автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов работы спирального распределителя для дифференцированного внесения минеральных удобрений

На правах рукописи

АЛЬКЕРЕМ Мустафа Мухаммедович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ СПИРАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства (по техническим наукам)

Автореферат 5 ДЕК 2013

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005542531

Ростов-на-Дону - 2013

005542531

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Пономаренко Игорь Григорьевич (ФГБОУ ВПО АЧГАА, доцент)

Официальные оппоненты: Богданович Виталий Петрович

доктор технических наук, старший научный сотрудник (ГНУ СКНИИМЭСХ Россельхозакадемии, старший научный сотрудник)

Корнеев Дмитрий Витальевич

кандидат технических наук, доцент (ФГБОУ ВПО КубГАУ, доцент)

Ведущая организация: Новокубанский филиал ФГБНУ

«Росинформагротех» (КубНИИТнМ)

(г. Новокубанск Краснодарского края)

Защита состоится "25" декабря 2013 г. в 10^ часов на заседании диссертационного совета Д.212.058.05 в Донском государственном техническом университете "ФГБОУ ВПО ДГТУ" по адресу: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ауд. 252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ. Электронная версия автореферата размещена на сайте Министерства образования и науки РФ www.vak.ed.gov.ru и на официальном сайте ФГБОУ ВПО ДГТУ www.donstu.ru.

Автореферат разослан "23" ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Борисова Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При современном уровне развития сельского хозяйства увеличение объёма производства сельскохозяйственной продукции может быть достигнуто только за счёт повышения урожайности, которое тесно связано с обеспечением растений питательными элементами.

Так как растениям требуются одновременно все основные питательные элементы (азот, фосфор, калий), но содержание их в почве и соотношение в комплексных удобрениях обычно .не соответствует потребностям культур в отдельные периоды их роста, то по мере надобности вносят однокомпо-нентные туки или смешивают по два или три их вида.

Одной из причин низкой эффективности удобрений является неравномерное распределение их по полю, связанное с несовершенством технологий и технических средств. Кроме того, доказано, что при использовании смесей удобрений наблюдается их расслоение на всех этапах технологического процесса, что отрицательно сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур, и, естественно, снижает эффективность их применения.

Наиболее эффективным способом реализации потенциальных возможностей растений является дифференцированное внесение удобрений, учитывающее неоднородность почвенного плодородия, вид возделываемых культур, особенности севооборота, и позволяющее увеличить прибавку урожая в 2 и более раз и экономить до 30...35% минеральных удобрений.

Однако технические средства, осуществляющие дифференцированное ■ внесение удобрений должны обеспечивать адаптацию технологического процесса к потребностям растений в видах и дозах минерального питания.

Помимо других для внесения минеральных удобрений используются штанговые аппараты со спиральным рабочим органом, которые применяются как для основного, так и для локального их внесения. Они высокопроизводительны, имеют простую конструкцию, удобны в обслуживании, надёжны в работе, однако они не всегда обеспечивают необходимую равномерность внесения удобрений и, особенно, тукосмесей.

Имеющиеся в настоящее время в хозяйствах технические средства разрабатывались для традиционных технологий, то есть для внесения минеральных удобрений по усредненным дозам для всего поля.

В связи с этим возникает необходимость в дальнейшем углублении научных исследований, направленных на разработку конструкции, обоснование параметров и режимов работы спиральных туковысевающих аппаратов для одновременного сплошного внесения нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания.

Цель работы — обоснование параметров и режимов работы спирального распределителя минеральных удобрений, обеспечивающих качественное дифференцированное внесение нескольких видов минеральных удобрений в режиме off-line.

Объект исследований - Технологический процесс сплошного внесения нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания.

Предмет исследований - зависимости между параметрами спирального аппарата и качеством смешивания и распределения минеральных удобрений.

Методы исследования включали известные законы и методы классической математики и механики, механики сыпучих тел, физики, основные положения и методы математической статистики, планирования экспериментов, действующие стандартные и вновь разработанные индивидуальные методики. Научная новизна работы состоит в:

- обосновании положения высевной щели при изменении скорости движения агрегата, вида и нормы вносимых удобрений;

- описании влияния параметров смесительной системы на качество смешивания минеральных удобрений;

- описании влияния параметров распределительной системы на качество распределения минеральных удобрений по ширине захвата машины.

Практическая значимость заключается в:

— разработке технологической схемы смесителя-распределителя минеральных удобрений (заявка на изобретение №2012158277);

- методике инженерного расчёта спирального смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений.

Реализация результатов исследований. Разработанный смеситель-разбрасыватель минеральных удобрений проходил производственную проверку в ООО АГРОФИРМА "Победа" Гулькевичского района Краснодарского края при внесении смеси удобрений одновременно с посевом кукурузы на зерно. Основные положения, выносимые на защиту

— технологическая схема спирального смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений, обеспечивающего сплошное дифференцированное внесение нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания;

— теоретическое и экспериментальное обоснование параметров и режимов работы отдельных систем спирального смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений;

— методика инженерного расчёта спирального смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Молодёжная наука — будущее страны" (г.Ставрополь, 2012 г.), на Международной научно-практической конференции "Техника и технология: новые перспективы развития" (г. Москва, 2012 г.), на 8-ой Международной научно-практической конференции "Инновационные разработки для АПК" (ГНУ СКНИИМЭСХ, г. Зерноград, 2013 г.), на конференции "Инновационные технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции" (ФГБОУ ВПО АЧГАА, г. Зерноград, 2013 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, подана заявка на изобретение. Общий объём публикаций составляет 3,2 пл., из них автора — 1,6 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,

5 глав, выводов, списка литературы, включающего 153 наименование, и 5 приложений. Основное содержание диссертации изложено на 152 страницах машинописного текста и содержит 53 иллюст рации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана характеристика проблемы, показана актуальность темы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Состояние вопроса, цель и задачи исследования" рассмотрена роль минеральных удобрений в повышении производства сельскохозяйственной продукции, дан обзор и анализ технологий, способов и технических средств для механизированного внесения минеральных удобрений, а также анализ работ, посвященных исследованию процессов транспортирования, смешивания и распределения удобрений спиральными аппаратами.

