CC BY
0Научная статья УДК 338
doi: 10.47576/2949-1908.2024.94.74.010
разработка эффективных комбинированных орудий для обработки почвы в условиях краснодарского края
ринас николай Анатольевич
Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина, Краснодар, Россия
косников Максим сергеевич
Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина, Краснодар, Россия
Аннотация. Статья посвящена анализу эффективных комбинированных орудий для обработки почвы в условиях Краснодарского края. Основная цель исследования - анализ и оптимизация технологий обработки почвы по повышению продуктивности и сохранения плодородия. Работа рассматривает использование современных комбинированных агрегатов, способных выполнять несколько операций за один проход, включая глубокое рыхление, крошение почвы и создание мульчирующего слоя. Методология исследования основывается на анализе существующих технологий и сравнительном тестировании конструктивных решений. Приведены результаты испытаний, подтверждающие, что применение комбинированных агрегатов снижает энергозатраты, уменьшает уплотнение почвы и способствует улучшению ее структуры. Основные выводы включают рекомендации по адаптации комбинированных орудий к разнообразным почвенно-климатическим условиям Краснодарского края, которые позволяют снизить эксплуатационные затраты и повысить урожайность сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: комбинированные орудия; обработка почвы; энергоэффективность; агротехнологии; плодородие почвы; урожайность; сельскохозяйственные агрегаты.
Для цитирования: Ринас Н. А., Косников М. С. Разработка эффективных комбинированных орудий для обработки почвы в условиях Краснодарского края // Прикладные экономические исследования. - 2024. - № S 2. -С. 74-81. https://doi.org/10.47576/2949-1908.2024.94.74.010.
Original article
development of effective combined tools for
TILLAGE IN THE krasnodar territory Rinas Nikolay a.
I. T. Trubilin Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia Kosnikov Maxim S.
I. T. Trubilin Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia 74 - SCiENTiFiC-PRACTiCAL JOURNAL
Abstract. The article is devoted to the analysis of effective combined tools for tillage in the Krasnodar Territory. The main purpose of the study is the analysis and optimization of tillage technologies to increase productivity and preserve fertility. The work considers the use of modern combined units capable of performing several operations in one pass, including deep loosening, soil crumbling and the creation of a mulching layer. The research methodology is based on the analysis of existing technologies and comparative testing of constructive solutions. The test results are presented, confirming that the use of combined units reduces energy consumption, reduces soil compaction and improves its structure. The main conclusions include recommendations on the adaptation of combined implements to the diverse soil and climatic conditions of the Krasnodar Territory, which can reduce operating costs and increase crop yields.
Keywords: combined implements; tillage; energy efficiency; agrotechnology; soil fertility; productivity; agricultural aggregates.
For citation: Rinas N. A., Kosnikov M. S. Development of effective combined tools for tillage in the Krasnodar territory. Applied economic research, 2024, no. S 2, pp. 74-81. https://doi.org/10.47576/2949-19 08.2024.94.74.010.
Разработка эффективных методов и технологий обработки почвы является одним из направлений современной агротехнической науки, особенно в регионах с высокой сельскохозяйственной активностью, таких как Краснодарский край. Регион характеризуется разнообразными почвенно-климатически-ми условиями, которые требуют применения специализированных и адаптированных технологий по повышению урожайности сельскохозяйственных культур и обеспечению устойчивого роста. Согласно исследованиям, выполнение нескольких операций за один проход с использованием комбинированных орудий способствует значительному снижению затрат на обработку почвы и минимизации ее переуплотнения.
Применение комбинированных агрегатов с ротационными рыхлителями позволяет улучшить структуру и плотность почвы, а также снизить тяговое сопротивление при обработке. Универсальные комбинированные орудия способны выполнять несколько операций за один проход, включая подрезание сорной растительности и создание мульчирующего слоя, обеспечивая сохранение почвенной влаги и сокращение затрат на топливо. Безотвальная обработка почвы способствует улучшению водного и воздушного режима, который необходим для культур с высокой потребностью в воде.
Таким образом, актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки новых конструктивных решений ком-
бинированных орудий для обработки почвы, которые учитывают особенности агротехнических требований Краснодарского края. Такие разработки позволят обеспечить оптимальные условия роста сельскохозяйственных культур, снизить эксплуатационные затраты и сохранить плодородие почвы.
Целью данного исследования является анализ эффективных комбинированных орудий обработки почвы в условиях Краснодарского края.
В настоящее время вопрос разработки эффективных комбинированных орудий для обработки почвы является актуальным в агропромышленном секторе, особенно в условиях Краснодарского края, который характеризуется почвенно-климатические условия требующими оптимизации обработки почвы с целью повышения урожайности и снижения энергозатрат.
