RU2727828C1 - Способ восстановления суглинистых деградированных земель - Google Patents

Способ восстановления суглинистых деградированных земель Download PDF

Info

Publication number
RU2727828C1
RU2727828C1 RU2020107337A RU2020107337A RU2727828C1 RU 2727828 C1 RU2727828 C1 RU 2727828C1 RU 2020107337 A RU2020107337 A RU 2020107337A RU 2020107337 A RU2020107337 A RU 2020107337A RU 2727828 C1 RU2727828 C1 RU 2727828C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soil
depth
loamy
value
loosening
Prior art date
Application number
RU2020107337A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Иванович Старовойтов
Бадри Хутаевич Ахалая
Валерий Михайлович Коротченя
Юлия Сергеевна Ценц
Сергей Андреевич Квас
Анастасия Владимировна Миронова
Андрей Сергеевич Золотарев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)
Priority to RU2020107337A priority Critical patent/RU2727828C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2727828C1 publication Critical patent/RU2727828C1/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B13/00—Ploughs or like machines for special purposes ; Ditch diggers, trench ploughs, forestry ploughs, ploughs for land or marsh reclamation
    • A01B13/08—Ploughs or like machines for special purposes ; Ditch diggers, trench ploughs, forestry ploughs, ploughs for land or marsh reclamation for working subsoil
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B49/00—Combined machines
    • A01B49/02—Combined machines with two or more soil-working tools of different kind
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B79/00—Methods for working soil

