Не тисніть, мужики! Не тисніть! .. (Огляд: як вирощувати рослини і не втоптувати грунт?) (Частина 1)

  1. © Олександр Скуратович

Наши партнеры ArtmMisto

Розміщено на сайті 31.01.2008.

ПЕРЕДМОВА КАФЕДРИ ПРОГНОЗІВ

Сьогоднішній матеріал відкриває не тільки нового учасника, а й нову тему, яка так само важлива як всі порушені в роботі рубрики теми за всю історію її створення в 2004 році.

Перш ніж продовжити уявлення, хочу сказати кілька слів про ту концепції, в рамках якої побудовані всі матеріали цієї рубрики.

Я ніколи не обговорював це питання з читачами, але на цьому тижні мені попався в Інтернеті дуже важливий офіційний документ, Наказ Президента РФ - 843.

В силу стислості і загальної корисності цього документа я приведу його повністю.



***

Погодьтеся, що публікація всіх матеріалів, які так чи інакше спрямовані на реалізацію розвитку унікальної інженерної культури, яку ми об'єднуємо загальним словом ТРИЗ , А саме: її прогнозної сили - абсолютно відповідає всім восьми виділених Президентом РФ пріоритетними напрямами.

Пріоритетних напрямків виділено 8. Принцип цього виділення спирається на стратегію досягнення благополуччя країни. Те, про що пише КП, дозволяє пов'язувати між собою будь-які області техніки і науки.

Людям давно потрібен спеціальний науковий мову для роботи в рамках міждисциплінарного підходу. Образно можна сказати, що прогнозні методики ЗРТС ТРИЗ виконують функцію інформаційної транспортної системи для високоефективного переносу технологій, про які пише наша рубрика.

Висновок, який я хочу зробити зі сказаного, простий: президентський список важливий, а напрямок роботи КП допомагає його реалізувати. Шкодую, що його немає в цьому списку у вигляді окремого рядка.

Сьогоднішня тема випуску КП з наведеного списку: раціональне природокористування. Вам запропонований огляд всіх технологій, які спрямовані на те, щоб зменшувати тиск сільськогосподарських машин на грунт.

Сьогоднішній автор: Скуратович Олександр Іванович . Сертифікований фахівець 4ого рівня в Матріз .

Провідний спеціаліст аналітичної групи " ТРИЗ - профі ". Консультант по ФСА і ТРИЗ. Брав участь в міжнародному проекті" винаходити машина "в якості провідного розробника комп'ютерних систем підтримки рішення винахідницьких задач" ІМ-ФСА "і" TechOptimizer "(продукти компаній IMLab, IMCorp ), Керував групами баз даних, тестування і якості. Виконав понад 30 консультаційних проектів для промислових підприємств Білорусі, Росії, Чехії, Південної Кореї, Великобританії. Провів понад 30 навчальних семінарів по ТРИЗ і ФСА в цих країнах. Має понад 20 публікацій, автор понад 20 патентів.

Приємного читання.
Ведучий рубрики КП, Юрій Даниловський.


© Олександр Скуратович

© Олександр Скуратович


Стаття вперше опублікована в збірнику
«ТРИЗ-профі: Ефективні рішення в сільському господарстві» . - М .: Кушнір, 2006.

Тиснути на грунт шкідливо

Останнім часом у спеціальній літературі з'явився термін «машинна деградація ґрунтів». Він позначає комплекс шкідливих наслідків, що викликаються колесами, гусеницями і робочими органами грунтообробних машин. Один з найбільш грізних чинників деградації грунтів - переуплотнение.

Для того щоб рослини розвивалися нормально, потрібен певний співвідношення між основними частинами грунту: твердими частинками, водою і повітрям. Оптимальною буде така грунт, в якій тверді частинки складають 50%, вода - 30% і повітря - 20% (див. Рис. 1А). Якщо грунт переуплотнена (див. Рис. 1Б), врожайність різко знижується. Це пояснюється тим, що переущільнена грунт погано вбирає вологу.

