автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности технологии внесения куриного помета совершенствованием рабочих органов и способов использования разбрасывателей

005057383

На правах рукописи

ЛУКАШИН ЕВГЕНИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ВНЕСЕНИЯ КУРИНОГО ПОМЕТА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ РАБОЧИХ ОРГАНОВ И СПОСОБОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗБРАСЫВАТЕЛЕЙ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 АПР 2013

Саранск 2013

005057383

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО Нижегородская ГСХА)

Научный руководитель: доктор технических наук доцент

Новожилов Алексей Иванович

Официальные оппоненты: Иншаков Александр Павлович

доктор технических наук профессор, ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарёва», заведующий кафедрой мобильных энергетических средств

Юрасов Владимир Сергеевич

кандидат технических наук доцент, ФГБОУ ВПО Нижегородская ГСХА, доцент кафедры сельскохозяйственных машин

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого (ГНУ НИИСХ Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого)

Защита состоится «25» апреля 2013 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.117.06 при ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» по адресу: 430904, г. Саранск, п. Ялта, ул. Российская, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. М. Бахтина ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» и на сайтах www.mrsu.ru. www. vak@mon.gov.ru

Автореферат разослан «21» марта 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

С. А. Величко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одна из острых проблем современного земледелия -крайне низкое использование минеральных и органических удобрений. В пахотных почвах страны на протяжении последних 15 лет ежегодно складывается отрицательный баланс основных питательных веществ. В связи с высокой стоимостью удобрений их потребность для бездефицитного баланса элементов питания удовлетворяется всего лишь на 10 - 15 %. В результате деградирует почвенное плодородие - снижается содержание гумуса, уменьшаются запасы фосфора и калия. С принятием «Закона о развитии сельского хозяйства» проблема повышения урожайности сельскохозяйственных культур встает весьма остро. Вместе с тем до сих пор в полной мере не решена проблема утилизации куриного помета.

Куриный помет - эффективное органическое удобрение, по содержанию азота он превосходит навоз КРС в 4 раза, свиной навоз - в 4,2 раза, конский - в 3,7 раза, овечий - в 2,4 раза, торф - в 1,9 раза. Аналогичная картина наблюдается по содержанию фосфора, калия, микроэлементов. При этом высокое содержание азота, экзотермические реакции при разложении куриного помета делают его эффективным средством в борьбе с сорняками при внесении под зяблевую вспашку. Широкое использование куриного помета в качестве органического удобрения сдерживается высокой неравномерностью его распределения машинами для внесения ТОУ (более 80%), что приводит к негативным последствиям. Остро стоит задача эффективного использования технических средств. Её решение осложнено тем, что большую часть мероприятий приходится вырабатывать в условиях информационной неопределенности. Тема диссертации, направленная на решение обозначенных задач, является актуальной для развития сельского хозяйства, повышения плодородия почв и получения экологически чистой продукции.

Работа выполнена в соответствии с пятилетними планами научно-исследовательских работ Нижегородской ГСХД (2006-2010).

Цель исследования. Повышение урожайности за счет равномерного распределения куриного помета разбрасывателем с рациональными параметрами рабочих органов барабанного типа с учетом погодных условий..

Объект исследований. Параметры рабочих органов разбрасывателя орга- . нических удобрений и технологический процесс внесения куриного помета.

Предмет исследования. Закономерности изменения показателей эффективности технологического процесса в зависимости от режимов работы рабочих органов разбрасывателей и показатели использования машинно-тракторных агрегатов при внесении куриного помета с учетом погодных условий их использования.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием теорий систем, машин и механизмов, теории вероятности, экономико-математических методов. Экспериментальные исследования проводили по методикам с использованием действующих ГОСТ и ОСТ, методик планирования многофакторного эксперимента и дисперсионного анализа. Обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики при помощи пакета стандартных программ 81аи$1!са. 7)

Научной новизной работы являются:

- модифицированные рабочие органы разбрасывателя барабанного типа для внесения куриного помета, обеспечивающие снижение неравномерности по ширине его внесения до 12-14%;

- закономерности изменения показателей эффективности технологического процесса внесения куриного помета (неравномерности и ширины распределения) в зависимости от конструктивнь1х параметров рабочих органов барабанного типа;

- закономерности изменения технической оснащенности, длительности, темпа использования разбрасывателей при внесении куриного помета в зависимости от условий их использования.

..Практическая значимость работы:

обоснованы и разработаны модифицированные рабочие органы барабанного типа для внесения куриного помета; '

- параметры 'разработанных рабочих органов обеспечивают неравномерность по ширине внесения куриного помета 12-14%;

- результаты исследований позволяют проектировать техническую оснащенность. ЛГ,.трудообеспеченность М, длительность t, темп & проведения технологической операции внесения куриного помета;

■ - способы использования разбрасывателей адаптированы к погодным условиям;

- экономический эффект применения модифицированных рабочих органов барабанного типа для внесения куриного помета получен за счет 20-22%-ой прибавки урожая от снижения неравномерности внесения помета и составил 106,38 тыс. руб.

Реализация результатов исследований. Методика определения технической оснащенности внесения куриного помета применяется предприятиями АПК Нижегородской области: ОАО «Хмелевицы», ОАО «Агрофирма "Земля Сеченовская"»

Результаты исследования рабочих органов барабанного типа при внесении куриного помета получены совместно с научным учреждением ГНУ ВНИИОУ Россёльхозакадемии (г. Владимир). Модифицированный образец машины РОУ-6 с модифицированными рабочими органами прошел приемочные испытания и внедрен на опытных полях ГНУ ВНИИОУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты. исследований доложены, обсуждены и одобрены на региональных и Международных научно-практических конференциях в НГСХА (г. Н. Новгород, 2009, 2010, 2011 гг.), Нижегородской сессии молодых ученых в подсекции «Технические науки» (г. Н. Новгород, 2010 г.), III Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2011 г.).

На защиту выносятся следующие положения:

- результаты теоретических исследований взаимодействия рабочих органов разбрасывателя с куриным пометом;

. - результаты экспериментальных исследований неравномерности внесения куриного помета и влияния её на урожайность сельскохозяйствеНных культур;

- результаты экспериментальных исследований изменения показателей эффективности технологического процесса внесения куриного помета (неравномерности и ширины распределения) в зависимости от конструктивных параметров рабочих органов барабанного типа;

- модифицированные рабочие органы разбрасывателя барабанного типа для внесения куриного помета, обеспечивающие снижение неравномерности внесения до 12-14%;

- техническая оснащенность, длительность, темп использования разбрасывателей при внесении куриного помета с учетом погодных условий их использования.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, из них 6 в изданиях, рекомендованных в «Перечне ...ВАК».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, общих выводов, библиографического списка из 165 наименований, приложений на 26 страницах. Работа содержит 187 страниц, включает 22 таблицы и 53 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность исследований, сформулирована научная задача и цель работы, определен объект исследований, основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Анализ состояния вопроса и задачи исследования внесения куриного помета» на основании анализа литературных источников и научно-производственного опыта определены пути повышения эффективности технологии и средств механизации внесения куриного помета, рассмотрены приоритетные направления исследований.