Большой вклад в решение вопросов совершенствования средств механик зации распределения минеральных удобрений внесли отечественные учёные М.Г. Догановский, В.Г1.- Забродин, Е.В. Козловский, В.А. Скользаев, В.А. Черноволов, Ю.И. Якимов и др. Важнейший вклад в теорию шнековых и спиральных рабочих органов внесли учёные В.Г. Артемьев, А.М. Григорьев, В.П. Забродин, Ю.М. Исаев, П.А. Преображенский, С.К. ЯН'чин и др.

Проведенный анализ подтверждает перспективность создания машин для внесения-минеральных удобрений, оборудованных спиральным аппаратом, а также показывает необходимость их совершенствования с целью достижения качественного распределения ими нескольких видов удобрений.

На основании анализа литературных источников была принята рабочая гипотеза: качественное дифференцированное распределение в режиме offline нескольких видов минеральных удобрений спиральным туковысеваю-щим аппаратом может быть достигнуто за счёт обоснования кинематических и конструктивных параметров распределительно-высевающей системы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

1. Изучить процессы транспортирования, смешивания и распределения минеральных удобрений спиральными аппаратами с целью оценки параметров, влияющих на качество смешивания и равномерность распределения удобрений.

2. Выбрать направление повышения качества сплошного дифференцированного внесения нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания и разработать технологическую схему технического средства для его осуществления.

3. Получить теоретические зависимости по обоснованию конструктивных параметров разработанного технического средства.

4. Проанализировать влияние и обосновать параметры и режимы работы систем предложенного технического средства, обеспечивающие качественные смешивание и сплошное распределение нескольких видов минеральных удобрений при их дифференцированном внесении.

5. Выполнить технико-экономическое обоснование и проверку в производственных условиях предложенного смесителя-распредёлителя ' минеральных удобрений и разработать методику его технологического расчёта.

Во второй главе "Теоретические исследования процесса внесения нескольких видов минеральных удобрений" изложены результаты теоретического исследования процесса дифференцированного внесения нескольких видов минеральных удобрений спиральным смесителем-разбрасывателем.

Современные технические и информационные средства позволяют исключить переизбыток удобрений на одних участках поля и нехватку на других, что влияет на количество и качество урожая, а также на плодородие и экологическую обстановку на этих участках. Концепция точного земледелия, рассматривает сельскохозяйственное поле как неоднородное и предполагает соответствующую дифференциацию при проведении агротехнических операций. При этом дифференцированное внесение нескольких видов удобрений за один проход агрегата относится к разряду энергосберегающих технологий за счет снижения потребления удобрений, повышения равномерности внесения, сокращения проходов агрегатов по полю, экономии энергетических ресурсов и, соответственно, снижения уплотняющих воздействий на почву.

Одним из способов обеспечения дифференцированного внесения минеральных удобрений является разработка машин, в которых разные виды удобрений загружаются в отдельные отсеки бункера, а перед распределением по полю осуществляется их смешивание в смесительном устройстве, установленном на самой машине. В этом случае технологический процесс работы

1«

-

2крк

- Зхрк

1 - загрузка удобрений в кузов или в бункер машины для внесения удобрений;

2 - дозирование и подача удобрений к смесительному рабочему органу;

3 - движение удобрений с одновременным смешиванием в смесительном рабочем органе;

4 - движение удобрений с одновременным распределением по поверхности поля по ширине захвата машины

Рисунок 1 - Схема технологического процесса внесения нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания

Для осуществления этого способа был разработан спиральный смеситель-разбрасыватель минеральных удобрений (заявка на изобретение №2012158277) (рис. 2). В нём бункер разделён перегородками на несколько отсеков для каждого вида удобрений, а в нижней части отсеков имеются дозаторы. В нижней части бункера расположена смесительная спираль, заборная часть которой расположена под дозаторами. Бункер связан с поворотными кожухами с высевными окнами в виде сплошной щели, расположенными по винтовой линии, а внутри поворотных кожухов размещены распределительные спирали.

а)

N

V' ^

7

ттштв

в)

б).........- ^

I - бункер; 2 — перегородки; 3 — кожух спирали; 4 - высевная щель; 5 - распределительная спираль; 6 — дозаторы; 7 - смесительная спираль; 8 - тукоиаправитель; 9 — устройство управления дозаторами; 10 - датчик высева удобрений; 11 - устройство управления

положением кожуха

Рисунок 2 - Спиральный смеситель-разбрасыватель минеральных удобрений

При движении агрегата по полю компоненты с требуемой производительностью через дозаторы подаются на смесительную спираль, которая осуществляет их смешивание и транспортирование смеси к распределительной спирали; последняя распределяет смесь по всей длине штанги и высевает их через высевную щель.

Для обеспечения стабильного и качественного смешивания и равномерного распределения удобрений по ширине захвата необходимо, чтобы дозаторы отсеков бункера были настроены на производительность, обеспечивающую требуемые норму внесения каждого из компонентов, а параметры высевной щели обеспечивали равномерное распределение смеси по ширине захвата машины. При этом смесительная и распределительная спирали должны обеспечивать требуемую производительность аппарата.

Математически это условие можно представить в виде

д:р=д„{= д?г=дх=дН=д

< Д < Д"

(1)

где Д2Р ~ требуемая норма внесения удобрений; Д6 - производительность дозаторов бункера; Д*""" - фактическая производительность смесительной спирали, Д- фактическая производительность распределительной спирали; - фактическая норма внесения удобрений; Двыс. ок - пропускная способность высевных окон; Д™"* - максимальная производительность смесительной спирали; Д™* - максимальная производительность распределительной спирали.

При этом норма внесения удобрений будет определяться пропускной способностью дозаторов, так как смесительная и распределительная спирали будут осуществлять смешивание, транспортирование и распределение того количества материала, который подан в кожух, В этом случае производи-

тельностью аппарата можно управлять путём изменения параметров дозирующей системы бункера не изменяя параметров и режимов работы смесительной и распределительной систем. Невыполнение любой части этого условия приведёт к ухудшению качества распределения каждого из компонентов.

Так как машина для внесения минеральных удобрений должна обеспечивать регулировку нормы внесения в широких пределах, то при проектировании аппарата необходимо выполнять условие

Дра^Дс^Д^Д«,™*- (2)

Это, однако, приведёт к тому, что в зависимости от текущей нормы внесения кожухи смесительной и распределительной спиралей будут заполнены по-разному, что будет влиять на смешивание и распределение удобрений, и, следовательно, на качественные показатели работы машины в целом.

