрогеназа очень чувствительна к кислороду, но ризобии требуют кислорода для дыхания. В узелках содержится высокая концентрация леггемоглобина, который переносит кислород и окружает бактерии в инфицированных узелках. Этот леггемоглобин способен передавать бактериям кислород в низкой концентрации, поэтому его присутствие в узелках необходимо. В анаэробных условиях или в заболоченных почвах скорость фиксации азота сильно снижается, и для эффективной биологической фиксации азота необходим хорошо аэрируемый тип почвы.

Функция леггемоглобина сходна с функцией гемоглобина и заключается в обратимом присоединении кислорода. Леггемоглобин — переносчик кислорода, не принимает участия в восстановлении азота, но участвует в процессах образования энергии АТФ, которые протекают с участием кислорода, и одновременно позволяет сохранять анаэробные условия для работы нитрогеназы. Механизм защиты нитрогеназы от кислорода сложен, и леггемоглобин, вероятно, лишь один из звеньев в этом процессе.

У анаэробных азотфиксаторов предположительно есть несколько механизмов защиты нитрогеназы от кислорода. Например, очень высокая дыхательная активность азотобактера является системой защиты от инактивации кислородом.

Другой предполагаемый способ — «конформационная защита нитрогеназы», то есть пространственное изменение белкового компонента нитрогеназы в присутствии кислорода.

В азотфиксации принимают участие корриноиды — соединения группы витамина В12, включающие кобальт. Потребность в кобальте была показана в опытах по симбиотическому выращиванию бобовых на питательных средах, лишенных азота, и установлена по факту положительного действия на активность азотфиксации. В клубеньках корриноиды присутствуют в клубеньковых бактериях (бактероидах) и в растительной ткани клубенька.

Таблица. Содержание в клубеньках веществ, участвующих в азотфиксации

Вещества
Эффективный штамм
Неэффективный штамм
Витамин B12 в клубеньках люпина, ммкг/г
65
45
Кобамидные коэнзимы в клетках Rhizobium melitoli, тыс. ммоль/г
25,5
6,7
Гемоглобин в клубеньках фасоли (по данным Шемахановой), мг/г сухой массы
95
68
Дезоксирибонуклеиновая кислота в клубеньках люпина, мг/г
0,04
0,016

Биохимическая роль витамина В12 в азотфиксации мало изучена, известно, что соединения группы В12 входят в состав ферментов метилмалонил-КоА-мутазы и рибонуклеотидредуктазы.

Производные витамина В12 катализируют биохимические реакции, в которых происходит перенос водорода между двумя смежными атомами углерода с одновременным перемещением других групп в противоположном направлении.

Роль кобамидных коэнзимов в клубеньках бобовых растений

Применение азотфиксации в земледелии

Белок важнейший компонент пищи че­ловека и животных. Во многих странах мира в расчете на единицу площади наблюдается резкий дефицит пищевого белка. Бобовые культуры в расчете на единицу площади позволяют получать белка гораздо больше, чем злаковые. Так, количества белка в семенах люпина и сои в 2-3 раза больше, чем в зерне пшеницы, ржи или овса, и в 3-4 раза больше, чем в зерне риса и кукурузы.

Стоимость белка бобовых в 10 раз ниже белка хлебных злаков, при этом он на 80-90% состоит из легкоусвояемых форм, полноценнее по составу аминокислот.

С агрономической точки зрения, бобовые культуру также имеют большое значением, как культуры, обогащающие пожнивными остатками и накапливающие азот в почве, ускоряют минерализацию растительных остатков, повышают коэффициент использования почвенного азота.

По данным длительного опыта, проведенного в Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева Б.А. Доспеховым, на дерново-подзолистой почве введение в севооборот клевера повысило урожайность ржи на 0,75 т/га, и дополнительно при использовании фосфорных и калийных удобрений — на 1,18 т/га. Еще больший эффект был достигнут при применении известкования в дозах 1 т/га на неудобренной почве. Многолетние бобовые культуры способствуют структурообразованию, препятствуют развитию эрозионных процессов, выполняют фитосанитарную функцию. Например, люцерна подавляет возбудителя вертициллезного вилта хлопчатника, поэтому её вводят хлопчатниковые севообороты.

Эффективность максимального использования биологического азота зависит от кислотности почвы, то есть применении известкования, внесения фосфорных, калийных удобрений и некоторых микроудобрений.

При решении практических задач, связанных с азотным питанием, важное место занимает доля биологического азота в балансе питательных веществ. 

Данные о величине симбиотической азотфиксации различны. Например, по данным А.В. Соколова количество фиксированного клевером азота варьирует от 45 до 95%, по данным В.Е. Шевчука, только треть азота фиксируется бобовыми растениями из атмосферы, по данным Е.Н. Мишустина, за год в корневых остатках люцерны накапливается примерно 100 кг/га азота и 50 кг/га у клевера.

Согласно расчетам Н.С. Авдонина, основанных на данных Д.Н. Прянишникова о способности клевер фиксировать 150 кг/га азота в год, люцерны — 250-300 кг/га, величина симбиотического усвоения молекулярного азота может достигать 3 млн т, по расчетам Е.Н. Мишустина — около 3,5 млн т. В масштабе биосферы роль симбиотической азотфиксации невелика, так как на долю бобовых культур приходится около 10% общей площади посевов сельскохозяйственных культур, а в естественных фитоценозах их гораздо меньше.

При благоприятных условиях симбиоза, то есть при рНсол 6-7, обеспеченности фосфором, калием, магнием, бором, молибденом, наличии специфичных вирулентных штаммов клубеньковых бактерий, оптимальной влажности почвы, горох посевной фиксирует до 150 кг/га, бобы кормовые и соя — до 250 кг/га, люпин белый — до 300 кг/га азота, при этом урожайность составляет 30-40 ц/га семян.

Однако в практике обеспечить оптимальные условия удается редко, активность симбиоза ослабляется и фиксируется только 20-60 кг/га азота воздуха при урожайности 12-15 ц/га. Иногда из-за избыточной кислотности почвы, недостатка влаги или питательных веществ фиксации азота не происходит, растения дают низкие урожаи с минимальным содержанием белка.

Данных о поступлении в почву азота с атмосферными осадками также недостаточно. Эта величина варьирует от 2 до 20 кг/га в год. До 90% азота, поступающего с семенами, используется урожаем. С семенами зернобобовых вносится от 8 до 15 кг/га азота, зерновых колосовых — 4-6 кг/га.

Несколько лучше изучены вопросы расходных статей баланса азота. Многочисленными работами ряда авторов показано, что азот удобрений на различных почвах используется на 50-60% в вегетационных опытах и на 40-50% в полевых. Однако при определении коэффициентов использования питательных веществ чрезвычайно важное значение имеет изучение сбалансированного питания растений всеми необходимыми элементами.

По данным В.К. Шильникова и Е.Я. Серова, резервом в мировом масштабе азотфиксации наземных и водных экосистем являются синезеленые водоросли и фитосинтезирующие диазотрофы. Некоторые виды цианобактерий образуют ассоциации с грибами (лишайники), высшими растениями, например, симбиотические ассоциации с водным папоротником Azolla. Эффективность многих аэробных азотфиксирующих микроорганизмов повышается при давлении кислорода менее 2,02 ⋅ 104 Па. Поэтому, в морской и грунтовой воде, в почвах затапливаемых рисовых полей, в горячих источниках могут складываться благоприятные условия для азотфиксации аэробными микроорганизмами.

Филлосфера, то есть поверхность листьев растений также служит нишей несимбиотического гетеротрофного связывания микроорганизмами атмосферного азота. Её вклад в общий баланс азотонакопления оценивается в 13-15%, а способность к азотфиксации филлосферных микроорганизмов — в 55%.

Д.Н. Прянишников уделял большое внимание балансу азота как критерию плодородия почв и урожайности культур. Он был первым, кто подсчитал баланс азота в СССР. В 1937 г. дефицит азота составлял примерно 70%. По его расчетам, в 1940 г. большая часть возвращаемого на угодья азота поступала: с навозом — до 14,8%, с корнями бобовых — 8,2%, с минеральными удобрениями — 3,2%, всего — 26,2%. Остальные 73,8% составлял дефицит.

Изучение процессов микробиологической фиксации азота позволит более эффективно использовать его в земледелии.

К наиболее важным практическим вопросам биологического азота, требующим изучения относятся:

  1. Эколого-биологическое и агрономическое аспекты процесса для полноценного использования и интенсификации азотфиксации.
  2. Изучение механизмов биологического связывания в мягких условиях для разработки новых способов получения азотных удобрений и приемов регулирования процессов азотфиксации.
  3. Генетико-селекционные исследования симбиоза бобовых растений с клубеньковыми бактериями, а также применение генной инженерии, достижений биохимии и молекулярной биологии для распространения процессов азотфиксации на многие сельскохозяйственные культуры.

Литература

Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.

Растениеводство/П.П. Вавилов, В.В. Гриценко, В.С. Кузнецов и др.; Под ред. П.П. Вавилова. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1986. — 512 с.: ил. — (Учебник и учеб. пособия для высш. учеб. заведений).

Peas and beans. Crop production science in horticulture / Antony J. Biddle. 2017. UK.

Минимальная обработка почвы

Минимальная обработка почвы — научно обоснованная обработка почвы, позволяющая снизить энергетические и трудовые затрат за счет уменьшения числа, глубины и обрабатываемой площади поля, совмещения и выполнения нескольких технологических операций в одном рабочем процессе. В условиях экологического почвозащитного земледелия распространение получают более экономичные энергосберегающие технологии минимальной обработки почвы.

Разновидностью минимальной обработки является нулевая, или прямой посев, предполагающий посев в необработанную почву. Для борьбы с сорной растительностью при этом применяют гербициды. Мульчирующая, консервирующая и иные обработки объединяют различные по интенсивности и глубине технологии плоскорезной, чизельной обработок с сохранением на поверхности поля более 30% стерни и растительных остатков. Растительная мульча позволяет сократить потери влаги на испарение, защитить почву от перегрева и эрозии. Поэтому минимальную обработку относят к почвозащитной.

