Чизельний плуг — технічне за­без­пе­чен­ня про­цесів гли­бо­ко­го роз­пу­шу­ван­ня грун­ту

Го­ло­вними чин­ни­ками є ви­ко­ри­с­тан­ня за­старілих ме­тодів і підходів до ме­ханічно­го об­робітку грун­ту, ви­ро­щу­ван­ня у гос­по­дар­ст­вах мо­но­куль­тур, знач­на засміченість сільсько­го­с­по­дарсь­ких угідь хімічни­ми ре­чо­ви­на­ми і бур’яна­ми, май­же по­вна відсутність ор­ганічних до­б­рив, за­сил­ля над­важ­кої техніки та ін. Розв’язан­ня цієї про­бле­ми пе­ред­ба­чає пе­рехід від тра­диційних ме­тодів об­робітку грун­ту до ре­сур­со­ощад­них тех­но­логій, які грун­ту­ють­ся на ви­ко­ри­с­танні чи­зель­них комбіно­ва­них зна­рядь, подрібню­вачів рос­лин­них ре­ш­ток, комбіно­ва­них ба­га­то­опе­раційних ма­шин, посівних си­с­тем для тех­но­логій пря­мо­го висіву, ма­шин для ло­каль­но­го вне­сен­ня до­б­рив у грунт то­що. Са­ме впро­ва­д­жен­ня пер­спек­тив­них тех­но­логій та ви­ко­ри­с­тан­ня но­вих кон­ст­рук­тив­них рішень під час ре­алі­зації всьо­го ком­плек­су сільсько­­гос­­­по­дарсь­ких робіт дасть змо­гу не ли­ше уповільни­ти де­гра­дацію грунтів, але й за­вдя­ки ре­алізації си­с­те­ми грун­то­за­хис­них тех­но­логій відно­ви­ти грун­то­твор­ний про­цес та підви­щи­ти ро­дючість.

Поблема ущільнення грунту: причини виникнення та вплив на продуктивність грунту

Однією із най­за­т­ратніших опе­рацій, з точ­ки зо­ру ви­т­рат паль­но­го та ча­су на її здійснен­ня, є ос­нов­ний об­робіток грун­ту. Тра­диційна по­ли­це­ва оран­ка, яка на сьо­годні є чи не най­по­ши­ре­ні­шим прий­о­мом ос­нов­но­го об­ро­бітку в більшості фер­мерсь­ких гос­по­дарств Ук­раїни, спри­чи­нює ство­рен­ня пе­ре­ущільне­ної підор­ної підо­шви, а от­же — погіршен­ня во­ло­го- та повітро­обміну в ро­дю­чо­му шарі.

Сфе­ричні дис­ки дис­ко­вих борін, лу­щиль­ників, дис­ка­торів під час взаємодії з грун­том чи­нять на ньо­го ще інтен­сивнішу дію, як наслідок — підви­щується ступінь подрібнен­ня струк­тур­них еле­ментів, що при­ско­рює руй­ну­ван­ня аг­ро­технічно-цінних аг­ре­гатів. Са­ме ме­ханічна дія цих ро­­бо­­­­чих ор­ганів при­зве­ла до тен­денції зни­жен­ня вро­жаїв та суттєво­го впли­ву на вро­жайність кількості опадів у ве­ге­та­ційний період. То­му пи­тан­ня руй­ну­ван­ня підор­ної підо­шви та про­ве­ден­ня ос­нов­но­го об­робітку без по­шко­д­жен­ня аг­ро­технічно-цінних аг­ре­гатів грун­ту за умов ре­сур­со­ощад­них тех­но­логій є ак­ту­аль­ним.

Ущільнен­ня грун­ту відбу­вається під дією влас­ної ва­ги, рос­лин і во­ди, що зна­хо­дять­ся на по­верхні по­ля, а та­кож в ре­зуль­таті ви­су­шу­ван­ня грун­ту. До цих внутрішніх чин­ників до­да­ють­ся зовнішні: ущільнен­ня мобільни­ми аг­ре­га­та­ми і ро­бо­чи­ми ор­га­на­ми. В ре­зуль­таті щільність грун­ту збільшується, зни­жується мікро­по­ристість, що при­зво­дить до погіршен­ня інфільтраційних вла­с­ти­во­с­тей.

