автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование способа, параметров и режимов работы машины для локального внесения навоза в почву

Введение.

1. Технологии и машины, применяемые для внесения органических удобрений (навоза) в почву.

1.1. Органические удобрения и плодородие почвы.

1.1.1 .Сроки и нормы внесения.

1.2.Технологические схемы внесения органических удобрений.

1.3. Машины и приспособления для внесения органических удобрений

2. Теоретическое обоснование выбора параметров и режимов работы экспериментальной машины.

2.1. Техно логический процесс локального внесения навоза в почву и машина для его осуществления.

2.2. Связь нормы внесения удобрений, скорости движения агрегата и подачи материала транспортером к делителям.

2.3. Определение толщины слоя подаваемых удобрений и производительности транспортера.

2.4. Расчет параметров цепочно-планчатого транспортера.

2.5. Расчет энергоемкости подачи удобрений.

3. Программа и методика экспериментальных исследований.

3.1. Программа экспериментальных исследований.

3.2. Методика, условия и оборудование для проведения исследований.

3.2.1. Методика закладки полевых опытов с целью обоснования способа по локальному внесению органических удобрений рядками в почву и выбора рабочих органов машины для его осуществления.

3.2.2. Методика определения профиля борозды, глубины и нормы внесения органических удобрений.

3.3. Методика энергетической оценки машины для локального внесения органических удобрений в почву.

3.3.1. Методика проведения испытаний.

3.3.2. Показатели энергетической оценки и методы их определения.

4. Экспериментальные исследования.

4.1. Исследование влияния различных способов внесения навоза на урожайность пропашных культур.

4.2. Исследование процесса локального внесения навоза.

4.2.1. Определение количественных и качественных показателей внесения навоза при локальном способе.

4.2.2. Определение производительности агрегата.

4.3. Рабочие органы машины для локального внесения навоза в почву.

4.4. Энергетическая оценка процесса внесения навоза.

5. Экономическая эффективность технологии локального внесения навоза в почву.

Актуальность проблемы. Для нормального роста и развития растениям необходимы питательные вещества в виде различных соединений калия, фосфора, азота, кальция, железа, магния и др. Больше всего растения потребляют вещества, содержащие углерод, водород, кислород, азот и калий.

Удобрениями - в широком смысле этого слова - можно назвать все средства и материалы органического и неорганического происхождения, которые при внесении в почву или с помощью внекорневой подкормки могут улучшить условия развития культурных растений.

Органические удобрения - это прежде всего навоз, торф, различные комлосты. зеленые удобрения - сидераты. Во всех органических удобрениях есть азот, фосфор, калий и другие питательные вещества. Поэтому их называют полными удобрениями. У органических удобрений есть большие преимущества перед минеральными: они улучшают физические свойства почвы, улучшают ее структуру. Кроме того, при разложении органических удобрений выделяется углекислота, и это намного улучшает питание растений.

Навоз - одно из основных органических удобрений, применяемых в сельском хозяйстве. В его составе есть все необходимые для растений питательные вещества: органическое вещество и микрофлора, под влиянием которых улучшаются биологические, физические и химические свойства почвы и повышается урожай. Навоз, внесенный в почву, постепенно разлагается - минерализуется, а освобождающиеся питательные вещества служат пищей для растений. Кроме того, при разложении навоза выделяется значительное количество углекислоты, которая ассимилируется листьями и отчасти даже корнями, а его действие на повышение урожайности продолжается в течение нескольких лет [1].

Установлено также, что применение органических удобрений не только улучшает питание растений, но и обеспечивает условия (фон), при которых резко повышается эффективность применения минеральных удобрений.

Для пополнения в почве запасов гумуса необходимо вносить органику в количестве 40.60 т/га В хозяйствах же на каждый гектар пашни вносят в среднем не более 4 т органических удобрений.

Твердые органические удобрения вносят по прямоточной и перевалочной технологиям.

При внесении органических удобрений применяются машины различной грузоподъемности и ширины захвата. К их числу относятся -РОУ-6М, ПРТ - 10, ПРТ - 16, МТТ - 13 и другие. Однако эти машины распределяют навоз по поверхности почвы и не заделывают его в почву, из-за чего навоз теряет свои свойства и питательные вещества, что не повышает плодородие почв в достаточной мере.

Машин, которые во время внесения заделывают навоз в почву, в нашей стране нет. В связи с этим и возникла необходимость изучения данного вопроса.

Цель исследований. Цель исследований заключалась в обосновании и разработке способа и технических средств для локального внесения органических удобрений (навоза) рядками в почву под пропашные культуры.

Объектами исследований являлись технологические процессы внесения навоза в почву за один проход агрегата.

