автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров дозирующей системы машины для дифференцированного внесения минеральных удобрений

На правах рукописи БЕЛЫХ Сергей Анемподистович ^у СЛ-<—

УДК 631.47:681.3.06

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДОЗИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ МАШИНЫ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Специальность 05.20.01 -Технологии и средства

механизации сельского хозяйства 05.13.06 -Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами (сельское хозяйство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

Диссертация выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийском научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства (ГНУ ВИМ) и в Государственном научном учреждении Всероссийском научно-исследовательском институте механизации агрохимического и материально-технического обеспечения сельского хозяйства (ГНУ ВНИМС).

Научный руководитель -Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Г.И. Личман

доктор технических наук, профессор Г.А Гуляев доктор сельскохозяйственных наук, профессор Р.А. Афанасьев

Ведущая организация -

Научно-исследовательский, конструкторский и проектно-технологический институт жидких удобрений (ГНУ НИКПТИЖ)

Защита состоится ^¿С&^Я_2004 г.

в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 006.OZO.Ol в ГНУ ВИМ по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ

ВИМ.

Автореферат разослан 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальностьтемы. Агрохимическими исследованиями доказана высокая эффективность локального внесения минеральных удобрений. Ориентированное размещение удобрений относительно корневой системы с учетом пространственной изменчивости параметров плодородия поля обеспечивает максимальную окупаемость удобрений и снижение загрязнения окружающей среды. Стратегией машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции в России на период до 2010 года предусмотрено создать и поставить на производство машины для припосевного внесения минеральных удобрений, обеспечивающие автоматизированное дозирование удобрений с учетом пространственной изменчивости параметров плодородия поля. Исследования, направленные на разработку высокоадаптивной дозирующей системы машины для дифференцированного внесения минеральных удобрений с учетом пестроты плодородия почв, являются актуальными.

Цель работы: исследование технологического процесса, обоснование параметров и разработка дозирующей системы машины для дифференцированного локального припосевного внесения твердых минеральных удобрений в принятой системе позиционирования.

Объекты исследований: технологический процесс, дозирующая система машины для припосевного локального дифференцированного внесения основной дозы твердых минеральных удобрений, включающая дозатор вибрационного типа, блок управления, математическое обеспечение и датчик скорости. Методика исследования предусматривала: - изучение вариабельности параметров плодородия поля на основе данных сеточного отбора проб, разработку программ-

РОС НАЦИОНАЛЬНА*

библиотека

ного обеспечения формирования электронных карт распределения элементов питания по полю, их анализ и интерпретацию;

- изучение процесса дозирования минеральных удобрений, включая переходные режимы, с использованием автоматизированного стенда;

лабораторно-полевые исследования дозирующей системы с использованием макета машины для припосевного дифференцированного внесения минеральных удобрений;

- выявление эффективности дифференцированного внесения удобрений при возделывании зерновых культур.

Обработка экспериментальных данных выполнена с использованием методов математической статистики.

Научную новизну составляют:

- закономерности распределения питательных элементов в пределах конкретного поля, алгоритм и программное обеспечение формирования электронных карт распределения элементов питания в рамках одного поля, дифференцированного внесения удобрений с учетом пестроты параметров плодородия поля в принятой системе позиционирования;

- математическая модель оптимизации доз припосевного дифференцированного внесения удобрений с учетом потенциального плодородия элементарных участков поля в принятой системе позиционирования;

- алгоритм и программное обеспечение контроля и управления высокоадаптивной дозирующей системой машины для дифференцированного припосевного внесения гранулированных удобрений в соответствии с электронной картой;

- закономерности изменения секундной производительности и качества дозирования от длительности сигналов, поступающих с электронной карты.

Практическая значимость состоит в разработке дозирующей системы, алгоритма и программного обеспечения кон-

троля и управления технологическим процессом, в экспериментальном подтверждении высокой эффективности припосевного дифференцированного внесения гранулированных минеральных удобрений с учетом пространственной изменчивости параметров плодородия.

Реализация результатов исследований. Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы при разработке программного обеспечения формирования электронных карт, дозирующей системы, программного обеспечения контроля и управления технологическим процессом припосев-ного дифференцированного внесения минеральных удобрений. Машинная технология дифференцированного применения удобрений, представленная на Ш выставке-ярмарке «Инновации-2000», проводимой Минпромнауки РФ, награждена медалью и дипломом первой степени. Полученные результаты использованы при создании машины для дифференцированного внесения минеральных удобрений одновременно с посевом СПДУ-6П. Машина удостоенной серебряной медали и диплома второй степени Российской агропромышленной выставки «Золотая осень 2003».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на 1-й Международной научно-технической конференции по проблеме дифференцированного применения удобрений в системе координатного земледелия (30-31 октября 2000 года, г. Клин, ГНУ НИКПТИЖ), на 2-й Международной научно-практической конференции по проблеме дифференцированного применения удобрений в системе координатного земледелия (24-26 июня 2001 года, г. Рязань, ГНУ ВНИМС), на Международной научно-практической конференции «Земледельческая механика в растениеводстве» (18-19 декабря 2001 года, г. Москва, ГНУ ВИМ), на XI международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в инженерной сфере

сфере АПК России - Проблемы развития машинных технологий и технических средств производства сельскохозяйственной продукции» (9-10 октября 2002 года, г. Москва, ГНУ ВИМ), на расширенных заседаниях Ученых советов ГНУ ВНИМС, ГНУ ВИМ в 2000-2004гг.

Публикации результатов исследований. По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ общим объемом свыше 3 печатных листов, 1 работа находится в печати.

На защиту выносятся:

- закономерности распределения питательных элементов в пределах конкретного поля;

- алгоритм и программное обеспечение формирования электронных карт распределения элементов питания по полю и дифференцированного внесения удобрений с учетом пестроты параметров плодородия поля в принятой системе позиционирования;

- алгоритм и программное обеспечение контроля и управления дозирующей системой машины для припосевного дифференцированного внесения минеральных удобрений с учетом пестроты распределения параметров плодородия поля в принятой системе позиционирования;

- технологические параметры дозирующей системы машины для припосевного дифференцированного внесения минеральных удобрений.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы,. приложений. Объем диссертации составляет 139 страниц машинописного текста, включая 10 таблиц и 61 рисунок. Список литературы составляет 86 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, показана связь темы с планами НИР ГНУ ВНИМС и ГНУ ВИМ.

В первой главе "СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ" проведен анализ тенденций развития машинных технологий и технических средств применения твердых минеральных удобрений (ТМУ), изложены агротехнические и механико-технологические аспекты их дифференцированного внесения. Показано, что рациональной альтернативой концепции уравнительного землепользования может быть качественно новая стратегия интенсификации сельскохозяйственного производства, базирующаяся на дифференцированном воздействии на систему "почва-растение" в координатной системе земледелия. Такая концепция характеризуется комплексом качественно новых признаков, предопределяющих: повышение окупаемости удобрений; исключение загрязнения и разрушения природной среды, более рациональное использование природных ресурсов при получении запланированной урожайности.

Основные положения адаптивной системы земледелия изложены в трудах И.С. Шатилова, А.Н. Каштанова, А.А. Жу-ченко и других ученых. Выполненный анализ результатов исследований отечественных и зарубежных ученых по разработке технологий и технических решений показал, что качественное выполнение технологического процесса дифференцированного внесения минеральных удобрений может быть осуществлено высокоадаптивной автоматизированной дозирующей системой. Американскими фирмами Ag Chem, John Deere ведутся работы по созданию комплексов машин, систем контроля и управления дифференцированным внесением твердых и жидких минераль-

ных удобрений. В США, странах Европы и Азии развернуты исследования по разработке программных комплексов обработки информации о параметрах плодородия с учетом их пространственной и временной изменчивости. По данным зарубежных исследований, дифференцированное внесение обеспечивает высокую эффективность применения минеральных удобрений, существенное снижение загрязнения окружающей среды.