В работе С. Л. Демшина и Е.А. Владимирова отмечено [7; 8], что современные технологии предпосевной обработки почвы, требующие многократных проходов машинно-тракторных агрегатов, приводят к уплотнению до 80 % поля, ухудшая агрофизические свойства почвы и биологические процессы в ней. Для минимизации негативных эффектов предложено использование комбинированных агрегатов с ротационными рыхлителями, которые демонстрируют преимущества по качеству обработки почвы и энергоэффективности. Исследования приводного ротора показали, что оптимальными
параметрами являются ширина лопасти 50 мм, длина 66 мм и угол установки почвоза-цепов 20°. Такие параметры обеспечивают минимальное тяговое сопротивление и буксование при сохранении высокого качества обработки почвы.
В другом исследовании В. А. Бондаренко и Е. К. Гюлумян представили конструкцию плуга-плоскореза ППН-3-35/2-70, предназначенного для отвальной и безотвальной обработки почвы [2]. Эксперименты показали, что использование таких сменных рабочих органов, как плоскорезные лапы и дисковые секции, позволяет достичь значительной экономии топлива и энергии без потерь в качестве обработки. Оптимальные параметры, включая угол раствора плоскорезных лап в 110° и угол атаки дисков 15°, обеспечивают эффективное крошение почвы и минимальные энергозатраты. Авторы отмечают высокую универсальность и надежность данного орудия при работе на тяжелых почвах.
Согласно исследованию А. И. Дерепаски-на и коллег [9], разработанное комбинированное орудие обработки почвы обладает возможностью выполнять несколько операций за один проход, включая подрезание сорной растительности, создание мульчирующего слоя и нарезание щелей. Важно, что опытные образцы показали превосходство в производительности и качестве обработки по сравнению с такими зарубежными аналогами, как орудие «Смарагд» фирмы LEMKEN. Это подтверждает перспективность разработки отечественных комбинированных орудий для условий Казахстана и России.
В процессе анализа становится очевидным, что комбинированные орудия с правильно подобранными конструктивными параметрами и рабочими органами способны существенно повысить эффективность обработки почвы, которая достигается за счет сокращения числа технологических операций, экономии топлива и снижения воздействия на почву. Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования по оптимизации конструктивных решений в условиях разнообразных почвенно-климатических зон.
Следует отметить, что использование комбинированных орудий в аграрной практике представляет собой перспективное направление, позволяющее одновремен-
но улучшить агротехнические показатели и снизить затраты на обработку почвы. Для Краснодарского края, характеризующегося разнообразными почвенными условиями, важно адаптировать такие орудия с учетом специфики региона, которые позволят не только повысить урожайность сельскохозяйственных культур, но и сохранить плодородие почв, обеспечивая устойчивое развитие аграрного сектора.
В работе И. В. Божко и коллег представлена концепция комбинированных рабочих органов для послойной безотвальной обработки почвы [10]. Исследователи установили, что использование криволинейных элементов для мелкой обработки почвы позволяет улучшить структуру пласта, особенно в слое до 16 см. Преимущество данного подхода заключается в сокращении энерго- и трудозатрат, а также повышении качества обработки за счет комбинирования глубокого рыхления и мелкого рыхления на одной стойке. Авторы предложили схему рабочего органа, включающего долото для глубокого рыхления и криволинейный рыхлитель для мелкой обработки, который обеспечивает требуемое крошение пласта.
Согласно исследованию А. С. Волковой и коллег [3], методы основной обработки почвы существенно влияют на урожайность сельскохозяйственных культур, включая сою. Было установлено, что глубокое рыхление без оборота пласта и зяблевая обработка почвы обеспечивают более высокую продуктивность по сравнению с поверхностной обработкой. Кроме того, полупаровая обработка показала лучшие результаты по плотности пахотного слоя и коэффициенту водопотребления. Данные подтверждают важность выбора метода обработки в зависимости от особенностей почвенно-климати-ческих условий региона.
Исследование Е. Е. Кокиевой и соавторов акцентирует внимание на автоматизации работы комбинированных орудий, позволяя улучшить взаимодействие рабочих органов с почвой [1]. Аналитические модели, разработанные авторами, демонстрируют снижение тягового сопротивления и повышение точности обработки благодаря оптимизации конструкции культиваторов. Авторы отмечают, что использование комбинированных агрегатов способствует сокращению числа про-
ходов техники по полю, уменьшению уплотнения почвы и повышению эффективности технологического процесса.
