Диссертация (1151678), страница 22
Текст из файла (страница 22)
При крошении однородного слоя почвыпоявляются агрегаты (рисунок 3.6), на создание поверхности которыхрасходуется определенная энергия. Удельная поверхность напрямую связанас энергией E, приходящейся на единицу массы почвы через коэффициентповерхностного натяжения:Е = σ (Ω* - Ω),(3.2.11)где E – поверхностная энергия, приходящейся на единицу массы почвы,Дж/кг; σ - коэффициент поверхностного натяжения, Дж/м2; Ω - удельнаяповерхность почвенных агрегатов до прохождения орудия, м2/кг; Ω* -148удельная поверхность почвенных агрегатов после прохождения орудия,м2/кг.Достаточно быстро определить как значения удельной поверхностипочвы,такиихизмененияприобработкеможноспомощьюаэродинамического метода. На макроуровне он может использоваться дляопределения удельной поверхности образовавшихся после обработки почвыагрегатов.Обозначим через γ = ρ/ρк коэффициент упаковки агрегатов послерыхления почвы (ρ - объемная масса после рыхления; ρк - плотность агрегатаили объемная масса до рыхления).
Из формулы определения удельнойповерхности можно выразить площадь образовавшихся после рыхленияагрегатов(Ω* - Ω) = γS/V,(3.2.12)S/V = (Ω* - Ω)/γ,(3.2.13)следовательно,С увеличением числа рассматриваемых агрегатов их распределение поразмерам асимптотически приближается к нормальному. Следовательно, дляобъема и площади можно записатьS = n π(d2+σ2),(3.2.14)V = n π(d3+3σ2d)/6,(3.2.15)где σ2 - дисперсия распределения, n – число агрегатов.Формулы определения поверхности и объема S=πd2 и V=πd3/6использовать нельзя, поскольку среднее значение функции не равно функцииот среднего значения аргумента.Решая совместно (3.2.14) и (3.2.15) с учетом (3.2.13) можно получитьзначения для d и σ, то есть дать статистическое описание результатаобработки.Для проверки адекватности измерений d и σ аэродинамическимметодом, разработана методика для проведения паралельных измерений (см.149п.
3.3.2) с использованием цифровой техники и специального програмногообеспечения.3.2.3. Исследование процессов крошения и рыхления почвыРезультаты экспериментов по оценке качества крошения почвыразличными фрезами, проведенных весной 2012-2013 г. на светло-серой исерой лесных почвах Канашского района и летом-осенью 2013 г. начерноземах Батыревского района Чувашской Республики приведены нарисунке 3.7 и в таблице 3.1 [12, 13, 14].Для сравнения предлагаемого подхода с классическим, агрегаты былиразделены на фракции с помощью набора сит.
Агрономически ценнымисчитаются агрегаты от 0,25 до 10 мм (агрегаты размерами более 10 мм нерассматривались, как легко измеряемые другими методами). По результатамизмерений массы фракций были построены полигоны частот n(d)/n.n(d)⋅100%n3020dэф = 2,810d, мм003691215182124Рисунок 3.7 – Полигон частот образовавшихся почвенных агрегатовНа рисунке 3.7 представлен полигон частот по результатам обработки150светло-серой лесной почвы фрезой ФБН-1,5 с модернизированнымирабочими органами. Как видно из рисунка, полигон имеет четко выраженныймаксимум, соответствующий размеру агрегата в 3 мм, т.е. доля агрегатовтакого размера самая большая.
Полученный аэродинамическим способомэффективный размер агрегатов почвы 2,8 мм, практически совпадает смаксимумом на классически построенном полигоне частот. Расхождениемежду предлагаемым и классическим методом в данном случае около 6,7%.ω (%)80,0080,00чернозем70,0060,0060,0050,0050,0040,0040,0030,0030,0020,0020,0010,0010,000,000,001,002,003,004,005,00темно-серая лесная70,006,007,008,009,0010,000,000,001,002,003,004,005,006,007,008,009,0010,007,008,009,0010,0080,0080,00дерново-подзолистая70,0070,0060,0060,0050,0050,0040,0040,0030,0030,0020,0020,0010,0010,000,000,001,002,003,004,005,006,007,008,009,0010,000,000,00светло-серая лесная1,002,003,004,005,006,00r (ìì )Рисунок 3.8 – Полигон частот первичных почвенных частиц (–♦–) исостоящих из них агрегатов до (–♦–) и после (–∆–) обработкиНа рисунке 3.8 приведены частоты агрегатов и составляющих этиагрегаты первичных почвенных частиц.
Поскольку полигоны строились поинтервалам, то в последний интервал вошли все агрегаты размерами,151превышающими 10 мм и поэтому до обработки почвы их удельный веснаибольший. Значения соответствующих эффективных размеров агрегатовдо и после обработки приведены в таблице 3.1. Как видно из рисунка 3.8после обработки почвы пик распределения для агрегатов во всех случаяхсместилсявлево,т.е.эффективныйрадиусагрегатауменьшилсясоответственно степени крошения почвы.