Исследованиям режимов работы и конструкционным параметрам рабочих органов для внесения органических удобрений посвящены работы ученых Василенко П.М., Павловского И.В., Бондаренко A.M., Спевака Н.В., Марченко Н.М., Личмана Г.И., Шебалкина А.Е., Завражного А.И. и других. Анализ данных работ показывает, что существующие рабочие органы не обеспечивают выполнение агротехнических требований, предъявляемых к технологическому процессу внесения куриного помета, необходима их модернизация или создание новых.

Влияние погодно-климатических условий на использование и функционирование машинно-тракторных агрегатов отмечается в исследованиях А.Н. Важе-нина, Н.И. Шабанова, И.И. Карманова, A.B. Процерова, А.Д. Масловской, В.В. Бледных, Г.В. Корнеева, Б.И. Горбунова, Б.А. Арютова, A.B. Пасина, А.И. Новожилова. Источниками подходов к повышению эффективности процессов являются труды В .П. Горячкина, Б.С. Свирщевского, Ю.К. Киртбая, М.П.Сергеева, С.А. Иофинова. В этих работах отмечается, что низкая эффективность производственных процессов растениеводства в значительной мере является результатом несоответствия состава и методов использования машинно-тракторного парка складывающимся погодно-производственным условиям.

Анализ работ показывает, что существующие способы использования средств.механизации при внесении куриного помета не учитывают многообразия воздействий природно-производственных условий.

Повышение эффективности технологии внесения куриного помета может быть абеспечено созданием машин барабанного типа для внесения низких доз органических удобрений, таких как куриный помет, с необходимым качеством их распределения и с учетом условий их использования.

В соответствии с поставленной целью работы сформулированы следующие задачи исследований:

1. Выявить влияние доз, неравномерности и условий на эффективность технологий внесения куриного помета и определить пути совершенствования рабочих органов и способов использования разбрасывателей.

2. Теоретически обосновать параметры рабочих органов и создать модифицированные рабочие органы разбрасывателя для внесения куриного помета.

3. Разработать экономико-математическую модель оптимизации технической оснащенности способов внесения куриного помета и определения темпов использования агрегатов для разбрасывания куриного помета в складывающихся

УСЛОВИЯХ. , . ■ .. .

4. Провести экспериментальные исследования и производственную проверку влияния параметров рабочих.органов на их качественные показатели неэкономическую эффективность. ....

Во втором разделе «Теоретические исследования рабочих органов для внесения куриного помета и способов использования разбрасывателей» дан выбор вида рабочих органов. Обоснована необходимость и пути совершенствования рабочих органов барабанного типа, приведена конструктивно-технологическая схема машины РОУ-6 с модифицированными рабочими органами. Проведены теоретические исследования по обоснованию параметров и режимов использования рабочих органов для внесения куриного помета. Рассмотрены теоретические основы способов использования машинно-тракторных агрегатов при внесении куриного помета.

Взаимодействие рабочих органов происходит следующим образом. Измель-чающе-подающий барабан 5 предварительно измельчает массу удобрений и подает материал на распределяющий барабан б, который захватывает его лопастями и с большей скоростью направляет поток удобрений к направляющему щиту 7 и совместно с ним равномерно распределяет удобрения по поверхности поля (рис. 1).

Рисунок 1 - Схема машины РОУ-6 с модифицированными рабочими органами: 1 - серийный разбрасыватель РОУ-6,2 - крепление рабочих органов, 3 - привод рабочих органов, 4 - кронштейн крепления направляющего щита, 5 - из-мельчающе-подающий барабан, 6 - распределяющий барабан, 7 - направляющий щит, 8 -тяга регулировочная

12 3. I

'"К'

ЭД(Н

■>)

При взаимодействии с пометом лопасть барабана отделяет порцию, которая, вращаясь вместе с лопастью, скользит по ней и, достигнув конца лопасти, отрывается от нее, получая некоторую начальную скорость. Отделению порции от слоя препятствует сила сопротивления удобрений отрыву, обусловленная прочностью массы на разрыв. При скольжении массы удобрений т по лопасти на нее действуют (рис. 2): сила тяжести Ра, центробежная сила инерции /•*„ , силаКо-риолиса Рг, сила трения от составляющей силы тяжести и силы Кориолиса. Условие схода порции массы с лопасти барабана имеет вид:

mgcosy + mrco2'¿,f(mgsmy + 2m6}vl.), (1) где g.- ускорение свободного падения, м/с2; у -обобщенная координата, град; г - величина текущего радиус-вектора, м; со - угловая скорость вращения барабана, с"1; / - коэффициент трения скольжения; уг -радиальная составляющая скорости массы удобрений, м/с.

В свою очередь, _____ -

V, (2)

где у0 - величина абсолютной скорости частицы удобрений, м/с; V, - величина окружной скорости частицы удобрений, м/с.

V,. - со-г.

Согласно закону сохранения энергии

• 0,5т\>гг = /*,,„(>'-/•(,),

где гк - величина начального радиус-вектора, м.

Рисунок 2 - Схема действия сил на лопасть барабана

Отсюда

V=(2 Fjr-rj-m-^.

(3)

Силу трения скольжения на основании принципа Даламбера можно определить по уравнению:

Кг, =m{gcosy + rú)2). Проводя подстановку в выражение (1), получаем

g cos у + ra7 > fg sin у + 2 fa{l{g cos у + reo1 \r - r0 ))2.

Отсюда

ta-(r(r-8/!(r-r,)))n' • {gcosH/• ¡ЯГ + 4/!(r - r„) - r)- g(/s!nr(/sin/(l - r1 + 8r/! (r - r0))+ 2rcos/(2r- 8/J (/• )-l)))°'5)°'\ Полученное уравнение позволяет определить размеры и режимы работы рабочего органа. Для этой цели оказались приемлемы разработки Марченко Н.М., СпевакаН.В. о

(4)

(5)

(6)

Из условия равенства объема материала, поступающего с транспортера, и объема материала, перенесенного подающим барабаном, определим число лопастей гп0 на подающем барабане:

=

SM1b,co„ r,'

(7)

где Втр - ширина цепочно-планчатого транспортера, м; - скорость цепочно-планчатого транспортера, м/с; - величина подачи материала на лопатку, м; Ъл — ширина лопатки, м; а>п 6 — угловая скорость вращения подающего барабана, с"1.

В результате расчета получили гпЛ = 72,68 шт. С учетом четырех рядов лопаток и условия целочисленности количества лопаток окончательно приняли гп„ = 76 лопаток при <у(1(! =41,97 с'1.

Производительность распределяющего барабана должна быть больше, чем производительность подающего барабана и транспортера, отсюда находим количество лопаток на распределяющем барабане:

Zrr' одб sMs':a>r,

(8)

где Нт - высота слоя помета в кузове машины, м; Вк - ширина кузова машины, м; к" — коэффициент, учитывающий вынос помета через зазор между лопаткой и днищем кузова; S? - средняя площадь поверхности одной лопатки, м2; а>р0 - угловая скорость вращения распределяющего барабана, с"1.

На основании данного выражения построена зависимость угловой скорости распределяющего барабана от числа лопаток (рис. 3), из которой определены z„„ =35 шт. при о)рй =73,3 с '. Принимаем 36 лопаток при со й =77 с что соответствует максимально возможной частоте вращения распределяющего барабана у™... серийно выпускаемой машины РОУ-6

пР(, =736 мин"1.

Для равномерного распределения помета по заданной ширине внесения необходимы различные углы наклона лопаток распределяющего барабана к его оси. Используя графоаналитический метод (рис. 4), определили варианты установки лопаток (табл. 1).