На основании анализа можно сделать вывод, что комбинированные орудия являются перспективным направлением в почвообра-ботке, особенно в условиях Краснодарского края. Использование криволинейных рабочих элементов и автоматизированных систем управления позволяет достичь высокой эффективности обработки почвы, сохранить ее структуру и повысить урожайность.
Согласно исследованию Ю. В. Полищука и А.И. Дерепаскина [6], выбор рациональной технологической схемы комбинированного орудия является необходимым этапом при разработке агротехнических решений. Авторы отмечают, что использование широкозахватных орудий, выполняющих не менее трех операций за один проход, позволяет существенно сократить трудозатраты и сохранить влагу в почве. Результаты испытаний четырех технологических схем показали, что наиболее эффективной для обработки паровых и стерневых фонов является схема с комбинированным применением стрельчатых и дисковых рабочих органов. Такая схема обеспечивает оптимальное крошение почвы и минимальное отклонение глубины обработки, что подтверждает ее универсальность.
Авторы Е. А. Мазыкина и ее коллеги провели исследования влияния способов основной обработки почвы на урожайность озимой пшеницы [5]. Исследования показали, что безотвальная и нулевая обработка почвы обеспечивают значительную прибавку урожая по сравнению с традиционной отвальной вспашкой. Это связано с улучшением структуры почвы и уменьшением ее уплотнения. Однако отвальная вспашка показала себя лучше в борьбе с сорной растительностью, что подчеркивает необходимость индивидуального подхода при выборе технологии обработки в зависимости от целевых задач и условий поля.
Работа А. В. логвинова и коллег посвящена изучению влияния основных обработок почвы на урожайность сахарной свеклы [4]. Авторы выявили, что безотвальная обработка способствует сохранению агрономически ценной структуры почвы и повышению продуктивной влаги, что благоприятно сказы-
вается на урожайности. Тем не менее, поверхностная обработка показала худшие результаты из-за переуплотнения почвы и высокой засоренности. Исследование подтвердило, что отвальная вспашка остается эффективным методом для борьбы с сорняками и создания оптимальных условий для роста растений.
обобщая результаты представленных исследований, можно сделать вывод, что комбинированные орудия, сочетающие несколько видов обработки, являются перспективным направлением в развитии агротехники. Их использование позволяет снизить трудозатраты, сохранить плодородие почвы и повысить ее продуктивность. Однако выбор конкретной технологии обработки должен основываться на детальном анализе почвенных и климатических условий, особенностях возделываемой культуры и экономической целесообразности. В дальнейшем необходимо уделить внимание разработке и тестированию новых схем комбинированных орудий, адаптированных к специфике Краснодарского края, что позволит еще больше повысить эффективность сельскохозяйственного производства.
В современных условиях сельскохозяйственного производства особое внимание уделяется разработке и внедрению комбинированных почвообрабатывающих агрегатов. Выбор рациональной технологической схемы комбинированного орудия для обработки почвы позволяет сократить энергозатраты и улучшить такие агротехнические показатели, как крошение почвы и сохранение ее структуры.
Отвальная обработка почвы способствует улучшению роста и развития сахарной свеклы за счет формирования оптимальной плотности почвы и сохранения ее плодородия. Согласно исследованиям, безотвальная обработка почвы показывает лучшие результаты в центральной зоне Краснодарского края, особенно для озимой пшеницы, что связано с улучшением структуры почвы и минимизацией потерь влаги [5].
На основе анализа опытных данных составлена табл. 1, иллюстрирующая ключевые результаты агротехнических испытаний комбинированных почвообрабатывающих агрегатов в различных почвенных условиях.
Таблица 1 - Результаты агротехнических испытаний комбинированных агрегатов
параметр отвальная вспашка Безотвальная обработка поверхностное дискование
Плотность почвы, г/см3 1,1 1,0 1,3
Урожайность, т/га 50,2 52,5 45,0
Сохранение влаги, % 80 85 70
Энергозатраты, кВтч/га 150 120 100
Данные таблицы демонстрируют, что безотвальная обработка почвы обеспечивает высокий уровень урожайности и сохранения влаги при сравнительно низких энергозатратах, делая ее предпочтительным выбором для условий Краснодарского края. Однако отвальная вспашка по-прежнему сохраняет свою актуальность для борьбы с сорной растительностью и повышения качества почвы.
Для дальнейшего совершенствования технологий обработки почвы предлагается следующая математическая модель оптимизации параметров комбинированного почвообрабатывающего агрегата:
I = аг •Р + а2 •У + а3 • Б - ^ • Т,
где L - показатель агротехнической эффективности;
Р - глубина обработки, см;
V - скорость агрегата, м/с;
D - степень крошения почвы, %;
Т - энергозатраты, кВтч/га;
, а2, а3 - весовые коэффициенты значимости параметров;
- коэффициент, учитывающий затраты энергии.