[toc]

Значение минимизация обработки почвы

Необходимость в минимальной обработке почвы обусловливается снижением энергетических и трудовых затрат на ее проведение. В современных технологиях возделывания культур на обработку приходится до 25% трудовых и 40% энергетических затрат.

Интенсификация земледелия требует увеличения мощности тракторов, ширины захвата орудий, но при этом уменьшения массы и давления на почву. Например, трактор К-701 при массе 12 т, оказывает давление ходовыми системами колес 1,7-1,8 кг/см2. Допустимая же нагрузка на почвы в состоянии физической спелости при вспашке составляет 1,0-1,2 кг/см2. Чрезмерное уплотнение приводит к ухудшению агрофизических свойств почвы, снижая, например, полевую всхожесть семян озимой пшеницы на 25% и урожайность на 12-30%.

Применение в севооборотах интенсивной обработки с преобладанием ежегодной вспашки активизирует микробиологические процессы разложения гумуса. Черноземные почвы при отвальной обработке за 30 лет теряют 0,8-1,2% гумуса, что отрицательно влияет на баланс органического вещества и приводит к значительным потерям питательных веществ и энергии. Ускоренное разложение гумуса способствует развитию эрозионных процессов, особенно на склоновых землях. По этой причине минимальную обработку рассматривают в качестве важнейшего условия сохранения потенциального и повышения эффективного плодородия, защиты почвы от эрозии за счет улучшения гумусового баланса и уменьшения потерь питательных веществ. Наряду с этим она существенно сокращает энергетические затраты на обработку и сроки выполнения полевых работ.

Важнейшими условиями эффективного использования минимальной обработки являются:

  • высокий технологический уровень возделывания культур,
  • качественное проведение механизированных полевых работ в оптимальные сроки,
  • обеспеченность предприятия эффективными средствами защиты растений и удобрениями.

Минимизация обработки достигается высокой технической оснащенностью предприятия комбинированными почвообрабатывающими и посевными агрегатами, совмещающими до 4-5 технологических операций, например, обработку почвы, внесение удобрений, гербицидов, посев.

Минимальная обработка почвы в первую очередь необходима на черноземных, каштановых, серых лесных и хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах с оптимальными для растений агрофизическими свойствами, чистыми от многолетних сорных растений полях. Например, уменьшение числа глубоких обработок на черноземных, каштановых, серых лесных и других почвах, возможно при равновесной плотности примерно равной оптимальной и не превышающей 1,2-1,3 г/см3 для зерновых культур и содержанием воздуха не менее 13-15% объема почвы.

Пригодность почв для минимальной обработке определяют по ряду показателей плодородия:

  • содержанию гумуса,
  • водопрочной структуре,
  • коэффициенту пористости,
  • степени и виду засоренности поля.

Пригодными, например, дерново-подзолистые почвы считаются при содержании гумуса не менее 2%, водопрочных агрегатов, то есть частиц размером менее 0,25 мм, более 25-30% и коэффициентом пористости более 0,9. Почвы с коэффициентом пористости менее 0,9 имеют неустойчивое сложение и склонны к уплотнению, что отрицательно сказывается на урожайности.

К основным направлениям минимальной обработки почвы относятся:

  • сокращение числа и глубины основных, предпосевных и междурядных обработок в севооборотах на высокоплодородных почвах и благоприятными агрофизическими свойствами при условии использования (при необходимости) гербицидов;
  • замена глубоких основных обработок под некоторые культуры севооборота поверхностными и мелкими за счет применения широкозахватных плоскорежущих, чизельных, дисковых и иных орудий, особенно под озимые и яровые зерновые культуры;
  • совмещение нескольких технологических операций и приемов в одном рабочем процессе за счет использования комбинированных почвообрабатывающих и посевных агрегатов;
  • применение прямого посева зерновых, кукурузы без предварительной, полосной (в зоне рядка) предпосевной обработки при выращивании пропашных культур.

Выбор приемов минимальной обработки почвы зависит от уровня плодородия, увлажненности зоны, биологических особенностей культуры и степени засоренности полей. Так, на увлажненных землях Северо-Западного района Нечерноземной зоны из-за уплотнения почвы зяблевую вспашку под картофель заменяют мелкой дисковой обработкой на глубину 10-12 см.

При использовании гербицидов сокращается количество междурядных обработок в посевах пропашных. На легких почвах проводят одно предпосевное боронование под ранние яровые, а в системе основной обработки периодически заменяют глубокую вспашку мелкой или дискование на 10-12 см.

При возделывании картофеля, корнеплодов и овощных культур на незасоренных многолетними сорняками полях зяблевую вспашку исключают или заменяют её лущением. Данный прием эффективен на легких по гранулометрическому составу дерново-подзолистых почвах, темно-серых лесных и других хорошо окультуренных почвах.

Хорошее перемешивание почвы с удобрениями достигается при весеннем предпосадочном фрезеровании с использованием орудий с активными рабочими органами, например, КФГ-3,6, ПР-2,7, что способствует повышению качества обработки и росту урожайности на 10-20%.

По данным Рязанской ГСХА, на серых лесных почвах при повторном возделывании кукурузы вспашку достаточно проводить в первый год с заделкой органических удобрений, в последующие три года ее допустимо заменить дискованием на глубину 10-12 см.

Минимальная обработка почвы особенно эффективна на черноземных почвах Центрально-Черноземной зоны, Северного Кавказа, Поволжья при возделывании озимой пшеницы, идущей после зернобобовых, однолетних трав, кукурузы на силос.

Вспашку заменяют мелким рыхлением на глубину 10-12 см с использованием дисковых и лемешных лущильников, культиваторов-плоскорезов типа КПШ-9, КПШ-11, оборудованных игольчатыми боронами БИГ-ЗА и кольчато-шпоровыми катками.

Минимизации основной обработки почвы достигают путем совмещения вспашки и дополнительных приемов по выравниванию и уплотнению почвы. Для этого применяют комбинированные пахотные агрегаты, например, ПКА-2, включающие плуг, рельсовую волокушу в виде бруса из уголкового проката, секции кольчато-шпоровых катков, который хорошо заделывает растительные остатки, дернину, выравнивает и уплотняет почву. Для улучшения крошения и выравнивания почвы при вспашке 5- и 6-корпусные плуги оборудуют специальными приспособлениями типа ПВР-2,3 (узкоклинчатые и кольчатые диски), а полунавесные 7- и 9-корпусные плуги — ПВР-3,5.

Комбинированные почвообрабатывающие и посевные агрегаты, например, КА-3,6 (фреза и зерновая сеялка), МКПП-3,6 (культиватор и зерновая сеялка), ПКР-3,6, СЗС-2,1М, СЗС-6, СЗС-12, КФГ- 3,6 и другие, позволяют совместить предпосевную обработку, внесение удобрений, посев зерновых и прикатывание почвы.

Комбинированные агрегаты
Комбинированные агрегаты и машины:
а - ПКА-2; б - АКП-2,5; в - РВК-3,6; г - ВИП-5,6;
1, 3 - диски; 2, 10 - балластные ящики; 4 - плуг; 5 - рама; 6 - дисковая батарея; 7 - плоскорежущие лапы; 8 - заравниватель; 9, 11, 14, 16 - катки; 12, 17 - выравнивающие брусья; 13, 15 - рыхлительные лапы; 18 - игольчатый диск

Применении агрегатов с фрезерными рабочими органами позволяет отказаться от вспашки, при этом качество предпосевной обработки улучшается, производительность труда возрастает в 1,6-2,2 раза, а затраты труда снижаются на 30-40%. Урожайность зерновых культур увеличивается на 0,35-0,39 т/га.

Плоскорезная обработка почвы защищает почву от эрозии и сокращает энергозатраты по сравнению со вспашкой. В районах ветровой эрозии посевные агрегаты, совмещающие за один проход предпосевную обработку почвы, рядковое внесение удобрений, посев и прикатывание, более эффективны. Также для этих целей используют лущильник-сеялку ЛДС-6 и др.

Качественную предпосевную обработку вспаханной почвы для посева зерновых культур, сахарной и кормовой свеклы, кукурузы обеспечивает применение комбинированных агрегатов, например РВК-3,6, РВК-5,4, ВИП-5,6. За один проход они проводят крошение глыб, выравнивание поверхность и уплотнение почвы.

Таблица. Урожайность сельскохозяйственных культур в зависимости от способа выполнения технологических операций(Пупонин, 1984)1Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.

Способ выполнения технологических операций
Урожайность, т/га
В среднем за 5 лет
озимая пшеница
ячмень
викоовсяная смесь (зеленая масса)
Раздельный (культивация с боронованием, прикатывание, посев)
4,31
3,52
22,5
3,31
Совмещенный (обработка почвы и посев одновременно с помощью КА-3,6)
4,7
3,87
23,1
3,43

Для предпосевной обработки черноземов, подверженных ветровой эрозии, вспашку заменяют применением комбинированных агрегатов типа АКП-2,5, АКП-5, включающих дисковые и плоскорежущие рабочие органы, игольчатые бороны, кольчато-шпоровый каток. Их применяют для подготовки почвы под озимые, идущие по непаровым стерневым предшественникам.

Применение агрегатов АПЛ-1,5 и АПЛ-2 эффективно при коренном улучшении лугов и пастбищ, которые за один проход вносят удобрения, проводят рыхление почвы, измельчают дернину, высевают семена трав и прикатывают почву в рядках. Совмещение этих операций ускоряет окультуривание лугов и пастбищ, повышает их продуктивность при меньших затратах труда и энергии.

Ежегодные поверхностная и плоскорезная обработки увеличивают засоренность полей на 25-30%, особенно многолетними сорными растениями, и поражаемость культур болезнями и вредителями. По этой причине в севообороте чередуют отвальные и безотвальные обработки с применением эффективных средств защиты растений. Продолжительная поверхностная и мелкая обработки вызывают резкую дифференциацию почв пахотного слоя с накоплением гумуса и питательных веществ в верхнем 10-сантиметровом слое почвы.