Розрізня­ють два ви­ди ущільнен­ня грун­ту: по­верх­не­ве — до 30 см і підор­не пе­ре­ущільнен­ня — на гли­би­ну по­над 30 см. За­га­лом ущільнен­ня грун­ту — ку­му­ля­тив­ний про­цес, який су­про­во­­джується підви­щен­ням щільності, змен­шен­ням по­ри­с­тості, зни­жен­ням ае­рації, що не­га­тив­но впли­ває на роз­ви­ток ко­ре­не­вої си­с­те­ми і біологічну ак­тив­ність мікро­ор­ганізмів. Змен­шен­ня про­со­чу­ван­ня во­ло­ги че­рез грунт сприяє водній ерозії і при­зво­дить до за­топ­лен­ня зе­мель аг­рар­но­го при­зна­чен­ня на три­ва­лий строк. Вміст у грунті гу­му­су — го­ло­вний фак­тор, що виз­на­чає ступінь ущільнен­ня, та йо­го рівень в ор­них грун­тах Ук­раїни зни­жується із кож­ним ро­ком.

Чизельні плуги глибокорозпушувачами - альтернатива полицевий оранці

Оче­вид­ною аль­тер­на­ти­вою по­ли­це­вої оран­ки та дис­ку­ван­ня є про­ве­ден­ня ну­ль­о­во­го чи мінімаль­но­го об­ро­­бітків грун­ту. Ос­но­вою мінімаль­но­го об­ро­бітку є без­по­ли­це­ве гли­бо­ке роз­пу­шен­ня, яке мож­на здійсню­ва­ти чи­зель­ни­ми гли­бо­ко­роз­пу­шу­ва­ча­ми. Чи­зе­лю­ван­ня дає змо­гу суттєво збіль­ши­ти ши­ри­ну за­хва­ту ма­шин, порівня­но із оран­кою, зни­зи­ти ви­т­ра­ти паль­но­го на ос­нов­ний об­робіток (до 40–50%), зруй­ну­ва­ти ущільне­ну під­ор­ну підо­шву та ін. Про­те під час ви­­ко­нан­ня цієї опе­рації мож­на відмі­ти­ти і де­які не­доліки, се­ред яких не­по­вне підрізан­ня бур’яну, не­мож­ливість от­ри­ман­ня в ре­зуль­таті об­ро­бітку су­­цільно­го дна бо­роз­ни, низь­кий рівень за­гор­тан­ня по­жнив­них ре­ш­ток, насіння бур'янів та до­б­рив, ут­во­рен­ня на по­верхні по­ля ве­ли­ких брил то­що.

Ще од­ним про­блем­ним мо­мен­том ши­ро­ко­го впро­ва­д­жен­ня опе­рацій чи­­зель­но­го об­робітку грун­ту є не­по­вна адап­тація на­яв­них ма­шин до склад­них грун­то­во-кліма­тич­них умов Ук­раїни, оскільки знач­на їхня кількість ви­го­тов­ляється за­кор­дон­ни­ми фірма­ми — Gaspar­do, Amazone, John Deere, Lemken, Great Plains або ж за їхніми ліцензіями, а ос­новні ро­бочі ор­га­ни не пе­ревіря­ли­ся в ре­аль­них польових умо­вах. Са­ме на­ве­дені фак­то­ри при­зво­дять до об­ме­же­но­го ви­ко­ри­с­тан­ня чи­зель­них зна­рядь, хо­ча світові тен­денції до­во­дять, що в не­да­ле­ко­му май­бут­нь­о­му опе­рації гли­бо­ко­го роз­пу­шен­ня повністю замінять по­ли­це­ву оран­ку. Так, у США та Ка­наді ще в 2000 р. на без­по­ли­цеві спо­со­би об­ро­­бітку пе­ре­ве­де­но 70% посівних площ, а до 2020 р. пла­нується пе­ре­ве­с­ти 100%.

Чизельні плуги глибокорозпушувачами на ринку сельхостехнікі України

Се­ред технічних за­собів для гли­бо­ко­го роз­пу­шу­ван­ня на рин­ку Ук­раїни ши­ро­ко пред­став­лені гли­бо­ко­роз­пу­шу­вачі ком­паній John Deere, Wil-Rich (США), Hatzenbichler (Австрія), Gregoire Besson (Франція), Gaspardo (Італія) то­що (фо­то 1).

Чи­зельні грун­то­об­робні зна­ряд­дя цих ви­роб­ників, крім не­по­вної адап­тації до важ­ких суг­лин­ко­вих та гли­ни­с­тих грунтів, ха­рак­те­ри­зу­ють­ся не­мож­ливістю аг­ре­га­ту­ван­ня із вітчиз­ня­ними трак­то­ра­ми більш раннього ви­роб­ництва, до­ро­ги­ми і дефіцит­ни­ми за­па­сни­ми ча­с­ти­на­ми та в ок­ре­мих ви­пад­ках — складністю са­мої кон­ст­рукції і ре­гу­лю­ван­ня гли­би­ни об­робітку та ре­жимів ро­бо­ти. На­при­клад, у гли­бо­ко­роз­пу­шу­вачів фірми Gaspardo (фо­то 1д) по­ло­жен­ня котків та гли­би­на об­ро­бітку чи­зель­ни­ми ла­па­ми ре­гу­лю­ють­ся гідро­си­с­те­мою, що ус­клад­нює їхнє ви­­ко­ри­с­тан­ня на по­лях ба­га­­тьох фер­мерсь­ких гос­по­дарств Ук­раїни. Крім цьо­го, ба­га­то зразків за­кор­дон­ної техніки для без­по­ли­це­во­го об­робітку ма­ють підви­ще­ну ме­та­лоємність, а до­поміжні ро­бочі ор­га­ни не­здатні за­без­пе­чи­ти аг­ро­технічні ви­мо­ги за по­каз­ни­ком якості кри­шен­ня грун­ту.