Вводя коэффициенты v|/i и выражение (1) примет вид

где \yi=0...1 - коэффициент использования производительности смесительной спирали, показывающий отношение подачи удобрений в смеситель к максимальной его производительности при выбранных параметрах и режиме работы; v|»2=0... 1 - коэффициент использования производительности распределительной спирали, показывающий отношение подачи удобрений в кожух к'максимальной производительности распределительной спирали при выбранных е£ параметрах и режиме работы.

Коэффициенты использования производительности спиралей влияют на коэффициенты заполнения кожухов, которые, в'свою очередь, оказывают влияние на качество смешивания и равномерность распределения удобрений.

Для обеспечения требуемой нормы внесения удобрений в кожух спирали должен поступать материал с объёмной производительностью

Q6 = qF'VT'B У/с, ' (4)

2-104-г

где qF - норма внесения минеральных удобрений, кг/га; VMmu - рабочая скорость движения машины, м/с; В - рабочая ширина захвата машины, м; у — плотность удобрений.

Параметры и режим работы спирального аппарата должны быть подобраны таким образом, чтобы была обеспечена требуемая производительность, определяемая по известной формуле

Q = WA-VK-y,M3/c, (5)

где.\у - коэффициент заполнения кожуха в заборной части; А - площадь поперечного сечения кожуха, м2; Voc - средняя осевая скорость транспортирования материала, м/с.

Средняя осевая скорость может быть определена по формуле тихоходного режима транспортирования

V^ff. (6)

L-71

Поданные в кожух спирали удобрения должны быть полностью рассеяны по всей ширине захвата машины. Для этого высевные отверстия должны обеспечить требуемую производительность

Q ~ ^omt ' Кап' ^

где Аоте - площадь всех высевных отверстий, м ; У„а„ - скорость истечения удобрений через высевные отверстия, м/с.

Площадь высевных отверстий может быть определена как

(8)

- высота высевного

где £— суммарная длина всех высевных отверстий на кожухе, м; Л„-отверстия, м.

Следовательно, для равномерного распределения минеральных удобрений по всей ширине захвата машины необходимо обеспечить равную высоту всех высевных отверстий и равномерный высев через них материала.

Поскольку при транспортировании центр тяжести сыпучего тела смещается от вертикали (рис. 3) за счёт взаимодействия частиц с витками спирали и материалом кожуха, то происходит не только осевое, но и угловое перемещение сыпучего тела.

Для обеспечения равномерного распределения удобрений можно использовать конструкцию, предложенную проф. В.П. Забродиным. В ней верхняя кромка высевных отверстий расположена выше верхней границы сыпучего тела, а площадь поперечного сечения всех отверстия обеспечивает максимально необходимую производительность. В такой конструкции требуемая высота истекающего слоя материала может быть достигнута путём изменения угла отклонения нижней кромки высевного отверстия от вертикали на угол

Рисунок 3 — Расположение ' материала в кожухе спирали

■ агсБт

+ агссо:

б• (26С -зшМ-С0535С-/К-{Ъ8ос + я-• /Л-(1-у) 8т,(Ч).2/е • + (Ь8а + ж• /«)• /,2

(9)

- + сояЯ

ч10

где а - угол подъёма винтовой линии по наружному диаметру спирали.

Поскольку коэффициент заполнения кожуха материалом изменяется по длине кожуха от максимального значения в загрузочной части штанги до минимального в периферийной, то для щелевого туковысевающего аппарата закон изменения может быть представлен в виде

< \гшах "Уть,)'

2 •/,В '

(10)-

где!, - расстояние до рассматриваемого сечения кожуха, м.

Таким образом, угол отклонения нижней кромки высевного отверстия от вертикали будет определяться выражением

6 -(2^

tg 'т^^л'гтч^-лу-л2

(И)

+ arcco:

где 2<JC -sin(2<5'c) = 2-я

- + cos£

M в

Анализ полученной зависимости (рис. 4), показывает, что угол отклонения нижней4 кромки высевного отверстия от вертикали уменьшается при удалении от загрузочной части кожуха к периферийной. При этом изменение нормы внесения удобрений путём из- 0 0,2-В 0,4-В 0,6-В 0,8-В В менения подачи удобрений Рисунок 4 - Влияние нормы внесения удобрений в кожух, приводящем к на изменение угла <5„ по длине штанги уменьшению коэффициента заполнения кожуха материалом, требует изменения угла §„ по всей длине штанги.

Изменение нормы внесения удобрений требует поворота каждого сечения на угол Д<5„ (рис. 5). Это изменение может быть описано уравнением 2-го порядка. Однако если при работе машины обеспечить перекрытие смежных проходов, составляющее 5% ширины захвата, то изменение углов поворота кожуха относитель-• но первоначального положения при изменении нормы О 0,2-В 0,4-В 0,6-В 0,8-В внесения удобрений может Рисунок 5 - Изменение относительно быть описано линейной зави- первоначального положения углов отклонения симостью (рис. 6). При этом от вертикали нижних кромок высевных пересечение происходит в отверстий по длине кожуха точках (0,2...0,25) В/2 и (0,82...0,87) В/2. Следовательно, именно в этих сечениях следует обеспечивать требуемый угол отклонения нижней кромки высевного отверстия.

При дифференцированном внесении минеральных удобрений в режиме off-line при переходе с одного участка поля на другой необходимо изменять

О 0,2 В 0,4'В 0,6 В 0,8-В В Рисунок 6 - Изменение по длине кожуха углов расположения нижней кромки высевной щели для теоретического и моделируемого вариантов

дозу внесения удобрений. Это происходит с некоторым запаздыванием, время которого зависит от типа и параметров рабочего органа, а также от разности доз внесения на рассматриваемых смежных участках поля. Это приведёт к несоответствию требуемой и фактической доз внесения.

В соответствии с агротехническими требованиями отклонение фактичес-

кой дозы внесения удобрений от заданной не должно превышать 10%, т.е.

\ч,~ятр

Дц = \

^ 100% <10%.

(12)

I

\

д-ни

Найдём место на поле, удалённое на расстоянии { (рис. 7) от границы участков, при переходе в котором с дозы <70 на дх отклонения доз высева от требуемой на каждом из участков будут минимальны.