В России разработкой технологий и машин для дифференцированного применения удобрений занимаются Л.П. Кор-мановский, Н.М. Марченко, Р.А. Афанасьев, Г.И. Личман, В.П. Елизаров, В.А. Макаров, Л.А. Марченко, В.П. Якушев и др.

Разработкой дозирующих рабочих органов машин для локального внесения твердых минеральных удобрений занимались Ю.Н. Абрамов, Ю.В. Иванов, Б.А. Нефедов и др.

Анализ дозирующих устройств машин для внесения минеральных удобрений и мелиорантов типа РУМ-5, МВУ-10, АРУП-8 и др. показал, что они вследствие своих конструктивных особенностей не приспособлены для оперативного изменения режимов дозирования при дифференцированном внесении удобрений. Установлено, что для обеспечения дифференцированного высева удобрений в пределах агротехнических доз с высокой чувствительностью к поступающим с бортового компьютера сигналам в большей мере соответствует вибрационный дозатор с электромагнитной системой привода. Оперативное управление секундным расходом такого дозатора может осуществляться посредством изменения длительности и частоты поступающих сигналов в соответствии с электронной картой. Такого типа дозаторы установлены на зерновых сеялках типа «Клен».

Создание машины для припосевного дифференцированного внесения минеральных удобрений предполагает разработку высокоадаптивной дозирующей системы,

обеспечивающей высев удобрений с учетом пространственной вариабельности параметров плодородия поля.

На основании проведенного анализа сформулированы задачи настоящего исследований:

- выявить закономерности распределения питательных элементов в пределах конкретного поля, разработать алгоритм и программное обеспечение формирования электронных карт дифференцированного внесения удобрений с учетом пестроты параметров плодородия поля;

- разработать математическую модель оптимизации доз для припосевного дифференцированного внесения удобрений с учетом потенциального плодородия и неравномерности распределения питательных элементов в почве для получения запланированной урожайности возделываемых культур;

- разработать алгоритм и программное обеспечение контроля и управления дозирующей системой машины для припо-севного дифференцированного внесения ТМУ в соответствии с электронной картой оптимального применения удобрений в принятой системе позиционирования;

- обосновать параметры и режимы работы дозирующей системы машины для припосевного дифференцированного внесения ТМУ;

- провести исследования и производственную проверку дозирующей системы машины и оценить эффективность дифференцированного внесения минеральных удобрений.

Рабочая гипотеза: Локальное припосевное внесение дифференцированных доз минеральных удобрений с учетом пестроты параметров плодородия поля в системе позиционирования обеспечивает повышение эффективности использования удобрений в 1,5-1,7 раза, снижение загрязнение окружающей среды и рациональное использование материальных ресурсов.

Во второй главе "ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДОЗИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ"

приведено описание дозирующей системы, включающей дозатор вибрационного типа, блок управления, математическое обеспечение и датчик скорости, обоснованы требования к её основным элементам.

Выполненный анализ существующих методов построения на основе информации о распределении элементов питания в почве картограмм дифференцированного внесения удобрений показал, что эти методы не учитывают плавности изменения при переходе с одного участка на другой. Это приводит к большим погрешностям при расчете доз внесения.

Для снижения погрешностей при переходе с одного участка на другой предложен прием сглаживания, или уменьшения, линейной дискретности элементарных участков. Суть приема заключается в разбивке исходных элементарных участков на более мелкие равные участки с присвоением им почвенных показателей, плавно изменяющихся по функции сглаживания (рис. 1).

V

V

Рис.1. Вид сглаживания показателя плодородия

Ограничения на размеры линейной дискретности обусловлены длительностью вычислений и точностью получаемых карт. В данной работе исходный участок (10x10 м) разбивали на 1024 участков. Погрешность построенных при такой разбивке карт не превышала 2%. Разработано программное обеспечение формирования электронных карт дифференцированного внесения удобрений с использованием приема сглаживания (свидетельство о регистрации программы № 2003612629).

В соответствии с методологией оптимизации размеров элементарных участков агрополигона ЦОС ВИУА 200x200 м разделен на 400 элементарных участков (делянок) площадью 100 м2 каждый (10x10 м). На основе анализа данных о содержании N Р, К, рН, гумуса на элементарных участках установлены закономерности их пространственной изменчивости в пределах поля.

Данные агрохимического обследования элементарных участков по гумусу, кислотности, калию и фосфору служили исходной информацией, представляемой в виде текстового файла, содержащего параметры почвы 400 элементарных участков. Разработанные алгоритм и программа позволили создать сглаженные электронные карты распределения параметров плодородия почвы - «Кислотности», «Гумуса», «Р2О5», «К,О» и «Азота» (рис. 2).

Программное обеспечение позволяет обрабатывать данные, представлять их в виде, удобном для дальнейшего анализа, интерпретации, визуализации, в частности, в виде сглаженных электронных карт различного формата.

Анализ карт распределения питательных элементов на агрополигоне ЦОС ВИУА позволил установить, что параметры плодородия, такие как N Р, К, рН и содержание гумуса, на исследуемых участках поля варьируют в широких пределах. Выявленные закономерности изменчивости параметров плодоро-

дня в пахотном слое использованы при разработке дозирующей системы.

Рис.2. Картограммараспределения (сглаженная) азота на агрополигоне ЦОС ВИУА

Разработаны алгоритм и программное обеспечение расчета оптимальных доз и формирования электронной карты дифференцированного внесения удобрений в принятой системе позиционирования (рис. 3). В основу программного обеспечения положена методика ВИУА, позволяющая рассчитывать дозы с учетом возделываемой культуры, типа почв и других факторов.

Для обеспечения планируемой урожайности на конкретном поле с учетом вариабельности элементов питания NPK система дозирования машины должна обеспечивать дифференци-

рованное внесение удобрений во всем диапазоне требуемых доз от Вт,п до Бщах. Принимая во внимание, что секундная подача q (кг/с) дозатора-модуля предопределяется шириной захвата агрегата ва (м), скоростью движения а г р е г ат апр)о изводи-тельность дозирующей системы (2 (г/с) должна удовлетворять следующему условию:

где С? =п q, п - количество дозаторов-модулей, установленных на машине.

I Запрос m программируемую урожайность ц/га

Открытие исходного текстового файла АХО бинарных файлов показателей NPK бинарных файлов внесения NPK и вч обнуление

I

Задание параметров пол* для 400 участков imix - 20 утек - 20

I

z

цикл

\

ИСПОД!

по Михайлову Б Г (ВНИМС)

вчитывались данные ai файла АХО от t го до 400 участка покапателей плодородия гумуса кислотности N <аг) Р (pfoa) К (рк• I)

Ti

упах ■ (ахахр-ах 15) 52 Запись внесенного N

в бинарный файл ро<«(|-|) жтаж+1 Подсчет сум мы внесенного N

vnfo * (fe ахр-pfoa I 5) 3 6 Запись внесениоги P

в бинарный <| айя pos ■ (j - l) х та** i Подсчет суммы внесенного Р

Г;

vnke - (kaoxp-pkal I 5) 4 2

3i

гниого К

• бинарный файл рож » (| - 1) к тая* I Подсчет суммы внесенного К

1

Занесение информации по внесению NPK в файлы

Рис. 5. Алгоритм формирования электронных карт внесенияNPK 13

Значения Вт1П и Втал, с учетом планируемой урожайности, предопределяются вариабельностью элементов питания на конкретном поле. В определенных условиях, при относительно высоком потенциале плодородия почвы, Вт|П => 0. Значения Втах обуславливаются наличием участков поля с минимальным содержанием элементов питания и количеством питательных элементов, которые необходимо внести для получения запланированной урожайности. Выполненный анализ вариабельности основных элементов питания на ЦОС ВИУА показал, что отклонение Втах от средней дозы Бсред. может достигать 80-90%. Эти данные использованы при обосновании требований к нижнему и верхнему пределам секундной подачи дозирующей системы (рис. 4).