Научная новизна исследований заключается в разработке способа локального внесения навоза в почву с междурядьем 70 см и конструкции машины для его осуществления с обоснованием оптимальных режимов ее работы и конструктивных параметров делителей, равномерно подающих навоз в борозды. Выявлены закономерности изменения сил сопротивления почвы при работе окучников и расхода мощности на привод других рабочих органов машины в зависимости от скорости движения агрегата и физико-механических свойств почвы и навоза, а также оптимальные значения глубины и нормы внесения органических удобрений, ширины захвата и рабочей скорости движения агрегата с трактором МТЗ-80.

По материалам исследований подана заявка на изобретение.

Достоверность выводов и предложений подтверждается итогами полевых испытаний и опытов в лабораторно-полевых условиях, а также результатами специальных инструментальных измерений.

Практическая ценность заключается в рекомендациях по механизированному внесению навоза локальным способом в рядки с междурядьем 70 см.

Разработанный комбинированный агрегат для внесения навоза апробирован на полях СПК «Темижбекский», ООО «Arpo», ООО «Флора» Новоалександровского района Ставропольского края, а энергетическая оценка экспериментальной машины проведена в Российском научно-исследовательском институте по испытанию сельскохозяйственных технологий и машин, расположенном в г.Новокубанске Краснодарского края.

Публикация и объем работ. Основные положения диссертации опубликованы в трудах Всероссийского научно-исследовательского института овцеводства и козоводства за 2000-2002 годы.

По материалам диссертации опубликовано 3 работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений.

6. Общие выводы

В предлагаемой работе изложены результаты исследований по обоснованию технологии локального внесения навоза в почву за один проход агрегата и параметров и режимов работы для его осуществления.

Исследования показали малоэффективность традиционных способов внесения органических удобрений.

В работе доказывается необходимость локального внесения навоза в рядки с междурядьем 70 см под кукурузу и подсолнечник и. разработки комбинированного агрегата, обеспечивающего за один проход выполнение всех технологических операций по распределению и заделке навоза в почву. Она содержит конкретные решения задач технологического и технического характера. Все это позволяет надеяться, что поставленная научно-техническая проблема разработки способов и технических средств для локального внесения навоза рядками в почву решена.

Обоснованность исходных предпосылок, аналитических исследований и справедливость выводов этих исследований подтверждена лабораторно-полевыми экспериментами, а также хозяйственной проверкой.

Проведенные исследования дали возможность научно обосновать предлагаемую технологию внесения органических удобрений и, кроме того, явились основой для технического решения, имеющего научную и практическую ценность.

На основе проведенных исследований создан агрегат, предназначенный для локального внесения навоза рядками в почву с междурядьем 70 см, работающий в разных почвенных условиях.

Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. Из-за нерационального использования навоза в качестве органического удобрения и отрицательного воздействия на почву минеральных удобрений количество гумуса в почве снижается, а следовательно, снижается и плодородие. Это связано с тем, что почву создало и создает живое вещество, состоящее из миллиардов микроорганизмов и червей, которые не реализуют свои возможности при современных способах внесения навоза.

2. Для повышения урожайности пропашных культур предложен способ, отличающийся тем, что навоз вносится локально в рядки с междурядьем 70 см. Предлагаемая технология внесения органических удобрений позволяет создать зону питания растений и микроорганизмов непосредственно под растениями, а не в междурядьях для сорняков.

3. Разработана экспериментальная машина для локального внесения навоза в почву за один проход агрегата. Она состоит из рамы, кузова, транспортера, двух делителей, трех лотков, окучников-бороздоделателей, загортачей, редуктора и ходовой части.

4. На основании полученных результатов аналитических исследований и особенностей технологии внесения навоза обоснованы параметры и режимы работы предлагаемой машины. Учитывая физико-механические свойства слаборазложившегося и полуперепревшего навоза, созданы делители, равномерно подающие навоз в борозды. Делители выполнены в виде двугранного клина, длина граней которого составляет 800 мм, высота граней равна 550 мм, а угол между ними 38°.

5. Затраты мощности машины для локального внесения органических удобрений в почву не превышают энергетических возможностей трактора МТЗ-80. При движении с рабочей скоростью 8,4. 12,4 км/ч потребляемая мощность агрегата составляет 30,71 .44,57 кВт, или не более 80% номинальной эксплуатационной мощности.

6. Для предотвращения попадания семян пропашных культур во внесенный

- слой навоза он должен быть заделан на глубину, большую на 3.4 см глубины высева семян, т.е. минимальная глубина заделки навоза должна составлять 12. 14 см. Машина вносит навоз на глубину 14. 16 см.