Форма корпуса щита направляющего выполнена в виде параболы (рис. 5). Внутри установлены делители I, 2, 3, 4. Изменяя расположение делителей и их размеры Число лопаток, u/r (табл. 2), добиваемся необходимой равно-

Рисунок 3 - Зависимость угловой скоро- мерности по ширине внесения помета, сти распределяющего барабана от числа лопаток

lili

ЧТИ

Таблица 1 — Варианты установки лопаток

J ф _ I щ J с. j

\

Рисунок 4 - Схема определения углов наклона лопаток барабана

Углы Вариант.....

уста-

новки

лопаток №1 №2 №3 №4

а/ 20 26 32 38

02 16 20 24 28

а3 13 15 17 19

а4 5 7 9 11

аз 0 2 4 6

Рид А

Рисунок 5 - Конструкция щита направляющего к - высота щита; Ь - радиальная ширина щита; 1а - ширина делителя; ¿, - ширина верхней части щита; 1И - ширина нижней части щита; , Ьв!, Ь„з - расстояние от оси симметрии щита до верхней части делителя №1, №2, №3 соответственно; /_„;, £„2, Ь„3 - расстояние от оси симметрии щита до нижней части делителя №1, №2, №3 соответственно; 1К- ширина конусного делителя; й„ - высота конусного делителя; Иа/, , высота делителя №1, №2, №3 соответственно

Вариант №1

Выриант №í

■ч «i

Выриант №2

I'

Рисунок 6 - Варианты исполнения формы лопаток

Разработаны различные формы лопаток (рис. 6), оптимальная форма выбирается экспериментально.

Складывающиеся погодно-производственные условия, в отличие от нормативных эксплуатационных показателей, предопределяют допустимые темпы проведения полевых механизированных работ, внеплановые изменения технологий, методы организации и способы использования техники и,

Таблица 2 - Конструктивные параметры направляющего щита

Показатель, мм Вариант

№1 №2 №3 №4 №5

h 550 730 730 730 730

L 800 920 920 920 920

и 150 150 150 150 150

L. 1800 1800 1800 1800 1800

LH 2400 2500 2500 2500 2500

L,i 800 850 750 800 740

L,2 400 510 450 510 460

■ L.3 . : ; -V- 220 150 170 170

lui 400 312 300 200 250

LH2 400 624 600 580 580

: L„3 - 936 920 930 930

' L„ 50 100 100 100 100

hK 100 200 200 200 200

hot 200 170 400 400 400

h»2 200 320 300 400 400

hdi - 400 450 400 400

в конечном итоге, уровни затрат и прибыли. К известным способам использования разбрасывателей относятся: прямоточный, перевалочный, двухфазный, перегрузочный. Совершенствованием способов использования следует считать учет погодного влияния на показатели работы - погодно-ситуационый способ использования.

При проектировании технической оснащенности процесса внесения куриного помета отношения по времени определяются наличием тесной корреляционной связи между предшествующими и последующими наборами положительных среднесуточных температур воздуха или почвы. Основным принципом прогнозирования становится учёт отклонений указанных величин в рассматриваемом периоде от средних многолетних значений. А отношение текущих наборов среднесуточных температур за период £с„ к среднемноголетним их значениям за тот

/

же период является коэффициентом подобия теплообеспеченности К :

I п>

к^Тс.г^)'' =сгс;г\ (9)

где I - временной период, начиная со среднем но го летней даты перехода темпера* тур до даты проектирования, сут.; С1р, С, - среднесуточная температура соответственно среднемноголетнего и текущего сезона за период /, «С /сут,

Ситуационный срок начала внесения удобрений

'„,='«„, (Ю)

где 'о,„ - среднемноголетний срок начала внесения удобрений, сут; Ь - климатический коэффициент (6 = 1,32).

Необходимое количество машинно-тракторных агрегатов для выполнения технологической операции внесения куриного помета

(П)

где й - объем /-работы, га; И'си - нормативная сменная производительность агрегата, га/см; /С ,Л\,А'А(,- коэффициенты соответственно, сменности, использования (организации), технической готовности, метеоусловий; - даты начала, окончания работы, при отсчете с 1 апреля, сут.

Показателем, объединяющим характеристики биологических и производственных процессов, принят допустимый темп выполнения работ. Темп выполнения работ - это доля всего объема работ, выполняемого в сутки. Интенсивность набора суммы среднесуточных' температур определяет скорость развития биологических процессов, а, следовательно, ситуационный темп выполнения механизированных работ внесения удобрений:

©, = 100 ■ (Д/Я • кт )■' = 100 • - ) • {кп,)-; у, (12)

Коэффициент подобия теплообеспеченности является обобщающим параметром текущей или сезонной теплообеспеченности, а его значение совместно с коэффициентом метеоусловий К,и определяют интенсивность использования МТА при внесении куриного помета.

Целевая функция оптимизации процесса внесения куриного помета в хозяйствах выглядит следующим образом:

С+ УЦКДК.....(1,5-К„,)К, + + Е]Б,Х, + С,Х,_ ->тт, (13)

л / 9> ус/.;

, при ограничениях:

(14)

Л у»

(15)

I V»

=х<- (16)

' : У

епйег X1, X г, X ^, , тиг, > 0, ,„Ки„ >0,

-..........____ (17)

/ = 1,/; (р = \,Р'\ 5 = 1,5; у = 1, А^; ¿ = 1 ,М,

где индексы соответственно работы, агрегата, расчетного периода, ма-

шины, обслуживающего агрегат персонала; С,(„- удельные эксплуатационные затраты (затраты на техническое обслуживание, текущий и капитальный ремонты ./'- машины) при выполнении работы /', агрегатом <р, в л расчетный период руб./сут.; У- биологическая урожайность культуры, ц/га; Ц- цена продукции, руб./ц; Ку- коэффициент учета потерь на работе / в средний год аналог, доля/сут.; К„„ - коэффициент подобия среднедекадных температур периода проведения работ; - календарная продолжительность работы / в расчетный период л-, сутки; коэффициент отчислений на реновацию по машине у; Е- коэффициент эффективности капиталовложений; Л'(- балансовая цена машины ], руб.; X - количество машин у из допустимого множества на выполнение годового объема

работ в хозяйстве, шт.; С,- оценка затрат на одного механизатора, необходимых при выполнении годового объема работ в хозяйстве, руб. год/чел; X, - количество механизаторов, обслуживающих МТП в течение года, чел.; Г,- множество наименований тракторов и сельскохозяйственных машин хозяйства; производительность агрегата на работе га/см; количество агрегатов из технологически допустимого множества на выполнение работы / в расчетный период 5 ; Д/(,„-рабочая продолжительность работы / в расчетный период 5, сутки; г,^ - количество машин в агрегате на работе / в расчетный период л, шт.; т - число производственного персонала, обслуживающего агрегат в расчетный период д, чел.

Для решения модели (13... 17) наиболее приемлемым оказался метод частных производных. В результате получены рабочие формулы расчета оптимальных уровней функционирования МТА:

оптимальная календарная продолжительность работы

^ =((§(", +УЦК>Кш(\,5-Кя)Уу, (18)

оптимальный календарный темп работ ©„„„„ при использовании машинно-тракторных агрегатов

оптимальные значения технической оснащенности N , трудообеепеченпости внесения куриного помета Л/ и коэффициента сменности К,.и соответственно

Ы--

М--

, (21) , (22)

( ■ ' IЛ

Ку-У-Цу-[(р-К,У -0,5-00'}(Кг.Щ .(о, + е).г, + Км-С, - !