Величина секундной подачи одного дозатора-модуля должна удовлетворять следующему условию:

В-у,-От1П/п<я<В-у,-Отал/п. (2)

Для обеспечения внесения удобрений в соответствии с электронной картой дозатор системы должен оперативно реагировать на сигналы, поступающие с бортового компьютера. При этом отклонение дозы от заданной и стабильность дозы должны находиться в пределах, устанавливаемых агротребованиями на машины для дифференцированного внесения соответствующего вида минеральных удобрений. Сформулированы требования к длительности и частоте управляющих импульсов, предопределяющих эффективную работу дозирующей системы. Для обеспечения дифференцированных доз в диапазоне 0-200 кг/га при ширине захвата 3,6 м и скорости движения машины-удобрителя 6-12 км/ч удельная производительность дозирующей системы, состоящей из одного дозатора-модуля, должна изменяться в пределах 0-200 г/с (рис. 4). Количество дозаторов-модулей п,

14

устанавливаемых на других машинах, зависит от производительности одного дозатора q и определяется по зависимости Я=Отм-Ва-уа.

Рис. 4. Значения секундной подачи дозирующей системы машины (Ва=3,6м) от дозы внесения Dудобрений и скорости движения у„

Выполнены теоретические исследования по обоснованию требований к переходным режимам дозирующей системы машины для припосевного дифференцированного внесения ТМУ.

В третьей главе "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОЗИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ" изложены программа и методика лабораторных и полевых исследований.

В соответствии с целью и задачами экспериментальными исследованиями предусмотрено:

- установить возможности дозирующей системы с одним дозатором-модулем обеспечивать секундную подачу удобрений, соответствующую верхнему (200 кг/га) и нижнему (0 - 20 кг/га) пределам, при диапазоне изменении скорости движения агрегата 6-12 км/ч и ширине захвата 3,6 м;

- провести оценку стабильности секундной подачи и величины отклонения ее от заданной;

- оценить влияние гранулометрического состава минеральных удобрений и режимов подачи удобрений на качество работы дозирующей системы;

- обосновать требования к режимам работы дозирующей системы дифференцированного внесения ТМУ;

- провести лабораторно-полевые исследования макета машины, оснащенной дозирующей системой, включающей дозаторы вибрационного типа, блок управления, математическое обеспечение и датчик скорости.

Лабораторные исследования выполнены на оригинальном стенде. Стенд включает дозатор вибродискретного типа, бункер для минеральных удобрений (рис. 5), пульт управления, блок питания, имитатор датчика скорости, переносной компьютер TOSHIBA, Pentium 166 с операционной системой WINDOWS 98 и языком программирования Visual Basic 6.0, весы лабораторные. Работа стенда осуществлялась посредством разработанного для этих целей программного обеспечения. Запуск работы дозатора модуля производился импульсами, поступающими с имитатора датчика скорости.

Рис. 5. Структурная схема стенда тестирования Для сглаживания влияния имитатора датчика скорости, переходных процессов внутри системной оболочки Windows, скачков напряжения питания на блок мощности на производительность дозирующей системы эксперименты выполняли при 100 непрерывных тактах тестирования одной дозы.

Исследования проводили на минеральных удобрениях, удовлетворяющих требованиям ГОСТа по физико-механическим свойствам. Контроль и управление работой дозатора осуществляли с помощью компьютера в автоматическом режиме. Обосновано, что продолжительность одного опыта должна составлять 19 с, что соответствовало 100 тактам имитатора датчика скорости.

Массу удобрений ту, поступающую через; j-й канал при i-й повторности за время t, определяли взвешиванием на лабораторных весах. При проведении опытов фиксировали массу материала, поступающего из 6-ти каналов (г), длительность им-

пульсов (мс) и число импульсов, имитирующих скорость движения агрегата. Длительность импульсов при проведении исследований изменялась от 130 до 20 мс. Таймер компьютера фиксировал начало и конец работы дозатора (в мс). Все данные автоматически заносились в текстовый файл, который затем обрабатывался программными средствами Microsoft Excel. Опыты проводились в 3-кратной повторности. Среднюю производительность дозатора-модуля q определяли по формуле:

q=M/t, (3)

где M=Sm,j.

Неравномерность дозирования удобрений через j-й канал оценивали коэффициентом вариации Qj,,,,, который рассчитывали по сЬсгомтае:

CW=(<Wmj)100, (4)

где N - количество отобранных проб;

(Т]ид - среднеквадратическое отклонение массы в j-м канале, которое рассчитывали по формуле:

Неравномерность подачи удобрений по шести каналам , дозатора оценивали коэффициентом вариации QHB, который рассчитывали по формуле:

Исследования стабильности дозирования проводили на аммофосе. Размером гранул 1-5 мм, влажность 1,5%,

18

объемная масса 0,9 г/см3. Высота засыпки удобрений в бункер составляла 40, 30, 20, 15 и 10 см. Длительность импульсов 100 -20 мс с шагом 20 мс.

Экспериментально определено, что максимальная частота электромагнита, при которой дозатор работает устойчиво, составляет 36 Гц. Минимальная частота электромагнита дозатора соответствовала максимальной скорости движения агрегата (12 км/ч) и составила 8 Гц. Период импульсов постоянен при изменении скорости от 1 до 12 км/ч (рис. 6).

и, В Минни, доза Максим, доза

I1 ? 1 81 Б V, км/час

Рис. 6.

В каждом опыте определяли среднее значение отклонения дозы от заданной. Результаты исследований представлены в таблице.

Результаты исследований стабильности дозирования

Количество Длитель- Средняя Средняя Среднее

импульсов ность им- скорость, доза, кг/га отклонение

пульсов, мс км/ч ДОЗЫ, %

100 100 7,44 531,34 3,79

100 80 7,44 401,41 5,83

100 60 7,44 239,76 3,58

100- 40 7,44' 63,64 3,02

100 20 7,44 6,74 1,74

Исследование зависимости дозы от длительности импульса проводили на аммофосе. Длительность импульсов менялась от 10 до 150 мс с шагом 10 мс. Опыты проводили в трёхкратной повторности. Установлена зависимость дозы внесения удобрений от длительности импульсов (рис. 7), которая использована при обосновании дозирующих систем перспективных машин для припосевного дифференцированного внесения минеральных удобрений шириной захвата 6 и 7,2 м.

Рис.7. Зависимость дозы внесения гранулированных минеральных удобрений от длительности импульса для машин шириной захвата 3,6; 6; 7,2м, оснащенных одним (п=1) и двумя (п-2) дозаторами

После обработки экспериментальных данных получены уравнения зависимости дозы от длительности импульсов вида: а3 т^аг'А-а.т-ао, (Я2 =0,95) (6)

где X - длительность импульса, мс.

Установлено, что при длительности импульсов до 38 мс коэффициент вариации дозы превышает агротехнические допуски - 10%. Обосновано, что для обеспечения требуемой точности дозирования длительность импульсов должна быть не менее 40 мс.

Опыты по установлению предельных значений доз внесения проводили на аммофосе при длительности импульсов 100, 80 и 60 мс и скоростях движения агрегата 6, 8, 10, 12 км/ч. Установлено, что дозирующая система обеспечивает дифференцированное внесение удобрений от 0 до 200 кг/га с заданным качеством. Для машины шириной захвата Ва=3,6 м заданный диапазон доз обеспечивается одним дозатором-модулем, а для машин с Ва = 6 и 7,2 м - двумя при скорости движения до 12 км/ч.