Чизельні плуги глибокорозпушувачами українського виробництва: переваги і недоліки

Сьо­годні техніка вітчиз­ня­на та ви­роб­ництва країн близь­ко­го за­ру­біж­жя кон­ст­рук­тив­но ма­ло відрізняється від за­кор­дон­них ана­логів, про­те якість її ви­ко­нан­ня та ма­теріалів, з яких ви­го­тов­ле­но ро­бочі ор­га­ни, ско­ро­чує термін її ек­сплу­а­тації. На ос­нові на­уко­вих досліджень у на­п­рямі тех­но­логій без­по­ли­це­во­го об­ро­бітку грун­ту на ка­федрі сільсько­го­с­по­дарсь­ко­го ма­ши­но­бу­ду­ван­ня Кіро­во­градсь­ко­го національ­но­го технічно­го універ­си­те­ту роз­роб­ле­но кон­ст­рукцію універ­саль­но­го ком­біно­ва­но­го чи­зе­ля, адап­то­ва­но­го до на­яв­них грун­то­во-кліма­тич­них умов Ук­раїни (фо­то 2). Ви­роб­ництво та­ких ком­біно­ва­них чи­­зелів на за­мов­лен­ня працівників аг­рар­но­го сек­то­ру на­ла­го­д­же­но у «ПП Са­­виць­кий», в се­лищі Но­ве, що на Кіро­во­град­щині.

Ос­нов­ним ро­бо­чим ор­га­ном роз­роб­ле­ної ма­ши­ни є чи­зель­на ла­па, яка скла­дається зі сто­я­ка, до­ло­та, зу­ба для подрібнен­ня ве­ли­ких гру­док та крил (фо­то 3). До­поміжний ро­бо­чий ор­ган — здвоєний зуб­ча­с­тий ко­ток (фо­то 2), який, крім функції ре­гу­лю­ван­ня гли­би­ни об­робітку, про­во­дить роз­би­ван­ня ве­ли­ких гру­док, за­гор­тан­ня рос­лин­них ре­ш­ток у нижні го­ри­зон­ти, на гли­би­ну до 15 см. Ма­ла тов­щи­на зубів кот­ка сприяє кра­що­му про­ник­нен­ню їх у грунт і до­дат­ко­во­му йо­го роз­пу­шу­ван­ню на більшу гли­би­ну. До то­го ж чи­­зель мо­же ма­ти мен­шу кон­ст­рук­тив­ну ма­су, порівня­но із за­кор­дон­ни­ми ана­ло­га­ми, вигідно відрізняється про­сто­тою ре­гу­лю­ван­ня за­галь­ної гли­би­ни об­­ро­­бітку та інтен­сив­ності ро­бо­ти пе­­ред­­­нь­о­го та зад­нь­о­го котків.

Під час роз­пу­шу­ван­ня грун­ту чи­­зель­ною ла­пою до­ло­то ско­лює суціль­­не се­ре­до­ви­ще, зуб подрібнює підняті до­ло­том ве­ликі груд­ки, а кри­ла, крім підрізан­ня бур’янів, до­дат­ко­во кри­шать грунт та, за­леж­но від ви­со­ти їхньо­го роз­та­шу­ван­ня на сто­я­ку, мо­жуть змен­шу­ва­ти ви­со­ту гре­бенів дна бо­роз­ни. Зміна по­ло­жен­ня крил віднос­но дна бо­роз­ни відбу­вається шля­хом пе­ре­ста­нов­ки ос­танніх в от­во­рах на сто­я­ку та закріп­лен­ня бол­то­ви­ми з’єднан­ня­ми. Г-подібна фор­ма крил, порівня­но з кри­волінійною, за­без­пе­чує їхнє щільне при­ля­ган­ня до сто­яків і сприяє зни­жен­ню тя­го­во­го опо­ру на пе­реміщен­ня всьо­го ро­бо­чо­го ор­га­на в грунті (фо­то 1д).