Культиватор-глубокорыхлитель
Культиватор-глубокорыхлитель КФГ-3,6:
1, 11 - опорные колеса; 2 - винтовой механизм регулировки колес; 3, 9 - бортовые редукторы; 4 - рама; 5, 8 - боковые валы, закрытые кожухами; 6 - центральный редуктор; 7 - навесное устройство; 10 - кожух фрезербарабана; 12 - фрезербарабан; 13 - рыхлящая лапа; 14 - карданный вал

Снижение биологической активности в нижних слоях и мобилизация микроорганизмами азота верхнего 10-сантиметрового слоя ухудшают азотное питание растений. По этой причине при минимальных обработках дозы азотных удобрений увеличивают на 10-15%.

Постоянные поверхностные обработки также приводят к уплотнению нижних слоев почвы, ухудшаются их водо- и воздухопроницаемость, что обуславливает необходимость периодического глубокого рыхления с применением безотвальных или чизельных орудий.

Литература

Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.

Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. Под ред. В.С. Никляева. — М.: «Былина», 2000. — 555 с.

Основы агрономии: учебное пособие/Ю.В. Евтефеев, Г.М. Казанцев. — М.: ФОРУМ, 2013. — 368 с.: ил.

Посев (посадка)

Посев (посадка) — размещение семян, зерновок, клубней или рассады по площади поля на определенную глубину с учетом обеспечения растений оптимальной площадью питания. Посев должен обеспечить равномерное распределение семян по площади поля и в почве с учетом глубины для создания благоприятных условий прорастания и появления дружных всходов, хорошей освещенности растений и возможности механизированного ухода.

Основные требования к посеву:

  • использование районированных сортов;
  • применение семян высоких репродукций с лучшими сортовыми и посевными качествами;
  • соблюдение оптимальных норм высева, глубины и сроков посева;
  • выбор способа посева с учетом вида культуры, увлажненности зоны и других условий.
Посев
Посев
[toc]

Площадь питания

Площадь питания — площадь, занимаемая одним растением и обеспечивающая оптимальные условия роста и развития, следовательно, наибольшую урожайность.

Зависит от:

  • вида и густоты стояния растений, то есть их количества, приходящегося на 1 м2 или 1 га,
  • степени кущения и ветвления,
  • увлажненности зоны,
  • продолжительности вегетационного периода.

Так, для позднеспелых сортов необходима большая площадь питания по сравнению с раннеспелыми сортами. В условиях теплого и засушливого климата площадь питания должна быть больше, а следовательно, и норма высева. Например, для Нечерноземной зоны оптимальная площадь питания одного растения озимой пшеницы составляет 20 см2, для левобережного Поволжья — 25 см2. На почвах с высоким уровнем плодородия площадь питания меньше, чем на менее плодородных. В условиях орошаемого земледелия возможно увеличение густоты стояния растений.

Наибольшая продуктивность растений достигается при оптимальной площади питания, по форме близкой к квадрату.

Площадь питания определяется для каждой культуры и сорта экспериментальным путем применительно к конкретным условиям возделывания.

Глубина посева

Глубина посева — расстояние от поверхности почвы до нижней части высеваемых семян. Оптимальная глубина посева та, при которой обеспечивается наибольшая полнота всходов равномерных и неослабленных.

Глубина посева зависит от:

  • биологических особенностей растений,
  • гранулометрического состава почвы,
  • влажности почвы,
  • размера семян.

Чем крупнее семена, тем больше глубина посева. Бобовые растения, которые выносят семядоли на поверхность почвы, например, люпин, требуют неглубокой заделки на 4-5 см. Злаковые и мелкосемянные заделывают на глубину 2-3 см, например семена клевера, льна, злаковых трав.

Глубина посева составляет:

При посеве в сухую почву глубину посева увеличивается для улучшения влагообеспеченности прорастающих семян. Глубокая заделка на тяжелых заплывающих почвах приводит к изреживанию и замедленному появлению ослабленных всходов. Поэтому глубина посева на тяжелых суглинистых и глинистых почвах меньше, чем на легкосуглинистых и супесчаных.

Норма высева

Норма высева — количество всхожих семян или их масса с учетом посевной годности, высеваемых на 1 га, обеспечивающая нормальные по густоте всходы и хорошую урожайность. Выражается числом всхожих семян (млн, тыс. шт.) и массой семян (кг, ц) на 1 га.

Норма высева различных культур определяется соответственно требованиями растений к площади питания и размером семян (массы 1000 семян), целью возделывания, например, на зерно или силос, окультуренностью почвы, условиями увлажнения, способом посева. Норма высева мелкосеменных культур, как правило, выше, чем крупносеменных. Так, у гороха она составляет 1,2 млн шт/га при массе 1000 зерен 250 г, у озимой пшеницы — 5 млн шт/га при массе 1000 зерен 44 г.

При широкорядном посеве норма высева меньше, чем при обычном рядовом; в засушливых условиях ее уменьшают, а в зонах достаточного увлажнения или при орошении, наоборот, увеличивают.

Для разных природно-климатических зон экспериментально определены примерные нормы высева семян с учетом биологических особенностей сорта, метеорологических и иных условий. Изменение нормы высева позволяет регулировать густоту стояния растений, и, следовательно, условия жизни растений.

Норма высева зависит от всхожести, чистоты и массы 1000 семян. Для расчета весовых норм высева предварительно рассчитывают посевную годность семян, то есть содержание (в %) чистых и одновременно всхожих семян:

где Пг — посевная годность семян, %, Ч — чистота семян, %; В — всхожесть семян, %.

Например, при чистоте семян озимой пшеницы 98% и их всхожести 95% посевная годность составит:

Весовая норма высева с учетом посевной годности рассчитывается по формуле:

где Нв — весовая норма высева, кг/га; К — количество семян, млн/га; М— масса 1000 семян, г; Пг — посевная годность, %.

Пример. В Центрально-Черноземной зоне рекомендованная норма высева семян озимой пшеницы составляет 5 млн/га; массе 1000 семян — 44 г при посевной годности 93,1%. Весовая норма высева составит:

Количество семян сахарной свеклы N, высеваемых на 1 м рядка при пунктирном посеве определяется по формуле:

где m — число всходов на 1 м рядка; Вп — полевая всхожесть семян, %; К — коэффициент ростковости семян.

Норма высева зависит также от засоренности полей и предшествующей культуры. Изреженность посевов при неблагоприятных условий может приводить к увеличению засоренности сорной растительностью. Поэтому на засоренных полях и при размещении после культур, оставляющих после себя достаточно засоренные поля, например, озимые после непаровых предшественников, норму высева семян увеличивают на 10-12%. Её увеличивают и при высеве устойчивых к полеганию и менее кустящихся сортов, например, озимой пшеницы сорта Безостая 1.

Способы посева

Выделяют следующие способы посева:

  • рядовые:
    • узкорядный;
    • перекрестный;
    • широкорядный;
    • ленточный;
    • пунктирный;
    • бороздковый;
    • гребневой;
    • полосный;
  • разбросный;
  • полосный.

Рядовые способы получили наибольшее распространение. Семена этим способом распределяются рядами с различной шириной междурядий, чаще от 10 до 25 см, и заделываются в почву при помощи сошников сеялки. Рядовые способы применяют для посева культур, не требующие большой площади питания: зерновые, горох, гречиху, однолетние и многолетние травы.

Для зерновых культур расстояние между рядками составляет 15 см. Для их посева используют обычные рядовые сеялки, например, СЗ3-6, СЗТ-3,6, СЗС-2,1 и другие.

В районах, подверженных ветровой эрозии, ширина междурядий составляет 22,8 см.

Недостатком обычного рядового способа является загущенность растений в рядках при высоких нормах высева семян, которые могут быть более 6 млн/га.

При разбросном способе посева семена размещаются по поверхности почвы без рядков и заделывают в почву боронами или другими орудиями.

При полосном способе посева семена размещаются узкими полосами с хаотичным распределением их в полосе.

Кроме вышеперечисленных способов существуют также совмещенный и прямой способы посева.

Совмещенный посев — посев, при которых одновременно высевают две или более культур, например, смеси кукурузы с кормовыми бобами, сорго или подсолнечником; вики с овсом; клевера с тимофеевкой. При таком способе семена двух культур высевают в разные рядки и заделывают их на разную глубину или посев проводят в междурядья одной культуры семян другой. Такой способ часто применяют для посева промежуточных культур. Совмещенный посев позволяет увеличить продуктивность поля и сократить сроки посева.

Прямой посев зерновых культур — посев без предварительной обработки почвы с помощью специальных сеялок прямого высева, например, СЗПП-4. Применяют на слабозасоренных почвах с высоким уровнем плодородия. Особое внимание при прямом посеве уделяют расположению рядков культуры, которые должны размещаться с севера на юг для получения более высоких урожаев. За счет лучшей освещенности при тех же затратах урожайность увеличивается на 10-28% с 1 га.

Выбор способа посева определяют с учетом требований культур к площади питания, освещенности, влаге и способам механизированного ухода за растениями.

Узкорядный способ

Узкорядный способ посева — рядовой посев с размещением семян с междурядьями до 10 см. Уменьшение ширины междурядий зерновых культур до 7,5 см позволяет более равномерно распределить семена по площади поля. Форма площади питания каждого растения от вытянутого прямоугольника в обычном рядовом посеве приближается к квадрату. При этом улучшается освещенность в рядках, усиливается процесс фотосинтеза и возрастает устойчивость к полеганию. Применяется для посева зерновых культур, трав и льна.

Перекрестный способ

Перекрестный способ посева — рядовой посев с размещением семян по площади полю в двух пересекающихся направлениях. Норма высева за один проход сеялки составляет половину заданной. При этом достигается равномерное распределение семян, создаются лучшие условия для использования растениями света, влаги, питательных веществ. Перекрестному способу посева способствует выровненность поверхности поля при двух проходах агрегата, что приводит к равномерному созреванию зерна и качественной их уборке. При этом способе сильнее угнетается сорная растительность и снижается её вредоносность.

Перекрестный способ используют для посева зерновых культур, трав и мелкосеменных технических культур.

К недостаткам относятся удвоение числа проходов агрегата по полю, и как следствие, дополнительное уплотнение почвы, увеличение затрат труда, топлива и времени на посев. Однако повышение урожайности при условии своевременного и качественного выполнения посевных работ перекрывает дополнительные затраты.