1

. ' ' (22)

где Км - коэффициент учёта метеоусловий в средний год-аналог при работе в расчетный период 5; р - коэффициент пересчета средних коэффициентов учета метеоусловий в текущие по годам-аналогам в расчётный период 5; К,л. - коэффициент изменения суточной производительности агрегата на данной работе.

■ Эти выражения позволяют проектировать сезонное использование машинно-тракторных агрегатов при внесении куриного помета на основе дискретного учета тюгоднб-производственных условий. :

- '■ В третьем разделе «Методика экспериментальных исследований процесса и средств ■механизации внесения куриного помета» изложена цель и программа

экспериментальных исследований, методика проведения и обработки результатов опытов.

Целью экспериментальных исследований была проверка теоретических положений и выводов для обоснования практических рекомендаций по использованию технических средств при внесении куриного помета.

Программой экспериментальных исследований предусмотрено:

- определение влияния неравномерности и доз внесения куриного Помета на урожайность культур;

- изготовление модифицированных рабочих органов разбрасывателя органических удобрений РОУ-6;

> проведение сравнительных полевых испытаний модифицированных и серийных рабочих органов для оценки их эффективности при внесении куриного помета;

- выявление степени влияния погоднотроизводственных условий на сезонные уровни использования техники при внесении куриного Помета.

Качество распределения удобрений определяли согласно ГОСТ Р 527592007. Для этого на участке экспериментальных исследований расставляли в три поперечных ряда противни размером 0,5x0,5x0,05 м на всю ширину внесения с расстоянием между рядами 5 метров, между которыми располагали продольный

Рисунок 7 Испытание модифицированного рабочего органа Экспериментальные исследования проводили согласно ГОСТ 24055-88, ГОСТ 24057-88, ОСТ 70.4.2-80, РД 10.22-89.

При обработке результатов измерений использовали методы математической статистики с помощью стандартных программ Excel, Statistica и известных методик. Графические зависимости аппроксимированы по методу наименьших квадратов.

В четвертом разделе «Результаты исследований модифицированных рабочих органов и способов использования агрегатов для внесения куриного помета» представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Полевые опыты с куриным пометом проводились на опытном поле ВНИИОУ Россельхозакадемии (г. Владимир). Почва опытного участка - дерново-среднеподзолистая суглитшстая па мореных отложениях. Характеристика помета:

2010 год: N=2,¿4%, Р=3,40/о,..К=1>/о, влажность,--70,6%, рН 7,2.

2011 год: N=2,64%, Р= 1,55%, К 0,96%, влажность - 45%', рН 6,5.

После внесения куриного помета в течение одного часа осуществляли его заделку машинно-тракторным агрегатом МТЗ-82.1+КГ1С-4. Затем выполняли посев зерновых культур (ячмень, тритикале) машинно-тракторным агрегатом МТЗ-82.1+СЗО-ЗД Внесение помета, культивацию участка и посев культур проводили 21 мая 2010 г., 5 мая 2011 г.

Изучение влияния эффективности внесения помета под зерновые культуры выполняли по трем вариантам:

1) без удобрений,

2) внесение машинно-тракторным агрегатом Т-150К+ГТРТ-10,

3) внесение машинно-тракторным агрегатом МТЗ-82.1+РОУ-6.

После появления всходов опытный участок разбивался на делянки размером 7x15 мг. Учет урожая проводили отдельно по каждой делянке. Размер общей площади делянок: в 2010 г. - 630 м2., в 201 1 г. - 1260 м2.

Повторность опыта - 3-крагная.

Проведение однофакторного эксперимента влияния угла установки лопаток распределяющего барабана относительно его оси на неравномерность и ширину внесения (рис. 8) показало, что оптимальным выбран вариант установки №3 со следующими параметрами: «/■=32°, а2~-24°, а3= 17°, 9°, «5=4°.

Аналогично установлено, что оптимальной формой лопатки является вариант исполнения № 4 (рис. 9).

Нераниоме рнос| ь. % 100

■75

50 -

25

шщ

Ширина «несения, | 2,5

2,4

2,2

Варианты установки лопаток 0 1{ерашюмериость, % И Ширина инесеиия, м

Рисунок 8 Результаты экспериментальных исследований влияния угла установки лопаток на неравномерность и ширину внесения куриного помета

№1 №2 №3

Вариант формы лопатки П Неравномсрность,;% ЕЗШирина внесения, м

Рисунок 9 - Результаты жспериментальнмх исследований влияния формы лопаток на неравномерность и ширину внесения куриного помета

В результате изменения конструкции направляющего щита получено снижение неравномерности внесения до 16% и увеличение ширины распределения куриного помета до 3 м (рис. 10) при конструкции направляющего щита по схеме №5.

Так как в схеме установки № 4 неравномерность внесения составляет 12%, то возник вопрос о том, влияет ли положение крепления направляющего щита на неравномерность и ширину внесения куриного помета. С целыо проверки данного предположения проведен многофакторный эксперимент с модифицированными

Нераиномер-ность,%

75

60 45 3015

О

Ширина внесения,м

3,2

••3,0 2,8 -■2,6 2,4

tU

2,2

Схема №1 Схема Ж2Схема №ЗСхема №4Схема №5 О Неравномерность О Ширина внесения Варианты конструкции направляющего щита

Рисунок 10 - Результаты экспериментальных исследований влияния конструкции направляющего щита на неравномерность и ширину внесения куриного помета

рабочими органами. В качестве факторов приняты пределы изменения горизонтального положения точки крепления направляющего щита а, которое влияет на положение зоны захвата частиц, вертикального зазора между направляющим щитом и распределяющим барабаном с и зазора между направляющим щитом и распределяющим барабаном на выходе потока куриного помета с!. Пределы изменения данных параметров выбраны исходя из конструкторских соображений и пределов регулиро-

вок.

Таким образом, варьирования факторов щие:а= 340 ... 450 мм; с = 245 ... 300 мм750 ... 815 мм (рис. 11).

пределы следую-

Рисунок 11 - Схема изменения (расположения) факторов: 1 - кронштейн крепления направляющего щита, 2 - крепление рабочих органов, 3 - привод рабочих органов, 4 - измельчающе-подающий барабан, 5 - распределяющий барабан, 6 - щит направляющий, 7 - тяга регулировочная

В результате многофакторного планирования получили уравнение зависимости ширины внесения куриного помета от конструктивных параметров рабочих органов барабанного типа:

Ун = 29Я157+2,765х, -11,484^ ++4,333зрсг - 5,50(Ьрс, - .

- 3,426*-5,00(Ц!-2,800^ (24)

и неравномерности по Ширине! внесений куриного Помета:

% в 19,496+ 2,118*, + 1,635*,+З,938*,*2 +7,625*^ +

+ 11,342*!*,+5,332*?+З,379»| ' {15)

Анализируя графическое изображение Двумерны* сечений поверхностей отклика (рис, 12), делаем вывод, что оптимальные значения исследуемых факторов находятся в интервала*: й=390...410 мм, е «240,-.:250 мм, ¿=800;,.815 мм; при этом неравномерность внесения по ШИрИНе составляет 12-14%, а Ширина распределения 2,95-3,00 м. -

250 260 270 230 290 300 № с т б)

Рисунок 12 - Двумерные сечения поверхностей отклика, характеризующие изменение неравномерности внесения куриного помета V, % (уу-) и ширины распределения Вр,м(ув---) в зависимости от: а) изменения горизонтального положения точки крепления направляющего щита а (х,), мм и зазора между направляющим щитом и распределяющим барабаном на выходе потока куриного помета с! (х3), мм; б) вертикального зазора между направляющим щитом и распределяющим барабаном с (х2), мм и зазора между направляющим щитом и распределяющим барабаном на выходе потока куриного помета ^ (х3), мм.

