В этой статье рассматривается главные требования к испытанию физической модели машин и механизмов с запаздывающей обратной связью, предъявляются в зависимости от способа и техники полива, вида культуры, местных условий и толщины плодородного слоя почвы.
В условиях Казахстана, где в экономике страны решения проблем эффективного использования машин занимают определяющее место развития всех отраслей нашей страны.
Среди почвообрабатывающих, посевных и других машин, орудий и отдельных механизмов сельскохозяйственного назначения, а также мелиоративных и строительно- дорожных для земляных работ имеются такие, у которых различного вида опоры (колеса, катки, лыжи и тому подобное) расположены за рабочими органами и перемещаются по поверхностям, создаваемым этими рабочими органами во время выполнения технологических процессов.
Подобные механизмы и машины имеют в своих кинематических схемах замкнутые контуры передачи воздействий: отклонение по вертикали опор, расположенных за рабочим органом, передается через раму к рабочему органу, и от последнего через формируемую им поверхность движения к опоре. Передача воздействий по цепи опора-рама-рабочий орган формирует прямую связь, а от рабочего органа через формируемую им поверхность вновь к опоре - обратной. При этом обратная связь указанных машин является запаздывающей: так как отклонения опор, расположенных за рабочим органом вызываются смещениями последнего, но по отношению к ним происходят с запаздыванием по времени [1].
В настоящее время мало изучены кинематические и динамические модели машин с запаздывающей обратной связью, так же исследования переходных их процессов, позволяющее установить качественные показатели этих типов механизмов и машин в зависимости исходного состояния рельефа. Именно такой подход позволяет установить оптимальные конструктивные и настроечные параметры машин и механизмов в зависимости различных их условии работы.
Мировой и отечественной практикой земледелия доказано, что планировка или выравнивание поверхности земли является главным мелиоративным мероприятием, предназначенным для устранения имеющихся на поле неровностей в виде различных повышений и понижений. Наиболее ярко эффективность планировки проявляется, на рисовых чеках, от микрорельефа которых в первую очередь зависит урожайность риса и других культур рисового севооборота.
При строительстве, реконструкции и эксплуатации рисовых оросительных систем по действующим требованиям колебания отметок микрорельефа чеков не должны превышать ± 5см. Накопленный опыт выращивания риса подтверждает, что неровности поверхности чеков, находящиеся в пределах ±10 ... 13см, приводят к снижению урожайности риса в 1,5-2,7 раза и увеличению расхода поливной воды в 1,7-3,4 раза.
В аграрном секторе экономики Казахстана общеизвестны роль и значение орошаемого земледелия. В начале 90-х годов прошлого столетия на орошаемые земли страны приходилось почти 6% обрабатываемой площади (более 2,3 млн. га) и на них производилось примерно треть (в южных регионах 2/3 и более) всей растениеводческой продукции. На орошаемых землях возделываются такие высоко-прибыльные культуры, как хлопчатник, сахарная свекла, рис, овощи и т.д., а продуктивность зерновых при орошении в 2-3 раза выше, чем на богарных землях [1,2].
Состояние орошаемого земледелия за последние годы характеризуется значительными изменениями: ухудшается технический уровень мелиоративных объектов, снижается продуктивность и наблюдается выпадение из оборота значительных площадей орошаемых земель. В последние годы из 2,35 млн. га ранее орошавшихся земель использовалось всего 1,42 млн. га, а поливается около 1,2 млн. га.
В структуре посевов на орошаемых землях произошло снижение доли кормовых культур на 20% и рост доли зерновых на 18%. Почти по всем культурам произошло снижение абсолютных размеров посевных площадей от 15 до 63%. Наибольшее снижение наблюдается по кормовым культурам. В результате всего этого резко падает экономическая эффективность орошаемого земледелия. Значительно снизилась урожайность (а значит и валовой сбор) сельскохозяйственных культур на орошаемых землях. Так, за период с 1990 по 1997 гг. урожайность зерновых культур снизилась на 48%, сахарной свеклы - на 52%, хлопчатника - на 39%, картофеля - на 26% и овощей - на 34% [1,2].