Широкорядный способ

Широкорядный способ посева — рядовой посев с размещением семян шириной междурядий более 25 см. Применяют при возделывании пропашных культур. Широкие междурядья, чаще 45, 60, 70 см, позволяют проводить междурядные обработки почвы во время вегетации растений, вносить удобрения, гербициды и средства защиты растений. Однако широкорядный способ посева приводит к неравномерному распределению семян, что может отрицательно сказываться на росте растений.

Ленточный способ

Ленточный способ посева — рядовой посев, в два или несколько рядков с расстоянием между ними от 7,5 до 15 см, образующих ленты, и чередующихся с широкими междурядьями 45-70 см для прохода техники. Ленточный способ используют для посева моркови, лука и другие овощных культур, а также лекарственных и растения с небольшой площадью питания. В связи с медленным ростом в начальные фазы вегетации они могут угнетаться сорной растительностью и требуют проведения междурядных обработок без повреждения растений.

При ленточном способе культуры полнее используют площадь питания и дают большую урожайность, чем при широкорядном способе. В зависимости от количества рядков в ленте различают двух-, трехстрочный и т.д. способы. Для посева используют овощные и зернотравяные сеялки при соответствующей расстановке сошников.

Пунктирный способ

Пунктирный способ посева — рядовой посев с одиночным равномерным распределением семян в рядках, то есть семена располагаются в рядке по одному на заданном расстоянии друг от друга. Ширина междурядий может быть 45, 60, 70 см.

Точность высева семян достигают калибровкой семян и применением специальных сеялок точного высева. Пунктирный способ применяют при выращивании сахарной свеклы, кукурузы и овощных культур. Преимуществом способа является равномерное, точное распределение семян в рядке и по площади, что позволяет исключить прореживание растений в рядках и повысить урожайность культур.

Бороздковый способ

Бороздковый способ посева — посев семян на дно специально образуемой бороздки. Применяется в районах риска ветровой эрозии для посева зерновых и кукурузы. Бороздки позволяют лучше сохранять влагу, задерживать снег, защищать всходы от выдувания и ускорять их появление, сохранять всходы озимых от вымерзания.

Более глубокая заделка семян яровых культур в увлажненный слой бороздки благоприятствует их прорастанию и влагообеспеченности. Однако небольшая гребнистость почвы при этом способе посева увеличивает потери влаги на испарение.

Гребневой способ

Гребневой способ посева — размещение семян на специально образуемых гребнях. Применяется на избыточно увлажненных тяжелых почвах, например, при выращивании картофеля и овощей. Гребневой способ посева позволяет лучше обеспечивать растения воздухом, питательными веществами, способствует прогреванию почвы и отводу избыточной влаги по бороздам.

Полосный способ

Полосный способ посева — разбросной посев с расположением семян полосами шириной более 10 см. Семена в полосе располагаются хаотично, что позволяет культурам с малой площадью питания рационально использовать посевную площадь.

Полосный способ используется для посева некоторых овощных культур.

Сроки посева

Сроки посева определяются биологическими особенностями культур, условиями почвенной среды и уровнем интенсификации земледелия.  Оптимальный срок посева устанавливают исходя из достаточного наличия в почве всех условий для прорастания семян — тепла, влаги, воздуха с учетом биологических требований культур. Посев всегда проводится в физически спелую, хорошо прогретую почву, чистую от сорной растительности.

Установленные сроки посева для различных культур должны корректироваться в зависимости от складывающихся условий: характера весны, распределения атмосферных осадков в течение периода вегетации, длины вегетационного периода, возможности вызревания, степени засоренности, развития болезней и вредителей.

Определяющим показателем весеннего срока посева культуры являются температура почвы, при которой начинается прорастание семян, и способность всходов противостоять возможным весенним заморозкам.

По срокам посева культуры подразделяются на культуры раннего, среднего и позднего сроков посева.

Семена ранних яровых культур способны прорастать при температуре посевного слоя почвы 1…2 °С, всходы переносят заморозки до —4…—6 °С. Оптимальной для прорастания семян и формирования полноценных всходов считается температура 6…10 °С. К культурам раннего срока посева относятся ячмень, овес, яровая пшеница, сераделла, многолетние травы, морковь. Их высевают в первые дни весенних полевых работ.

Ранние сроки посева яровых зерновых культур позволяют полнее использовать весеннюю влаги, питательные вещества и режимы светового дня. Эти культуры в меньшей степени подвержены поражаемости фузариозом и ржавчиной, меньше повреждаются шведской и гессенской мухами, посевы более устойчивы к засоренности полей.

В степных засушливых районах Поволжья и Сибири растения, например, яровой пшеницы при ранних сроках посева успевают до летней засухи развить мощную корневую систему, обеспечивающая их влагой нижних глубоких слоев почвы. Однако, на севере Нечерноземной зоны, северной лесостепи Сибири, Урала слишком ранние сроки посева увеличивается риск повреждения всходов весенними заморозками, а в некоторых регионах повышается засоренность посевов.

Семена культур среднего срока посева прорастают при температуре почвы 3…6 °С, всходы выдерживают заморозки до -3…-4 °С. К ним относят лен, вику, люпин, свеклу, подсолнечник, нут, кормовые бобы и др.

Семена культур позднего срока посева семена прорастают при 8…12 °С, но равномерность всходов обеспечивается при температуре 16…18 °С, поэтому их высевают в хорошо прогретую почву, при отсутствии опасности заморозков. К ним относятся кукуруза, соя, просо, сорго, фасоль, гречиха, клещевина, рис и др.

Сроки посева культур зависят от распределения осадков в весенне-летний период. Так, сроки посева яровой пшеницы — ведущей зерновой культуры в Алтайском крае — существенно различаются по зонам: для Западно-Кулундинской подзоны оптимальные сроки приходятся на третью декаду мая, для Приобской подзоны — вторую декаду мая, для восточных и предгорных районов — первую декаду мая.

Согласно данным исследований, проведенных на Шадринской опытной станции Курганской области (Колмаков П.П., 1981), сроки посева оказывают значительное влияние на засоренность полей овсюгом (Avena fatua) и урожайность яровой пшеницы. Ранние посевы приводят к медленному развитию и сильному засорению овсюгом. Причина заключается в том, что массовые всходы овсюга появляются в более поздние сроки — с 10 по 15 мая, когда почва достаточно хорошо прогреется. Перенесение сроков посева яровой пшеницы на 15-25 мая позволяет использовать высвободившийся период времени для борьбы с овсюгом с помощью предпосевных обработок. Засоренность при этом снижается в несколько раз, а урожайность повышается на 0,49 т/га.

Срок посева озимых культур определяют с учетом сроков наступления заморозков, до которых растения должны хорошо укорениться и развить надземную массу. Как правило, их высевают за 45-55 дней от появления всходов до прекращения вегетации. Плохое укоренение и ослабленные растения позднего срока посева не успевают накопить достаточное количество пластических веществ, страдают от неблагоприятных условий перезимовки и плохо противостоят сильным морозам. Напротив, посев в оптимальные сроки способствует накоплению необходимого количества углеводов, повышает устойчивость к перезимовке, болезням и вредителям.

По обобщенным данным научно-исследовательских учреждений, оптимальные сроки посев для озимой пшеницы для Нечерноземной зоны приходятся на 10-25 августа, Центрально-Черноземной зоны и Среднего Поволжья — 20 августа — 1 сентября, Нижнего Поволжья 1 — 20 сентября, Северного Кавказа 15 октября — 5 ноября.

Озимую рожь можно высевать на 5-7 дней позже, так как ранний посев приводит к её перерастанию и выпреванию. Предельным сроком посева озимой ржи считается время, когда устанавливается среднесуточная температура воздуха 10 °С.

Срок посева озимых культур должен уточняться для конкретных условий в зависимости от погоды, влажности почвы, сортовых особенностей культур.

Литература

Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.

Основы агрономии: учебное пособие/Ю.В. Евтефеев, Г.М. Казанцев. — М.: ФОРУМ, 2013. — 368 с.: ил.

Агротехнические методы борьбы с сорняками

Агротехнические методы борьбы с сорняками — истребительные мероприятия сорных растений, основанные на использовании технических средств и приемов обработки почвы.

Преимуществом агротехнических методов борьбы является их экономическая эффективность относительно других методов и сочетание с мероприятиями по обработке почвы.

Агротехнические методы борьбы с сорняками включают:

  • провокацию семян к прорастанию;
  • механическое и физическое уничтожение;
  • истощение;
  • удушение;
  • высушивание;
  • вымораживание и др.

В системе обработки почвы агротехнические методы подразделяются на:

  • в системе основной обработки почвы;
  • в системе предпосевной обработки почвы;
  • при уходе за посевами;
  • в послеуборочный период.

Рациональное и своевременное применение агротехнических методов позволяет снизить засоренность посевов сорными растениями на 50-60%, увеличить конкурентоспособность культурных растений за счет создания благоприятных условий жизнедеятельности, подавить возбудителей болезней и вредителей. Основная роль среди агротехнических методов отводится основной обработке почвы.

Лущение
Лущение - один из агротехнических методов борьбы с сорняками
[toc]

Приемы агротехнических методов борьбы

Провокация семян к прорастанию

Прием, позволяющий создать благоприятные условия для быстрого и одновременного прорастания и появления всходов сорняков с последующим их уничтожением.

Заключается в поверхностной обработке почвы, её уплотнении и увлажнении в теплое период года.

Применяется на полях с высокой засоренностью сорными растениями.

Механическое уничтожение

Подрезание или выдергивание сорняков вручную или орудиями обработки почвы.

Применяется на засоренных полях всеми видами сорных растений.

Прием эффективен в системах основной, предпосевной обработок почвы и при уходе за посевами.

Физическое уничтожение

Уничтожение сорняков и их органов размножения под воздействием физических факторов: огня, затоплении полей и участков водой, воздействием электрического или электромагнитного полей и др.

Истощение

Регулярное подрезание вегетативных органов сорняков с целью истощения запаса питательных веществ, расходующихся на отрастание новых побегов, подлежащих в дальнейшем уничтожению.

Применяется на полях и участках, засоренных многолетними и двулетними сорными растениями.