Таким образом, распределяющий барабан 6 отличается от серийного тем, что витки шнека заменены четырьмя продольными рядами лопаток обоснованной формы в количестве 9 штук в каждом ряду (рис. 13). Каждый поперечный ряд лопаток имеет свой угол наклона к оси барабана (рис. 13).

Рисунок 13 - Модифицированные рабочие органы машины РОУ-6: 1 - распределяющий барабан, 2 - лопатка распределяющего барабана, 3 - из-мельчаклце-подающий барабан, 4 - лопатка измельчающе-подающего барабана, 5 - привод рабочих органов, 6 -з 4 крепление рабочих органов к кузову

Направляющий щит 7 предназначен для направления потока удобрений по заданной траектории движения и повышения степени равномерности распределения органических удобрений по поверхности поля. Он состоит из кожуха с боковинами. С целью повышения равномерности внесения удобрений и увеличения ширины распределения внутри кожуха установлены три пары делителей различной формы (форма параболы) и длины (по три делителя с каждой стороны кожуха), в центральной его части установлен делитель клиновидной формы (рис. 5).

Результаты испытаний машинно-тракторного агрегата МТЗ-82.1+РОУ-6 (рис. 14) показали, что разбрасыватель органических удобрений РОУ-6 с модифицированными рабочими органами обеспечивает допустимую по агротехническим требованиям неравномерность распределения удобрений при соблюдении всех требований к настройке машины.

Неравномерность внесения по ширине составляет 12-14% при внесении помета, что ведет к отзывчивости сельскохозяйственных культур на удобрения и

I ППIIПIIII ¡1II !!Л1Ш ,!ИШ !11111II1111

МП п п п ппп п п п п]

П • П П п Л П Г1 п п п п

V по и и и и и и и и и о и п и □ и и и ии

повышению их окупаемости (до изменения конструкции неравномерность распределения составляла 71% - рис. 14, помет влажностью 70,6%). Неравномерность по длине прохода агрегата не превышает ±10% для серийной конструкции, для модифицированных рабочих органов - не превышает ±5%. При проведении испытаний использовался куриный помет после предварительной подготовки - перебивка машиной РОУ-6 с модифицированными рабочими органами. Размеры частиц после подготовки и внесения: до 50 мм - 85%, от 50 до 75 мм - 15%.

Энергетическая оценка процесса распределения удобрений

Навески протоиней, г

1400

1000 800 600 400 200 0

; /г ! - - - | - • - 1

! ' V..... 1 ', : ........ / \

/1ч ....... | \ - .. % ч

-i- V - г——-1

12 3 4 Ширина внесения, м - ■ Помет влажностью 75% — — Помет влажностью 70,6% -Помет влажностью 45%

Рисунок 14 - Распределение помета по общей ширине внесения машинно-тракторным агрегатом МТЗ-82.1+РОУ-6

машиной РОУ-6 с модифицированными рабочими органами показала, что общая энергоемкость составляет N = 7,78 кВт и включает в себя мощность на отрыв порции куриного помета от общей массы, мощность на вылет частиц, мощность на преодоление сил инерции и находится в допустимых пределах для распределяющих органов. Сравнение коэффициента энергетической эффективности серийной конструкции РОУ-6 (Я,ф= 0,21) и конструкции РОУ-6 с модифицированными рабочими органами (7?^ =0,23) показало, что наиболее энергетически эффективно использовать машину РОУ-6 с модифицированными рабочими органами.

Неравномерное внесение помета оказывает существенное влияние на урожайность зерновых культур - потери продукции могут достигать более 50% (рис. 15). В условиях 2011 года зависимость урожая от дозы по опытным данным выражается квадратичной зависимостью (рис. 16).

Урожайносгъ,

ц га V = -0,04Ох" - 1,227* + 11,949

Л" = 0,999

15 •

_ у = -ОДООх" + 2,5441 + 5,430 _ R* - 0,644

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Неравномерность, % Рисунок 15 - Влияние неравномерности внесения помета на урожайность ячменя (-) и

тритикале (----), 2011 год

11

21 23 25

13 15 17 19 Лоза внесения, г 'га

Рисунок 1 б - Зависимость урожайности тритикале (-) и ячменя (- - -) от дозы внесения

помета

Анализ полученных зависимостей показывает, что оптимальными дозами внесения помета являются 12-16 т/га, а дальнейшее увеличение дозы внесения приводит к снижению отзывчивости культур с уменьшением урожайности.

Техническая оснащенность N, количество механизаторов М и длительность t выполнения технологической операции внесения помета зависят от по-годно-производственных условий. Техническая оснащенность N и количество механизаторов М увеличиваются в холодный год-аналог ( КПх - 0,63 ) и уменьшаются в теплый год-аналог (£„„=1,27) относительного среднего года-аналога (рис. 17), что обосновывается увеличением длительности работ t в теплый год-аналог, а это в свою очередь сказывается на темпе проведения работ 0 (рис. 18).

Анализ совместного влияния доз внесения и погодных условий на техническую оснащенность N и длительность выполнения t технологической операции внесения помета показывает, что существенное влияние на длительность t оказывает доза внесения, а на техническую оснащенность - погодно-производственные условия.

Экономическая оценка внесения куриного помета в зависимости от нормы внесения и расстояния перевозки (способа внесения) показала, что наиболее рационально и выгодно использовать разные составы МТА: при перевалочном способе - МТЗ-82.1+РОУ-6, минимальные прямые эксплуатационные затраты изменяются в зависимости от нормы внесения удобрений от 1430 до 612 руб/га.; при прямоточном с расстоянием перевозки 3-5 км -

, D „ , ATLES-946+Fliegl Gigant: затра-

Рисунок 18- Зависимость темпа (--) и длительности „Т-,, Пп

, „ ты изменяются от ¿621 до Уэ/

выполнения (- - -) технологической операции внесения _

помета от коэффициента подобия для агрегата МТЗ- руб/га.

82.1+РОУ-6 (с края поля, доза 15 т/га) Экономический эффект

применения модифицированных рабочих органов барабанного типа для внесения куриного помета получен за счет 20-22% прибавки урожая от снижения неравномерности внесения помета до 12-14% и составил 106.38 тыс. руб.