7. Общие эксплуатационные затраты при внесении навоза по предлагаемой технологии составляют 20374,79 руб., что на 17% меньше, чем при сплошном внесении, где они равны 24584,57 руб. Затраты труда по новой технологии равны 19,2 чел.-ч., против 21,7 чел.-ч. при сплошном внесении. Это объясняется более высокой сменной производительностью и меньшей стоимостью нового агрегата. Кроме того, внесение навоза этой машиной увеличивает урожайность пропашных культур на 40.50%, что также говорит о более высокой экономической эффективности предлагаемой технологии производства кукурузы и подсолнечника. Дальнейшей разработки требует комбинированный агрегат для локального внесения навоза в почву с большей шириной захвата и на базе навозоразбрасывателя с большей грузоподъемностью

Несмотря на наличие некоторых неизученных вопросов, представленный материал позволяет решать современные задачи в области создания технических средств для локального внесения навоза и повышения плодородия почв.

1. Кругляков, МЛ. Техника плодородия (Удобрения и новые машины для внесения их в почву)/ М.Л. Кругляков, A.M. Кругляков М. : Знание, 1964.

2. Половцев, Е.А. Механизация работ по повышению плодородия почв / Е.А. Половцев, С.Ф. Маслов М: Росагропромиздат, 1988. - .101-107,118-125.

3. Органические удобрения / Под ред. Н.К. Крупского, A.A. Бацулы. Киев: Урожай, 1981. -160 с.

4. Догановский, М.Г. Механизация внесения удобрений / М.Г. Долгановский, Е.В. Козловский-Л.: Колос, 1967.

5. Ушаков, В.П. Урожайность нужно и можно увеличить в пять раз за один год / В.П. Ушаков. М: Истоки, 1991. - С.61, 72-74.

6. Довбан, К.Д. Применение зеленых удобрений в интенсивном земледелии / К.Д. Довбан. Минск: Ураджай, 1981.

7. Авроров, O.E. Использование соломы в сельском хозяйстве / O.E. Авроров, З.М. Мороз. Л.: Колос, 1979. - 199 с.

8. Панников, В.Д. Почва, климат, удобрение и урожай / В.Д. Панников, В.Г. Минеев. М.: Колос, 1977. - 414 с.

9. Мамченков, И.П. Навоз и компосты / И.П. Мамченков. М.: Сельхозгиз, 1955.

10. Ю.Васильев, В.А. Применение безподстилочного навоза для удобрения / В.А. Васильев, М.И. Швецов. М.: Колос, 1983. - 172 с.

11. П.Варламов, Г.П. Механизация удаления и использования навоза / Г.П. Варламов. -М.: Колос, 1969. 126-135.

12. Подготовка и использование бесподстилочного навоза / Перевод с нем. -М.: Колос, 1982.-75 с.

13. Кругляков, М.Л. Механизация подготовки и внесения удобрений / М.Л. Кругляков. -М.: Сельхозиздат, 1961.

14. Н.М. Марченко, А.Е. Щебалкин, В.В. Воропаев и др. М.: Росагропромиздат, 1991. -С.4-15, 54-66, 72-90.

15. Краткий справочник по удобрениям. М.: Сельхозиздат, 1961.

16. Агрономические рекомендации по подготовке и использованию бесподстилочного навоза для удобрения. М.: Колос, 1982. - 40 с.

17. Якубаускас, В.И. Технологические основы механизированного внесения удобрений / В.И. Якубаускас. М.: Колос, 1973. -С. 8-68.

18. Марченко, Н.М. Комплексная механизация приготовления и внесения удобрений / Н.М. Марченко, М.А. Литвинов, В.М. Верховский. М.: Колос, 1974.-398 с.

19. Механизация уборки и утилизации навоза / Под ред. Ф.Ф. Кастанди. М.: Колос, 1982.-286 с.

20. Типовая технология производства и внесения твердых органических удобрений / Под научно-методическим руководством Н.М. Марченко. -М.: ВИМ, 1987. -С.31-36, 49-56.

21. Щербаков, А. М. Механизация внесения удобрений. Обзор состояния механизации внесения удобрений в СССР и за рубежом / A.M. Щербаков, Х.М. Черняк. М.: ЦИНТИАМ, 1963.

22. Никулин, С.Н. О неравномерности распределения органических удобрений / С.Н. Никулин, Т.П. Варламов, А.Н. Гудков // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1966. - № 6.

23. Якубаускас, В.И. Органические удобрения / В.И. Якубаускас, А.Залис. -Вильнюс: Минтис, 1969.