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Soil Working Implements (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к сельскохозяйственному машиностроению. Способ заключается в рыхлении почвы импульсами сжатого воздуха прецизионно внутрипочвенно под углом 30-40° к горизонтальной поверхности. Обработку почвы, находящейся в состоянии физической спелости, производят ультразвуком на глубину, не превышающую глубину основной обработки почвы. При этом величина среднего звукового давления составляет P=9324 Па и частота колебаний звукового поля равна 19762-37773 с. Способ позволяет проводить обработку почвы без разрушения ее структуры. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к обработке почвы без оборота пласта.
В зависимости от глубины хода рабочих органов и выполняемых операций различают основную, поверхностную и специальную обработку почвы [Карпенко А.Н., Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины. -М.:Агропромиздат, 1989. - С.9].
Основная обработка почвы — глубокая сплошная обработка, проводимая под определенную культуру севооборота и изменяющая плотность сложение пахотного слоя и перемешивающая слои или горизонты почвы.
Основная обработка может состоять из общих приемов, например, вспашки или глубокого рыхления, так и специальных — двух- или трех-ярусной обработки, щелевания, кротования и т.д.
В зависимости от способа основную обработку подразделяют на отвальную с полным или частичным оборотом пласта, безотвальное рыхление без оборота пласта, обработку с полным или частичным перемешиванием почвы пахотного слоя.
Глубина вспашки определяется зональными особенностями, мощностью пахотного слоя и типа почвы, особенностями культуры, а также глубиной основной обработки под предшествующие культуры, засоренностью сорными растениями. Вспашку в зависимости от глубины подразделяют на мелкую — менее 20 см, обычную — 20-23 см, глубокую — 24-40 см, плантажную — более 40 см.Дерново-подзолистые почвы обрабатывают на глубину 20-22 см, хорошо окультуренные и серые лесные — на глубину до 26-28 см, черноземные почвы под пропашные культуры пашут на глубину до 28-32 см [https://universityagro.ru/земледелие/приемы-основной-обработки-почвы/31.01.2020].
Важнейшей технологической операцией является рыхление почвы. Плуги для оборота пласта в пределах своей борозды и с его смещением на сторону, чизельные плуги, дискаторы, лущильники, культиваторы, бороны, фрезы рыхлят почву за счет механического воздействия различного рода рабочих органов.
Известен плуг-рыхлитель ПЧ-4,5, на раме которого можно установить от девяти до одиннадцати рыхлителей [Карпенко А.Н., Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины.-М.:Агропромиздат, 1989.-С.31]. Рыхлитель состоит из стойки, обтекателя, долота или стрельчатой лапы.
При работе рыхлителя, состоящего из стойки, обтекателя и долота, в процессе работы формируется зона блокированного резания и зона возмущенного состояния. Зона возмущенного состояния располагается в поверхностном слое почвы. Ее размеры зависят от геометрических параметров рабочего органа глубокорыхлителя и внутреннего угла трения почвы. В тоже время, зона блокированного резания зависит только от геометрических параметров рабочего органа. Частицы почвы зоны блокированного резания, находящиеся впереди рабочего органа, разрушаясь, вдавливаются в ее боковые стенки [Труфанов В.В. Глубокое чизелевание почвы/ В.В.Труфанов.-М.:Агропромиздат,1989, 139с].
Считается перспективным рыхление почвы за счет воздушного потока. Так, известно устройство для обработки почвы пульсирующим сжатым воздухом. Импульсы сжатого воздуха выходят из наконечников щелевателя и обеспечивают рыхление зоны блокированного резания почвы [Пат. РФ № 183739, МПК А 01 В 49/00, 2018].
Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ обработки почвы прецизионно внутрипочвенно под углом 30-40
Figure 00000001
импульсными ударами сжатого воздуха высокотурбулентного действия [Пат. РФ № 2711598 А01В 79/00, 2020. Способ восстановления деградированных почв / Лобачевский Я.П., Ахалая Б.Х., Старовойтов С.И., Золотарев А.С.].
К недостаткам известного способа можно отнести некачественное рыхление зоны блокированного резания, возникающую при проходе чизельных орудий, достаточно большую энергоемкость рыхления, невозможность осуществлять рыхление почвы без внешнего механического воздействия рабочего органа.
Формулировка «импульсные удары сжатого воздуха высокотурбулентного действия» носит также общий декларативный характер и не раскрывает суть технологического воздействия сжатого воздуха.
Частота воздействия сжатого воздуха может быть соизмерима частоте собственных колебаний обрабатываемого слоя почвы или на порядок выше, вызывая процесс кавитационного разрушения. При акустическом кавитационном процессе, возникающем при прохождении через среду колебаний звуковой волны, происходит образование и схлопывание воздушных полостей.
Процесс образования и схлопывания полостей зависит от многих факторов, в том числе от свойств почвы и параметров звуковой волны. Свойства почвы,как объекта обработки, можно выразить через такие физические параметры как плотность среды, модуль упругости первого рода, коэффициент Пуассона, скорость распространения звуковой волны. К параметрам звуковой волны относят частоту и звуковое давление. Эти два параметра являются определяющими при разработке и проектировании установки для рыхления почвы за счет кавитационного разрушения. Рабочий орган для рыхления почвы за счет кавитационного разрушения включает газоструйный резонатор, в состав которого входит сопло и, собственно, резонатор, конструктивные величины которых зависят от параметров звуковой волны.
Технической задачей изобретения является повышение качества обработки почвы путем определения величины среднего звукового давления и частоты колебаний звукового поля для обработки, в частности, суглинистых почв, находящихся в состоянии физической спелости.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе восстановления суглинистых деградированных земель, заключающимся в рыхлении почвы импульсами сжатого воздуха прецизионно внутрипочвенно под углом 30-40
Figure 00000001
к горизонтальной поверхности, согласно изобретению, обработку почвы, находящейся в состоянии физической спелости, производят ультразвуком на глубину, не превышающую глубину основной обработки почвы, при этом величина среднего звукового давления составляет
Figure 00000002
Па и частота колебаний звукового поля равна 19762…37773с-1.