В качестве целевой функции примем отклонение доз внесения от требуемой. Принимая линейную функцию перехода от дозы <7о к ф, т.е. Ад = /(/)=£■?, где к - коэффициент пропорциональности, показывающий скорость изменения дозы внесения Рисунок 7 - Схема для расчёта (кг/га)/с, и меняя переменную / на х полу- переходного режима чим

/, п

Д ? = /(*) = *•-

(13)

где К, — скорость движения агрегата, м/с.

Одновременное максимальное отклонение доз внесения удобрений на обоих участках будет на границе этих участков. Их величины составят

Л/7, ^

V100%, &Д2 =

_ \Чфакт ~ Я \

100%.

(14)

Чо Чх

Для обеспечения минимальных отклонений на каждом из участков необходимо решить оптимизационную задачу вида

АИ,=

\яФ„,

<7о

->тт; ЛД, = -

■»тт.

Я■

(15)

Решение этой задачи будет достигнуто в случае равенства отклонений. При этом фактическая доза внесения на границе участков составит

1с

■ Чфтя = Чо + — 'е' П6)

К

После преобразований получим

(17)

Ь(2-<7о+Д?)'

где изменение дозы внесения удобрений на границе участков.

Учитывая, что в рассматриваемом случае при переходе с одного участка на другой доза внесения удобрений увеличивается, то ql¡ = Тогда

) _ 1тш

" А-Сй.^ + А ?У (18)

Такое же выражение будет получено и при снижении дозы внесения удобрений при переходе между участками.

Из анализа полученной зависимости следует, что увеличение минимальной для двух смежных участков дозы внесения удобрений приводит к незначительному увеличению расстояния ■(, а увеличение разности доз внесения удобрений на двух смежных ^ участках поля — к его значительному увеличению (рис. 8).

При этом уменьшение времени запаздывания аппарата, увеличивающее коэффициент к, приводит к пропорциональному уменьшению расстояния ■С. Поэтому для повышения качества внесения удобрений необходимо уменьшать время за- Рисунок 8 - Влияние разности доз внесения паздывания туковысевающего на расстояние до границы участков аппарата. При этом максимальное отклонение фактической дозы внесения от требуемой будет наблюдаться на границе участков и составит

Л?

•100%,

(19)

2'9тш + Д<7

где <7„,„ - минимальная из двух смежных участков доза внесения удобрений.

Таким образом, максимальное отклонение дозы внесения удобрений от требуемой не зависит от параметров туковысевающего аппарата и технико-эксплуатационных параметров машины, а зависит только от наименьшей из двух смежных участков дозы внесения удобрений и величины её изменения при переходе с одного участка поля на другой. При этом увеличение наименьшей дозы внесения приводит к уменьшению отклонения, а увеличение изменения дозы внесения - к его увеличению (рис. 9).

Следовательно, в зависимости от доз внесения удобрений на двух смежных участках поля, независимо от типа, параметров и режимов работы туко-

высевающего аппарата и технологических показателей работы машикы для внесения удобрений отклонение дозы внесения от требуемой может значительно превышать допустимые пределы. Это необходимо учитывать при разработке рекомендаций по квантованию поля. Они, Рисунок 9 - Влияние дозы внесения удобрений кроме прочего, должны и её изменения на отклонение фактической дозы обеспечить выполнение аг-от требуемой ротехнических требований

по отклонению дозы внесения удобрений от требуемой

= •100%<[м„и]=ю%. (20)

Это условие будет выполнено, если

М 0.222 -д^. (21)

Таким образом, максимальное изменение нормы внесения удобрений, при котором отклонение не превысит допускаемой величины, зависит от минимальной для двух смежных участков поля нормы внесения удобрений. Следовательно, если при проведении агрохимической оценки и последующем расчёте требуемых доз внесения удобрений выяснится, что величина изменения дозы при переходе с одного участка на другой превышает 0,222-<7т(П, то необходимо уменьшить одигг из участков путём дополнительного его разбиения.

В третьей главе "Методика экспериментальных исследований" приведены цель, задачи и методика проведения экспериментальных исследований, описаны оборудование и приборы для экспериментальных исследований.

Целью экспериментальных исследований является выявление основных закономерностей смешивания и распределения минеральных удобрений в технологическом процессе работы разработанного спирального смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений, а также обоснование его кинематических, геометрических и конструктивных параметров, обеспечивающих качественное смешивание минеральных удобрений и равномерное их распределение по ширине захвата машины.

Исходя из общих задач исследований экспериментально необходимо:

- выявить наиболее значимые факторы, влияющие на качество смешивания и распределения минеральных удобрений спиральным аппаратом;

- обосновать конструктивные, кинематические и геометрические параметры спирального смесителя-разбрасывателя, обеспечивающие качественное смешивание и распределение минеральных удобрений по ширине захвата машины;

- экспериментально проверить применимость полученных теоретических :!а-

висимостей для описания закономерностей процесса внесения.

Экспериментальные исследования включали известные и апробированные, атаюке вновь разработанные методики, а полученные экспериментальные данные обрабатывались на ЭВМ и микро-ЭВМ в соответствии с методами математической статистики и дисперсионного анализа.

В четвёртой главе "Анализ результатов экспериментальных исследований" приведён анализ результатов оценки факторов, влияющих на качество смешивания минеральных удобрений и неравномерность их распределения по ширине захвата машины; определены оптимальные параметры и режимы работы разрабатываемой конструкции; выполнена проверка соответствия теоретических зависимостей данным опыта; приведена методика инженерного расчёта разработанного смесителя-распределителя.

Экспериментально установлено, что на качество смешивания минеральных удобрений оказывает у % влияние частота враще- с' ния спирали (рис. 10). 8 ;

чества смеси (коэффици- 2 ент неоднородности снижается с 7,2 до 4,1%). 0 ---1—:-—а-1

Высокая неоднородность 100 150 200 250 и, мин*1 смеси при малой частоте Рисунок 10-Влияние частоты вращения спирали вращения связана с тем, на качество смешивания минеральных удобрений что материал движется, в основном, поступательно и интенсивность его перемешивания низкая. Ухудшение качества смеси при увеличении частоты вращения свыше 240 мин"1 обусловлено увеличением влияния центробежных сил инерции на характер движения частиц компонента с крупным размером гранул.

Экспериментально также установлено, что отношение шага спирали к её диаметру не оказывает влияния на качество смешивания минеральных удобрений (ошибка не более 5%). Это обусловлено тем, что при изменении отношения шага спирали к её диаметру лишь изменяется осевая скорость перемещения материала витками спирали, а характер его движения й заполнения им межвиткового пространства остаётся неизменным, что приводит к одинаковой интенсивности перемешивания материала.