Создавшееся положение требует определенной перестройки технической политики в орошаемом земледелии. Одним из приоритетных направлений по повышению эффективности использования орошаемых земель в Республике является осуществление высококачественной планировки орошаемых площадей.
В современных условиях эксплуатационная (предпосевная) планировка выполняется длиннобазовыми планировщиками, что не всегда эффективно, так как при этом не достигается требуемая точность планировки из-за отсутствия автоматической системы управления рабочим органом по высоте. При капитальной планировке рисовых чеков применяют различные технологии, где в качестве ведущих машин используют короткобазовые планировщики с бездонным ковшом и клин - планировщики. Применение на этих машинах лазерных систем автоматического управления позволяет достигать высокой точности планировки (±3см). Однако при этом появляется необходимость в использовании других машин, что приводит к увеличению земляных работ. При всем многообразии существующих технологий и машин сегодня отсутствует единые подход к определению оптимальных параметров землеройно-планировочных машин, остается неясным, какими критериями следует руководствоваться при выборе типа машин и совершенствовании комплексного технологического процесса планировки поверхности поля.
Рисунок 1-Планировщик полей полуприцепной ПЛМ-4,6
Необходимо отметить, что высокоточной планировке рисовых чеков отводится особая роль. Так, например, по данным Величко Е.Б. и Шумакова Б.Б. урожайность риса при колебаниях отметок чеков, спланированных с повышенной точностью равной ±3см, в 1,5 раза выше, а затраты поливной воды в 1,6 раза ниже, чем при отклонениях отметок чеков в пределах ±5см. Таким образом, повышение точности планировки на ±2см дает прибавку урожайности риса на 19,9 ц/га (47%) и экономию поливной воды 1621 м3 на тонну риса сырца (36%).
Эффективность планировки орошаемых земель в первую очередь зависит от ее качества выполнения. Отклонения отметок от проектных на спланированной площади не должны превышать ±0,05 м. Выдержанный одинарный естественный уклон не должен приводить к смыву почвы. При планировке должен сохраняться плодородный слой толщиной не менее 0,15 м и для ряда культур не менее 0,18-0,20 м [3,4,5].
Главные требования к испытанию физической модели машин и механизмов с запаздывающей обратной связью, предъявляются в зависимости от способа и техники полива, вида культуры, местных условий и толщины плодородного слоя почвы. При самотечном поливе, который проводится по сквозным и тупым бороздам, по полосам и затоплением, участок должен быть с определенным уклоном и качественно спланирован. Полив по тупым бороздам организуют на горизонтальных площадях, а по сквозным бороздам проводят на наклонных участках.
При планировке участка для полива по сквозным бороздам надо строго соблюдать проектные продольные и поперечные уклоны. Уклоны должны быть такими, чтобы поливная вода не растекалась по поверхности участка и не размывала почву. Уклоны планируемых участков определяют с учетом водопроницаемости почвы, способа полива, биологической особенности возделываемой культуры и местных условий.
При поливах по бороздам предельные значения уклона площади могут быть 0,002-0,01. Обратные уклоны по отношению к направлению полива не допускаются. При поливе затоплением, который применяется при возделывании, в основном, риса подготавливают чеки между оросительными каналами. Поверхность чеков должна быть подготовлена с такой точностью, чтобы после их заполнения разность глубины поливочной воды не превышала 0,03-0,05 м. При этом отклонения отметок от проектных на спланированной площади не должны превышать ± 0,03 м [6,7].
При разработке и выборе способа планировки во всех почвенно-климатических условиях следует стремиться к максимальному сохранению плодородного слоя почвы. При достаточной толщине плодородного слоя и спокойном рельефе местности с почвенным покровом средней мощности планировка ведется обычным способом. Перед планировкой маломощных почв ставятся другие задачи в зависимости от свойств почвогрунта и вида полива. В этом случае уклон местности сохраняется и планировку рекомендуется проводить там, где продольный уклон не превышает 0,03 [3,5,8].
При испытании физической модели машин и механизмов с запаздывающей обратной связью не рекомендуется использовать плодородный слой почвы для строительства подушки каналов, валиков и других земляных сооружений. Для этих целей следует использовать в основном грунт нижнего горизонта. При составлении проекта и производстве работ необходимо учитывать осадку планируемой поверхности, особенно на местах насыпи и повторных проходов машин. Осадка на сухой почве меньше (до 0,05 м, чем на влажной до 0,10м).
