Введение
1 Состояние проблемы и задачи исследований 20
1.1 Характеристика современного состояния сельского хозяйства 20
1.1.1 Основные показатели производства сельскохозяйственной продукции в Республике Татарстан 21
1.1.2 Технологическое и техническое оснащение отрасли растениеводства 28
1.1.3 Эффективность и агроэкологические аспекты производства продукции растениеводства 36
1.1.4 Агроклиматические и почвенные условия Среднего Поволжья на примере Республики Татарстан 41
1.2 Обзор исследований по проблеме 47
1.2.1 Агротехнические аспекты обработки почвы 47
1.2.2 Технологические аспекты обработки почвы 53
1.2.2.1 Противоэрозионная обработка почвы 53
1.2.2.2 Послойная обработка почвы с одновременным разрушением плужной подошвы 56
1.2.2.3 Обработка поверхностного слоя почвы 58
1.2.3 Энергосберегающие факторы обработки почвы 62
1.2.4 Основные направления совершенствования почвосберегающих приемов и машин обработки почвы 65
1.3 Задачи исследований 68
2 Агроэкологическая и энергетическая оценка технологий обработки почвы 71
2.1 Методика исследований по обоснованию элементов технологии обработки почвы 71
2.2 Изменение плотности почвы в зависимости от агротехнических приемов ее обработки 73
2.3 Основные агроэкологические свойства почвы и их изменения в зависимости от агротехнических приемов ее обработки 80
2.3.1 Влажность почвы 80
2.3.2 Содержание элементов питания в почве 84
2.3.3 Фитосанитарное состояние посевов сельскохозяйственных культур 86
2.3.3.1 Засоренность 86
2.3.3.2 Поражение растений болезнями 90
2.3.4 Урожайность сельскохозяйственных культур 92
2.4 Энергетическая эффективность получения урожая сельскохозяйственных культур в зависимости от технологий обработки почвы 96
2.5 Экономическая эффективность производства продукции растениеводства в зависимости от технологий обработки почвы 102
Выводы 105
3 Теоретическое обоснование параметров технических средств с ротационными рабочими органами для обработки почвы 106
3.1 Системный анализ факторов взаимодействия «растение-среда-машина» 106
3.2 Физико-механические аспекты обработки почвы 110
3.3 Теоретическое обоснование параметров машин с ротационными рабочими органами для обработки почвы 112
3.3.1 Теоретические исследования противоэрозионного агрегата для глубокой послойной обработки почвы 114
3.3.1.1 Уравнения движения ротационного органа комбинированного почвообрабатывающего орудия 114
3.3.1.2 Исследование процесса взаимодействия дискового рабочего органа с почвой 117
3.3.1.3 Определение реактивного момента, действующего на режущий диск 122
3.3.1.4 Обоснование взаимного размещения рабочих органов на раме комбинированного орудия 124
3.3.1.5 Определение диаметра и радиуса кривизны дисковых рабочих органов 128
3.3.1.6 Влияние конструктивных факторов на устойчивость вращения дисков 129
3.3.2 Теоретические исследования ротационного орудия для поверхностной обработки почвы 135
3.3.2.1 Уравнения движения ротационного конического рабочего органа.. 135
3.3.2.2 Исследование процесса взаимодействия ротационного конического рабочего органа с почвой 137
3.3.2.3 Обоснование взаимного расположения ротационных конических рабочих органов на раме машины 144
3.3.2.4 Определение динамических показателей ротационного конического рабочего органа 149
3.3.3 Теоретические исследования дискового культиватора для мелкой обработки почвы 157
3.3.3.1 Зависимости деформации пласта почвы между дисками рабочего органа 157
3.3.3.2 Исследование возможности отделения частиц почвы от массива 166
3.3.3.3 Движение почвы по дискам после отделения от монолита 167
3.3.4 Теоретические исследования вибрационной бороны в составе агрегата для предпосевной обработки почвы 174
3.3.4.1 Колебание рабочего органа вибрационной бороны, как системы с конечным числом степеней свободы 174
3.3.4.2 Формирование матриц жесткости и масс конечного элемента при исследовании деформации изгиба 174
3.3.4.3 Формирование матриц жесткости и масс рамного конечного элемента 181