Как следует из результатов проведённых экспериментальных исследований, значительное влияние на качество смешивания удобрений оказывает длина смесительной камеры (рис. 11).

Так увеличение длины смесительной камеры от 0 до 10 см приводит к резкому уменьшению коэффициента неоднородности смеси, что обусловлено конвективным смешиванием материала, переходящим в диффузионное, и формирование качественной смеси на уровне макрообъёмов подаваемого материала. При дальнейшем увеличении длины смешивания до 40 см коэф-

При этом её увеличе! от 100 до 180 мин"1 п] водит к повышению

40

20

0

40

-1

. см

фициент неоднородности снижается незначительно, что связано с преобладанием диффузионного процесса смешивания. При дайне смешивания более 40 см на ход процесса смешения начинает оказывать сегрегация, в результате чего неоднородность смеси повышается.

0 10 20 30 Рисунок 11 - Влияние длины смесительной камеры

на качество смешивания минеральных удобрений

Таким образом, для обеспечения наилучшего качества смешивания ми неральных удобрений длину смесительной камеры необходимо принимать в интервале 30...45 см.

В разработанной конструкции смесителя-разбрасывателя регулировка нормы внесения осуществляется путём изменения подачи удобрений на смесительную спираль. Это приведёт к изменению степени её заполнения, и, как следствие, к изменению интенсивности перемешивания материала. Экспериментально установлено, что уменьшение коэффициента использования производительности спирали приводит к повышению качества получаемой смеси (снижению её неоднородности) (рис. 12).

Это связано с тем, что уменьшение этого коэффициента приводит к более интенсивному его перемешиванию, результатом чего и является повышение качества смеси.

Анализ результатов экспериментальных исследований показывает, что на неравномерность распределения значительное влияние оказывают частота вращения спи- и

рали и конструкция кожуха 1ПГ| 7пп ,

/„„. П\ О 100 15,У 200 250 /г, мин

(.рис. и;. Рисунок 13 - Влияние конструкции кожуха

на равномерность распределения удобрений

Рисунок 12 - Влияние коэффициента использования производительности спирали на качество

смешипяния минрпят,ныу vпnбnpний V, %

Значительное увеличение неравномерности распределения удобрений при частотах вращения спирали, отличных от 200 мин'1 связано с отклонением расположения высевных отверстий от требуемого, что обусловлено изменением соотношения радиальной и осевой скоростей движения материала в кожухе, в результате чего изменяется характер распределения материала по длине кожуха.

Для регулировки положения высевной щели при изменении частоты вращения в разработанной конструкции аппарата предусмотрена возможность поворота кожуха вокруг собственной оси. Это позволяет значительно (до 60%) снизить неравномерность распределения удобрений (см. рис. 13).

Увеличение неравномерности распределения удобрений даже при регулировке'положения кожуха обусловлено необходимостью изменения не только угла поворота всего кожуха, а и расположения самой щели, что является сложной технической задачей.

Так как частота вращения спирали выбирается исходя из обеспечения требуемой производительности (нормы внесения) и при зависимом приводе спирали зависит от скорости движения агрегата, то настройка угла поворота кожуха должна осуществляться исходя из обеспечения минимальной неравномерности распределения в режиме рабочего хода.

Поскольку в разработанной конструкции смесителя-разбрасывателя регулировка нормы внесения удобрений осуществляется путём изменения подачи материала на смесительную спираль, то это приведёт к изменению коэффициента использования производительности распределительной спирали.

Экспериментально уста- у, %■ новлено его влияние на равномерность распределения удоб- 60 ■ рений по ширине захвата машины (рис. 14). 40 ■

Значительное влияние коэффициента \|/р,5Пр Для аппара- ' 20 ■ та с неподвижным кожухом обусловлено изменением ха- о ■ рактера распределения сыпу- о, 1 0,4 0,7 У рас»

чего материала по длине штан- Рисунок 14 - Влияние коэффициента ги. Это связано с тем, что использования производительности спирали уменьшение коэффициента ис- на неравномерность распределения пользования производитель- минеральных удобрений ности спирали приводит к резкому уменьшению коэффициента заполнения кожуха материалом, следствием чего является изменение угла смещения центра тяжести сыпучего тела от вертикали (см. рис. 3). Результатом этого является несоответствие фактического угла отклонения нижней кромки высевной щели требуемому, что и приводит к увеличению неравномерности распределения удобрений по ширине захвата.

Если использовать конструкцию с поворотным кожухом, то изменение коэффициента использования производительности спирали приводит к менее

значительному его влиянию на неравномерность распределения удобрений. Это связано с тем, что изменение центрального угла охвата сыпучего тела вследствие уменьшения коэффициента заполнения кожуха материалом, Сопровождалось изменением угла отклонения нижней кромки высевного отверстия. Увеличение неравномерности распределения при уменьшении коэффициента использования производительности спирали даже при регулировке положения высевных отверстий связано с тем, что их первоначальное взаимное расположение выбиралось исходя из обеспечения минимальной производительности при максимальном заполнении кожуха материалом, т.е. при коэффициенте использования производительности спирали равным <СраСпр=1. а его изменение (и, как следствие, изменение коэффициента заполнения) требует не только поворота кожуха, но и изменения расположения высевной щели, что является сложной технической задачей.

Экспериментально установлено, что частота вращения спирали оказывает значительное влияние на неравномерность распределения (рис. 15). При

этом увеличение частоты вращения в интервале 130.. .300 мин'1 приводит к увеличению неравномерности с 2,7...6,5% до 3,2...22% в зависимости коэффициента использования производительности спирали.

Следовательно, по-

■ п=300 ♦ п=200 ▲ п=130

Ураспр

высить качество распре- Рисунок 15-Влияние коэффициента использования деления удобрений мож- производительности спирали на неравномерность но путём использования распределения минеральных удобрений : минимально возможной частоты вращения. . '

На неравномерность распределения удобрений значительное влияние оказывает и отношение шага спирали к её диаметру (рис. 16). При этом его увеличение приводит к

значительному снижению неравномерности распределения удобрений. Это связано с тем, что при увеличении отношения БМ ввиду перераспределения скоростей увеличивается средняя осевая скорость движения материала и уменьшается радиальная, что и обеспечивает более плавное

V, %

20

10

0

А 8/(1=0,88

♦ 8/(1=1,33

■ Э/с1=1,50

■

а

0,7

Фраспр

0,1 0,4

Рисунок 16 - Влияние коэффициента использования

производительности спирали на равномерность

распределения удобрений

изменение по длине штанги угла отклонения центра тяжести сыпучего тела от вертикали. Результатом этого является более плавное изменение положения свободной поверхности сыпучего тела, приводящее к более плавному увеличению неравномерности распределения материала при изменении коэффициента использования производительности спирали.