Допустимая срезка при испытании по обычной технологии без дополнительных мероприятий устанавливается в зависимости от почвогрунтов и рельефа. Если срезка больше допустимой нормы на значительной площади, то на маломощных почвах производят планировку, обеспечивающую сохранение плодородного слоя почвы. В настоящее время планировка производится под горизонтальную плоскость, наклонную плоскость, топографическую поверхность и линейчатую поверхность [6,8].
Под горизонтальную плоскость планируют рисовые поля и участки влагозарядкового орошения, где предусматривается полив затоплением. Такую же планировку делают и на сильно засоленных землях [7,8,9].
При поливах по бороздам или полосам наилучшей является планировка под наклонную плоскость, при которой уклоны всех борозд (полос) на участке или карте получаются одинаковыми и постоянными по длине. При планировке под наклонную плоскость объемы работ обычно получаются большими, особенно при сложных рельефах, чтобы избежать глубоких срезок, снизить стоимость работ, поверхность планируют под топографическую или линейчатую.
В настоящее время при поливах по полосам или бороздам планировку полей делают преимущественно способом продольных полос (профилей) и под наклонную плоскость в пределах поливных участков. По первому способу участок по ширине разделяют на полосы шириной 20 м, для которых делают продольные профили поверхности земли. В пределах каждой полосы проводят проектную поверхность так, чтобы объемы насыпей и срезок примерно были равными. Через каждые 20 м на профиле показывают действительные и проектные отметки, глубину срезки и высоту подсыпки. Объем срезок может быть больше объема насыпей на 10-20%. Такую планировку иногда называют планировкой под «шиферную» поверхность [4,6,8].
Окончательная отделка площадей рисовых чеков производится длиннобазовым планировщиком. Планировочные работы можно производить при следующих пределах влажности почвы, % абсолютно сухой почвы: глинистые почвы 20-24%; суглинистые 19-22%; легкосуглинистые 13-15%; песчано-пылеватые 10-14% [58, c.57]. Перед началом работы планировщика на ровной поверхности участка правильно устанавливают нож по высоте. На рыхлой почве при первом следе планировки нож устанавливают на 3-5 см выше опорной плоскости колес. После первого следа агрегата нож опускают до опорной плоскости колес. После капитального выравнивания земель на участке остаются малозаметные неровности. Одни неровности остаются на площадках срезки и насыпи из-за некачественной обработки площадок землеройно- транспортными машинами, другие из-за того, что не были включены в проект планировки. Все микронеровности необходимо устранять длиннобазовыми планировщиками.
Литература
- Жунисбеков П.Ж. Переходные процессы почвообрабатывающих машин и орудий с обратными связами. // В кн: Науч.труды КазСХИ - Алмата-Ата: 1972. – С.29.
- Ксендзов В.А. Введение в механику машин и механизмов с запаздывающими обратными связями. Москва: Спутник,
- Самсонова Н. П. Планировочные работы на орошаемых землях. - М.: Сельхозгиз, 1955. – 127с.
- Парамонова Е. Г. О точности разбивочных работ при вертикальной планировки // Совершенствование технологии аэрогеодезических изысканий для целей агропромышленного комплекса. – М. – 1991. – С.58-61.
- Шумаков Б. А., Петрунин В.П. Планировка поверхности орошаемых площадей для полива по длинным бороздам и полосам: сб. науч. тр. / ЮжНИИГиМ, 1964. – Вып. 10. – С.5-13.
- Сметанин В. И. Рекультивация и обустройства нарушенных земель. – М.: Колос, 2000. – 95с.
- Цывинский Г. В. Определение направлений и расстояний возки грунта при планировке орошаемых площадей // Мелиорация и водное хозяйство. – 1970. – Вып.– С.38-47.
- Титов И. И. Методы проектирования и производства планировочных работ на орошаемых землях. – Симферополь: Крымиздат, 1961. – 185с.
- Ахмеджанов М. А. Эксплуатационная планировка орошаемых земель в аридной зоне. – М.: Колос, 1982. – С.28-39.