Мал. 1. Перетини верхніх шарів грунту: А) неущільненому, Б) переущільненої
Білий колір - простір для повітря або води.
Чорний колір - грунт.

Перетину верхніх шарів неущільненому і переущільненої грунту наочно показують, на скільки скорочується простір для повітря і води під дією коліс і гусениць сільськогосподарських машин. Збільшення обсягу цього простору оздоровлівает грунт [1].

«Дослідження американських фахівців показали, що ущільнення грунтів в основних зерносіючих районах США знижує врожай хлібів на 8-13%.

У багатьох країнах, у тому числі і СРСР, були поставлені спеціальні досліди. Вони показали, що ущільнення пилувато-іловатий суглинку трактором, колеса якого тиснуть на землю з силою 2 кг / см2 ... знижує врожайність картоплі більш ніж на 50%.

Є дані, що урожай помітно знижується навіть в тому випадку, коли об'ємна вага землі збільшується всього на 0,01 г / см3 »[2].

«Сьогодні потрібна техніка, заснована на нових наукових принципах. Традиційна техніка - це 300 кг металу на 1 га ріллі. Вона веде до переущільнення і деградації грунту. Потрібні: реактивні плуги, почволюбівие ходові системи, вібраційні розпушувачі, роторні комбайни, пневмогусенічние трактори, плоскорізи замість плугів. У Канаді плуги не застосовуються з 1963 року. У Голландії застосовують мостове землеробство »[3].

Щоб зберегти і відновити родючість грунту, необхідно навчитися вирощувати продукти харчування без її руйнування і ущільнення.

У статті подано короткий огляд відомих способів вирішення цього завдання і показані тенденції розвитку машин і технологій, що дозволяють передбачити нові способи її вирішення.

Як обробляти грунт без її ущільнення?

Грунт руйнують і ущільнюють колеса і гусениці сільськогосподарських машин: тракторів, комбайнів, вантажівок, сівалок, косарок і т. П. Всю цю техніку можна уявити як систему для обробки грунту і рослин, що складається з двох частин: знаряддя обробки (знаряддя) і машини, які переміщують ці знаряддя ( «тягач») (див. рис. 2).

2)

Мал. 2. Система обробки грунту і рослин

Головна корисна функція «тягача» - переміщати знаряддя по полю. Небажаний ефект, що виникає при цьому - руйнування і ущільнення грунту.

Головна корисна функція знаряддя - обробляти ґрунт, рослина. Небажаний ефект, що виникає при цьому - руйнування і ущільнення грунту.

Головна функція системи «тягач» + знаряддя - обробляти грунт і рослини, відповідно до вказаної технологією вирощування сільськогосподарської культури.

Відповідно до законів розвитку технічних систем, описаними в теорії розв'язання винахідницьких завдань (ТРВЗ), основними тенденціями розвитку є: постійне зростання параметрів головної корисної функції системи і зменшення факторів розплати. Факторами розплати є різного роду витрати, пов'язані з виконанням функцій системи і небажані ефекти, які при цьому виявляються [4, 5].

Розглянемо ці тенденції для системи обробітку грунту і рослин «тягач» + знаряддя.

Наприклад, для посівного агрегату зростання параметрів його головною корисної функції виражається в постійному зростанні кількості секцій у сівалки і збільшенні ширини захвату - 4, 6, 8, 12, 18 метрів.

Постійне зниження факторів розплати, пов'язаних з виконанням функцій, проявляється, наприклад, в прагненні знизити шкідливий уплотняющее дію «тягача» і коліс знарядь на ґрунт.

Прагнення розробників сільськогосподарської техніки слідувати цим тенденціям призводить до суперечливих вимог. Так, наприклад, щоб «тягач» міг тягнути широкозахватних сівалку, він повинен бути потужним і мати хороше зчеплення з ґрунтом. Але потужний «тягач» більше важить, а значить сильніше руйнує структуру ґрунту і сильно ущільнює її. Щоб цього уникнути, він повинен бути легким. Конструктор стикається з необхідністю подолати протиріччя - «тягач» повинен бути важким і легким.