24. Операционная технология внесения удорений / Сост. В.И. Гаврюшин -М.: Россельхозиздат, 1978. — 111 с. ■

25. Кругляков, М.Л. Механизация подготовки и внесения удобрений / М.Л. Кругляков, A.M. Кругляков. -М.: Колос, 1965. С.16-17.

26. Щербаков, A.M. Механизация внесения удобрений / A.M. Щербаков, Х.М. Черняк. М.: ЦИНТИАМ, 1963.

27. Минеев, В.Г. Органические удобрения в интенсивном земледелии /

28. B.Г. Минеев В.А. Васильев, И.И. Лукьяненков, и др. М.: Колос, 1984.1. C.3-18, 44-66, 265-274.

29. Механизированное приготовление, накопление и внесение органических удобрений. Минск: МСХ БССР, 1970.

30. Литвинов, М.А. Механизация внесения удобрений / М.А.Литвинов, Н.М. Марченко. -М.: Россельхозиздат, 1973. 96 с.

31. Гро, А. Практическое руководство по применению удобрений / А. Гро. -М.: Колос, 1966.

32. Сметнев, С.Д. О производительности разбрасывателей удобрений / С.Д. Сметнев // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1964. - № 2.

33. Верховский, В.М. Механизация внесения удобрений / В.М. Верховский, В.М. Поляченко. -М.: Колос, 1965. -С.148-153.

34. Догановский, М.Г. Механизация внесения удобрений / М.Г. Догановский, Е.В. Козловский. М.: Колос, 1976. - 320 с.

35. Плаксин, В.Н. Машины для заготовки и внесения удобрений / В.Н. Плаксин, В.Л. Принц. -М.: Машгиз, 1963.

36. Кленин, Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Н И. Кленин, В.А. Сакун. М.: Колос, 1994. -С.247-250, 255-262.

37. Иофинов, С.А. Эксплуатация машинно-тракторного парка / С.А. Иофинов, Г.П. Лышко. М.: Колос, 1984. - 351 с.

38. Варламов, Г.П. Классификация навозоразбрасывателей / Г.П. Варламов // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. -1967.-№ 7.

39. НИИНавтосельхозмаш, 1965. -C.5-12.

40. Билибин, Е.Б. Зарубежная техника для механизации удаления, транспортировки и распределения навоза по полям / Е.Б. Билибин, В.Е. Лепа. Киев: УкрНИИНТИ, 1971. - С. 14-20.

41. Дернедзе, В. Исследование процесса разбрасывания навоза / В. Дернедзе // Сельское хозяйство за рубежом. 1964. - № 10.41.0зол, Я.Г. Выбор оптимальных параметров навозоразбрасывателей / Я.Г. Озол // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1965. - № 4.

42. Марченко, Н.М. Механизация внесения органических удобрений / Н.М. Марченко, Т.Н. Личман, А.Е. Шебалкин. -М.: ВО «Агропромиздат», 1990. -С.5-18, 30-36, 39-44.

43. Кляпис, Л. Выбор машин для внесения органических удобрений / Л. Кляпис, А. Цветкова // Техника в сельском хозяйстве. 1964. - № 2.

44. Листопад, Т.Е. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Т.Е. Листопад, Г.К. Демидов, Д.Е. Зонов. М.: Агропромиздат, 1986.

45. Сельскохозяйственная техника. Каталог. М.: Агротехинформ, 1991. -Т.1.-364 с.

46. Сельскохозяйственная техника. Каталог. М.: АгроНИИТЭИИТО, 1988. -242 с.

47. Марченко, Н.М. Настройка и регулировка машин для внесения органических удобрений / Н.М. Марченко, В.В. Воропаев, В.В. Михеев,

48. A.Е. Шебалкин, Г.И. Личман, Ю.В. Гретченко. М.: ВИМ, 1987. - С.14-16.

49. Карпенко, А.Н. Сельскохозяйственные машины / А.Н. Карпенко,

50. B.М. Халанский. М.: Агропромиздат, 1989.

51. Фере, Н.Э. Пособие по эксплуатации машинно-тракторного парка / Н.Э. Фере и др. М.: Колос, 1978.

52. Кузнецов, П. В. Навесной разбрасыватель удобрений РУН-15М /

53. П.В. Кузнецов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1964. -№ 4.

54. Варламов, Т.П. Разбрасыватели навоза из куч / Г.П. Варламов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1967. - № 7.

55. Шайхов, М.К. Новые машины для внесения органических удобрений / М.К. Шайхов, Э.П. Кудзиев, А.Е. Шебалкин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1999. - № 5.