Метод наиболее эффективен в борьбе с корнеотпрысковыми сорняками в системе зяблевой обработки почвы.

Удушение

Измельчение подземных органов размножения многолетних сорняков орудиями обработки на основной глубине их залегания и последующей глубокой запашкой отрезков (шилец) в почву.

Применяется в систем зяблевой обработки почвы на полях, засоренных многолетними корневищными сорняками.

Высушивание

Высушивание измельченных корневищ и вегетативных органов сорных растений под действием солнечных лучей при обработках почвы в сухую и жаркую погоду.

Вымораживание

Извлечении при глубокой вспашке на поверхность почвы подземных частей многолетних сорных растений поздней осенью, которые при наступлении заморозков,  теряют жизнеспособность.

Эффективен преимущественно в районах с малоснежными морозными зимами.

Система обработки почвы

В зависимости от способа обработки почвы выделяют три системы обработки почвы: отвальную, безотвальную (в том числе плоскорезную) и комбинированную.

При переходе на регулярную безотвальную обработку, например, на эродированных и подверженных эрозии почвах, усиливается засоренность посевов отдельных культур, в следствии аккумуляции основной массы сорняков в верхнем слое почвы и ухудшения питательного режима, что, естественно, ведет к падению урожайности. Прежде всего к этому чувствительны ячмень, озимая пшеница, многолетние травы.

При отвальной обработке запас семян снижает в меньшей степени, так как глубокая их заделка создает эффект консервации на длительный период. При последующих обработка, оказавшись в верхних слоях, они успешно дают всходы.

Применение агротехнических методов борьбы в системах обработки почвы

В системе основной обработки почвы

Зяблевая отвальная обработка почвы является основным мероприятием в арсенале агротехнических методов борьбы с сорняками, первым приемом которой является лущение.

Лущение

Лущение позволяет уничтожить низкорослые сорняки, встречающиеся в посевах зерновых и, как правило, сохраняющиеся при уборке, а также активировать ростовые процессы семян, осыпавшиеся в течение года.

По данным НИИСХ Юго-Востока, семена щирицы, щетинника, куриного проса и других пожнивных сорняков, собранные до проведения лущения почвы и поставленные на проращивание, не давали всходов в лабораторных условиях, в то время, как собранные после лущения дисковыми орудиями, прорастали на 67-92%.

Влажность почвы оказывает значительное влияние на эффективность лущения для провоцирования прорастания семян. Дефицит влаги приводит к задержке прорастания. При достаточном увлажнении лущение обеспечивает прорастание 30-40% семян сорных растений, находящихся на глубине обработки лущильника.

Глубина и сроки проведения, а также орудия лущения выбираются в зависимости от почвенных условий, видового состава сорной растительности и степени засоренности.

Сроки проведения. Более ранние сроки проведения повышают эффективность данного приема. Исследования Российского НИИ льна показали, что лущение, проведенное 20 августа, дало прорастание 2400 сорняков на 1 м2, в то время, как проведенное в конце сентября дало эффект лишь 16 сорняков на 1 м2. Кроме того, запаздывание с лущение дает возможность пожнивным сорнякам обсемениться и пополнить банк семян.

Самый большой эффект лущения достигает при проведении его одновременно с уборкой урожая или сразу после неё. 

В Нечерноземной зоне из-за короткого послеуборочного периода, проведение лущения должно быть выполнено в сжатые сроки.

Глубина лущения. Эффективность приема зависит от глубины обработки, которая определяется степенью засоренности, влажностью и гранулометрическим составом почвы, наличием послеуборочных остатков, и находится в пределах от 6-8 до 10-14 см.

Способы лущения. В центральных, западных и южных районах Нечерноземной зоны широко применяют двукратное лущения: первое проводят дисковыми лущильниками на глубину 6-8 см, второе — лемешными лущильниками или тяжелыми дисковыми боронами на глубину 12-14 см. В сочетании со вспашкой такой способ позволяет снизить засоренность на 80-90%, что особенно эффективно в овощеводстве, после рано убираемых культур.

Лущение на глубину 10-12 см позволяет ослабить рост многолетних корнеотпрысковых сорняков (бодяк полевой (Cirsium arvense), осот полевой (Sonchus arvensis), горчак розовый (Rhaponticum repens), вьюнок полевой (Convolvulus arvensis) и др.). Через 2-3 недели после появления всходов проводят вспашку на глубину пахотного слоя плугами с предплужниками. Данный прием позволяет снизить засоренность многолетними сорными растениями 70-75%.

Для борьбы с корневищными сорняками (пырей ползучий (Elytrigia repens), свинорой (Cynodon), мать-и-мачеха (Tussilago), хвощ полевой (Equisetum arvense)), проводят лущение сразу после уборки урожая на глубину 10-12 см в два-три следа вдоль и поперек. Через 10-15 дней отрезки корневищ и побеги запахивают плугами с предплужниками на глубину пахотного слоя. Несоблюдение данной технологии или запаздывание в его проведении может усилить засоренность поля, особенно пыреем ползучим.

Выбор орудий. Лемешные лущильники показывают менее производительны по сравнению с дисковыми лущильниками или тяжелыми дисковыми боронами.

Вспашка

Глубокая вспашка, проведенная после лущения, во время массового отрастания большей части сорняков хорошо их уничтожает, что позволяет сократить засоренность полей в 4 раза по сравнению с зяблевой обработкой без лущения. Зяблевая вспашка плугом с предплужником, проведенная после пожнивного лущения, перемещает 55-70% семен из верхних слое в почве на глубину 8-16 см, где они прорастают, но оказываются ниже предела появления, то есть не дают всходов и погибают.

Применение чередования глубокой вспашки с обычной или мелкой уменьшает засоренность почвы на 35-40%.

Эффективность вспашки зависит от глубины обработки почвы и сроков её проведения.

Сроки проведения. При запаздывании с проведением глубокой обработкой почвы, сорные растения (особенно многолетние) успевают развить мощную корневую систему и накопить запас пластических веществ, что затрудняет борьбу с ними в последующие периоды.

Способы вспашки. В районах Нечерноземной зоны, Поволжья и Северного Кавказа — высокоэффективный прием в системе обработки почвы в борьбе с сорняками является вспашка двухъярусным плутом, который выполняет полное оборачивание пахотного слоя, лучшее качество вспашки и более глубокую заделку семян. Данный способ в 2-2,4 раза повышает эффективность органических удобрений при этом существенно уменьшается засоренность посевов.

Полупаровая обработка зяби, то есть поверхностная обработка почвы после вспашки, создает благоприятные условия для развития сорняков в осенний период, которые не успевая развиться, погибают от первых заморозков или вымерзают зимой. Вспашку с трехкратной культивацией при полупаровой обработке можно заменить тремя дискованиями, что не снижает эффективность этих приемов в борьбе против злостных сорняков, в том числе пырея ползучего (Elytrigia repens).

В системе почвозащитной основной обработки почвы

Внедрение почвозащитных технологий обработки почвы на эродированных и потенциально подверженных эрозии почвах в современном земледелии привело к изменению видового состава сорной растительности. Агрофитоценозы таких земель сильно отличаются от равнинных: численность сорняков увеличивается вниз по склону, в нижней части рельефа преобладают многолетние сорняки.

При длительном использовании плоскорезной и минимальной обработках засоренность возрастает на 60-80%. Если в системах основной обработки почвы, основанной на вспашке, преобладают однолетние сорняки, преимущественно яровые, то при поверхностной обработке — корневищные и корнеотпрысковые.

При бесплужной обработке запас жизнеспособных семян, находящихся в глубоких слоя, с течением времени теряет всхожесть. Поэтому в данной системе обработки почвы основная задача в борьбе с сорняками обеспечить чистоту верхнего слоя 0-10 см. Достигается это путем периодических поверхностных обработок в летне-осенний период. 

В условиях умеренного климата при коэффициенте увлажнения 1-0,55, на эродированных и подверженных эрозии почвах, применяют плоскорезные и поверхностные приемы обработки. Во время уборки культуры по таким полям разбрасывается солома или сидераты, с последующей заделкой их в почву. Соломенную мульчу заделывают боронами БИГ-3, БМ1П-15, УНС-5,7 на глубину до 8 см. Сидеральные культуры, например, донник — тяжелыми дисковыми боронами БДТ-7 в 1-2 следа. В случае повторного отрастания сорняков — через 15-20 дней проводят дополнительную обработку БМШ-15 и БДТ-7. Данный прием позволяет уничтожить сорняки, оставшиеся в стерне.

В системах обработки на чистых и занятых парах

Наибольший эффект истребления сорняков наблюдается в системах обработки чистых и занятых паров.

Как правило, под чистый пар отводят самые засоренные поля.

Технология обработки чистого пара должна быть почвозащитной. Она включает:

  1. послеуборочное лущение;
  2. осеннюю зяблевую вспашку плугом с предплужником;
  3. с весны следующего года — систему весенне-летнего ухода.

Вместо механических обработок допустимо применение гербицидов.

В зависимости от типа засоренности выбирают способ лущения:

  • при обилии малолетних сорняков проводят однократное лущение на глубину 5-7 см;
  • при наличии корнеотпрысковых — двукратное лущение лущильниками, дисковыми боронами или культиваторами-плоскорезами на глубину 6-8 и 10-14 см;
  • при наличии корневищных — двукратное продольно-поперечное лущение на глубину 10-12-14 см.

Весной на поверхности парового поля массово прорастают семена, выпаханные осенью. Для уничтожения всходов сорной растительности наиболее эффективны лемешные лущильники при обработке на глубину от 6-8 до 8-14 см. При этом уничтожаются малолетние сорняки, а многолетние сильно истощаются.

В системе борьбы с сорной растительностью на чистых и занятых парах следует учитывать особенности озимых и зимующих сорных растений — наиболее опасных для озимых культур. Паровая система не обеспечивает полной очистки полей от этих сорняков.

В системе предпосевной обработки почвы

Истребительные мероприятия по борьбе с сорной растительностью в системе предпосевной обработки почвы подразделяются:

Эффективность зависит от интенсивности прорастания и появления всходов. 