N,M, 1 /га 0,035 •

0,030 ■

0,025 •

0,020 •

0,015 •

0,010 •

0,005 ■

К. *—._____ у о.сых R2 = 0,996 | ! уо.огох4'"6' R2 = 0,996 -i. L. 1 i— ®

0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 Коэффициент подобия

Рисунок 17 - Зависимость технической оснащенности (-) и количества механизаторов (----) от коэффициента подобия для агрегата МТЗ-82.1+РОУ-6 (с края поля, доза 15 т/га)

Темп, %/сут

Длительность, сут

18,00

17,75 -17.50 -17,25 17,00

"у = 6,208х - 11,431 х + 22,510 / Т S-90 R2 = 0,962 /

/ +5,

у - -2.004Х1 + 3,693х + 4,095 f R2 - 0,959

-1-1-1-Г"

0,7 0,8 0,9 1.0 1,1 Коэффициент подобия

1,2 1,3

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что оптимальные дозы внесения куриного помета находятся в пределах 12-16 т/га. Увеличение неравномерности внесения куриного помета с 12 до 98% приводит к снижению урожайности зерновых культур более чем на 50%. Условия проведения работ учитываются статистически обоснованными коэффициентами подобия теплообеспёченности КПх = 0,63, КПу_х= 0,82, КПср = 1,00, кп,-т = 1Д4, КПт =1,27 и декадными коэффициентами использования календарного времени по метеоусловиям Ки = 0,85. Совершенствование рабочих органов для внесения куриного помета должно быть направлено на определение угловой скорости вращения барабанов, количества и формы, лопарок, углов их установки и конструкции направляющего щита. Повышение эффективности технологии и использования средств механизации внесения куриного помета зависит от дискретного учета складывающихся условий сезона.

2. Определены оптимальные форма лопатки №4, углы их установки а/=32°, 24°, йз=17°, а^=9°, а'}=4° и конструкция направляющего щита по схеме №5.

Разработанные модифицированные рабочие органы для внесения куриного помета позцоляют снизить неравномерность внесения по ширине до 12-14%, по длине прохода агрегата ±5%. Полученная математическая модель зависимости угловой скорости вращения барабанов от радиус-вектора положения частицы куриного помета г, коэффициента тренйя скольжения /, обобщенной координаты у позволяет определить: угловую скорость вращения подающего барабана <упЛ =41,97 с' при гя6 =76 лопаток; угловую скорость вращения распределяющего барабана арЯ =77 с'1, что соответствует максимально возможной частоте вращения распределяющего барабана серийно выпускаемой машины РОУ-6 пр6 =736 мин"1, число лопаток г в =36 шт.

3. Разработана экономико-математическая модель оптимизации технической оснащенности способов внесения органических удобрений и определения темпов использования агрегатов для разбрасывания куриного помета с учетом складывающихся условиях сезона. При использовании агрегата МТЗ-82.1+РОУ-6 по средним погодно-производственным условиям по прямоточному способу техническая оснащенность составляет N=0,016 1/га, длительность / = 19,20 сут, темп 0 = 5,22%/сут, по перевалочному способу с расстоянием перевозки до 3 км: N = 0,019 1/га,/=23,85 сут, 0=4,19%/сут.

4. Экспериментальные исследования и производственная проверка показали, что оптимальные значения горизонтального положения точки крепления.на-правляющего щита а, вертикального зазора между направляющим щитом и распределяющим барабаном с и зазора между направляющим щитом и распределяющим барабаном на выходе потока куриного помета (I находятся в пределах: «=390...410 мм, с =240...250 мм, </=800...815 мм, при этом ширина распределения составляет 2,95-3,00 м.

5. Экономический эффект применения модифицированных рабочих органов барабанного типа для внесения куриного помета получен за счет 20-22% прибавки урожая от снижения неравномерности внесения помета и составил 106,38 тыс. руб.

Основные результаты исследований опубликованы в следующих работах:

Статьи в рецензируемых журналах из списка ВАК Минобрнауки РФ

1. Применение теории графов к формированию технолого-технических ресурсов в растениеводстве / A.B. Пасин, А.И. Новожилов, Л.А. Кистанова, А.Ю. Еремин, A.A. Потоцкий, Е.А. Лукашин // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ имени В.П. Горячкина. Серия Агроинженерия. -2010. -№ 1 (40). -С.43 - 46.

2. Лукашин Е.А. Модель машинно-тракторного агрегата / А.И. Новожилов, Б.А. Арютов, Е.А. Лукашин, A.A. Потоцкий // Вестник Курской ГСХА. - 2010. - № 5. - С. 80 - 81.

3. Лукашин Е.А. Системное обоснование сезонного использования технологических комплексов по внесению удобрений / А.И. Новожилов, А.Н. Важенин, Е.А. Лукашин И Аграрная наука Евро-Северо-Востока. - 2010. -№ 4. - С. 54 - 57.

4. Лукашин Е.А. Функция роста сельскохозяйственных культур в проектировании сезонного использования механизированных технологических комплексов / А.И. Новожилов, Б.А. Арютов, Е.А. Лукашин // Вестник Курской ГСХА. - 2011. - № 1. - С.75 - 78.

5. Лукашин Е.А. Особенности интенсивных методов сезонного использования технологических комплексов в растениеводстве /А.И. Новожилов, А.Н. Важенин, Е.А. Лукашин // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. - 2011. - № 3 (22) - С. 60 - 63.

6. Лукашин Е.А. Определение предпочтительности видов работ в напряженные периоды / А.И. Новожилов, Е.А. Лукашин // Вестник Мичуринского гос. аграрного ун-та. - 2011. - № 2. -С. 17-19.

Статьи в других изданиях, включая труды всероссийских и международных НТК

7. Лукашин Е.А. Дифференцированное раздельное комбайнирование для различных сезонных условий / А.Ю. Еремин, Е.А. Лукашин, A.B. Пасин, А.И. Новожилов И Проблемы с.-х. пр-ва: материалы Междунар. науч.- практич. конф. преподавателей и студентов по итогам 20082009 учебного года НГСХА - Н.Новгород, 2009.- С. 52 - 55.

8. Лукашин Е.А. Влияние сезонных условий на резерв комбайнового парка / A.B. Пасин, А.И. Новожилов, Е.А. Лукашин // Проблемы с.-х. пр-ва: материалы науч.-практич. конф. -Н. Новгород: НГСХА, 2008. - С. 147 - 150.

9. Лукашин Е.А. Экспериментальные исследования неравномерности внесения органических удобрений разбрасывателем ПРТ-10 / А.И. Новожилов, Е.А. Лукашин, С.М. Лукин, К.К. Каскин // Проблемы с.-х. пр-ва: материалы науч.-практич. конф. студентов и преподавателей по итогам 2009-2010 г. - Н. Новгород: НГСХА, 2010. - С. 60.

10. Формирование технолого-технических ресурсов в растениеводстве / А. В. Пасин, Л.А. Кистанова, A.A. Потоцкий, А.Ю. Еремин, Е.А. Лукашин // Материалы науч.-практич. конф. "Социально-экономические проблемы развития муниципальных образований». - НГИ-ЭИ,2009.-С. 54-55.

11. Лукашин Е.А. Использование куриного помета в качестве удобрения / А.И. Новожилов, Р.В. Кошелев, Е.А. Лукашин // Ресурсосберегающие технологии и технические средства в АПК: материалы Междунар. науч.-практич. конф. - Н. Новгород: НГСХА, 2010. - С.310-313.

12. Лукашин Е.А. Критерии оценки механизированных процессов внесения удобрений / А.И. Новожилов, А.Н. Важенин, Е.А. Лукашин // Нижегородская сессия молодых ученых. Технические науки (15; 2010)-Нижний Новгород, 2010. С. 16-17.

13. Лукашин Е.А. Зависимость урожайности ячменя от неравномерности внесения птичьего помета / А.И. Новожилов, Е.А. Лукашин // Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях: Сб. докл. III Междунар. науч.-практич. конф. (Москва, 28 июня - 1 июля2011 г.).-М.: МГСУ, 2011.-С. 310-311.