56. Марченко, Н.М.Технология производства и рационального использования компостов в интенсивном земледелии / Н.М. Марченко, А.Н. Никифоров, В.Р. Рогачев и др. М.: ЦОПКБ ВИМ, 1992.

57. Лозановская, И.Н. Теория и практика использования органических удобрений / И.Н. Лозановская, Д.С. Орлов, П.Д. Попов. М.: Агропромиздат, 1987.

58. Марченко, Н.М. Совершенствование методики оценки показателей качества машин для внесения удобрен и 1 Н.М. Марченко, Г.И. Личман, Б.П. Черников // Механизация и элект. икация сельского хозяйства. -1984.-№ 8.

59. Шебалкин, А.Е. К обоснованию параметров подающих устройств машин для внесения твердых органических удобрений / А.Е. Шебалкин. М.: НТБ ВИМ, вып. 46, 1981.

60. Шкарда, М. Производство и применение органических удобрений / М. Шкарда -М.: Агропромиздат, 1985.

61. Марченко, Н.М. Управление качеством применения удобрений / Н.М.Марченко, Г.И. Личман, Н.И. Кусова. М.: Труды ВИМ, т. 107, 1987.64.3енков, Р.П. Механика насыпных грузов / Р.П. Зенков. М.: Машиностроение, 1964.

62. Горячкин, В.П. Собрание сочинений. В 3-х т. / Под ред. действ, чл. ВАСХНИЛ проф. д-ра с.-х. наук Н.Д. Лучинского. Т.2 / В.П. Горячкин. -М.: Колос, 1968,-С.31, 381.

63. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных / Г.В. Веденяпин. М.: Колос, 1973.

64. Коренев, Г.В. Интенсивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур / Г.В. Коренев, Г Г. Гатаулина, А.И. Зинченко и др. -М.: Агропромиздат, 1988. С.93-122, 175-189.

65. Руденко, Н.Е. Возделывание пропашных культур без применения гербицидов / Н.Е. Руденко. -М.: Колос, 1992. С. 16-28.

66. Циков, B.C. Прогрессивная технология выращивания кукурузы / B.C. Циков. Киев: Урожай, 1984.

67. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. М.: Колос, 1968.-336 с,селекции, семеноводстве и семеноведении / В.Г. Вольф, П.М. Литун. — М.: Колос, 1969.

68. Деревицкий, Н.Ф. Опытное дело в растениеводстве / Н.Ф. Деревицкий. -Кишинев, 1962.73.0рманджи, К.С. Оценка качества механизированных работ в полеводстве / К.С. Орманжди. -М.: Росселъхозиздат, 1976. С.22-25.

69. Хикс, Г. Основные принципы планирования эксперимента / Г. Хикс. М.: Мир, 1967.

70. Технические культуры / Под ред. Я.В. Губанова. М.: Агропромиздат, 1986.

71. Практическое руководство по освоению интенсивной технологии возделывания кукурузы на зерно. М.: Агропромиздат, 1986.

72. Высоцкий, A.A. Динамомегрирование сельскохозяйственных машин / A.A. Высоцкий. М.: Машиностроение, 1968. - 291 с.

73. Будько, Ю.В. Эксплуатация машинно-тракторного парка: Учебное пособие / Ю.В. Будько и др. Минск: Ураджай, 1991. - 334 с.

74. Доспехов, Б.А. Планирование полевого опыта и статистическая обработка его данных / Б. А. Доспехов. М.: Колос, 1972. - С.98-101.

75. Вольф, В.Г. Статистическая обработка опытных данных / В Г. Вольф. -М.: Колос, 1966.

76. Перегудов, В.Н. Методические указания по статистической обработке урожайных данных государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур / В.Н. Перегудов. М.: Колос, 1968.

77. Справочник по эксплуатации машинно-тракторного парка / Под ред. С.А. Иофинова. М.: Агропромиздат, 1985. - 272 с.

78. Пильщиков, Л.М. Практикум по эксплуатации машинно-тракторного парка / Л.М. Пильщиков. М.: Колос, 1972. - 272 с.

79. Типовые нормы выработки и расхода топлива на механизированные полевые работы в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат, 1990. - Т. 1, 2.

80. Сергеева, З.В. Справочник нормировщика / З.В. Сергеева, Г.Т. Химченко. М.: Россельхозиздаг, 1982. - 368 с.

81. Пособие к решению задач по сопротивлению материалов: Учеб. пособие для техн. вузов / И.Н. Миролюбов, С.А. Енгалычев, Н.Д. Сергиевский и др. -М.: Высшая школа, 1985. -С.241-245.

82. Пулькин, С.П. Вычислительная математика / С.П. Пулькин. М.: Просвещение, 1974. - С.178-181.