Таким образом, для снижения неравномерности распределения удобрений по ширине захвата машины и уменьшения его зависимости от коэффициента использования производительности распределительной спирали необходимо использовать спирали с максимально возможным значением отношения шага спирали к её диаметру.

В пятой главе "Производственная проверка и технико-экономическое обоснование спирального смесителя разбрасывателя минеральных удобрений" приведены результаты производственной проверки модернизированного туковысевающего аппарата и технико-экономический расчёг, выполненный по общепринятой методике, который показал, что годовой экономический эффект составит 35 600 руб. на одну машину, а чистый дисконтированный доход от предлагаемого технического решения - 148 300 руб. при сроке окупаемости 1,2 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ способов дифференцированного внесения минеральных удобрений позволяет заключить, что наиболее приспособленными к реализации данной технологии являются спиральные туковысевающие аппараты, в которых разные виды удобрений загружаются в отдельные отсеки бункера, а перед подачей в аппарат предварительно смешиваются.

2. Дня обеспечения равномерного распределения смеси удобрений по поверхности поля высевная щель должна быть расположена ниже верхней границы: сыпучего тела под углом, убывающим к периферии штанги. Угол наклона щели обеспечивается поворотом кожуха в подающей части спирали и определяется подачей удобрений в распределительную камеру, кинематическими и конструктивными параметрами спирали.

3.На качество приготовления туковой смеси значительное влияние оказывают длина смесительной камеры. При её увеличении от 10 до 40 см коэффициент неоднородности смеси снижается более чем в 2 раза. Изменение частоты вращения, отношения шага спирали к её диаметру и коэффициента использования производительности спирали значительного влияния на однородность смеси не оказывают. Так при изменении частоты вращения от 150 до 300 мин'1 и коэффициента использования производительности спирали от 0,4 до 1,0 коэффициент неоднородности смеси не превышает 5%.

4. При внесении удобрений в режиме off-line при резко выраженной неоднородности обеспеченности почвы питательными элементами управление дозой внесения необходимо начинать до начала смежного участка на расстоянии, зависящем от дозы внесения, разности доз, скорости агрегата и скорости изменения дозы. При этом агротехнические требования по отклонению фак-

тической дозы от требуемой будут выполнены в том случае, если изменение доз на смежных участках не превышает 0,222-qm¡„.

5. Внесение минеральных удобрений разработанным смесителем-распределителем в режиме off-line удовлетворяет агротехническим требованиям при длине смесительной камеры 0,45 м, диаметре спирали 46 мм, отношении шага спирали к её диаметру 0,4. ..1,8 и частоте вращения спирали 185...285 мин"1.

6. Реализация предложенного технического решения в производственных условиях позволит получить годовой экономический эффект 35,6 тыс. руб. в расчете на одну машину. При этом приведенная чистая прибыль от внедрения составит 148,3 тыс. руб. при сроке окупаемости 1,2 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Алькерем М.М. Обеспечение стабильности технологического процесса спирального смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений [Текст] / И.Г. Пономаренко, М.М. Алькерем // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. -№12.-С. 40-42.

2. Алькерем М.М. Обеспечение равномерного распределения минеральных удобрений спиралыю-шнековым аппаратом [Текст] / И.Г. Пономаренко, М.М. Алькерем II Научное обозрение. - 2013. -№3. - С. 76-81.

3. Алькерем М.М. Влияние параметров спирального смесителя на качество смешивания минеральных удобрений [Текст] / И.Г. Пономаренко, М.М. Алькерем И Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. -2013.-№4-С. 57-60.

Заявки на гаобретения

4. Спирально-шнековый смеситель-разбрасыватель минеральных удобрений. Заявка №2012158277. Приоритет изобретения 10.01.2013.

Статьи в других изданиях и материалах конференций

5. Алькерем М.М. Экспериментальное определение передаточной функции спирального смесителя-распределителя минеральных удобрений [Текст] / И.Г. Пономаренко, М.М. Алькерем // Молодёжная наука — будущее страны: материалы I научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. -Ставрополь: Центр научного знания "Логос", 2012.-С. 97-101.

6. Алькерем М.М. Повышение качества внесения смесей минеральных удобрений путём изменения технологической схемы машины [Текст] / И.Г. Пономаренко, М.М. Алькерем II Техника и технология: новые перспективы развития: Материалы VII Международной науч.-практ. конф. (26.11.2012). -Москва: Изд-во «Спутник +», 2012. - С. 50-53.

7. Алькерем М.М. Влияние параметров и режима работы спирального аппарата на коэффициент заполнения кожуха материалом [Текст] / И.Г. Пономаренко, М.М. Алькерем // Отраслевые аспекты технических наук. - 2012. -№12.-С. 40-42.

8. Алькерем М.М. Влияние параметров и режимов работы спирального туко-высевающего аппарата на качество распределения минеральных удобрений [Текст! / И.Г. Пономаренко, М.М. Алькерем // Приволжский научный вестник. -2013.-№2.-С. 45-50.

9. Алькерем М.М. Влияние соотношения компонентов на качество смешивания минеральных удобрений спиральным смесителем [Текст] / И.Г. Пономаренко, М.М. Алькерем // Научный обозреватель. - 2013. -№4. - С. 100-102.