Увеличенная глубина культивации в системе предпосевной обработки существенно влияет на засоренность полей многолетними сорняками, за счет хорошей прорастаемости и аэрации почвы.

Обработку на глубину пахотного слоя обычными культиваторами не проводят, а используют чизель-культиваторы или чизельные плуги. Помимо уничтожения сорной растительности, данным прием устраняет последствия уплотнения почвы от проходов техники, тракторов и комбайнов.

Для ускорения появления всходов мелкосемянных культур (овощные, лен, просо, многолетние травы) проводят допосевное прикатывания почвы, способствующее более равномерной заделке и ускорению появление, а также усиливает прорастание сорняков.

В системе предпосевной обработки почвы целесообразно применять комбинированные агрегаты, способствующие улучшению экологических условий роста и развития культур, а также снижению засоренности и количество проходов техники. Дополнительные затраты труда при этом уменьшаются в 1,4-2,0 раза, производительность, соответственно, повышается в 1,6-2,2 раза.

Под посев озимых культур

Оптимальные условия для прорастания семян озимых и зимующих культур складываются при температуре почвы около 20 °С и влажности не менее 20-25%. 

Под посев яровых культур

До момента посева ранних яровых культур дают всход только 20% сорняков от общего количества, еще от 20 до 70% прорастают после высева, остальные прорастают в течение всего сезона до заморозков. В зависимости от складывающихся погодных условий интенсивность может усиливаться или ослабевать.

Под посев культур позднего сева

Наибольший эффект истребительных мероприятий достигается в предпосевной обработке под поздние культуры потому, что большинство ранних яровых сорняков (марь белая (Chenopodium album), пикульники (Galeopsis), горцы (Polygonum), редька дикая (Raphanus raphanistrum), горчица полевая (Sinapis arvensis) и др.) к моменту сева проросли и могут быть легко уничтожены боронованием с последующей культивацией.

При сильной засоренности полей многолетними, корневищными и корнеотпрысковыми сорняками, обработку весной начинают с культивации на глубину 14-16 см. По мере отрастания сорных растений выполняют вторую и, при необходимости, третью послойную культивацию на глубину посева семян. Такой прием приводит к истощению корневой системы многолетних сорняков.

Первая и вторая культивация должны быть выполнены через как можно больший период, чтобы дать возможность большему числу сорняков дать возможность прорасти. Сразу после первой культивации, когда подсохнет верхний слой, эффективно провести прикатывание для создания оптимальных условий прорастания семян, особенно на слабоудерживающих влагу почвах. Благодаря данному приему всходы сорняков появляются на 4-6 раньше, а их количество в 2-3 раза больше.

Под кукурузу, просо, гречиху проводят две-три допосевные культивация, что уничтожает сорную растительность и повышает урожайность культур на 10-15%.

При уходе за посевами

Основные приемы обработки почвы по уходу за посевами включает основные приемы:

  • прикатывание;
  • боронование;
  • междурядные рыхления;
  • окучивание.

Сроки выполнения приемов определяют состоянием культурных и сорных растений, при наибольшей чувствительности к механическим воздействиям сорняков, а снижение урожайности от возможного повреждения посевов минимально.

Наибольший вред яровым культурам в Нечерноземной зоне причиняют сорняки, вырастающие в весенне-летний период, и многолетники, а озимым культурам — озимые и зимующие сорняки, взошедшие осенью. Оптимальные условия прорастания для последних создаются сразу после посева, при наступлении пасмурных дней с выпадением осадков и относительно благоприятными температурами.

Прикатывание

При довсходовом бороновании выполняют прикатывание, провоцирующее к прорастанию семена сорняков за счет создания благоприятных условий с последующим их уничтожением. Эффективность приема зависит от гранулометрического состава, влажности и спелости почвы, массы катков. На тяжелых почвах и переувлажненных прикатывание может показать отрицательный результат.

Боронование

После посева крупных семян на глубину не менее 5-6 см проводят в довсходовый период боронование. Эффективность боронования составляет 80-90% уничтоженных проростков и всходов сорняков, в осенний период — 70-95%. Рыхление выполняют на глубину таким образом, чтобы между зубьями бороны и проростками культурных растений оставалось не менее 0,5-0,8 см.

В целях уменьшения повреждения культурных растений боронование проводят поперек рядов или под углом со скоростью не более 4 км/ч в жаркое время для, когда у растений ослаблен тургор.

Боронование озимых культур. Для улучшения агрофизических свойств, когда почва сильно уплотнена и заплыла, а также для борьбы с сорной растительностью, боронование целесообразно проводить весной. Наилучшие результаты достигаются при бороновании подсохшей почвы в посевах озимых, когда она легко разрыхляется. В засоренных посевах, где озимые повергались выпиранию вместо боронования применяют прикатывание.

Раннее боронование озимых не рекомендуется из-за физической неспелости почвы, равно как и боронование пересохшей почвы.

Боронование яровых культур. Для яровых характерны ранние яровые, корнеотпрысковые и корневищные сорняки. Из-за образующейся корки, усиливается испарение влаги и ухудшается аэрация почвы, что отрицательно влияет на всхожесть и приводит к изреживанию сходов. Поэтому через 4-5 дней после посева проводят довсходовое боронование.

В посевах мелкосемянных культур (овощные, просо, лен, многолетние травы) боронование, как правило, не проводят из-за сильного повреждения всходов.

Боронование культур позднего сева. Наиболее эффективно боронование в посевах пропашных культур — картофеле, кукурузы, овощных.

Междурядное боронование хорошо уничтожает сорняки в междурядьях и частично в рядках. Количество обработок зависит от степени засоренности и культуры. Глубина обработок начинается с 5-7 см и увеличивается при следующих обработках на 2-3 см. При достижении высоты культурных растений 30-40 см рыхление междурядий выполняют на глубину до 14 см.

Посевы кукурузы из-за неравномерности прорастания боронуют в 2-3 срока, за 3-4 дня до появления всходов: на рыхлых почвах — легкими зубовыми или сетчатыми боронами; при небольшом уплотнении — средними, при сильном — тяжелыми боронами. Для уменьшения повреждения растений боронование в фазе двух-трех листьев целесообразно применять средние зубовые или легкие бороны. Повторяют боронование в фазе 4-5 листьев. В годы с долгим холодным весенним периодом, когда рост кукурузы замедлен, а сорняки хорошо укореняются, проводят четвертое боронование. Боронование посевов кукурузы позволяет уничтожить 90-95% сорняков и повысить урожайность на 20-25%.

Картофель также имеет свои особенности. Из-за длительного довсходового периода 20-30 дней при хороших погодных условиях посевы могут сильно зарастать сорняками. Поэтому борьба с сорной растительностью и рыхление почвы в довсходовый период и при уходе за посадками способствует росту урожайности на 20%.

Боронование посевов картофеля через 6-8 дней после посадки сетчатыми и легкими боронами уничтожает основную массу сорняков преимущественно малолетних. Позднее проведение боронования снижает эффективность: проведенное через 6 дней вызывает гибель 80% сорняков, через 12 дней — только 20-30% за счет развития сильной корневой системы. Через 7-10 дней проводят второе боронование, затем третье. За период вегетации выполняют не менее 2-3 обработок.

Послепосевная обработка кормовой свеклы включает:

  • довсходовое боронование сетчатыми или посевными боронами н через 5-7 дней после посева, уничтожающее до 60% всходов и проростков сорняков;
  • послевсходовое боронование перед образованием первой пары настоящих листьев, состоящее из 4-5 продольных междурядных рыхлений;
  • механизированную шаровку посевов — рыхление междурядий культиватором, оборудованным бритвенными лапами;
  • прореживание культиватором с боронованием по букетам, продольно-поперечные междурядные обработки. 

Глубина обработок зависит от состояния почвы и засоренности посевов и составляет, как правило, для первой — 7-8 см, второй — 8-10, третьей — 10-12, четвертой — 12-14 см.

Для остальных пропашных культур технология ухода за посевами для борьбы с сорняками аналогична.

Выбор типа бороны. Тип бороны (ротационные, зубовые, сетчатые и др.) определяется глубиной посева семян, давлением на почву, типом и рыхлостью почвы, системой обработки. Чем длительнее период появления всходов и чем крупнее семена, тем чаще проводят довсходовое боронование для борьбы с сорняками.

Сетчатые бороны используют при обнаружении проростков сорняков и для разрушения корки. Зубовые бороны не всегда эффективны, как правило, из-за состояния почвы: недостаточной физической спелости, переувлажнения тяжелой почвы. Ротационные мотыги эффективны в годы поражения озимых снежной плесенью.

Для борьбы с сорняками в защитных зонах (в рядках) применяют прополочные бороны с пружинными или жесткими зубьями, агрегатируемые с культиваторами, и ротационно-кольчатые бороны или ротационные диски.

Сорные растения высотой 3540 см в рядках и гнездах уничтожаются присыпанием с помощью дисковых загортачей при одновременной междурядной обработке. При угле атаки 25-30°, скорости движения до 8 км/ч и глубине 6-7 см достигает истребление до 90% всходов однолетних сорняков, при их высоте до 8-10 см.

В послеуборочный период

Агротехнические методы в послеуборочный период взаимосвязаны с истребительными мероприятия, проводимые в системе основной обработки почвы, и также включают лущение, культивацию и вспашку.

Глубина, сроки и виды орудий лущения определяются почвенно-климатическими условия, степенью засоренности и видовом составом сорняков.

В районов с коротким вегетационным периодом Нечерноземной зоны в борьбе с сорной растительностью эффективна ранняя зяблевая вспашка, через 2-3 недели после которой проводят обработку лущильниками или культиваторами.

Дополнительные поверхностные обработки зяби осенью по типу полупара дают положительный результат в борьбе со злостными корневищными и корнеотпрысковыми сорняками, особенно пыреем ползучим (Elytrigia repens). Она заключается в обработке культиваторами с пружинными лапами в агрегате с боронами на глубину более 10 см.