Выводы 183
4 Методика и программа исследований, применяемые приборы и аппаратура 185
4.1 Программа экспериментальных исследований 185
4.2 Особенности методики планирования эксперимента в исследованиях 186
4.3 Методика определения агрофизических свойств и гребнистости поверхности почвы 187
4.3.1 Приборы и оборудование, используемые при исследовании свойств почвы 187
4.3.2 Методика определения основных показателей агрофизических свойств почвы 188
4.3.3 Методика определения степени крошения почвы 189
4.3.4 Методика определения гребнистости поверхности почвы 190
4.4 Методика лабораторных опытов 191
4.4.1 Определение сопротивления почвы сжатию и сдвигу 191
4.4.2 Исследование тягового сопротивления ротационного рабочего органа 191
4.4.3 Исследования по вытягиванию сорняков из почвы 194
4.5 Методика экспериментальных исследований по обоснованию конструктивно-технологических схем и определению оптимальных параметров почвообрабатывающих орудий 195
4.5.1 Методика исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы и определению оптимальных параметров опытного орудия КПО-2,5 для глубокой послойной обработки почвы 195
4.5.1.1 Устройство экспериментального орудия 195
4.5.1.2 Методика исследований тягового сопротивления 196
4.5.1.3 Методика исследований устойчивости вращения режущих дисков 196
4.5.1.4 Методика исследования агротехнических показателей работы опытного орудия 198
4.5.1.5 Определение необходимого числа экспериментов 198
4.5.1.6 Выбор факторов и интервалов их варьирования для математического планирования агротехнических исследований 199
4.5.2 Методика исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы и определению оптимальных параметров опытного орудия КРО-2,5 для поверхностной обработки почвы 200
4.5.2.1 Устройство экспериментального орудия 200
4.5.2.2 Устройство тензометрической навески конструкции ВИСХОМ 201
4.5.3 Методика исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы и определению оптимальных параметров опытного дискового культиватора КД-2,7 для мелкой обработки почвы 202
4.5.3.1 Устройство экспериментальной установки с рабочим органом дискового культиватора 202
4.5.3.2 Выбор факторов и интервалов их варьирования для математического планирования лабораторно-полевых опытов 203
4.5.3.3 Устройство опытного образца дискового культиватора 204
4.5.3.4 Выбор факторов и интервалов их варьирования для математического планирования полевых опытов с дисковым культиватором 205
4.5.4 Методика исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы и определению оптимальных параметров вибробороны ВБ-2,1 в составе агрегата для предпосевной обработки почвы. 206
4.5.4.1 Методика лабораторно-полевых опытов по выбору частоты и амплитуды колебаний рабочего органа вибробороны 206
4.5.4.2 Устройство опытного образца вибробороны 207
4.5.4.3 Методика исследования агротехнических показателей работы вибро-бороны в составе комбинированного агрегата МТЗ-80+АГ2,1-20 208
4.6 Методика обработки результатов экспериментальных исследований 209
5 Результаты лабораторных исследований 210
5.1 Опыты по определению механических параметров почвы 210
5.1.1 Сопротивление почвы сжатию 210
5.1.2 Сопротивление почвы сдвигу 214
5.2 Результаты лабораторных исследований силовых параметров и частоты вращения ротационного рабочего органа 215
5.3 Опыты по определению сопротивления вытягиванию сорняков из почвы 223
5.4 Результаты лабораторно-полевых опытов по оптимизации параметров дискового культиватора 225
5.4.1 Оценка степени крошения почвы рабочим органом дискового культиватора 225
5.4.2 Результаты исследований по отделению частиц почвы от массива и их движению 232
5.4.3 Результаты исследований по вытягиванию сорных растений из почвы 234
5.5 Результаты лабораторных опытов по определению прочностных характеристик вибрационной бороны и собственной частоты колебаний конструкции методом численных экспериментов 237