Як подолати цю суперечність? Які способи пропонувалися і можуть бути запропоновані?

СПОСІБ 1: МЕНШЕ тиснути НА ГРУНТ

Які існують шляхи зменшення тиску на грунт?

Найбільш очевидними способами є:

  • зменшення ваги машини;
  • збільшення площі контакту колеса з грунтом.

У першому випадку ми відразу стикаємося з тим же протиріччям: якщо зменшити вагу трактора, то тиск на грунт зменшиться, але також погіршаться його тягово-зчіпні властивості. Тому, щоб зберегти тягово-зчіпні властивості на рівні, необхідному для виконання агротехнічних операцій, доводиться використовувати великі грунтозацепи і збільшувати площу контакту коліс з грунтом. Це досягається за рахунок спарювання і страіванія передніх і задніх коліс, установки коліс з широкопрофільними і арочними шинами, зниження тиску повітря в шинах (див. Рис. 3, 4, 5).

Мал. 3. Трактор зі спареними колесами [6]

Мал. 4. Трактор з троїстими колесами [7]

Мал. 5. Трактор з арковими шинами [8]

Застосування спарених шин знижує питомий тиск на грунт, що в 1,5-2 рази зменшує ступінь ущільнення по сліду трактора, підвищує прохідність агрегатів при підвищеній вологості і збільшує їх тягове зусилля. Це особливо важливо в ранні терміни проведення весняно-польових робіт при високому вмісті грунтової вологи [9].

Ці та інші способи зниження тиску на грунт детально розглянуті в статті «Площа опори: хорошого колеса повинно бути багато» на с. 80 (див. http://www.triz-profi.com/magazin2.html ). Тут будуть згадані лише деякі з них для того, щоб простежити тенденції розвитку рушіїв сільськогосподарських машин.

Шини наднизького тиску

Зменшити тиск колеса на ґрунт можна, збільшивши пляма контакту і рівномірно розподіливши тиск. Цього можна досягти, знизивши тиск повітря в колесі.

Всюдихід ТТС-70 на шинах наднизького тиску з обприскувачем

Технічні характеристики [10]:

  • Продуктивність, га / год 50
  • Розмах крил, м 20
  • Заправна ємність, л 600
  • Тиск на грунт, кПа 8-13
  • Діапазон швидкостей, км / год 10-50

Всюдихід ТТС-70

У воронезькому ЗАТ «Топаз плюс» виготовили легкий і прохідний всюдихід ТТС-70 на шинах наднизького тиску.

Його шини - оболонки низького тиску 70-150 г / см2 діаметром 1,2 метра, так що питома навантаження всюдихода на грунт в кілька разів менше, ніж у самого екологічного трактора.

Всюдихід працює по посівам в найнижчій фазі без пошкодження рослин і ґрунту.

Його рекомендують застосовувати для поливу і підживлення рослин, розсипання отрутохімікатів. Він здатний працювати і сінокосаркою, на нього можна встановити культиватор-розпушувач, жниварки.

По витраті пального ТТ-70 раз в двадцять економічніше існуючих тракторів.

Установка системи глобального позиціонування (GPS) забезпечує нічну обробку полів без використання сигнальників [11].

Всім хороший всюдихід ТТС-70, але гладкі колеса не можуть створити великого тягового зусилля.

Від колеса до гусениці

Знизити тиск трактора на грунт і збільшити його тягові характеристики можна, якщо замість коліс використовувати металеві гусениці.