Способ поясняется чертежом, на котором представлен график зависимости частоты колебаний звукового поля от величины абсолютной влажности суглинистой почвы в интервале физической спелости суглинистой почвы при частоте колебаний звукового поля 19762…37773с-1.
Почвы Центрального федерального округа, гранулометрический состав которых в большей степени представлен суглинками (среднем до 50…60 %), относятся к почвам южно-таежной зоны. Такие виды почв относятся к средним по степени трудоемкости обработки и изучение перспективных видов воздействия с целью разрушения обрабатываемого слоя является актуальной задачей [Ковалев Н.Г., Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Сельскохозяйственные материалы.-М.: ИК «Родина», журнал «Аграрная наука», 1998.-С.14;].Физическая спелость суглинистой почвы соответствует величине абсолютной влажности, находящейся в интервале 16%...23%.
Способ восстановления суглинистых деградированных земель заключается в том, что обработку суглинистой почвы, находящейся в состоянии физической спелости, производят ультразвуком на глубину, не превышающую глубину основной обработки почвы. При этом величина среднего звукового давления составляет
Figure 00000002
Па и частота колебаний звукового поля равна 19762…37773 с-1.
Определение величины среднего звукового давления и частоты колебаний звукового поля с учетом реализации способа восстановления деградированных земель осуществляется следующим образом.
Интенсивность процесса кавитации по предложению Б.А. Агроната предложено оценивать с помощью следующего выражения [Агранат Б.А. Основы физики и техники ультразвука.-М.:Высшая школа,1987.-352с.;]
Figure 00000003
(1)
где
Figure 00000004
- безразмерный критерий;
Figure 00000005
-среднее звуковое давление, действующее на полость в фазе сжатия, Па;
Figure 00000006
- гидростатическое давление, Па;
Figure 00000007
- давление насыщенного пара почвенного раствора, Па.
Анализ выражения (1) показал, что критерий
Figure 00000004
принимает максимальное значение при соотношении
Figure 00000008
(2)
С учетом выражения (2) и величины гидростатического давления слоя почвы величина среднего звукового давления при котором, возможно, интенсивность процесса кавитации будет максимальной
Figure 00000009
(3)
где
Figure 00000010
-плотность почвы, кг/м3;
Figure 00000011
- глубина обработки, м;
Figure 00000012
-ускорение свободного падения, м/с2.
В то же время величина среднего звукового давления
Figure 00000013
(4)
где с - скорость распространения звуковой волны, м/с;
Figure 00000014
- циклическая частота, с-1;
Figure 00000015
- амплитуда смещения звуковой волны, м.
Наиболее энергоемкой деформацией разрушения почвы является деформация сжатия. Силам сжатия противодействуют все виды сцепления почвы. К ним относятся силы сцепления твердых частиц, химические связи, менисковые силы поверхностного натяжения воды, силы трения зацепления и прилипания.
Чтобы в почвенном растворе обрабатываемого слоя в процессе кавитации образовалась полость необходимо выполнение следующего условия
Figure 00000016
где
Figure 00000017
Figure 00000017
-удвоенное расстояние между молекулами, м;
Figure 00000018
Figure 00000018
- минимальный радиус образовавшегося пузырька, м.
Можно предположить, что амплитуда смещения звуковой волны должна соответствовать минимальному радиусу образовавшегося пузырька
Figure 00000019
Минимальный радиус образовавшегося пузырька почвенного раствора
Figure 00000020
Figure 00000020
(5)
где
Figure 00000021
Figure 00000021
- поверхностное натяжение почвенного раствора, Н/м;
Figure 00000022
Figure 00000022
- максимально возможное растягивающее напряжение, Па;
Figure 00000018
Figure 00000018
-минимальный радиус образовавшегося пузырька, м.
Также можно предположить то, что
Figure 00000023
Figure 00000023
(6)
где
Figure 00000024
Figure 00000024
- предел прочности почвы на сжатие, Па.
Предел прочности почвы на сжатие
Figure 00000025
Figure 00000025
(7)
где
Figure 00000014
Figure 00000014
- величина абсолютной влажности, %.
Таким образом, круговая частота звукового поля
Figure 00000026
Figure 00000026
. (8)
Примем то, что обрабатываемый слой почвы относится к безграничному твердому телу, в котором распространяются только продольные волны. Тогда, скорость распространения продольной волны равна
Figure 00000027
Figure 00000027
(9)
где
Figure 00000028
Figure 00000028
- модуль упругости почвы первого рода, Па;
Figure 00000029
Figure 00000029
- коэффициент Пуассона.
Представленные выше модуль упругости первого рода и коэффициент Пуассона отображают почву определенного гранулометрического состава и абсолютной влажности.
Модуль упругости первого рода [Ториков В.Е., Старовойтов С.И., Чемисов Н.Н. О физических параметрах суглинистой почвы / Земледелие. - 2016. - № 8. - С. 19 -21.]
Figure 00000030
Figure 00000030
(10)
где
Figure 00000014
Figure 00000014
- величина абсолютной влажности, %.
Коэффициент Пуассона
Figure 00000031
Figure 00000031
(11)
где
Figure 00000029
Figure 00000029
- коэффициент Пуассона.
По результатам теоретических исследований установлено, что величина среднего звукового давления, при котором обеспечивается максимальная эффективность процесса кавитации, находится в прямо пропорциональной зависимости от плотности почвы и глубины обработки. При плотности суглинистой почвы
Figure 00000032
Figure 00000032
кг/м3 и глубине основной обработки почвы (
Figure 00000033
Figure 00000033
м) величина среднего звукового давления составила
Figure 00000002
Figure 00000002
Па.
Минимальное значение частоты колебаний звукового поля составляет 19762с-1, исследуемая величина принимает при абсолютной влажности 16%, максимальное значение 37773 с-1 - при абсолютной влажности 23%. Установлено следующее, при увеличении величины абсолютной влажности частота звукового поля увеличивается по параболической зависимости.
Полученная зависимость частоты колебаний звукового поля от величины абсолютной влажности суглинистой почвы даст возможность рассчитать геометрические параметры газоструйного излучателя, в состав которого входит сопло и резонатор.
Экспериментальные исследования, проведенные с изготовленным газоструйным излучателем, показали возможность кавитационного разрушения почвы за счет использования ультразвука в обоснованном диапазоне частот.
Реализация предлагаемого способа восстановления деградированных земель позволитболее качественно рыхлить зону блокированного резания, возникающую при проходе чизельных орудий, снизить энергоемкость рыхления, осуществлять рыхление почвы без внешнего механического воздействия только за счет воздействия ультразвука.
Предлагаемая технология восстановления деградированных земель позволяет проводить обработку почвы без разрушения ее структуры.