5.5.1 Результаты лабораторно-полевого опыта по выбору частоты и амплитуды колебаний рабочего органа вибробороны 237
5.5.2 Результаты численного эксперимента по определению напряжений в материале витков спирали и стойки 239
5.5.3 Результаты численного эксперимента по определению собственной частоты колебаний конструкции 243
Выводы 259
6 Результаты экспериментальных исследований 262
6.1 Результаты экспериментальных исследований противоэрозионного орудия КПО-2,5 для глубокой послойной обработки почвы 262
6.1.1 Технологический процесс послойной обработки почвы с одновременным разрушением плужной подошвы 262
6.1.2 Исследование влияния конструктивных и эксплуатационных параметров орудия на его технологические показатели 262
6.1.3 Исследование сохранности стерни на поверхности почвы 268
6.1.4 Определение степени крошения почвы и содержания в ней эрозионно-опасных частиц 269
6.1.5 Результаты исследований поперечного сечения пласта и водопроницаемости почвы 271
6.1.9 Результаты испытаний орудия для глубокой послойной обработки почвы в производственных условиях 273
6.2 Результаты экспериментальных исследований ротационного орудия КРО-2,5 для поверхностной обработки почвы 274
6.2.1 Оценка конструктивно-технологической схемы почвообрабатывающего орудия с ротационными рабочими органами 274
6.2.2 Результаты исследования степени крошения почвы в полевых условиях 276
6.2.3 Результаты исследования гребнистости поверхности поля 277
6.2.4 Экспериментальная проверка взаимного размещения ротационных рабочих органов на раме почвообрабатывающего орудия 278
6.3 Результаты исследований экспериментального дискового культиватора КД-2,7 для мелкой обработки почвы 279
6.3.1 Конструктивно-технологическая схема дискового культиватора 279
6.3.2 Результаты исследований технологических параметров дискового культиватора 281
6.3.3 Результаты исследования по проверке конструктивных параметров дискового культиватора 293
6.4 Результаты экспериментальных исследований вибробороны ВБ-2,1 в составе агрегата для предпосевной обработки почвы 295
6.4.1 Конструктивно-технологическая схема вибробороны 295
6.4.2 Результаты агротехнических исследований вибробороны по ее включению в агрегат для предпосевной обработки почвы 296
6.4.3 Проверка продольной устойчивости агрегата МТЗ 82+АГ 2,1-20 с вибробороной для предпосевной обработки почвы 302
Выводы 303
7 Экономическая эффективность использования новых технических средств для разноглубинной обработки почвы 307
7.1 Результаты испытаний разработанных технических средств для разноглубинной обработки почвы в производственных условиях 307
7.1.1 Результаты испытаний орудия КПО-2,5 для глубокой послойной обработки почвы 307
7.1.2 Результаты испытаний орудия КРО-2,5 для поверхностной обработки почвы 310
7.1.3 Результаты испытаний дискового культиватора КД-2,7 для мелкой обработки почвы 312
7.1.4 Результаты испытаний комбинированного орудия с вибробороной ВБ-2,1 для предпосевной обработки почвы 315
7.2 Экономическая эффективность использования новых почвообрабатывающих агрегатов 318
7.3 Энергетическая оценка использования новых почвообрабатывающих агрегатов 326
Выводы 330
8 Перспективные способы обработки почвы и новые технические решения для их реализации 332
8.1 Способ противоэрозионной обработки почвы на склонах и устройство для его осуществления 332
8.2 Способ безотвальной обработки склоновых земель и устройство для его реализации 336
8.3 Ротационное орудие для поверхностной обработки почвы 342
8.4 Винтовая борона-каток для поверхностной обработки почвы 344
8.5 Борона ротационная мульчирующая для поверхностной предпосевной обработки почвы 346
8.6 Ротационный рабочий орган для поверхностной обработки почвы 348
8.6.1 Ротационный рабочий орган на основе спиральнозубового барабана с вибраторами 348
8.6.2 Ротационный рабочий орган на основе двух спиральнозубовых барабанов, установленных консолей 350
8.7 Устройство для обработки междурядий пропашных культур 351
Заключение 354
Список литературы 358