В печать 22.11.2013 Офсет. Бумага тип Формат 60x84/16. Объем 1 усл. п.л., Заказ № 1178 Тираж 100

Издательский центр ДГТУ. Адрес университета и полиграфического предприятия: 344000, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ СПИРАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

04201453870

Алькерем Мустафа Мухаммедович

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент И.Г. Пономаренко

Ростов-на-Дону - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА,

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ...............................................................11

1.1. Роль минеральных удобрений в повышении производства сельскохозяйственной продукции.........................................................11

1.2. Технологии и способы внесения минеральных удобрений в почву

и технические средства для их реализации..........................................15

1.3. Сущность точного земледелия..............................................................23

1.4. Анализ исследований процессов транспортирования, смешивания и распределения минеральных удобрений

спиральными аппаратами.......................................................................27

1.5. Выводы и задачи исследования.............................................................44

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВНЕСЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ СПИРАЛЬНЫМИ ТУКОВЫСЕВАЮЩИМИ АППАРАТАМИ.....................47

2.1. Внесение минеральных удобрений

в технологиях точного земледелия и требования,

предъявляемые к машинам....................................................................47

2.2. Машина для сплошного внесения нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания...............................51

2.3. Соотношение производительностей отдельных ступеней смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений..........................55

2.4. Обеспечение равномерного распределения минеральных удобрений по ширине захвата машины...................................................................61

2.5. Работа туковысевающего аппарата

при дифференцированном внесении минеральных удобрений.........71

______ ... - ________3 - - - - -- - -----

2.6. Выводы.....................................................................................................79

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ....................81

3.1. Цель, задачи и общая методика

экспериментальных исследований........................................................81

3.2. Технические средства для проведения

экспериментальных исследований........................................................84

3.3. Методика определения коэффициента заполнения............................88

3.4. Методика исследований процесса смешивания..................................89

3.5. Методика исследования влияния параметров

и режимов работы аппарата на показатели качества его работы......90

3.6. Методика обработки экспериментальных данных

и оценка погрешностей измерений.......................................................93

4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ...............................................97

4.1. Анализ результатов экспериментальных исследований спирального транспортёра............................................................................................97

4.2. Анализ результатов экспериментальных исследований спирального смесителя минеральных удобрений.............................103

4.3. Анализ результатов экспериментальных исследований спирального распределителя минеральных удобрений....................108

4.4. Методика расчёта спирального смесителя-распределителя минеральных удобрений......................................................................120

4.5. Выводы...................................................................................................124

5. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА

И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПИРАЛЬНОГО СМЕСИТЕЛЯ-РАЗБРАСЫВАТЕЛЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ.......126

5.1. Производственная проверка спирального смесителя-распределителя

минеральных удобрений......................................................................126

5.2. Экономическая эффективность

предлагаемого технического решения................................................128

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.............................................................................................135

ЛИТЕРАТУРА.....................................................................................................137

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................................................153

ВВЕДЕНИЕ

Рост народонаселения планеты требует производства дополнительной сельскохозяйственной продукции, увеличение которого за счет вовлечения в земледелие новых площадей является ограниченным и дорогостоящим способом, наносящим, порой, значительный вред экологии планеты. Поэтому основным путем увеличения объёмов производства продуктов питания является более интенсивное использование уже освоенных земель. При современном уровне развития сельского хозяйства может это быть достигнуто только за счёт повышения урожайности сельскохозяйственных культур, которое тесно связано с обеспечением их питательными элементами и повышением плодородия почв.

Наукой и практикой доказано /5, 17, 18, 25, 32, 36, 37, 72, 79, 101/, что до 40-50% прибавок урожая сельскохозяйственных культур формируется именно за счёт внесения минеральных удобрений, а получение высоких и устойчивых экономически выгодных урожаев во многом предопределяется тем, насколько возделываемые культуры обеспечиваются элементами питания в соответствии с их потребностью /5, 23/.

Так как растениям требуются одновременно все основные питательные элементы (азот, фосфор, калий) /68/, но содержание их в почве и соотношение в комплексных удобрениях обычно не соответствует потребностям культур в отдельные периоды их роста, то по мере надобности вносят одно-компонентные туки или смешивают по два или три их вида /46, 127/.

Смеси удобрений разнообразны по своему составу и их легко приспособить к требованиям различных сельскохозяйственных культур, как по концентрации, так и по соотношению питательных веществ.

Более того, одновременное внесение нескольких видов минеральных удобрений относится к разряду энергосберегающих технологий, так как снижается потребление удобрений, сокращается число проходов агрегатов по полю, снижается уплотняющее воздействие на почву, экономятся энергетические ресурсы и затраты труда и средств /61, 71, 77, 137/. Причём, эффек-

тивность минеральных удобрений, внесённых в виде тукосмесей, выше, чем тех же удобрений, но внесённых раздельно /126/.

Одна из причин низкой эффективности удобрений - неравномерное распределение их по полю /48, 74, 118/. Это связано с несовершенством технологий и технических средств для внесения удобрений, неправильной регулировкой туковысевающих аппаратов, порчей удобрений при хранении, отсутствием научно обоснованных приёмов регулирования нормы внесения, нарушением сроков обработки почв.

Одним из основных показателей, характеризующих эффективность внесения минеральных удобрений, является равномерность распределения питательных веществ по поверхности поля /86/ — если недостаточное содержание питательных элементов приводит к недобору урожая, то избыток удобрений приводит к развитию в почвах денитрификационных процессов, полеганию хлебов, угнетению жизнедеятельности микроорганизмов, загрязнению грунтовых вод и водоёмов. Причём, если при внесении односторонних или сложных удобрений качество функционирования машин оценивается по равномерности распределения частиц, то при внесении туковых смесей качественные показатели зависят от распределения по поверхности поля частиц каждого из компонентов смеси /50, 107/.

Многочисленными исследованиями доказано /16, 39, 74, 71, 98, 100, 124, 136, 147/, что при использовании смесей удобрений наблюдается их расслоение на всех этапах технологического процесса, что отрицательно сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур /17, 19, 59, 82, 103, 130/, и, естественно, снижает эффективность их применения. При этом негативное влияние расслоения на качество смесей минеральных удобрений (заданное соотношение компонентов в смеси) не позволяет эффективно их использовать при возделывании сельскохозяйственных культур.

Наиболее эффективным способом реализации потенциальных возможностей растений является дифференцированное внесение удобрений, учитывающее неоднородность почвенного плодородия, вид возделываемых куль-

тур, особенности севооборота, и позволяющее увеличить прибавку урожая в 2 и более раз в сравнении с традиционным внесением удобрений /75/ и экономить до 30.. .35% минеральных удобрений /73/.

Однако технические средства, осуществляющие дифференцированное внесение удобрений должны обеспечивать адаптацию технологического процесса к потребностям растений в видах и дозах минерального питания.