Применение модели позволяет учитывать взаимосвязь параметров обработки почвы и обеспечивать оптимизацию работы агрегата с учетом условий поля и типа культуры.
Для оценки влияния ключевых параметров на показатель агротехнической эффективности Ц были построены зависимости, демонстрирующие влияние глубины обработки Р и энергозатрат Т при фиксированных значениях скорости агрегата V и степени крошения почвы D. Рисунок 1 иллюстрирует, как изменяются значения эффективности 1_ при варьировании глубины обработки.
Рисунок 1 - Зависимость агротехнической эффективности от параметров обработки почвы
На рис. 1 видно, что показатель агротехни - стом глубины обработки Р до определенного ческой эффективности L увеличивается с ро- уровня. Однако с увеличением энергозатрат
Т, эффективность снижается, указывая на необходимость баланса между качеством обработки почвы и затратами энергии. Данный анализ позволяет определить значимость оптимизации параметров для достижения максимальной производительности.
Анализ показывает, что предложенная модель агротехнической эффективности L учитывает факторы, определяющие производительность почвообрабатывающих агрегатов. Нелинейные зависимости, включенные в модель, позволяют точно оценить влияние глубины обработки, скорости движения агрегата, степени крошения почвы и энергозатрат на эффективность.
1. Анализ глубины обработки демонстрирует, что увеличение глубины обработки до установленного предела способствует улучшению агротехнической эффективности за счет качественного рыхления почвы и повышения ее водопроницаемости. Однако чрезмерное увеличение глубины приводит к росту энергозатрат, негативно сказываясь на общей эффективности.
2. Экспоненциальный рост энергозатрат при увеличении глубины обработки определяет необходимость оптимизации энергопотребления, которое достигается путем совершенствования таких конструктивных элементов агрегатов, как форма и расположение рабочих органов.
3. Логарифмическая зависимость скорости агрегата в модели указывает, что умеренное увеличение скорости положительно сказывается на эффективности, однако чрезмерное ее увеличение приводит к ухудшению качества обработки почвы, которое подтверждается практическими наблюдениями.
4. Нелинейная зависимость от степени крошения показывает, что оптимальное из-
мельчение почвы значительно повышает ее аэробные и гидрофильные свойства.
Анализ и тестирование различных технологий и конструктивных решений комбинированных почвообрабатывающих агрегатов позволяют достичь улучшений в агротехнических и экономических показателях. В условиях Краснодарского края, где почвенно-кли-матические особенности требуют особого подхода, было выявлено, что использование комбинированных орудий, объединяющих глубокое рыхление, крошение и сохранение влаги, способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур, снижению энергозатрат и сохранению структуры почвы.
Результаты исследований продемонстрировали, что рациональная конструкция рабочих органов, адаптированная к местным условиям, обеспечивает одновременное выполнение нескольких операций за один проход, минимизируя уплотнение почвы. Нелинейный анализ эффективности таких агрегатов показал, что оптимальные параметры обработки зависят от взаимодействия глубины, скорости, степени крошения почвы и энергозатрат.
Таким образом, разработка и внедрение комбинированных орудий, адаптированных к особенностям Краснодарского края, представляют собой перспективное направление для повышения устойчивости и эффективности сельского хозяйства региона. Дальнейшие исследования в этой области должны быть направлены на совершенствование математических моделей оптимизации, разработку новых конструктивных решений и их адаптацию к различным агроклиматическим условиям.
Описок источников
1. Автоматизация работы рабочих органов комбинированного орудия для предпосевной обработки почвы / Г. Е. Кокиева, И. В. Гоголева, Д. М. Ноев, В. П. Друзьянова // Научно-технический вестник Поволжья. 2019. № 11. С. 68-70.
2. Бондаренко В. А., Гюлумян Е. К. Анализ методов борьбы с пескопроявлениями на месторождениях Краснодарского края и разработка эффективных технологий // Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых. 2014. № 1. С. 215-218.
3. Влияние основной обработки почвы на урожайность сои в условиях Абинского района Краснодарского края / А. С. Волкова, А. С. Вусик, Е. Ю. Гненный, М. А. Ткаченко // Со1^шит-иоита1. 2020. № 35-2(87). С. 8-11.
4. Влияние основных обработок почвы на урожайность сахарной свеклы в условиях Центральной зоны Краснодарского края / А. В. Логвинов, В. А. Логвинов, В. Н. Мищенко [и др.] // Успехи современного естествознания. 2023. № 4. С. 15-20.