Чизельні плуги глибокорозпушувачами: результати польових випробувань

Ви­про­бу­ван­ня комбіно­ва­них чи­­зе­лів про­во­ди­ли­ся про­тя­гом 2013–2015 років на по­лях Но­во­ук­раїнсько­го, Ком­паніївсько­го, Кіро­во­градсь­ко­го рай­онів Кіро­во­градсь­кої об­ласті. Умо­ви про­ве­ден­ня ви­про­бу­вань відповіда­ли се­ред­нь­о­ста­ти­с­тич­ним у регіоні. Ме­ха­нічний склад грун­ту — важ­кий і се­ред­ній су­­­­гли­­­­­нок. Твердість грун­ту ста­но­ви­ла: у шарі 0–10 см — 2–3,5 МПа; 10–20 см — 3,5–6,5; 20–30 см — 6–10 МПа. Аб­со­лют­на во­логість грун­ту зна­хо­ди­ла­ся в ме­жах 12–16%.

Технічна ха­рак­те­ри­с­ти­ка сімей­ст­ва роз­роб­ле­них комбіно­ва­них чи­зель­них гли­бо­ко­роз­пу­шу­вачів дає змо­гу оціни­ти їхню кон­ку­рен­то­с­про­можність по­­рів­­­ня­но із кра­щи­ми за­кор­дон­ни­ми ана­ло­га­ми (таб­ли­ця).

Об’єктом досліджен­ня був тех­но­ло­гічний про­цес комбіно­ва­но­го чи­зель­но­го гли­бо­ко­роз­пу­шу­ва­ча (фо­то 4). Після ви­ко­нан­ня без­по­ли­це­во­го об­ро­бітку про­во­ди­ли оцінку ефек­тив­ності ро­бо­ти за ко­ефіцієнтом якості кри­шен­ня грун­ту та рівномірністю гли­би­ни об­робітку. По­каз­ни­ком якості вва­жав­ся відсо­ток грун­тових аг­ре­гатів, розміри яких не пе­ре­ви­щу­ва­ли 50 мм у за­гальній ма­­­сі об­роб­ле­но­го грун­ту. Крім то­го, про­­­­во­ди­ли оцінку впли­ву швид­кості аг­ре­га­ту на якісні по­каз­ни­ки та ефек­тивність ро­бо­ти котків. Досліди про­хо­ди­ли з п’яти­крат­ною по­вто­рю­ваністю, а ре­зуль­та­ти пред­став­ле­но за се­редніми зна­чен­ня­ми.

 Ре­зуль­та­ти ек­с­пе­ри­мен­таль­них досліджень із виз­на­чен­ня якісно­го по­каз­ни­ка роз­пу­шу­ван­ня оціню­ва­ли за гли­бини об­робітку h=32–40 см, при цьо­му ви­со­та гре­бе­ня, що ут­во­рюється між суміжни­ми про­хо­да­ми чи­зель­них лап на дні бо­роз­ни, ста­но­ви­ла h1=18–20 см. Мак­си­маль­на швид­кість ру­ху об­ме­жу­ва­ла­ся тя­го­вою здатністю за­собів аг­ре­га­ту­ван­ня без про­бук­со­ву­ван­ня при­від­них коліс. Ана­­ліз от­ри­ма­них ре­зуль­татів по­ка­зує, що най­ниж­ча якість кри­шен­ня грун­ту до­ся­гається під час ро­бо­ти чи­зе­ля без котків-подрібню­вачів — цей по­каз­ник змінюється від 49 до 60%. Підви­щен­ня ро­бо­чої швид­кості сприяє по­кра­щан­ню якісно­го по­каз­ни­ка. Ана­логічна кар­ти­на спо­с­терігається під час ро­бо­ти чи­зе­ля із од­­ним кот­ком (ро­бо­та з од­ним кот­ком до­­ся­гається зміною по­ло­жен­ня ре­гу­лю­валь­но­го гвин­та 5, фо­то 2), але якісні по­каз­ни­ки ро­бо­ти аг­ре­га­ту є знач­но ви­щи­ми: k=55–69%. Най­більш якісно грунт об­роб­ляється за по­вної ком­плек­тації чи­зе­ля під час ро­­бо­ти з дво­ма кот­ка­ми, на швид­кості 7–8 км/год. За та­ких умов якісний по­каз­ник кри­шен­ня грун­ту ста­но­вить 70–75%, що пе­ре­ви­щує ана­логічні по­каз­ни­ки де­я­кої за­кор­дон­ної техніки (на­при­клад, в умо­вах важ­ких чор­но­земів для Artiglio S 250–500 Gaspardo —  k=55–60%, для Cenius 400/18 AMAZONE — k=58–65%). Відхи­лен­ня ре­аль­ної гли­би­ни об­ро­біт­ку від за­да­ної під час ек­с­пе­ри­мен­ту не пе­ре­ви­щу­ва­ло 2%.

В. Са­ло, д-р техн. на­ук, про­фе­сор,

С. Ле­щен­ко, канд. техн. на­ук, до­цент,

Кіро­во­градсь­кий національ­ний технічний універ­си­тет