Лабораторно-полевые исследования проводили на агрополигоне ЦОС ВИУА в 2001 - 2003 гг. с целью уточнения параметров функционирования дозирующей системы, оценки эффективности припосевного дифференцированного внесения минеральных гранулированных удобрений.

Для проведения опытов был изготовлен макет машины на базе сеялки С3-3,6 (рис. 8). На сеялке было установлено два дополнительных бункера с дозаторами-модулями вибродискретного типа.

Позиционирование агрегата на поле осуществлялось посредством датчика скорости.

Участок агрополигона с тяжелосуглинистой дерново-подзолистой почвой разбит на 80 делянок размером по 100 м2 (10x10), на которых были отобраны образцы почвы и определены основные агрохимические показатели. Исходными данными для расчета дифференцированных доз минеральных удобрений на планируемую.урожайность возделываемой культуры (пшеницы, овса, ячменя) служило содержание в почве легкогидроли-

зуемого азота N В пределах выбранного участка крайние значения N г варьировали от 2,0 до 12,3 мг на 100 г почвы.

$ ***** ^зг-г/»

Рис. 8. Технологическая схема лабораторно-полевой установки для дифференцированного припосевного внесения минеральных удобрений (на базе сеялки СЗ - 3,6)

Агрохимическая характеристика участка свидетельствовала, что на этом поле под планируемую урожайность не требовалось внесения фосфорных и калийных удобрений.

Опыты проводились с использованием аммиачной селитры.

Установлено, что дифференцированное внесение минеральных удобрений положительно влияет на их окупаемость, а также на вариабельность урожайности по делянкам опыта. Испытание технологии припосевного внесения основной дозы азотных удобрений по озимую пшеницу с использованием макета на базе СЗ-3,6 (рис. 9), оборудованного

дозирующей системой с двумя дозаторами-модулями, показало,

22

темой с двумя дозаторами-модулями, показало, что она выполняет технологический процесс дифференцированного внесения гранулированных минеральных удобрений при возделывании зерновых культур. По сравнению с допосевным внесением минеральных удобрений припосевное дифференцированное внесение обеспечило повышение урожайности озимой пшеницы на 4 ц/га кондиционного зерна.

Рис. 9. Закладка полевого опыта

В четвертой главе "ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ" дана оценка эффективности технологии дифференцированного внесения удобренй.

Экспериментальные исследования на агрополигоне ЦОС ВИУА в 2001-2003 гг. позволили установить, что внедрение технологии и технических средств дифференцированного применения удобрений при возделывании зерновых культур в

севообороте обеспечивало окупаемость минеральных удобрений не менее чем на 37- 45%.

Выполненные расчеты показали, что экономический эффект от внедрения новой технологии при возделывании зерновых на 10000 га составит 4,77 млн руб.

ВЫВОДЫ

1. Выявлены закономерности пространственной изменчивости параметров плодородия рН, NPK и гумуса на агрополи-гоне ЦОС ВИУА. Вариабельность содержания в пахотном слое 0-25 см элементов питания (мг/100 г почвы), оцениваемая коэффициентом вариации составляет для азота 23-68%, фосфора 1837%, калия 21-43%.

2. С целью повышения точности электронных карт предложен прием сглаживания, или уменьшения, линейной дискретности элементарных участков с присвоением им значений почвенных показателей, плавно изменяющихся в соответствии с заданной функцией сглаживания.

3. Алгоритм и программное обеспечение построения электронных карт распределения элементов питания NPK и дифференцированного внесения удобрений с учетом пространственной изменчивости параметров плодородия, разработанные и проверенные в лабораторно-полевых условиях, позволяют принимать оптимальные управленческие решения рационального использования минеральных удобрений.

4. Для обеспечения дифференцированных доз в диапазоне 0-200 кг/га при ширине захвата 3,6 м и скорости движения машины-удобрителя 6-12 км/ч удельная производительность дозирующей системы, оснащенной одним дозатором-модулем, должна изменяться в пределах 0-200 г/с.

5. При длительности импульсов до 38 мс дозирующая система с дозатором-модулем вибродискретного типа не обеспечивает необходимого качества дозирования (коэффициент вариации дозы превышает агротехнические допуски -10%). Для обеспечения требуемой точности выполнения технологического процесса дифференцированного внесения удобрений длительность импульсов должна быть не менее 40 мс.

6. Дозирующая система обеспечивает дифференцированное внесение удобрений от 0 до 200 кг/га с заданным качеством. Для машины с шириной захвата 3,6 м заданный диапазон доз обеспечивается одним дозатором-модулем. Для перспективных машин с В, = 6 и 7,2 м, работающих на скоростях до 12 км/ч, необходимо устанавливать два дозатора-модуля. При дифференцированном внесении удобрений с дозами до 60 кг/га целесообразно использовать один дозатор.

7. Программное обеспечение управления дозирующей системой позволяет на основе электронной карты управлять дозирующей системой машины для припосевного дифференцированного внесения удобрений таким образом, чтобы на каждый участок поля были внесены удобрения с дозой и качеством, предусмотренными агротехническими требованиями.

8. Испытания макета машины, созданного на базе сеялки СЗ-3,6, оборудованного дозирующей системой, проведенные на агрополигоне ЦОС ВИУА, показали, что он выполняет технологический процесс припосевного дифференцированного внесения гранулированных минеральных удобрений. Припосев-ное дифференцированное внесение минеральных удобрений обеспечило, по сравнению с допосевным внесением, повышение урожайности озимой пшеницы на 4 ц/га кондиционного зерна.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Белых С.А. Применение методов компьютерной графики для сельскохозяйственных угодий с целью выделения однородных участков // Сб. науч. тр.: Опыт и проблемы развития логистических систем и новых информационных технологий в агропромышленном комплексе. - Рязань: ВНИИМС, 1997. - с. 84-87.

2. Белых С.А. Метод вычислений уклонов и экспозиций между горизонталями при создании карты сельскохозяйственных угодий предприятий АПК // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. -1999. - №2.

3. Белых С.А. Метод плоского расчета потенциальной поверхности рельефной карты сельскохозяйственных угодий // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. -1999.-№6.-с. 32.

4. Белых С.А. Программный метод векторизации горизонталей на картах сельскохозяйственных угодий предприятий АПК//Просп. ВНИИМС- Рязань, 1999.

5. Технический и математический инструментарий формирования рельефных карт // Сб. научн. тр.: Опыт и проблемы развития логистических систем и новых информационных технологий в агропромышленном комплексе. - Рязань, ВНИМС,1999.-с.74-96.

6. Методические рекомендации по проектированию адаптивного производства сельскохозяйственной продукции на базе высоких компьютерных технологий. - М.: Россельхозака-демия,1999.-с. 10-13.

7. Белых С.А. Компьютеризированная система управления дозатором машины для дифференцированного внесения минеральных удобрений // Труды 1-й Международной научно-технической конференции по проблеме дифференцированного

применения удобрений в системе координатного земледелия. 30-31 окт. 2000.- Клин: НИКПТИЖ. - с. 49-54.

8. Личман Г.И., Белых С.А. Разработка программного обеспечения и формирование электронных карт дифференцированного применения удобрений // Труды 2-й Международной научно-практической конференции по проблеме дифференцированного применения удобрений в системе координатного земледелия. 24-26 июня 2001. - Рязань: ГНУ ВНИМС. - с. 31-36.

9. Белых С.А. Экспериментальные исследования высокоадаптивного вибрационного дозатора машины для дифференцированного припосевного внесения минеральных удобрений //Науч. тр. ВИМ, т. 144 - М.: ВИМ, 2002. - с. 56-62.

10. Белых С.А. Рельефное картографирование сельхозугодий хозяйств применительно к системе координатного земледелия. - Рязань: ГНУ ВНИМС, 2002. - 24 с.

