Впровадження еластичних трубопроводів для розпушування ґрунту суттєво оптимізує затрати в рослинництві.
При вирощуванні сільськогосподарських культур активно використовують машинно-тракторні агрегати (МТА), які в переважній більшості складаються з трактора і робочої машини. Ще на початку використання МТА вчені звертали увагу на те, що трактор ходовою частиною інтенсивно ущільнює ґрунт і руйнує його структуру, що зумовлює зниження урожайності сільськогосподарських культур. Причому протягом минулого століття ця проблема не тільки не була вирішена, а, навпаки, ускладнилася, бо маса тракторів з 1925 по 2010 роки виросла в середньому у 10 разів. Серед інших недоліків МТА – низький енергетичний коефіцієнт корисної дії (оскільки в сучасних тракторів на переміщення по ґрунту витрачається в середньому третина виробленої потужності); складність розпушування ґрунту в період росту рослин (через що просапні рослини не повністю використовують площу поля через широкі міжряддя); складність автоматизації роботи МТА. Є суттєві недоліки і в роботі робочих органів ґрунтообробних машин: технологічний ККД робочого органу низький, оскільки основна енергія, яка витрачається на його переміщення, спрямовується на подолання сил тертя поверхні клина по ґрунту, і лише незначна її частина – на розпушування ґрунту. При цьому поверхня ґрунтообробного органу інтенсивно стирається, і тому, наприклад, лемеші плуга потрібно замінювати в середньому через 60 годин роботи.
Різні варіанти вирішення цих проблем світові вчені пропонують протягом багатьох років. Одним з них є конструктивне рішення подібне крапельному зрошенню. Зокрема, у відділі механізації обробітку ґрунту ННЦ «Інститут механізації та електрифікації сільського господарства» було запропоноване таке рішення (патент України на винахід № 91047, виданий цьому інституту у 2010 році). Суть цієї фактично нової системи землеробства полягає в тому, що на полі за допомогою машини, подібної до кабелеукладача, на максимальну глибину обробітку ґрунту вкладають гнучкі трубопроводи у сплющеному вигляді (рис.). Вони з’єднуються нагнітальним трубопроводом з пристроєм для подачі в них робочого тіла. Таким пристроєм може бути компресор, а робочим тілом – повітря (або в іншому в варіанті – відцентровий насос та вода). Якщо треба поєднувати розпушення ґрунту з поливом, то до гнучких трубопроводів прикріплюють крапельниці.
Рисунок. Схема обладнання для впровадження нової системи ґрунтообробки:
а – початкове положення гнучких трубопроводів;
б – в процесі розпушування ґрунту;
в – розпушений ґрунт: 1 – відцентровий насос; 2 – джерело води;
3 – гнучкий трубопровід; 4 – нагнітальний трубопровід;
5 – всмоктувальний трубопровід; 6 – крапельниця
Завдяки розміщенню еластичних трубопроводів на глибині, потрібній для обробітку ґрунту, при подачі в них робочого тіла (води на посушливих ґрунтах і повітря – на вологих) поступово збільшується поперечний переріз сплющеного еластичного трубопроводу по всій його довжині. При цьому на розпушуваний шар ґрунту діє спрямована вгору вертикальна сила, під дією якої смуга ґрунту розпушується. Причому зона розпушування переміщується від початку до кінця трубопроводу. Якщо поглянути на поверхню ґрунту, то його певна частина поступово піднімається угору і рихлиться вздовж лінії трубопроводів. Це схоже на рух у ґрунті крота, що і наштовхнуло вчених на розробку подібної системи землеробства. Після завершення розпушування ґрунту кран відкривають і випускають робоче тіло; гнучкі трубопроводи під тиском шару ґрунту сплющуються, займаючи початкове положення.
Польові дослідження цього конструктивного рішення проводилися протягом кількох років на дослідних ділянках, які підтвердили теоретичні розрахунки.
Далі заплановано дослідження щодо можливостей використання цього рішення на великих площах полів, зайнятих різними культурами, розробку відповідного програмного забезпечення. Зокрема, передбачено закладання у ґрунті еластичних трубопроводів заданого діаметра, обладнаних дозаторами добрив і засобів захисту рослин; процес контролюватиметься програмами і буде спрямований на вирощування максимально можливого урожаю шляхом забезпечення оптимальної щільності і вологості ґрунту та вмісту в ньому добрив і засобів захисту рослин. Можливе також встановлення в ґрунті датчиків контролю таких його оптимальних параметрів, як щільності, вологості та вмісту добрив і засобів захисту рослин. Усі ці датчики підключатимуться до комп’ютера.
У процесі вегетації рослин датчики посилатимуть в комп’ютер сигнали щодо значення кожного із названих параметрів. Якщо якийсь параметр відхилиться від норми, то комп’ютер подасть сигнал про включення в роботу відповідного виконавчого механізму і оптимальність цього параметра відновлюватиметься. У результаті цього розвиток рослин відбуватиметься в оптимальних умовах, що забезпечить одержання високого урожаю.
Що очікується отримати
Можливі переваги нової системи у порівнянні з існуючими такі:
– підвищення урожайності сільськогосподарських культур завдяки зменшенню ущільнення ґрунту і руйнування його структури в умовах мінімального використання тракторів та інших рушіїв; раціональне використання площі полів завдяки ліквідації широких міжрядь просапних культур; забезпечення розпушування, зволоження та удобрення ґрунту від сівби до збирання урожаю;
– зниження енергоємності обробітку ґрунту, оскільки відсутнє переміщення по полю МТА масою до 15 тонн і ковзання в ґрунті робочих органів із загальним зусиллям опору до 70 кН на одну машину, а вся енергія витрачається на розпушування ґрунту;
– зниження витрат на моторне пальне, ціни на яке зростають з кожним роком, оскільки запропоноване обладнання розраховане на споживання електроенергії;
– зниження витрат на обслуговуючий персонал, оскільки запропоноване обладнання може працювати в автоматизованому режимі.
Для запровадження цієї технології потрібні капіталовкладення на придбання і укладання у ґрунт еластичних трубопроводів, які зможуть використовуватись багато років. Причому зазначимо, що ціни на високоміцні еластичні матеріали з кожним роком знижуються, а ціни на сільськогосподарську продукцію і нафтопродукти, навпаки, зростають. Тому протягом найближчих 30–40 років ця технологія буде рентабельною, забезпечуючи найвищі урожаї при мінімальних витратах нафтопродуктів.
Швидше за все, у майбутньому аграрному виробництві машинами висіватимуть лише насіння однорічних культур і збиратимуть отриманий врожай. Щодо багаторічних – тільки збиратимуть урожай, а догляд за посівами стане автоматизованим. І забезпечуватимуть це, з-поміж іншого, подібні конструктивні рішення, максимально поєднані з комп’ютерними системами точного землеробства.
Володимир Мойсеєнко, провідний науковий співробітник
ННЦ «Інститут механізації та електрифікації сільського господарства» НААНУ
журнал “The Ukrainian Farmer”, лютий 2011 року
The Ukrainian Farmer