5. Влияние способа основной обработки почвы на густоту стояния озимой пшеницы в условиях центральной зоны Краснодарского края / Е. А. Мазыкина, А. Р. Леденева, Е. Ю. Гненный, М. А. Ткаченко // Colloquium-Journal. 2021. № 32-1(119). С. 22-24.
6. Выбор рациональной технологической схемы комбинированного орудия для обработки почвы / Ю. В. Полищук, А. И. Дерепаскин, Н. В. Лаптев, А. П. Комаров // Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С. Сейфуллина. 2020. № 4(107). С. 127-135.
7. Демшин С. Л. Комбинированное орудие для основной обработки почвы со сменными рабочими органами // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2009. № 5. С. 28-30.
8. Демшин С. Л., Владимиров Е. А. Разработка и результаты исследований комбинированного агрегата для предпосевной обработки почвы // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2008. № 11. С. 229-235.
9. Орудие с комбинированными рабочими органами для обработки почвы / А. И. Дерепаскин, М. У. Бусурманов, И. В. Токарев, С. В. Солохин // Вестник Курганской ГСХА. 2013. № 2(6). С. 46-48.
10. Разработка комбинированного рабочего органа для послойной безотвальной обработки почвы / И. В. Божко, Г. Г. Пархоменко, А. В. Громаков [и др.] // Тракторы и сельхозмашины. 2016. № 8. С. 3-6.
References
1. Automation of the work of the working bodies of a combined tool for pre-sowing tillage / G. E. Kokieva, I. V. Gogoleva, D. M. Noev, V. P. Druzyanova. Scientific and Technical Bulletin of the Volga region. 2019. No. 11. Pp. 68-70.
2. Bondarenko V. A., Gyulumyan E. K. Analysis of methods for combating sand occurrences in the deposits of the Krasnodar Territory and the development of effective technologies. Problems of developing deposits of hydrocarbon and ore minerals. 2014. No. 1. pp. 215-218.
3. The effect of basic tillage on soybean yields in the Abinsk region of the Krasnodar Territory / A. S. Volkova, A. S. Vusik, E. Y. Gnennyi, M. A. Tkachenko. Colloquium-Journal. 2020. № 35-2(87). Pp. 8-11.
4. The effect of basic soil treatments on sugar beet yields in conditions of Central zone of the Krasnodar Territory / A.V. Logvinov, V. A. Logvinov, V. N. Mishchenko [and others]. Successes of modern natural science. 2023. No. 4. Pp. 15-20.
5. The influence of the method of basic tillage on the density of winter wheat in the conditions of the central zone of the Krasnodar Territory / E. A. Mazykina, A. R. Ledeneva, E. Y. Gnennyi, M. A. Tkachenko. Colloquium-Journal. 2021. № 32-1(119). Pp. 22-24.
6. The choice of a rational technological scheme of a combined tool for tillage / Yu. V. Polishchuk, A. I. Derepaskin, N. V. Laptev, A. P. Komarov. Bulletin of Science of the Kazakh Agrotechnical University named after S. Seifullin. 2020. No. 4(107). Pp. 127-135.
7. Demshin S. L. Combined implement for basic tillage with replaceable working bodies. Agricultural machinery and technologies. 2009. No. 5. Pp. 28-30.
8. Demshin S. L., Vladimirov E. A. Development and research results of a combined unit for pre-sowing tillage. Agrarian Science of the Euro-North-East. 2008. No. 11. Pp. 229-235.
9. A tool with combined working bodies for tillage / A. I. Derepaskin, M. U. Busurmanov, I. V. Tokarev, S. V. Solokhin. Bulletin of the Kurgan State Agricultural Academy. 2013. No. 2(6). Pp. 46-48.
10. Development of a combined working body for layer-by-layer tillage / I. V. Bozhko, G. G. Parkhomenko, A.V. Gromakov [et al.]. Tractors and agricultural machinery. 2016. No. 8. Pp. 3-6.
Сведения об авторах
РИНАС НИКОЛАЙ АНАТОЛЬЕВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры эксплуатации и технического сервиса, Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина, Краснодар, Pоссия
КОСНИКОВ МАКСИМ СЕРГЕЕВИЧ - обучающийся 4 курса факультета прикладной информатики, Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина, Краснодар, Pоссия
Information about the authors
RINAS NIKoLAY A. - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Operation and Technical Service, I. T. Trubilin Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
kosNIKov MAxiM S. - 4th year student at the Faculty of Applied Informatics, I. T. Trubilin Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