Система улучшенной зяби состоит из двух-трех дисковых лущений в зависимости от культуры на глубину 6-7 или 8-10 см и последующую вспашку на глубину 20-22 или 25-27 см. Сохранение влаги и ускорение прорастания сорняков обеспечивается своевременным пожнивным и последующими лущения. Так, в посевах яровой пшеницы число сорняков на 1 м2 при одновременно лущении с уборкой предшествующих озимых составило 35, а при запаздывании с лущением на 10 дней — 54. Задержка с лущением на 30 дней увеличивало засоренность в 3 раза.

Для борьбы со злостными многолетними сорняками, такими как осотом розовым (Cirsium arvense), осотом полевым (Sonchus arvensis), вьюнком полевым (Convolvulus arvensis) и другими, зарекомендовала себя система послойной обработки. Она заключается в последовательно углубляющихся нескольких мелких обработках почвы, которые провоцируют многократное отрастание, ослабляющее сорняки, и последующей глубокой вспашкой. На эродированных почвах глубокую вспашку заменяют глубоким безотвальным рыхлением

Агротехнические методы борьбы в послеуборочный период целесообразно сочетать с применением гербицидов. Полевые опыты и производственная практика показывает, что 80-90% сорняков погибает при обработке листовой поверхности отросших сорняков.

Данный прием включает лущение, обработку гербицидами и глубокую вспашку. Для опрыскивания применяют гербициды группы 2,4-Д в дозах до 2-3 кг на 1 га. Наибольший эффект, особенно по отношению к многолетним сорнякам, достигается при температуре воздуха не менее 12-14 °С. Более низкие температуры снижают поступление гербицида в корневую систему, что снижает эффективность.

Литература

Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.

Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. Под ред. В.С. Никляева. — М.: «Былина», 2000. — 555 с.

Основы агрономии: учебное пособие/Ю.В. Евтефеев, Г.М. Казанцев. — М.: ФОРУМ, 2013. — 368 с.: ил.

Полезные свойства сорных растений

[toc]

Индикаторы среды обитания

Многие виды сорных растений приурочены к определенным полевым сообществам и почвенным условиям среды обитания. В последнем случае реакцию сорняков можно рассматривать как индикацию природных эдафических условий и как реакцию на свойства почвы, в том числе измененные агротехническими мерами.

Реакция сорных растений на эдафические условия прежде всего проявляется в отзывчивости на обеспеченность влагой, реакцию почвенной среды и обеспеченность элементами питания.

Растения-индикаторы водного режима почв

По отношению к уровню увлажнения почвы выделяют группы сорных растений:

Растения-индикаторы кислотности почвы

По реакции на величину рН почвенного раствора (актуальная кислотность) выделяют группы растений-индикаторов кислотности почвы:

Присутствие нескольких видов сорных растений одной группы дает основания для оценки целесообразности известкования почв. Этот прием часто приводит к изменению флористического состава сорняков и снижает засоренность посевов.

Растения-индикаторы питательного режима

По уровню отзывчивости на обеспеченность почвы элементами минерального питания (питательный режим) выделяют «элементпозитивные» и «элементнегативные» группы сорных растений. В практике земледелия важно знать растения-индикаторы, которые положительно реагируют на высокое содержание в почве определенных элементов минерального питания.

К группе нитрофилов (азотолюбивых) относятся марь белая (Chenopodium album), марь многосемянная (Chenopodium polyspermum), лебеда раскидистая (Atriplex patula), редька дикая (Raphanus raphanistrum), горчица полевая (Sinapis arvensis), горец шероховатый (Persicaria lapathifolia), пикульник заметный (Galeopsis speciosa), пикульник двурасщепленный (Galeopsis bifida), ежовник обыкновенный (Echinochloa crus-galli), мятлик однолетний (Poa annua), щавель малый (Rumex acetosella).

К фосфатфилам относят: крестовник обыкновенный (Senecio vulgaris), фиалка полевая (Viola arvensis), торица полевая (Spergula arvensis), торичник красный (Spergularia rubra), дымянка аптечная (Fumaria officinalis), яснотка стеблеобъемлющая (Lamium amplexicaule).

К калиефилам относятся подмаренник цепкий (Galium aparine), лебеда раскидистая (Atriplex patula), ярутка полевая (Thlaspi arvense), осот полевой (Sonchus arvensis).

Приведенная классификация сорных растений по отношению к различным элементам минерального питания не является абсолютной, так как с изменением минерального питания меняются и другие условия жизни. Поэтому может меняться и реакция сорняков на отдельные элементы.

Литература

Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.

Земледелие орошаемых регионов

Основные площади орошаемых земель сосредоточены в СНГ, например, на юге Украины, Северном Кавказе, в степной части Заволжья, Закавказье, Средней Азии и на юге Казахстана.

Природно-климатические условия

Климат

Климат континентальный, с сухим и жарким летом, мягкими и теплыми зимами. Среднегодовое количество осадков составляет от 100 до 250 мм в предгорных равнинах и до 400-500 мм в горных районах. Продолжительность вегетационного периода составляет от 170 до 240 дней, сумма активных температур 3400-5400°С.

Почвенный покров

В странах Средней Азии и Казахстане преобладают сероземы и сероземно-луговые почвы, в Закавказье — каштановые и бурые, на юге Украины и Северном Кавказе — черноземы.

Задачи системы земледелия орошаемых регионов

Основными культурами, возделываемыми на орошаемых землях в странах Средней Азии, юге Казахстана и Закавказье, являются хлопчатник, рис, сахарная свекла, люцерна, кукуруза, бахчевые, развито плодоводство и виноградарство. На юге Украины и Северном Кавказе — озимая пшеница, рис, кукуруза, сахарная свекла, подсолнечник, кормовые культуры, табак. Часть орошаемых земель занята садами, виноградниками, пастбищами и сенокосами. В степных районах Заволжья преобладает яровая пшеница, значительные площади отведены под кормовые культуры, на юге зоны — рис.

Лимитирующий фактор для земледелия орошаемых регионов — влага. В таких условиях система земледелия должна обеспечивать эффективное использование влаги, сокращать непроизводительное испарение, соблюдение технологии поливов.

Составные части системы земледелия:

  • рациональная структура посевных площадей, включающая наиболее ценные культуры и сорта интенсивного типа;
  • севообороты с высоким насыщением ведущими культурами, включающие промежуточные культуры и культуры, улучшающие плодородие почв;
  • рациональная система обработки почвы, направленная на улучшение агрофизических свойств, способствующая эффективному использованию поливных вод и атмосферных осадков;
  • система удобрения, обеспечивающая оптимальный питательный режим и повышающая коэффициент использования поливной воды;
  • система семеноводства, предусматривающая посевы сортов интенсивного типа, устойчивых к полеганию, засолению, болезням и вредителям, способных использовать факторы жизни и давать максимальный урожай наилучшего качества;
  • комплексная система защиты растений;
  • система противоэрозионных мер и защите почв от засоления и заболачивания;
  • рациональная организация севооборотов, учитывающая размеры и форму полей, размещение и эксплуатацию мелиоративной сети;
  • размещение полезащитных лесных насаждений.

Система севооборотов

В орошаемых регионах в зависимости от природных и экономических условий используют пропашную, плодосменную и зернопропашную системы севооборотов.

Литература

Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. Под ред. В.С. Никляева. — М.: «Былина», 2000. — 555 с.

Земледелие Дальнего Востока

В сельскохозяйственном отношении Дальний Восток имеет наибольшее значение в производстве сои, риса, картофеля, овощей и продукции животноводства. Основные площади пашни сосредоточены в Амурской области и Приморском крае.

Природно-климатические условия

Климат

Климат Дальнего Востока носит ярко выраженный муссонный характер. Зима малоснежная, преобладают ясные солнечные дни. Среднегодовая температура января составляет -16…-24 °С. Лето теплое, среднесуточная температура июля — 18…22 °С. Продолжительность безморозного периода от 140 до 172 дней, вегетационного (с температурой более 5 °С) — 125-157 дней. Сумма активных температур за период вегетации — 2150-2800 °С. Осенние заморозки возможны с 14-29 сентября, а весенние заканчиваются 9-30 мая.

Холодные и сильные ветры зимой с суши сменяются прохладными влажными потоками воздуха с океана летом.

Среднегодовое количество осадков меняется от 400 мм на севере Магаданской области до 800-900 мм в горных районах. В основных земледельческих районах выпадает 500-700 мм, из которых зимой — только 10%. Весной и в первой половине лета возможны частые засухи, во второй половине — обилие осадков, нередко сопровождающееся ливнями.

Почвы

Почвы представлены дерново-подзолистыми, оглеенными и лугово-глеевыми разновидностями тяжелого гранулометрического состава. В низменных равнинах распространены лугово-болотные и болотные, в таежно-лесной зоне — торфоглеевые, светло-бурые лесные малогумусные почвы. В Зейско-Буреинской равнине распространены луговые черноземовидные почвы с мощностью гумусового слоя 16-25 см и количеством гумуса пахотного слоя 6-10%. Кислотность (рНСОЛ) составляет 4,8-5,2. В долинах рек распространены плодородные легкие аллювиальные, на водоразделах и слабопологих склонах — каменистые и щебенчатые почвы.

На юге Дальнего Востока на Уссурийско-Ханкайской, Среднеамурской равнинах по шлейфам сопок распространены бурые лесные почвы с содержанием гумуса до 2,5%, фосфора — до 2,5 мг/100 г почвы с кислой реакцией.

Большинство почв Дальнего Востока характеризуются тяжелым гранулометрическим составом, с небольшим содержанием органического вещества и фосфора, имеют кислую реакцию и слабовыраженную структуру. Эти свойства обусловливают плохую водопроницаемость, неудовлетворительный водный и питательный режимы, необходимость коренного окультуривания и борьбу с водной эрозией. Более половины пахотных земель Дальнего Востока периодически подвергаются переувлажнению.

Рельеф

Рельеф Дальнего Востока в основном равнинно-увалистый, с наличием аккумулятивных впадин. Значительные площади пашни и естественных кормовых угодий сосредоточены на высокой части Зейско-Буреинской равнины и пологих склонах. Почвы в этой местности сформировались в условиях периодического переувлажнения, проявления водной эрозии и ее отложений.