11. Белых С.А. К методике проектирования машинной технологии дифференцированного внесения минеральных удобрений // Науч. тр. ВИМ, т. 145. - М.: ВИМ, 2003. - с. 201-211.

#116 39

Подписано в печать 16.04.04. Формат бум .60/90 1/16. Объем 1,75 п.л. Тираж 100 экз. Зак. № 18.

Типография ГНУ ВИМ,

Москва, 109428, 1-й Институтский проезд, д. 5.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Сущность точного земледелия.

1.2. Агротехнические и механико-технологические аспекты дифференцированного внесения минеральных удобрений.

1.3. Анализ технических средств дозирования твердых минеральных удобрений.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДОЗИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

2.1. Разработка алгоритма и программного обеспечения формирования электронных карт распределения элементов питания и дифференцированного применения ТМУ.

2.2. Оценка эффективности различных способов дифференцированного внесения удобрений.

2.2.1. Выбор функции отзывчивости.

2.2.2. Обоснование приемов применения ДВУ.

2.3. Обоснование технологических параметров дозирующей системы машины для припосевного дифференцированного внесения ТМУ.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОЗИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ.

3.1. Программа и методика исследований.

3.2. Описание стенда для исследований дозирующей системы.

3.4. Исследование качества работы дозирующей системы.

3.4.1. Изменение стабильности высева.

3.4.2. Определение зависимости дозы от длительности импульса.

3.4.3. Изменение дозы от размера гранул.

3.4.4. Оценка неравномерности высева удобрений по каналам

3.4.5. Зависимость стабильности дозы от скорости движения агрегата.

3.5. Лабораторно-полевые исследования дозирующей системы.

3.5.1. Программа и методика лабораторно-полевых исследований.

3.5.2. Описание макета машины для припосевного дифференцированного внесения минеральных удобрений.

3.5.3. Описание функционирования программы управления дозатором в полевых условиях.

3.5.4. Закладка полевого опыта.

3.5.5. Результаты лабораторно-полевых исследований.

4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. Современные машинные технологии возделывания сельскохозяйственных культур и технические средства характеризуются значительным совершенством и потенциально могут обеспечить выполнение агротехнических требований в соответствии с ранее принятой концепцией их рационального применения. Однако результаты новейших исследований в области сельскохозяйственного производства свидетельствуют о том, что развитие технологий и технических средств, базирующихся на концепции усреднения показателей плодородия каждого отдельно взятого поля, достигли своего предела.

Наукой и практикой доказано, что получение высоких и устойчивых экономически выгодных урожаев во многом предопределяется тем, насколько возделываемые культуры обеспечиваются элементами питания в соответствии с их потребностью, а также оперативно решаются вопросы защиты их от вредителей и болезней.

Решение проблемы дальнейшего развития машинных технологий без учета пестроты плодородия почвы в пределах каждого поля не может рассматриваться как перспеетивное.

Отечественный и зарубежный опыт показал, что даже наиболее совершенные технические средства по равномерному распределению удобрений по площади поля (поверхностно или внутрипочвенно) не обеспечивают одинаковые условия минерального питания растений из-за природной и техногенной пестроты почвенного плодородия. Ввиду того, что норма удобрений рассчитывается по усредненным данным агрохимического обследования, на участках поля с повышенным уровнем плодородия растения получают избыточное питание, на других - недостаточное. В результате не только снижается урожайность и ухудшается качество продукции, но с годами нарастает пестрота плодородия из-за недоиспользованности удобрений на относительно переудобренных участках и истощение почвы - на недоудобренных. Избыточное количество удобрений, особенно азотных, на отдельных участках поля, может приводить также к загрязнению продукции и грунтовых вод, в частности, нитратами, что представляет и значительную экологическую опасность.

Вследствие того, что неравномерность распределения элементов питания, а в равной мере и других факторов плодородия на поле, обусловлена как проявлением естественных процессов, которые определяют ее устойчивость, так и антропогенным воздействием при выращивании сельскохозяйственных культур, на первом этапе решения проблемы необходимо предусматривать доведение параметров до уровня, обеспечивающего получение запрограммированной урожайности возделываемых культур при максимальной окупаемости удобрений.

Агрохимическими исследованиями доказана высокая эффективность локального внесения минеральных удобрений. Ориентированное размещение удобрений относительно корневой системы с учетом пространственной изменчивости параметров плодородия поля обеспечивает максимальную окупаемость удобрений и снижение загрязнения окружающей среды.

Стратегией машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции в России на период до 2010 года предусмотрено создать и поставить на производство машин для припосевного внесения минеральных удобрений, обеспечивающих автоматизированное дозирование удобрений с учетом пространственной изменчивости параметров плодородия поля. Исследования, направленные на разработку высокоадаптивной дозирующей системы машины для дифференцированного внесения минеральных удобрений с учетом пестроты плодородия почв являются актуальными.

Исследования, составившие основу диссертационной работы, выполнены в ГНУ ВИМ и в ГНУ ВНИМС по планам НИОКР на 1998-2003 гг., а также в соответствии с государственным контрактом с Минпромнауки Российской Федерации № 43.050.11.2568 «Технологии дифференцированного применения удобрений в системе координатного земледелия с целью повышения их окупаемости и снижения техногенной энергии».

Цель работы. Исследование технологического процесса, обоснование параметров и разработка дозирующей системы машины для дифференцированного локального припосевного внесения твердых минеральных удобрений в принятой системе позиционирования.

Объекты исследований: технологический процесс, дозирующая система машины для припосевного локального дифференцированного внесения основной дозы твердых минеральных удобрений, включающая дозатор вибрационного типа, блок управления, математическое обеспечение и датчик скорости.

Методика исследования предусматривала:

- изучение вариабельности параметров плодородия поля на основе данных сеточного отбора проб, разработку программного обеспечения формирования электронных карт распределения элементов питания по полю, их анализ и интерпретацию;

- изучение процесса дозирования минеральных удобрений, включая переходные режимы, с использованием автоматизированного стенда;

- лабораторно-полевые исследования дозирующей системы с использованием макета машины для припосевного дифференцированного внесения минеральных удобрений;

- выявление эффективности дифференцированного внесения удобрений при возделывании зерновых культур.

Обработка экспериментальных данных выполнена с использованием методов математической статистики.

Научную новизну составляют:

- закономерности распределения питательных элементов в пределах конкретного поля, алгоритм и программное обеспечение формирования электронных карт распределения элементов питания в рамках одного поля, дифференцированного внесения удобрений с учетом пестроты параметров плодородия поля в принятой системе позиционирования;

- математическая модель оптимизации доз припосевного дифференцированного внесения удобрений с учетом потенциального плодородия элементарных участков поля в принятой системе позиционирования;

- алгоритм и программное обеспечение контроля и управления высокоадаптивной дозирующей системой машины для дифференцированного припосевного внесения гранулированных удобрений в соответствии с электронной картой;

- закономерности изменения секундной производительности и качества дозирования от длительности сигналов, поступающих с электронной карты.

Практическая значимость состоит в разработке дозирующей системы, алгоритма и программного комплекса контроля и управления технологическим процессом, в экспериментальном подтверждении высокой эффективности припосевного дифференцированного внесения гранулированных минеральных удобрений с учетом пространственной изменчивости параметров плодородия.