Для внесения минеральных удобрений наибольшее распространение получили машины с дисковыми центробежными распределительными рабочими органами, которые в парке машин для внесения удобрений составляют более 90%. Однако качество распределения ими материала по ширине захвата неудовлетворительное, часто выходит за пределы допусков агротребований даже при работе на поле с ровным рельефом. Это объясняется требовательностью дисковых рабочих органов к гранулометрическому составу, неравномерной подачей удобрений на диски, а также их наклоном относительно поверхностей и т.д. /54, 150/. В результате этого центробежные разбрасыватели не могут быть признаны экологически состоятельными и перспективными.

Более высокое качество распределения удобрений обеспечивают штанговые распределители, в которых, в отличие от центробежных, удобрения транспортируются по трубам (штангам), т.е. с ветрозащитой в поперечном к движению направлении. Ширина захвата штанговых распределителей всегда одинакова. Кроме того, неровности и наклон рельефа, ветер, частота вращения коленчатого вала двигателя и другие факторы меньше влияют на равномерность распределения, чем в центробежных машинах.

Из всего многообразия штанговых распределителей минеральных удобрений наибольшее распространение получили шнековые, которые выполняются сплошными, ленточными или спиральными /35, 40/.

Спирально-шнековые аппараты используются как для основного, так и для локального внесения минеральных удобрений. Они высокопроизводительны, имеют простую конструкцию, удобны в обслуживании, надёжны в

работе /43, 54/, однако они не всегда обеспечивают необходимую равномерность внесения удобрений и, особенно, тукосмесей /42, 43, 54, 107/.

Отечественный и зарубежный опыт показал, что даже наиболее совершенные технические средства по равномерному распределению удобрений по площади поля не обеспечивают одинаковые условия минерального питания растений из-за природной и техногенной пестроты почвенного плодородия. Ввиду того, что норма внесения удобрений рассчитывается по усреднённым 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.

Имеющиеся в настоящее время в хозяйствах технические средства разрабатывались для традиционных технологий, то есть для внесения минеральных удобрений по усредненным дозам для всего поля.

В связи с этим возникает необходимость в дальнейшем углублении научных исследований, направленных на обоснование параметров и режимов работы спиральных туковысевающих аппаратов для дифференцированного внесения минеральных удобрений.

Следовательно, создание конструкций спиральных смесителей-распределителей минеральных удобрений, обеспечивающих дифференцированное их внесение, и обоснование параметров и режимов работы с целью обеспечения качественного распределения минеральных удобрений в технологиях точного земледелия является важной задачей.

Цель исследования - обоснование параметров и режимов работы спирального распределителя минеральных удобрений, обеспечивающих качественное дифференцированное сплошное внесение нескольких видов минеральных удобрений в режиме off-line.

Объект исследования - технологический процесс сплошного внесения нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания.

Предмет исследования - зависимости между параметрами спирального аппарата и качеством смешивания и распределения минеральных удобрений.

Научная новизна работы состоит в:

- обосновании положения высевной щели при изменении скорости движения агрегата, вида и нормы вносимых удобрений;

- описании влияния параметров смесительной системы на качество смешивания минеральных удобрений;

- описании влияния параметров распределительной системы на качество распределения минеральных удобрений по ширине захвата машины.

Практическая значимость заключается в:

- разработке технологической схемы смесителя-распределителя минеральных удобрений (заявка на изобретение №2012158277);

- методике инженерного расчёта спирального смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений.

На защиту выносятся:

- технологическая схема спирального смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений, обеспечивающего дифференцированное сплошное внесение нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания;

- теоретическое и экспериментальное обоснование параметров и режимов работы отдельных систем спирального смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений;

- методика инженерного расчёта спирального смесителя-распределителя минеральных удобрений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 1-ой Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Молодёжная наука - будущее страны" (г. Ставрополь, 2012 г.); на УП-ой Международной научно-практической конференции "Техника и технология: новые перспективы развития" (г. Москва, 2012 г.); на 8-ой Международной научно-практической конференции "Инновационные разработки для АПК" (ГНУ СКНИИМЭСХ, г. Зерноград, 2013 г.); на межвузовской научно-практической конференции "Инновационные технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции" (ФГБОУ ВПО АЧГАА, г. Зерноград, 2013 г.).

Публикация результатов исследований. Результаты проведенных исследований отражены в 9 печатных работах, в числе которых 1 заявка на изобретение.

Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВПО "Донской государственный технический университет" (г. Ростов-на-Дону) по плану НИР университета.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Роль минеральных удобрений в повышении производства сельскохозяйственной продукции

Основным средством вмешательства в круговорот веществ является применение удобрений. Важную роль в обеспечении растений питательными элементами играют минеральные удобрения. Общеизвестно положительное их действие на урожайность и качество получаемой продукции - в этом их свойстве и заключена возможность интенсификации аграрного производства.

Минеральные удобрения обладают сложным и неоднозначным действием на систему "почва-растение-урожай" и её эффективность. Значение минеральных удобрений как фактора аграрного производства заключается в том, что они:

1. компенсируют вынос питательных веществ из почвы с урожаем;

2. повышают урожайность сельскохозяйственных культур;

3. повышают качество растениеводческой продукции;

4. позволяют снизить действие неблагоприятных факторов внешней

среды.

Наряду с основными перечисленными свойствами действие минеральных удобрений характеризуется следующими особенностями:

- каждый элемент питания оказывает индивидуальное действие на урожай;

- элементы питания не могут заменить друг друга с точки зрения питания растений;

- действие минеральных удобрений зависит от типа и кислотности почвы, на которой возделывается культура;

- элементы питания различным образом вступают в химические реакции и биологические процессы в почве и, соответственно, различные элементы питания обладают различным сроком действия после внесения в почву;

- минеральные удобрения обладают способностью изменять реакцию среды почвы;

- удобрения действуют на урожай и его качество взаимосвязано;

- уровень урожая определяет элемент питания, находящийся в минимуме;

- действие минеральных удобрений зависит от природно-климатических условий территории возделывания культуры;

- применение дополнительных минеральных удобрений вызывает уменьшающуюся предельную прибавку урожайности;

- чрезмерное применение минеральных удобрений, и прежде всего азотных, может приводить к негативному воздействию на окружающую природную среду и накоплению вредных веществ в растениеводческой продукции.

Данные особенности действия минеральных удобрений оказывают значительное влияние на эффективность их применения, которая так