Растительный покров

Более 80% земельных угодий Дальнего Востока заняты лесом. На долю естественных кормовых угодий приходится более половины всех сельскохозяйственных. Однако урожаи естественной растительности низкие вследствие недостаточного или отсутствия ухода за ним. Культурная растительность представлена посевами яровых зерновых, риса, сои, картофеля, кормовых и овощных культур.

Задачи системы земледелия

Задачи системы земледелия Дальнего Востока:

  • совершенствование структуры посевных площадей и системы севооборотов,
  • повышение культуры земледелия и плодородия почв,
  • создание глубокого окультуренного пахотного слоя с оптимальными водно-физическими и агрохимическими свойствами,
  • обогащение почвы органическим веществом и доступными элементами питания растений,
  • снижение кислотности,
  • двустороннее регулирование водного режима почв (осушение, орошение),
  • борьба с весенним дефицитом и летним избытком влаги,
  • предупреждение водной эрозии почвы,
  • борьба с сорной растительностью, вредителями и возбудителями болезней растений,
  • окультуривание сенокосов и пастбищ, повышение их продуктивности,
  • внедрение прогрессивных интенсивных технологий возделывания культур.

Решающее значение имеют окультуривание и повышение плодородия пахотного слоя за счет систематического внесения органических удобрений, фосфорных удобрений и известкования.

Система севооборотов

В зависимости от почвенно-климатических условий, специализации, структуры посева на Дальнем Востоке используют полевые, кормовые, специальные севообороты с числом полей от трех до девяти: 4-6-польные полевые без многолетних трав, 6-9-польные с посевами люцерны, клевера, травосмесей. Значительная доля пропашных культур в структуре посевных площадей позволяет широко использовать плодосмен как основу чередования культур и интенсификации земледелия.

Плодосменные севообороты могут включать сою, зерновые культуры, бобовые травы, прежде всего клевер одногодичного использования. Например: 1 — клевер, 2 — соя, 3 — пшеница, 4 — соя, 5 — зерновые с подсевом клевера. При более продолжительном использовании многолетних трав их возделывают в выводном поле.

На тяжелых по гранулометрическому составу почвах, склонных к переувлажнению и заиливанию, вводят зерносоевые севообороты с включением зерновых культур, сои, клевера и однолетних трав. Эти культуры, кроме сои, заканчивают вегетацию до наступления периода обильных дождей.

В Приморском крае широко распространены в полевых и специальных севооборотах повторные (двух- и трехлетние) посевы риса, картофеля и кукурузы. Удельный вес риса в посевах степной и лесостепной частей Приханкайской низменности составляет до 75%.

В районах возделывания сои на её долю приходится 25-40% площади пашни. Здесь используются зернопаропропашные или плодосменные севообороты:

  • 1 — чистый или занятый пар, 2 — пшеница, 3 — соя, 4 — пшеница или зернофуражные, 5 — соя;
  • 1 — чистый или занятый пар, 2 — пшеница, 3 — соя, 4 — пшеница или другие зерновые.

На легких почвах в зерносоевые севообороты возможно включение кукурузы, картофеля, сахарной свеклы или других пропашных культур: 1 — кукуруза, 2 — пшеница, 3 — соя, 4 — яровые зерновые, 5 — соя.

На предприятиях рисовой специализации вводят специальные рисовые севообороты.

Прифермские севообороты преимущественно включают кормовые культуры:

  • 1 — кукуруза на силос, 2 — картофель, 3 — корнеплоды;
  • 1 — клевер, 2 — кукуруза, 3 — картофель и корнеплоды, 4 — силосные, 5 — ячмень с подсевом клевера.

Овощные севообороты подбирают с учетом зональных рекомендаций, специализации и потребностей в продукции.

Система обработки почвы

Учитывая почвенно-климатические условия Дальнего Востока, положительные результаты дают периодические, а в некоторых случаях повторные глубокие вспашки плугами с предплужниками на глубину 25-27 см и безотвальные рыхления. Эффективность объясняется тем, что гумусово-аккумулятивный слой многих почв Дальнего Востока составляет не более 16 см, подпахотный слой — плотный и слабоводопроницаемый.

Эффективность разноглубинной вспашки в условиях Дальнего Востока также подтверждена научными исследованиями. Для сои её проводят на глубину 22-24 см, пшеницы — на 14-16 см. Разноглубинная вспашка снижает также засоренность посевов.

Большой эффект дает углубление пахотного слоя при условии внесения органических и минеральных удобрений в севооборотах. Например, углубление пахотного слоя с 16-18 см до 25 см за три ротации в 9-польном севообороте по фону 120 т навоза, 15,6 т извести и 469 кг фосфора, привело к увеличению урожайности культур за это время в 2-3 раза.

Предпосевную подготовку почвы под поздние культуры, например, сою или кукурузу, применяют разноглубинную многофазную обработку. Кроме боронования зяби проводят трехкратную послойную культивацию: первую — на глубину 12-14 см, вторую — 8-10 см и третью — на 5-6 см с прикатыванием. Такая обработка позволяет очистить поле от сорной растительности и улучшить водный и питательный режимы посевного слоя.

Для предупреждения развития водной эрозии вспашку на склоновых землях проводят после прекращения выпадения обильных дождей под углом к горизонталям 0,005-0,007. На длинных склонах стоковую воду перехватывают водоотводными бороздами. Через 3-4 года проводят углубление пахотного слоя плугами с почвоуглубителями или безотвальными стойками. Для отвода избытка воды с полей проводят кротование или щелевание почвы. На почвах, подверженных ветровой эрозии, применяют плоскорезную, безотвальную обработки или их чередование со вспашкой.

Предпосевную обработку почв, склонных к эрозии, проводят особенно тщательно. Культивацию выполняют перекрестно, второй раз обязательно поперек склона.

В условиях переувлажнения высокоэффективна гребнегрядовая технология возделывания культур.

Система удобрения

Навоз является важнейшим органическим удобрением для всех регионов страны. 1 тонна навоза за ротацию полевого севооборота позволяет дополнительно получить 60-95 кг/га корм. ед. При этом расходы на его приготовление и внесение окупаются в течение 1-2 лет.

Эффективность навоза увеличивается при совместном его внесении с минеральными удобрениями.

Навоз вносят в первую очередь под овощные культуры в дозе 60 т/га и картофель — 40 т/га с повторным внесением через 2 года. В полевых севооборотах его используют один раз за ротацию в нормах по 30-40 т/га.

Бесподстилочный (жидкий) навоз дает также хорошие результаты.

Торф в чистом виде в качестве органического удобрения малоэффективен. Его используют для приготовления торфонавозных, известковобактериальных, торфофосфоритных, торфофосфоритноизвестковых компостов. Известь должна тщательно вмешиваться в органическую массу. Размер основания буртов 3-4 м, высота до 2 м.

Торфокомпосты применяют в основном в кормовых севооборотах. В картофельных и овощных севооборотах их чередуют с навозом.

В качестве зеленых удобрений применяют сою и отаву клевера, запахивая их в конце августа — начале сентября.

Внесение минеральных удобрений в условиях Дальнего Востока позволяет повысить урожайность на 25-70%, особенно отзывчивы зерновые, картофель, кукуруза, овощные культуры, злаковые многолетние травы, при благоприятных метеорологических условиях также соя.

Основное удобрение вносят под осеннюю зяблевую обработку, при весенней культивации или глубоком безотвальном рыхлении. Во время посева удобрения вносят в рядки, при уходе за посевами в виде подкормок.

В системах удобрения в Амурской области основное удобрение вносят под вспашку или локально на глубину 8-15 см зернотуковыми сеялками или комбинированными машинами конструкции ВНИИ сои. Для подкормок зерновых и многолетних трав применяют зернотуковые сеялки, для пропашных — культиваторы.

Известкование кислых почв — один из важнейших приемов системы удобрения в условиях Дальнего Востока, который повышает плодородие почв и эффективность минеральных удобрений. Известь вносят в летне-осенний период, после уборки парозанимающих и зерновых культур или перед запашкой клеверных и соевых сидеральных удобрений.

Для улучшения фосфорного питательного режима кислых почв применяют фосфоритную муку в дозе 1-2 т/га.

Важное значение в повышении урожайности культур имеют микроудобрения. Например, обработка семян сои раствором молибдата аммония в расчете 50-100 г соли на гектарную норму семян, повышает урожайность на 0,2 т/га. Внесении 7-12 кг/га буры (тетраборнокислого натрия) увеличивает урожайность картофеля на 10-24%, возрастает крахмалистость клубней.

Бактериальные удобрения, такие как нитрагин, ризоторфин, эффективны при применении в соево-зерновых севооборотах. Урожайность семян сои при использовании нитрагина в Амурской области возрастает на 0,08-0,3 т/га.

Система защиты растений

Дальний Восток характеризуется сложным типом засорения, преобладают многолетние сорняки, из которых наиболее вредоносны: осоты (Sonchus), полыни (Artemisia), пырей ползучий (Elytrigia repens).

В системе защиты растений от вредителей и болезней в посевах зерновых проводят боронование и обрабатывают быстроразлагающимися пестицидами в соответствии с технологией возделывания. Боронование посевов выполняют при массовом отрастании сорных растений, оптимально — в период полных всходов культурных растений до их кущения.

На Дальнем Востоке распространены: луговая совка, картофельная коровка, соевая плодожорка, соевая нематода, белая гниль сои, фузариоз зерновых и сои, пыльная головня, фитофтора картофеля, различные виды ржавчины.

Система защиты растений от сорной растительности, вредителей и возбудителей болезней включает все истребительные и предупредительные методы.

Севооборот — биологический (культурный) метод борьбы с вредителями, болезнями и сорняками. Так, при возвращении сои на прежнее место в севообороте через 2-3 года позволяет минимизировать её повреждаемость.

Основная, предпосевная и междурядная обработки почвы — приемы агротехнического метода системы защиты. Они позволяет снизить поражаемость культурных растений болезнями и вредителями на 15-30%.

Химический метод защиты растений используют для борьбы с: луговой совкой, пьявицей, хлебной блошкой, сусликами и возбудителями болезней, такими как пыльная головня, бурая ржавчина, гельминтоспориоз, фузариоз, в отдельные годы стеблевая ржавчина.

Литература

Земледелие. Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. — М.: Издательство «Колос», 2000. — 551 с.