Реализация результатов исследований. Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы при разработке программного обеспечения формирования электронных карт, дозирующей системы, программы контроля и управления технологическим процессом припосевного дифференцированного внесения минеральных удобрений. Машинная технология дифференцированного применения удобрений, представленная на III выставке-ярмарке «Инновации-2000», проводимой Минпромнауки РФ, награждена медалью и дипломом первой степени. Полученные результаты использованы при создании машины для дифференцированного внесения минеральных удобрений одновременно с посевом СПДУ-6П. Машина удостоенной серебряной медали и диплома второй степени Российской агропромышленной выставки «Золотая осень 2003».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на 1-й Международной научно-технической конференции по проблеме дифференцированного применения удобрений в системе координатного земледелия (30-31 октября 2000 года, Клин - НИКПТИЖ), на 2-й Международной научно-практической конференции по проблеме дифференцированного применения удобрений с системе координатного земледелия (24-26 июня 2001 года, г. Рязань, ГНУ ВНИМС), на Международной научно-практической конференции «Земледельческая механика в растениеводстве» (1819 декабря 2001 года, г. Москва, ВИМ), на XI международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России - Проблемы развития машинных технологий и технических средств производства сельскохозяйственной продукции» (9-10 октября 2002 года, г. Москва, ВИМ), на расширенных заседаниях Ученых советов ВНИМС, ВИМ в 2000-2004 гг.

Публикации результатов исследований. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ общим объемом свыше 3 печатных листов, 1 работа находится в печати.

На защиту выносятся:

- алгоритм и программное обеспечение формирования электронных карт распределения элементов питания по полю и дифференцированного внесения удобрений с учетом пестроты параметров плодородия поля в принятой системе позиционирования;

- алгоритм и программное обеспечение контроля и управления дозирующей системой машины для припосевного дифференцированного внесения минеральных удобрений с учетом пестроты распределения параметров плодородия поля в принятой системе позиционирования;

- технологические параметры дозирующей системы машины для припосевного дифференцированного внесения минеральных удобрений.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников из 86 наименований и приложения. Работа изложена на 139 страницах, включает 61 рисунок и 10 таблиц, приложение содержит одну таблицу.

120 ВЫВОДЫ

1. Выявлены закономерности пространственной изменчивости параметров плодородия рН, NPK и гумуса на агрополигоне ЦОС ВИУА. Вариабельность содержания в пахотном слое 0 - 25 см элементов питания (мг / 100 г почвы), оцениваемая коэффициентом вариации составляет для азота 23 - 68%, фосфора 18-37%, калия 21-43%.

2. С целью повышения точности электронных карт предложен прием сглаживания, или уменьшения, линейной дискретности элементарных участков с присвоением им значений почвенных показателей, плавно изменяющихся в соответствии с заданной функцией сглаживания.

3. Алгоритм и программное обеспечение построения электронных карт распределения элементов питания NPK и дифференцированного внесения удобрений с учетом пространственной изменчивости параметров плодородия, разработанные и проверенные в лабораторно-полевых условиях, позволяют принимать оптимальные управленческие решения рационального использования минеральных удобрений.

4. Для обеспечения дифференцированных доз в диапазоне 0 - 200 кг/га при ширине захвата 3,6 м и скорости движения машины-удобрителя 6-12 км/ч удельная производительность дозирующей системы, оснащенной одним дозатором-модулем, должна изменяться в пределах 0 - 200 г/с.

5. При длительности импульсов до 38 мс дозирующая система с дозатором-модулем вибродискретного типа не обеспечивает необходимого качества дозирования (коэффициент вариации дозы превышает агротехнические допуски - 10%). Для обеспечения требуемой точности выполнения технологического процесса дифференцированного внесения удобрений длительность импульсов должна быть не менее 40 мс.

6. Дозирующая система обеспечивает дифференцированное внесение удобрений от 0 до 200 кг/га с заданным качеством. Для машины с шириной захвата 3,6 м заданный диапазон доз обеспечивается одним дозатором-модулем. Для перспективных машин с Ва = 6 и 7,2 м, работающих на скоростях до 12 км/ч, необходимо устанавливать два дозатора -модуля. При дифференцированном внесении удобрений с дозами до 60 кг/га целесообразно использовать один дозатор.

7. Программное обеспечение управления дозирующей системой позволяет на основе электронной карты управлять дозирующей системой машины для припосевного дифференцированного внесения удобрений таким образом, чтобы на каждый участок поля были внесены удобрения с дозой и качеством, предусмотренными агротехническими требованиями.

8. Испытания макета машины, созданного на базе сеялки С3-3,6, оборудованного дозирующей системой, проведенные на агрополигоне ЦОС ВИУА, показали, что он выполняет технологический процесс припосевного дифференцированного внесения гранулированных минеральных удобрений. Припосевное дифференцированное внесение минеральных удобрений обеспечило, по сравнению с допосевным внесением, повышение урожайности озимой пшеницы на 4 ц/га кондиционного зерна.

включения питания

Светодиод сигнализации питания

Светодиод ветодиод

Светодиод Светодиод импульсов импульсов импульсов импульсов с генератора с датчика на 1 дозатор на 2 дозатор

Рис.3.13. Передняя панель

На передней панели размещены два тумблера: тумблер включения и выключения питания и тумблер переключения подачи сигнала от генератора или с датчика скорости. Два движка: движок регулировки частоты генератора и движок регулировки громкости озвучивания сигналов поступающих на дозаторы, пять светодиодов сигнализирующих о наличие питания, импульсов с генератора, импульсов с датчика скорости, импульсов поступающих на разъемы дозатора 1 и дозатора 2.

На задней панели (рис.3.14) установлены разъемы подключения дозаторов, звуковых импульсов, импульсов на порт СОМ1, импульсов с датчика скорости и питания. Все разъемы снизу имеют шильдики с надписями своего назначения.

Дозатор Дозатор ЗвукИмп ДатСкор ДатСкор Питание

1 2 вход выход вход 12 В

Рис. 3.14. Задняя панель

Порядок работы и описание работы электрооборудования макета.

Включить тумблер питания на блоке макета.

Включить тумблер подачи сигналов с датчика скорости или с генератора.

Сигналы с генератора служат для проверки работоспособности системы управления и тестирования сеялки без движения, настроены на имитацию движения сеялки со скоростью 3-4 км/час.

Если предусматривается проводить испытания в движении сеялки, то включается тумблер в положение «Датчик».

Сигналы с датчика скорости или генератора поступают на ЭВМ и являются запускающими программу внесения. Программа выдает на выход колонок электрический сигнал определенной длительности, напряжением 1 В, током до 10 мА. Этот сигнал поступает на блок усиления, с выхода которого на дозаторы, напряжением 12 В и током нагрузки до 10 А.

Предполагается, что передаточное число оборотов колеса и датчика скорости равно 1:1, если другое, то необходимо скорректировать длину проходимого пути в программе.

У макета машины, на который должна устанавливаться дозирующая система радиус колеса 37,5 см и периметр обода колеса составляет 2 м 40 см. В случае установки дозирующей системы на другую машину, необходимо скорректировать длину проходимого пути в программе.

С датчика скорости симметричные прямоугольные импульсы поступают на блок управления (рис. 3.15), а с блока управления на порт СОМ1 ЭВМ. При поступлении сигнала на порт СОМ1, программа формирует посылку синусоидальных импульсов определенной длительности от 1 до 100 мс. Эти импульсы поступают на блок управления. В блоке управления посылка синусоидальных импульсов преобразуется в прямоугольный импульс. Длительность импульса определяет время, в течение которого будет подано напряжение на электромагниты дозаторов, которые открывают щель из бункера. При открытой щели происходит высыпание удобрения к распределяющим или заделывающим рабочим органам машины для внесения удобрений.