Знизити тиск трактора на грунт і збільшити його тягові характеристики можна, якщо замість коліс використовувати металеві гусениці

Кращим вітчизняним колісним трактором визнаний К-701. На транспортно-технологічних операціях він незамінний. А при обробці грунту, посіві і обробці рослин важка машина сильно ущільнює грунт, при надлишку вологи колесо пробуксовує до глибокої колії, руйнуючи ґрунтовий покрив.

Для усунення цього недоліку фахівці з Всеросійського науково-дослідного проектно-технологічного інституту механізації та електрифікації сільського господарства запропонували оперативно міняти колесо на гусеницю. Операція заміни займає не більше 5 годин. Ніяких особливих пристосувань і навичок не потрібно. Гусениця може бути металевою або резино-тросової.

Новинка випробувана в 2002 році на полях колгоспу ім. Ворошилова в Ставропольському краї. З переходом на гусеницю площа плями контакту з грунтом збільшилася в 4 рази, а питомий тиск знизився вдвічі. Зменшилася в 2 рази і глибина колії на паровому полі [12].

Але металева гусениця теж не вирішує всіх проблем, у неї є свої недоліки:

  • руйнує покриття доріг при переїзді з одного поля на інше;
  • передає вібрації від двигунів і механізмів грунті, від чого вона сильно ущільнюється;
  • нерівномірно розподіляє тиск по плямі контакту з грунтом - це викликано тим, що вертикальна навантаження від кожного катка передається на грунт практично через один трак і в результаті статичні тиску в зоні контакту гусениці зростають у декілька разів (див. рис. 6) [13, с . 99-100].

99-100]

Мал. 6. Розподіл тиску в металевій гусениці транспортера

Щоб захистити покриття доріг від руйнування та знизити вплив вібрації на грунт, було запропоновано зробити гусеницю гумовою. Вона більш рівномірно розподіляє тиск по опорній поверхні, що зменшує деформацію, ущільнення і руйнування ґрунту.

Сучасні трактори оснащуються литими гумотросового гусеницями з автоматичним натягуванням. Вони забезпечують високу тягу при роботі на бруду і пухкому грунті, а щільний контакт з поверхнею забезпечує стійкість трактора (див. Рис. 7).

7)

Мал. 7. Трактор з гумовотросової гусеницею [14]

Пневматична гусениця

Щоб ще зменшити тиск на грунт і зробити його більш рівномірним, було запропоновано об'єднати гарне поглинання вібрації пневматичним колесом з великою площею контакту у гусениці. Вийшла гумова пневматична гусениця.

Гумова пневматична гусениця складається з окремих пневмоелементов. Кожен пневматичний елемент являє собою резино-кордну оболонку, наповнену повітрям і складається з силового пояса, армованого металокордом, і пневматичного балона з розвиненою опорною поверхнею з грунтозацепами. Підкачка повітря в елемент в процесі експлуатації і контроль тиску повітря здійснюються через стандартний вентиль, що встановлюється в кожен елемент. Величина внутрішнього тиску повітря по допустимим величинам вертикальних прогинів знаходиться для різних машин в діапазоні 1,5-2,2 кгс / см2.

Гумово-пневматична гусенична стрічка була випробувана в декількох варіантах на гусеничних Снігоболотохід і сільськогосподарських тракторах.

Гумово-пневматична гусенична стрічка була випробувана в декількох варіантах на гусеничних Снігоболотохід і сільськогосподарських тракторах

Дослідження показали, що пневматична гусениця в порівнянні з металевою має низку істотних переваг [15]:

  • Значно більш рівномірна епюра тиску рушія на полотно шляху.
  • Менше пошкодження і ущільнення грунту.
  • Тягове зусилля машини на пневмогусеніцах збільшується в 1,4-1,8 рази.
  • Опір руху машини на пневмогусеніцах при русі по слабких грунтах зменшується в 1,2-1,5 рази.
  • Застосування пневмогусеніци дозволяє машині пересуватися по дорогах з удосконаленим покриттям без його пошкодження.