Относительно пика первичныхпочвенных частиц, для некоторых случаев (своевременной обработкипочвы), пик распределения агрегатов расположен правее. Это говорит о том,что при такой обработке почвы доля пыли уменьшилась.Таблица 3.1. - Значения эффективных размеров почвенных агрегатов r (мм)ПочваДерново- подзол. легко суглинистаяСветло серая леснаяТемно серая леснаяЧернозем выщелоченныйПервичныечастицы0,250,100,190,26до обработки6,236,818,455,17послеобработки3,783,954,044,53Введенная в рассмотрение величина размера эффективного агрегатапрактически совпадает со значением максимума на полигоне распределенияагрегатов по размерам, полученным классическим просеиванием через наборсит (расхождение около 6-7%).
Это позволяет использовать удельнуюповерхность агрегатов и пористость для количественной оценки качествакрошения почвы, сравнения почвообрабатывающих орудий между собой, атакже и выбора наиболее подходящего из них для конкретного типа почв.Совместно с анализом значений твердости почвы, полученныерезультаты позволяют полнее изучать результаты агромелиоративных икультуртехнических мероприятий, поскольку проводимые операции плантаж,глубокое рыхление,фрезерование оцениваютсятолькопоизменениям в начальном и конечном состоянии почвы, т.е. без информации окаких-либо технических характеристиках операции. Кроме того, появляетсявозможностьопределитьвлажность,прикоторойпроведение152агромелиоративных мероприятий экологично и наименее энергоемко(обработка почвы максимально эффективна с точки зрения создания условийблагоприятных для роста и развития растений, а затраты топливаминимальны).Таким образом, использование такой величины как эффективныйрадиус почвенного агрегата, позволяет определять качество крошения почвыпри проведении агромелиоративных и культуртехнических мероприятий, аегоиспользованиесовместносдругимигидрофизическимихарактеристиками позволяет более разносторонне изучать влияние такихопераций как фрезерование, плантаж, глубокая вспашка на водный ивоздушный режимы почв, т.е.
на эффективность функционирования системы«вода – почва – растение» в целом. Реализация предлагаемого подходапроизводится за минимальное время при минимальных финансовых иматериальных затратах. Кроме того, поскольку агрегат рассматривается безописаниякакихлибо еготехническиххарактеристик, предлагаемаяэнергетическая оценка проведения может использоваться для сравненияразличных экспериментальных агрегатов и выбора наиболее подходящейтехники при обновлении машинно-тракторного парка хозяйств [102].3.2.4. Исследование динамики влажности при фрезерованииФрезерование почвы - операция, проводимая при ее осушении и вовремя предпосевной обработки.
При фрезеровании за счет качественногокрошения и перемешивания создается разрыхленный слой. Этот слой имеетбольшую водо- и воздзухопроницаемость, микробиологическую активность испособен к накоплению запасов влаги. При фрезеровании нейтрализуетсянеблагоприятное воздействие на водный и воздушный режимы почв.Содержание влаги в слое заделки семян существенно влияет на ихпрорастание и дальнейшее развитие [81, 184]. Поэтому было изучено влияниерыхления и крошения почвы на динамику испарений влаги из слоя 0-15 см на153светло-серой лесной почвы (рисунки 3.9 -3.10).
Результаты экспериментовпоказвыают, что через 1 час после воздействия орудий на почву влажностьснизилась:Т-25 + ФН-1,2Мот w =0,319 до 0,294 м3/м3;Т-25 + ФПН-1,25от w =0,325 до 0,258 м3/м3;АГРОМАШ 90ТГ + ФБН-1,5от w =0,310 до 0,274 м3/м3;АГРОМАШ 90ТГ + ФБН-1,5*от w =0,319 до 0,280 м3/м3.Каждые 20 минут в течение 4 часов с момента обработки проводилсяотбор проб на влажность. Результаты в виде графиков приведены нарисунках.9-3.10.Каквидноизрисунковзначениявлажностистабилизировались к моменту времени, составляющему 2,5-3 часа с моментаобработки и составили:Т-25 + ФН-1,2Мw=0,289 м3/м3;Т-25 + ФПН-1,25w=0,261 м3/м3;АГРОМАШ 90ТГ + ФБН-1,5w=0,259 м3/м3;АГРОМАШ 90ТГ + ФБН-1,5*w=0,231 м3/м3.С помощью статистической обработки данных получены следующиеуравнения регрессий:Т-25 + ФН-1,2Мw= 0,011e-0,011t+0,289 (R2 = 0,610)Т-25 + ФПН-1,25w= 0,022e-0,014t+0,261 (R2 = 0,822)АГРОМАШ 90ТГ + ФБН-1,5w= 0,063e-0,017t+0,259 (R2 = 0,951)АГРОМАШ 90ТГ + ФБН-1,5*w=0,149e-0,021t+0,231 (R2 = 0,943)1540,34влажность, w0,320,30,280,260,240,220,20306090120150180210240210240время с момента обработки t, минРисунок 3.9 – Динамика влажности–♦– Т-25 + ФН-1,2М–■– Т-25 + ФПН-1,250,34влажность, w0,320,30,280,260,240,220,20306090120150180время с момента обработки t, минРисунок 3.10 – Динамика влажности–♦– АГРОМАШ 90ТГ + ФБН-1,5–■– АГРОМАШ 90ТГ + ФБН-1,5 с модифицированными рабочимиорганами155Посколькуприрыхлениипочвыувеличиваетсяпористостьиуменьшается объемная влажность, то согласно зависимости для функцииV(w) почвенная влага переходит в состояние (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