Порт ЭВМ СОМ1

5-GND

6-DSR

Блок управления

Разъем ДатСкор выход

Датчик скорости от

-fir щ

Тумблер ^ <?Ген-Датч

Реле2

131° пРеобРаз^,ет ^I'dJo спадающей сигнал разряда емкости в прямоугольный

Светодиод сигналов с генератора 3001

Генератор прямоугольных импульсов на

Светодиод сигналов с датчика транзисторах разной проводимости - 22к as

ДатСкор| вход

J Доз1 jqq Усилитель мощности из набора) - эмитерных повторителей

Разъем | Преобразователь посылки Звукимп|С11нУС0»дальных сигналов вход в прямоугольный импульс

Тумблер питание

И Доз2

Ратьем |

Питание 12В

Светодиод питание 12 В 0

Усилитель мощности на второй дозатор

Рис. 3.15. Принципиальная схема блока управления

3.4. Исследование качества работы дозирующей системы 3.4.1. Изменение стабильности высева

В ходе эксперимента требовалось исследовать возможности вибрационного дозатора и системы управления обеспечивать нижние и верхние пределы доз минеральных удобрений; определить пределы посекундного расхода массы дозирующим аппаратом при скорости движения агрегата до 12 км/час; оценить неравномерность высева минеральных удобрений и отклонение дозы от заданной; оценить скорость перехода с одной дозы на другую при внесении минеральных удобрений на малых и на больших дозах; выявить влияние гранулометрического состава минеральных удобрений, поставляемых нашими заводами, на качество работы дозирующего устройства и тем самым пригодность его для дифференцированного внесения минеральных удобрений.

Исследования проводили на минеральных удобрениях, удовлетворяющих требованиям ГОСТа по физико-механическим свойствам. Удобрения засыпали в приемный бункер установки. Максимально возможная масса удобрений 45 кг. После загрузки замеряли высоту "столба" удобрений, предварительно разровняв их. Контроль и управление работой дозатора осуществляли с помощью компьютера, который выполнял функцию контроллера. Продолжительность одного опыта составляла 19 с, что соответствовало 100 тактам имитатора датчика колеса. Одному такту соответствует 40 см пути, проходимого агрегатом. При проведении исследований расчет дозы внесения системой дозирования, что ширина захвата одного дозатора -модуля равна 90 см.

Массу удобрений rriy , поступающую через j-й канал дозатора -модуля при i-й повторности за время t определяли взвешиванием на лабораторных весах. При проведении опытов фиксировали вес материала, поступающего из 6-ти каналов (грамм), длительность импульсов (мс), число импульсов, имитируемую скорость движения агрегата (км/ч). Длительность импульсов при проведении исследований изменялась от 130 до 20 мс. Таймер компьютера фиксировал начало, и конец работы дозатора в мс. Все данные заносились в текстовый файл, который затем обрабатывался программными средствами Microsoft Excel. Опыты проводились в 3-х кратной повторности. В

Среднюю производительность дозатора -модуля q определяли по формуле: q=M/t (3.2) где M=Smij, my — масса удобрений, поступающая через j-й канал дозатора при i-й повтор ности, г.

Неравномерность дозирования удобрений через j-й канал оценивали коэффициентом вариации Qj^, который рассчитывали по формуле:

QM=(<Wm.j)100, (3.3)

1 i=N где m j = ~ mij, N-количество отобранных проб; ojnn - среднеквадратическое отклонение массы в j-м канале, которое рассчитывали по формуле:

1 i=N 2 (m.-щ.)

J™ V N -1 i=l У У •

Неравномерность подачи удобрений по шести каналам , дозатора оценивали коэффициентом вариации QHB, который рассчитывали по формуле:

Знв=(<*.пМ.)100, (3.4)

Lj=6 б jii и • ~нв \ где m ; = — X m ;; : °нв ~

1 j=6 TTKmii-mj)'

6 -1 j=l У L

Исследования стабильности дозирования проводились на аммофосе. Размером гранул 1-5 мм, влажность 1,5%, объемным весом 0,9 г/см3. Высота засыпки удобрений в бункер составляла 40, 30, 20, 15 и 10 см. Длительность импульсов 100 - 20 мс с шагом 20 мс.

В каждом опыте определялось среднее значение отклонения дозы от заданной. Результаты исследований представлены в таблице 3.2.

1. Анискин В.И., Марченко Н.М., Личман Г. И. Проблемы управления качеством механизированного процесса дифференцированного применения удобрений. М. Тезисы докладов Международной' конференции "Автоматизация сельскохозяйственного производства", т. 1, 1997.

2. Марченко Н.М., Личман Г.И. Концепция развития механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства России на 1995 год и на период до 2000 года. М , ВИМ, 1992, с. 4-53.

3. Марченко Н.М., Личман Г.И. Концептуальные положения проблемы механизации дифференцированного внесения удобрений. Рязань, ВНИПИ-агрохим, 1996.

4. Марченко Н.М., Личман Г.И. Механико-технологические аспекты проблемы дифференцированного применения удобрений. М., ГОСНИТИ, 1997.

5. Марченко Н.М., Личман Г.И. Механико-технологические аспекты проблемы дифференцированного внесения удобрений. Рязань, ВНИПИагрохим, 1996.

6. Марченко Н.М., Личман Г.И. Механико-технологические основы компьютеризированного проектирования машинных технологий дифференцированного применения удобрений в системе координатного земледелия. М. Труды ВИМ, т. 129, 1997.

7. Anderson N.W., & Smette M.W. 1994. Automation of an Air Drill System. Computers in Agriculture, Proceedings of the 5th International Conference. 71-75.

8. Anderson N.W. 1995. The Terranova VRS Variable Rate System. ASAE Paper 95-1754, 1-4.

9. Automatic Sprayer Control System. Transactions of the ASAE. 17:1043-1047.

10. Camp C.R., & Sadler E.J. 1994 Center Pivot System for Site-Specific Water and Nutrient Management ASAE Paper H 94-1586. 1-9.

11. Carr. P.M., G.R. Carlson, J.S. Jacobsen. G.A. Nielsen, and E.O. Skogley. "Farming by Soils, Not Fields: A Strategy for Increasing Fertilizer Profitability." Journal of Production Agriculture 4(Janua).

12. Chi L., Kushwaha R.L., & Bigsby F.W. 1987 Chemical Flow Rate Control in Injection-Type Sprayers Canadian Agricultural Engineering. 19-26.

13. Black B.S., Wheeler P.N., Morris R.M., Morris J. & Graham J., (1994a) "Information Technology in Arable Farming", Report for Scottish Natural Heritage; TIBRE Project, p. 65.

14. Blackmore B.S. (1994) "Precision Farming an introduction", Outlook on Agriculture, 23 (4), p. 275-280, CAB International.

15. Fixen Paul E. Site-Specific Management Impacts P and К Use find Productivity. Better Crops with Plant Food. Vol. LXXVIII, N4, Fall 1994. pp. 3-5.

16. Sawyer J.E. 1994. Concepts of Vaiable Rate Technology with Considerations for Fertilizer Applications. Journal of Production Agriculture. 7:195-201.

17. Skotnikov, A. and P. Robert. 1996. Site-specific crop management a system approach. In: Proc. Third International Conf. on Precision Agric. Eds. P. Robert et al. p. 1145-1152D. Amer. Soc. Agron., Madison, WI.

18. Batchelor, W. D. and J. O. Paz. 1997. The role of water stress in creating spatial yield variability in soybeans. Proc. Integrated Crop Management Conference, p. 157-168. Iowa State Univ. Extension. Ames, IA.

19. Cambell, H., Rawlins, L.,Shufeng, H. 1995. Monitoring methods for potato yield. ASAE. Paper No 941584. Presented Atlanta, Georgia, Dec. 13-16.

20. Reets H.F., Jr. Site-Specific Nutrienr Management Systems for the 1990s. Better Crops with Plant Food. Vol. LXXVIII, N4, Fall 1994. pp.14-19.

21. Winny D.Wabawa, Duduzile L.Dludlu, Larry K.Swenson, David G.Hopkins, & William C.Dahnke. 1993. Variable Fertilizer Application Based on Yield Goal, Soil Fertility, and Soil Map Unit. Journal of Production Agriculture. 6:255-261.