Застосування пневмогусеніци дозволяє машині пересуватися по дорогах з удосконаленим покриттям без його пошкодження

Трактор Т-54С-ПГ

Трактор Т-54С-ПГ

Трактор Т-150ПГ

У період з 1976 по 1978 роки в галузевій науково-дослідній лабораторії всюдихідних машин були розроблені і досліджені пневмогусенічние рушії для тракторів Т-54С і Т-150ПГ [16].

Порівняльні випробування показали, що:

  • максимальні напруги в грунті під катками трактора Т-54С-ПГ на 30-40% менше, ніж у трактора Т-70С (аналог) на всіх режимах руху;
  • загальне ущільнення грунту по слідах Т-54С-ПГ і Т-150-ПГ менше, ніж по слідах Т-70С і Т-150 відповідно на 23,9 і 28,3%.

Застосування пневматичних гусениць на транспортних засобах призводить до значного зниження ущільнюючого і руйнівного впливу рушія на ґрунт [13, с. 103].

Це підтвердив в 1980 році відділ ходових систем Всесоюзного інституту механізації результатами випробувань в Армавірської дослідної станції [15].

Проведені випробування показали, що епюри тисків уздовж опорної поверхні пневматичної гусениці так само, як і в рушії з металевої гусеницею, є нерівномірними, але величина тиску і нерівномірність набагато нижче (див. Рис. 8).

Мал. 8. Розподіл тисків: а - в пневматичної гусениці; б - в металевій гусениці транспортера

Аналогічні результати були отримані на порівняльних випробуваннях трактора ДТ-75Б з металевої гусеницею і трактора «Руслан» з пневматичної гусеницею (див. Рис. 9).

9)

Мал. 9. Епюри нормальних контактних тисків (а) і опади торф'яної поклади (б) під гусеницями трактора ДТ-75Б і пневматичними гусеницями трактора «Руслан» [13, с. 102]

Проведені дослідження показали, що пневматичний рушій найбільш повно відповідає вимогам, що пред'являються до рушіїв сільськогосподарських машин з точки зору зниження ущільнюючого впливу на грунт при збільшенні тягово-зчіпних характеристик і зниження металоємності рушія і машини в цілому [13, с. 104].

Однак і у пневматичної гусениці є недоліки:

  • в порівнянні з металевою гусеницею:
    • можливість проколів;
    • низькі тягововие якості на слизьких покриттях;
    • чутливість до низьких температур повітря;
    • низька ремонтопридатність;
  • в порівнянні з автомобільним колесом:
    • більш складна конструкція рушія;
    • високі втрати потужності при переміщенні по твердих дорогах;
    • відносно низький термін служби ходової частини.

Сьогодні пневматичні гусениці знайшли застосування на тихохідних машинах, призначених для роботи на багнистих ґрунтах - снегоболотоходи, всюдиходи, екскаватори [17].

Установка пневматичної гусениці на екскаватор ЕО-4121 дозволила зменшити середній питомий тиск на грунт з 65 кПа (0,65 кг / см2) на серійної металевої гусениці до 26 кПа (0,26 кг / см2) [18].

Трактор на повітряній подушці

«Винахідники ... прагнуть осягнути неосяжне: до неможливою ступеня збільшити площу контакту опорних поверхонь трактора з землею і знизити тим самим тиск на неї.

«В ідеалі» це завдання можна вирішити двома шляхами:

  • або создать Щось Дуже близько справжньої живої гусеніці;
  • або зовсім відмовитися від опори.

Безопорний трактор на повітряній подушці ще не отримав офіційного, усіма визнаного назви. У Польщі, наприклад, його охрестили «воздушковец», у Франції - «Агроплан». Застосовують подібні машини та в США, і у нас, і в ряді інших країн. Поки тільки в експериментальних цілях. Але результати вже цілком солідні.

Польський воздушковец, наприклад, на операціях хімічного захисту рослин рухається над полем з недосяжною для звичайних тракторів швидкістю - 50 км / год.