Подписано в печать Формат 60><84/16

Объем 1,0 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № ..лЗ 603 107, Нижний Новгород, 107, проспект Гагарина, 97 Типография НГСХА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На^правах рукописи

04201355911

ЛУКАШИН ЕВГЕНИИ АЛЕКСЕЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ВНЕСЕНИЯ КУРИНОГО ПОМЕТА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ РАБОЧИХ ОРГАНОВ И СПОСОБОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗБРАСЫВАТЕЛЕЙ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н. Новожилов А.И.

Саранск 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1 Анализ состояния вопроса и задачи исследования внесения куриного помета 8

1.1 Состояние и развитие технологий внесения куриного помёта 8

1.2 Средства механизации внесения органических удобрений и их потребность в Нижегородской области 11

1.3 Классификация машин для поверхностного внесения твердых органических удобрений 15

1.4 Влияние неравномерности внесения органических удобрений

на урожайность культур и затраты производства 21

1.5 Объемы внесения удобрений в Нижегородской области 27

1.6 Природно-климатические условия использования техники в Нижегородской области 29

1.7 Постановка проблемы повышения эффективности технологии внесения куриного помета совершенствованием рабочих органов и способов использования разбрасывателей 32

1.8 Цели и задачи исследования вопроса внесения куриного помета 42

2 Теоретические исследования рабочих органов для внесения куриного помета и способов использования разбрасывателей 44

2.1 Выбор вида рабочих органов разбрасывателя куриного помета 44

2.2 Объект исследования и техническое средство его обеспечения РОУ-6 46

2.3 Совершенствование параметров и режимов использования рабочих органов для внесения куриного помета 52 2.3.1 Исследование режимов взаимодействия нижнего из-

мельчающе-подающего барабана с куриным пометом 52

2.3.2 Исследование режимов взаимодействия верхнего распределяющего барабана с куриным пометом

2.4 Дискретный учет условий сезона при использовании агрегатов

для внесения куриного помета 62

2.5 Обоснование оптимизации технической оснащенности технологии и ситуационного использования машинно-тракторных агрегатов при внесении куриного помета 68 Выводы 76

3 Методика экспериментальных исследований процесса и средств механизации внесения куриного помета 77

3.1 Цель и программа экспериментальных исследований 77

3.2 Подготовка техники к эксперименту 79

3.3 Методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных по определению неравномерности внесения куриного помета и влияния её на урожайность сельскохозяйственных культур 79

3.4 Методика многофакторного планирования экспериментов 81

3.5 Методика обработки экспериментальных данных 90

3.6 Методика имитационного моделирования сезонного использования МТА при внесении куриного помета 90

4 Результаты исследований модифицированных рабочих органов и способов использования агрегатов для внесения куриного помета 95

4.1 Физико-механические свойства куриного помета 95

4.2 Определение уровня условий проведения экспериментальных исследований 96

4.3 Результаты исследования неравномерности распределения куриного помета разбрасывателями 97

4.4 Результаты влияния дозы внесения куриного помета на урожайность культур 102

4.5 Результаты однофакторных экспериментов по выбору параметров конструкции рабочих органов 105

4.6 Результаты многофакторного планирования параметров рабочих органов машин для внесения органических удобрений 108

4.7 Результаты влияния погодных условий на техническую оснащенность, длительность, темп использования разбрасывателей при внесении куриного помета 118

4.8 Энергетическая оценка процесса распределения удобрений машиной РОУ-6 с модифицированными рабочими органами 125

4.9 Экономическая оценка применения модернизированных рабочих органов 129

4.10 Экономическая эффективность совершенствования технологии

и средств механизации внесения куриного помета 134

Выводы 138

Общие выводы 140

Литература 142

Приложения 161

ВВЕДЕНИЕ

Одна из острых проблем современного земледелия - крайне низкое использование минеральных и органических удобрений. В пахотных почвах страны на протяжении последних 15 лет ежегодно складывается отрицательный баланс основных питательных веществ. В связи с высокой стоимостью удобрений их потребность для бездефицитного баланса элементов питания удовлетворяется всего лишь на 10 - 15 %. В результате деградирует почвенное плодородие - снижается содержание гумуса, уменьшаются запасы фосфора и калия. С принятием «Закона о развитии сельского хозяйства» проблема повышения урожайности сельскохозяйственных культур встает весьма остро. Вместе с тем до сих пор в полной мере не решена проблема утилизации куриного помета.

Куриный помет - эффективное органическое удобрение, по содержанию азота он превосходит навоз КРС в 4 раза, свиной навоз - в 4,2 раза, конский - в 3,7 раза, овечий - в 2,4 раза, торф - в 1,9 раза. Аналогичная картина наблюдается по содержанию фосфора, калия, микроэлементов. При этом высокое содержание азота, экзотермические реакции при разложении куриного помета делают его эффективным средством в борьбе с сорняками при внесении под зяблевую вспашку. Широкое использование куриного помета в качестве органического удобрения сдерживается высокой неравномерностью его распределения машинами для внесения ТОУ (более 80%), что приводит к негативным последствиям. Остро стоит задача эффективного использования технических средств. Её решение осложнено тем, что большую часть мероприятий приходится вырабатывать в условиях информационной неопределенности. Тема диссертации, направленная на решение обозначенных задач, является актуальной для развития сельского хозяйства, повышения плодородия почв и получения экологически чистой продукции.

Направление работы. Работа направлена на совершенствование средств механизации и способов их использования, повышающих эффектив-

ность технологий механизированных процессов внесения куриного помета обеспечением роста урожайности при одновременном снижении затрат труда и средств на единицу получаемой продукции. Работа выполнена в соответствии с пятилетними планами научно-исследовательских работ Нижегородской ГСХА (2006-2010).

Научная задача - обосновать закономерности совершенствования технологии и средств механизации внесения куриного помета, позволяющие обеспечить повышение эффективности их использования и снижение негативного воздействия неравномерного внесения. Решение задачи позволит снизить показатель неравномерности внесения куриного помета, снизить потери продукции и затраты, увеличить урожайность культур.

Цель работы. Повышение урожайности за счет равномерного распределения куриного помета разбрасывателем с рациональными параметрами рабочих органов барабанного типа с учетом погодных условий.

Объект исследований - параметры рабочих органов разбрасывателя органических удобрений и технологический процесс внесения куриного помета.

Предмет исследования. Закономерности изменения показателей эффективности технологического процесса в зависимости от режимов работы рабочих органов разбрасывателей и показатели использования машинно-тракторных агрегатов при внесении куриного помета с учетом погодных условий их использования.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием теорий систем, машин и механизмов, теории вероятности, экономико-математических методов. Экспериментальные исследования проводили по методикам с использованием действующих ГОСТ и ОСТ, методик планирования многофакторного эксперимента и дисперсионного анализа. Обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики при помощи пакета стандартных программ 81айз1лса.

Научной новизной работы являются:

- модифицированные рабочие органы разбрасывателя барабанного типа для внесения куриного помета, обеспечивающие снижение неравномерности по ширине его внесения до 12-14%;

- закономерности изменения показателей эффективности технологического процесса внесения куриного помета (неравномерности и ширины распределения) в зависимости от конструктивных параметров рабочих органов барабанного типа;

- закономерности изменения технической оснащенности, длительности, темпа использования разбрасывателей при внесении куриного помета в зависимости от условий их использования.