22. Kvien, C., D. Waters, L. Usery. Farming in the information age. In Precision Farming Supplement to GPS World Magazine. December 1995. pp. 10-19.

23. Kvien, C. and D. Waters. 1995. Application of GIS in the development of precision farming technologies. ISPRS. Proceedings of Workshop on Mapping and Environmental Applications of GIS Data. Madison, Wisconsin, pp. 152-158.

24. Reed, J.F. and J.A. Rigney, 1947, Soil sampling from fields of uniform and nonuniform appearance and soil types: Journal of the American Society of Agronomy, Vol. 39, pp. 26-40.

25. Robinson, G.W. and W.E. Lloyd, 1915, On the probable error of sampling in soil surveys: Journal of Agricultural Science, Vol. 7, pp. 144-153.

26. Sudduth, K.A. and J.W. Hummel, 1993b, Soil organic matter and moisture sensing with a portable NIR spectrophotometer: Transactions of the American Society of Agricultural Engineers, Vol. 36(6), pp. 1571-1582.

27. Adsett, J.F. and G.C. Zoerb, 1991, Automated field monitoring of soil nitrate levels: Automated Agriculture for the 21st Century, pp. 326-335, ASAE Public. No. 1191, Am. Soc. of Agricultural Engineers, St. Joseph, MI.

28. Beuerlein, Jim and Walter Schmidt, "Grid Soil Sampling and Fertilization," Ohio State University Extension, Agronomy Technical Report 9302, 1993.

29. Wollenhaupt N.C., Wolkowski R.P., & Clayton M.K. 1994. Mapping Soil Test Phosphorus and Potassium for Variable-Rate Fertilizer Application. Journal of Production Agriculture. 7:441-448.

30. Woollenhaupt N.C. and Wolkowski R.P., Grid Soil Sampling. Better Crops with Plant Food. Vol. LXXVIII,

31. Site -Specific Handbook. Your Guide to the Comprehensive Precision Farming System. Fifth Edition. Ag. Chem.

32. Borgelt, S.C. 1992. Sensing and measurement technologies for site specific management, p 141-157. In P.C. Robert et. al. (eds.). Proceedings of soil specific crop management: A workshop on research and development issues. ASA-CSSA-SSSA, Madison, WI.

33. Bullock D.G., Hoeft R.G. and others. Nutrient Management with Intensive Soil Sampling and Differertial Fertiliser Spreading. Better Crops with Plant Food. Vol. LXXVIII, N4, Fall 1994. pp. 10-12.

34. Linsley, C.M. and F.C. Bauer, 1929, Test your soil for acidity: Circular 346, College of Agriculture and Agricultural Experiment Station, University of Illinois, Champaign, IL.

35. McGrow Tom. Soil Test Level Variability in Southern Minnesota. Better Crops with Plant Food. Vol. LXXVIII, N4, Fall 1994. pp.24-25. ' '

36. Wibawa, Winny D., Duduzile L. Dludlu, Larry J. Swenson, David G. Hopkins, and William C. Dahnke. "Variable Fertilizer Application Based on Yield Goal, Soil Fertility, and Soil Map Unit." Journal of Production Agriculture. 6(April-June 1993): 255- 261.

37. Машинные технологии дифференцированного применения удобрений и мелиорантов. Труды 2-й Международной научно-практической конференции по проблеме дифференцированного применения удобрений в системе координатного земледелия. Рязань: ГНУ ВНИИМС, 2001.

38. Научные труды ВИМ, т. 135, Машинные технологии и техническое обеспечение устойчивого производства зерна в засушливых условиях. Москва, 2000.

39. Automatic Sprayer Control System. Transactions of the ASAE. 17:10431047. 54. Camp C.R., & Sadler E.J. 1994. Center Pivot System for Site-Specific Water and Nutrient Management. ASAE Paper # 94-1586. 1-9.

40. Charles Alsip, & Jon Ellingson. 1991. Computer Correlation of Soil Color Sensing with Positioning for Application of Fertilizer and Chemicals. Automated

41. Agriculture for the 21st Century, Proceedings of the 1991 Symposium. 317-325.

42. Dale Ohrtman. 1985. Computer can Feed Crop According to Yield Potential. Farm Computer News. Nov./Dec:94-95.

43. Марченко H.M., Личман Г.И. Экономико-математическая модель оптимизации технологического процесса дифференцированного внесения удобрений. М„ ГОСНИТИ, 1996

44. Личман Г.И. Научно-методологические аспекты оценки границ эффективности дифференцированного применения удобрений. М- Труды ВИМ, т. 129,1997.

45. Т.Г. Солдатова, Б.Г. Михайлов, Б.Н. Леонтьев, B.C. Никитин. «Адаптивные производственные модели расчета доз минеральных удобрений»: ГНУ ВНИИМС, Рязань, 2000.

46. Технорабочий проект по автоматизированному формированию рельефной карты сельскохозяйственных территорий: Отчет / НИИ ВНИИМС; руководитель работы С.А. Белых. Инв. № НТА 2066. - Рязань, 1996. - 131 с.

47. Система управления дозатором машины для дифференцированного высева минеральных удобрений: Отчет / НИИ ВНИИМС; руководитель работы С.А. Белых. -Инв. № НТА 2149. Рязань, 2000. - 30 с.

48. Белых С.А., НИР «Программное обеспечение электронной карты дифференцированного внесения удобрений в принятой системе позиционирования», г. Рязань, ВНИИМС, 1999 г.

49. Белых С.А., статья «Метод вычислений уклонов и экспозиций между горизонталями при создании карты сельскохозяйственных угодий предприятий АПК», журнал «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук», 1999 г. -№2

50. Белых С.А., статья «Метод плоского расчета потенциальной поверхности рельефной карты сельскохозяйственных угодий», журнал «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук», №6, 1999 г.

51. Белых С.А., проспект «Программный метод векторизации горизонталей на картах сельскохозяйственных угодий предприятий АПК», проспект ВНИИМС, Рязань, 1999 г.

52. А.А. Жученко, Адаптивное растениеводство, Кишинев, «Штиинца», 1990.

53. Почвоведение, под ред. проф. И.С. Кауричева, изд. 4, Москва, ВО «Агропромиздат», 1989.

54. Современное развитие научных идей Д.Н. Прянишникова, отв. ред.: д.с.н. Д.Н. Дурманов, к.с.н. Е.А.Андреев, Москва, Наука, 1991

55. М.И. Лопырев, Почвозащитная организация территорий склонов, Воронеж, Центрально-черноземное книжное издательство, 1977.

56. Геометрия структур земной поверхности, сб. науч. трудов, Академия наук СССР, Пущинский научный центр, Институт почвоведения и фотосинтеза, Пущино, 1991.

57. Белых С.А., НИР «Макет устройства автоматического управления дозирующими рабочими органами машины-удобрителя», г. Рязань, ВНИИМС, 1999 г.

58. Тульской областей. Всероссийский научно-исследовательский институт механизации агрохимического и материально-технического обеспечения сельского хозяйства (ГНУ ВНИМС). -Рязань: 2003.-148 с.

59. Белых С.А., статья «Экспериментальные исследования высокоадаптивного вибрационного дозатора машины для дифференцированного припосевного внесения минеральных удобрений», Научные труды ВИМ, том 144 М.: ВИМ, 2002. - с. 56-62.

60. Белых С.А. Рельефное картографирование сельхозугодий хозяйств применительно к системе координатного земледелия. Рязань: ГНУ ВНИМС, 2002. — 24 с.

61. Белых С.А. К методике проектирования машинной технологии дифференцированного внесения минеральных удобрений // Науч. тр. ВИМ, т. 145. -М.: ВИМ, 2003. с. 201-211.