Французький Агроплан по звичайних дорогах їде на звичайних колесах; повітряна подушка включається тільки в разі потреби - над болотом, наприклад. В останньому випадку Агроплан вагою в три тонни (разом з вантажем) розвиває швидкість до 20 км / год.

Що стосується копіювання способу руху «справжньої» гусениці, то тут поки нічим хвалитися. Конструкції, що народжуються на креслярських столах і в експериментальних цехах заводів, занадто складні, щоб конкурувати з традиційним тракторним рушієм »[2].

Конструкції, що народжуються на креслярських столах і в експериментальних цехах заводів, занадто складні, щоб конкурувати з традиційним тракторним рушієм »[2]

Всюдихід на повітряній подушці

У омському ТОВ «АРКТИКА-М» був розроблений всюдихід на повітряній подушці, призначений для перевезення пасажирів і вантажів в тих місцях, де неможливе застосування іншого виду транспорту, крім вертольотів.

На відміну від вертольота, він в десятки разів дешевше, перевершує вертоліт за запасом ходу, вантажопідйомності, машині не потрібні аеродроми, практично повна незалежність від стану погоди, часу доби і року.

Всюдихід призначений для контролю магістральних трубопроводів, віддалених бурових установок, що перекачують і дожимні станцій, ліній електропередачі. Може використовуватися геологами, працівниками сільського господарства.

Всюдихід відповідає всім екологічним нормам і не порушує важко відновлюваний покрив тундри, чинячи тиск повітряним потоком не більше 12 гр / см2 [19].

лінії розвитку

Показання тут способи зменшення тиску на грунт дозволяють простежити кілька ліній розвитку рушіїв сільськогосподарських машин, які збігаються з лініями розвитку технічних систем, описаних в ТРИЗ [4, 5, 20]:

Лінія №1. «Моно-бі-полісистема» (див. Рис. 10):

  • одне колесо на кінці осі чинить великий тиск на грунт;
  • два колеса на кінці осі - менше тиск на грунт, але спостерігається сильне здавлювання грунту між колесами;
  • три колеса на кінці осі - ще менше тиск на грунт, але зберігається здавлювання грунту між колесами, машина займає багато місця на дорозі і на стоянці;
  • арочна шина - малий тиск на грунт, немає здавлювання грунту між колесами.

одне колесо на кінці осі чинить великий тиск на грунт;   два колеса на кінці осі - менше тиск на грунт, але спостерігається сильне здавлювання грунту між колесами;   три колеса на кінці осі - ще менше тиск на грунт, але зберігається здавлювання грунту між колесами, машина займає багато місця на дорозі і на стоянці;   арочна шина - малий тиск на грунт, немає здавлювання грунту між колесами

Мал. 10. Розвитку колісного рушія по лінії «Моно-бі-полісистема»

Лінія №2. «Збільшення ступеня пустотности» (див. Рис. 11):

  • одна порожнину;
  • кілька великих порожнин;
  • порожнисті траки гусениці;
  • пенонаполненние траки - гусениця не боїться проколів;
  • порожнини траків заповнені речовиною, що змінює їх твердість залежно від стану ґрунту.

одна порожнину;   кілька великих порожнин;   порожнисті траки гусениці;   пенонаполненние траки - гусениця не боїться проколів;   порожнини траків заповнені речовиною, що змінює їх твердість залежно від стану ґрунту

Мал. 11. Збільшення ступеня пустотности гусеничного рушія


продовження >>

У тексті збережені авторська орфографія и Пунктуація.

Як обробляти грунт без її ущільнення?
Як подолати цю суперечність?
Які способи пропонувалися і можуть бути запропоновані?
Главное меню
Реклама

Архив новостей
ArtmMisto
Наши партнеры ArtmMisto. Игроки могут начать свое азартное приключение на сайте "Buddy.Bet", который только что открылся для всех ценителей азарта.

Реклама

© 2013 mexpola.h1a25414f