Claims (1)

  1. Способ восстановления суглинистых деградированных земель, заключающийся в рыхлении почвы импульсами сжатого воздуха прецизионно внутрипочвенно под углом 30-40° к горизонтальной поверхности, отличающийся тем, что обработку почвы, находящейся в состоянии физической спелости, производят ультразвуком на глубину, не превышающую глубину основной обработки почвы, при этом величина среднего звукового давления составляет PA=9324 Па и частота колебаний звукового поля равна 19762-37773 с-1.
RU2020107337A 2020-02-18 2020-02-18 Способ восстановления суглинистых деградированных земель RU2727828C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020107337A RU2727828C1 (ru) 2020-02-18 2020-02-18 Способ восстановления суглинистых деградированных земель

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020107337A RU2727828C1 (ru) 2020-02-18 2020-02-18 Способ восстановления суглинистых деградированных земель

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2727828C1 true RU2727828C1 (ru) 2020-07-24

Family

ID=71741396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020107337A RU2727828C1 (ru) 2020-02-18 2020-02-18 Способ восстановления суглинистых деградированных земель

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2727828C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757624C1 (ru) * 2021-03-17 2021-10-19 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Многофункциональный агрегат для обработки почвы ультразвуком

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2238622C1 (ru) * 2003-05-26 2004-10-27 Сибирский государственный технологический университет Способ обработки почвы и комбинированное почвообрабатывающее орудие
CN108207130A (zh) * 2018-03-07 2018-06-29 山东农业大学 一种自适应多频超声振动低阻耐磨深松机及方法
RU194724U1 (ru) * 2019-11-07 2019-12-19 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Устройство для поверхностного рыхления почвы ультразвуком
RU2711598C1 (ru) * 2019-04-19 2020-01-17 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Способ восстановления деградированных земель

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2238622C1 (ru) * 2003-05-26 2004-10-27 Сибирский государственный технологический университет Способ обработки почвы и комбинированное почвообрабатывающее орудие
CN108207130A (zh) * 2018-03-07 2018-06-29 山东农业大学 一种自适应多频超声振动低阻耐磨深松机及方法
RU2711598C1 (ru) * 2019-04-19 2020-01-17 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Способ восстановления деградированных земель
RU194724U1 (ru) * 2019-11-07 2019-12-19 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Устройство для поверхностного рыхления почвы ультразвуком

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757624C1 (ru) * 2021-03-17 2021-10-19 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Многофункциональный агрегат для обработки почвы ультразвуком

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2727828C1 (ru) Способ восстановления суглинистых деградированных земель
US3231025A (en) Sonic soil cultivator
Wang et al. Optimized design and field experiment of a staggered vibrating subsoiler for conservation tillage
Mirzakhodjaev et al. Efficiency of the use of the active working body on the front plow
Rao et al. A review on effect of vibration in tillage application
Kazakov et al. On the development of combined tillage working bodies-mechanisms
Yang et al. Field experimental study on optimal design of the rotary strip-till tools applied in rice-wheat rotation cropping system
RU194724U1 (ru) Устройство для поверхностного рыхления почвы ультразвуком
Mamatov et al. Machine for cultivation and sowing of cereal seeds on sloping fields
Dorokhov et al. Office studies of the effect of ultrasonic exposure on the process of tuber crop cleansing
Rucins et al. Modelling forces acting on the plough body
Dzhabborov et al. Vibration parameters and indicators of a dynamic tillage tool
Fouda A Spiral Rotor Tiller for Tillage Heavy and Dry Clay Soil
RU2711598C1 (ru) Способ восстановления деградированных земель
Salar et al. Draft force requirements of a dual bent blade subsurface tillage implement
Prasanthkumar et al. Water management through puddling techniques
XIN et al. DYNAMIC ANALYSIS AND EXPERIMENTAL RESEARCH OF VIBRATORY SUBSOILER SYSTEM.
Vasilenko et al. Effect of vibration on resistance force of plough
Novikov et al. Wave destruction of closed soils
Alfaris et al. Effect of Adding Wings to the Shallow Tines on the Performance of Subsoiler Plow in the Soil Disturbed Area, Soil Pulverization Index & Equivalent Energy of Pulverization
Vilde et al. Development of agricultural mechanics
SOKOL et al. EFFICIENCY OF USING V–AND U–SIMILAR DEEP RIPPERS IN THE CONDITIONS OF SOIL MELIORATION AND RECULTIVATION
RU2238622C1 (ru) Способ обработки почвы и комбинированное почвообрабатывающее орудие
RU2788729C1 (ru) Комбинированный агрегат ультразвукового воздействия для обработки почвы и защиты растений
Sharma et al. Performance evaluation of cultivator and its influence on various soil physical properties