Практическая ценность:

- обоснованы и разработаны модифицированные рабочие органы барабанного типа для внесения куриного помета;

- параметры разработанных рабочих органов обеспечивают неравномерность по ширине внесения куриного помета 12-14%;

- результаты исследований позволяют проектировать техническую оснащенность ТУ, трудообеспеченность М, длительность ?, темп 0 проведения технологической операции внесения куриного помета;

- способы использования разбрасывателей адаптированы к погодным условиям;

- экономический эффект применения модифицированных рабочих органов барабанного типа для внесения куриного помета получен за счет 20-22%-ой прибавки урожая от снижения неравномерности внесения помета и составил 106,38 тыс. руб.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ВНЕСЕНИЯ КУРИНОГО ПОМЁТА

1.1 Состояние и развитие технологий внесения куриного помёта

Важнейшее значение органических удобрений в системах земледелия определяется их комплексным положительным воздействием на все факторы почвенного плодородия и свойства почвы [124, 129, 146]. При использовании куриного помета улучшаются физические и физико-химические свойства почвы (структура, сложение, водопроницаемость, водоудерживающая способность и др.) Под его влиянием снижаются связность и липкость глинистых почв, а на песчаных почвах эти показатели увеличиваются. Применение куриного помета значительно улучшает биологические свойства почв, что ведет к улучшению воздушного питания, повышению продуктивности фотосинтеза, ускоряет распад пестицидов в почве [7]. Под его влиянием происходит окультуривание почв, при этом увеличивается и содержание гумуса в почве, и изменяется его качественный состав. Рациональное использование куриного помета имеет не только народно-хозяйственное значение, оно позволяет устранить нарушения в биогеохимическом круговороте углерода, азота, фосфора, и других элементов, способствует сохранению окружающей среды от загрязнения.

В современных условиях ведения хозяйства одним из доступных путей повышения плодородия почв является использование птичьего помета в качестве органического удобрения. По обобщенным данным ВНИИ агрохимии птичий помет имеет кислотно-щелочной баланс рН=6,7-8,4 (нейтральная среда), содержит в сухой массе 62-72% органического вещества, 2-3% общего и 1-2% аммонийного азота, 1-3% общего фосфора (Р2О5) и 0,4-1,8% калия (К20) [128, 142]. Наряду с макроэлементами в помете содержатся и микроэлементы - медь, цинк, молибден, бор и другие. По действию на урожай помет более близок к минеральным удобрениям, чем к навозу [95]. Но последствия его применения лучшие по сравнению с минеральными удобрениями,

так как часть азота в нем находиться в органической форме и постоянно переходит в доступное для растений состояние [101]. Кроме этого использование птичьего помета повышает активность микробиологических процессов в почве и обеспечивает стабильное увеличение урожая в течение 2-3 лет [54].

Технологический процесс применения органических удобрений включает два этапа [83]:

а) хранение и подготовка органических удобрений;

б) внесение органических удобрений в почву. При этом должны выполняться условия:

- выдержка в хранилищах или буртах в течение 4-6 месяцев;

- правильный выбор технологической схемы внесения органических удобрений;

- комплекс машин для внесения органических удобрений должен быть оптимизированным по затратам.

Внесение твердых органических удобрений в почву осуществляют по трем технологическим схемам: прямоточная, перевалочная и двухфазная [154]. ВНИПТИОУ Российской академии сельскохозяйственных наук выделяет еще и перегрузочную технологию внесения органических удобрений [28, 54].

Прямоточная технология осуществляется в неразрывном потоке одним комплексом машин от мест накопления до места внесения органических удобрений. Включает в себя операции погрузки, транспортировки, внесения, заделки удобрений, контроля качества распределения по площади и заделки удобрений.

Перевалочная технология осуществляется в два этапа с разрывом во времени. На первом этапе удобрения заблаговременно транспортируют на поля и укладывают в бурты. На втором этапе эти удобрения в оптимальные агротехнические сроки вносят под сельскохозяйственные культуры. Включает дополнительные операции формирования бурта и погрузку из него удобрений в разбрасыватели.

Двухфазная технология применения удобрений включает в себя две фазы: первая - погрузка и транспортировка удобрений на предварительно подготовленные поля, размещение их кучами в определенном порядке; вторая - распределение удобрений из куч валкователями-разбрасывателями.

Перегрузочная технология органических удобрений включает погрузку и транспортировку удобрений в поле с последующей перегрузкой их в низкорамные навозоразбрасыватели и внесение.

В соответствии с технологиями применения органических удобрений технические средства должны обеспечивать комплексную механизацию погрузки, транспортировки и внесения органических удобрений в почву.

По всем технологиям внесения органических удобрений необходимо обеспечить минимально возможный разрыв во времени между внесением и заделкой удобрений для снижения потерь питательных веществ и увеличения их эффективности.

Для достижения необходимого качества выполнения работ и обеспечения наибольшей эффективности использования технических средств по внесению органических удобрений, в том числе и работам по внесению куриного помета должна предшествовать подготовка поля, заключающаяся в разбивке его на загоны, отбивке поворотных полос, обозначении мест укладки буртов и линии первого прохода агрегата [28, 47, 49, 65].

Основными агротехническими требованиями к процессу внесения куриного помета являются: отклонение фактической дозы внесения от заданной (по массе) - не более ±5%; неравномерность распределения по ширине захвата - не более ±25%, по длине рабочего хода агрегата - ± 10% [54, 89].

1.2 Средства механизации внесения органических удобрений и их потребность в Нижегородской области

Технические средства производства, хранения, применения органических удобрений должны удовлетворять следующим условиям [77, 86, 87, 88, 89, 90]:

- технические средства должны быть энерго- и ресурсосберегающими.

- разработка машин должна проводиться с учетом природно-климатических особенностей производства, размеров и специализации ферм, обеспечить поточность выполнения технологических операций, полную механизацию, высокую производительность, защиту окружающей среды.

- технические средства должны обеспечить производство и сохранение качественных элементов питания органических удобрений.

- технические средства по использованию органических удобрений должны быть унифицированы, построены на принципах блочно-модульности с набором быстросъемных рабочих органов.

- технические средства должны отличаться высокой энергонасыщенностью, многофункциональностью, оснащены микропроцессорами, мониторами, должны обеспечивать автоматизацию и оптимизацию технологических операций, уменьшение энерго- и материалоемкости, удельного давления на грунт.

В настоящее время технологии и технические средства для внесения органических удобрений несовершенны - снижают питательную ценность удобрений, отличаются высокой энергоемкостью и эксплуатационными затратами [88, 89].

Перспективные решения проблемы применения органических удобрений должны базироваться на следующих принципах [88, 89]:

- технологичности — полное соответствие комплекса машин прогрессивным технологиям производства продукции сельского хозяйства с учетом различных типов товаропроизводителей и форм организации труда;

- экологичности - исключение загрязнения окружающей среды, получение экологически безопасных продуктов питания;

- безопасности - полная защита механизаторов;

- высокой эффективности - рациональное использование всех ресурсов: удобрений, труда, энергии и материалов;

- рациональности построения типоразмерных рядов машин, максимальной универсальности и унификации.

Разрабатываемые технологии и технические решения производства и внесения органических удобрений должны быть направлены на более полное вовлечение в биоло