автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка технологии и обоснование параметров рабочих органов машин для дифференцированного внесения твердых органических удобрений

ВСЕРОССИЙСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

(ВИМ)

НУРИ АББАС ХОДЕЙР

УДК 631.33.6

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ ТВЕРДЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ

05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

РГБ ОД 2 7 ЯНВ

На правах рукописи

Авторефе рат

Москва -1997

Работа выполнена во Всероссийском научно-нсслсдовательскоы институте механизации сельского хозяйства (ВИМ)

Научный руководитель - ЛИЧМАН Г.И., кандидат технических наук.

старший научный сотрудник Научный консультант - АНИСКИН В.И., доктор технических наук,

профессор, академих Росссльхозакадеыии и академии аграрных наук Беларуси, Заслуженный деятель науки и техники РФ

Официальные оппоненты: ХАБАТОВ РЛ1., доктор технических наук,

профессор. Заслуженный деятель науки и техники РФ ИВАНОВ Ю.В., кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Ведущее предприятие - ВНИПИагрохим

О О

Защита состоится " " ^ 1997г. в ^ часов на заседании Специали-

зированного совета Д.020.02.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства (ВИМ) по адресу: Москва,109428 ,1-й Институтский пр.д.5,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВИМ

Автореферат разослан " Й " 1997г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук

Мамсдова Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время практически во всех странах мира концепция решения проблемы окупаемости удобрений и снижения их отрицательного воздействия на окружающую среду основывается на разработке машинных технологий и технических средств, обеспечивающих по возможности равномерное распределение удобрений по всей обрабатываемой площади. При этой не учитывается фактическая пестрота потенциального плодородия почвы, обусловленная как естественными процессами, так и антропогенными воздействиями на почву. Такой подход приводит к нерациональному применению всех видов удобрений и средств химизации, является главным фактором загрязнения окружающей среды и получения некачественной сельскохозяйственной продукции. Одним из путей преодоления упомянутых недостатков является разработка технологий и создание высокоадаптивных технических средств для дифференцированного поверхностного и локального внесения минеральных н органических удобрений, мелиорантов в снстеыс ландшафтного земледелия в соответствии с оптимальными программами их применения. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с пятилетним планом НИР ВИМа и проектом "Зерновой комплекс - 2000" Государственной научно-технической программой на 1991-1995 гг.

Цель работы. Целью настоящей работы является изыскание машинного способа улучшения использования органических удобрений для повышения продуктивности поля.

Научпая новшна. Научную новизну составляют: -экономико-математическая модель технологического процесса дифференцированного применения органических удобрений;

-программное обеспечение приготовления удобрений с заданными свойствами; -методика оценхи границ дифференцированного применения органических удобрений.

Практическая пишость. Разработана технология дифференцированного применения органических удобрений и сформулированы требования к функциональным схемам машин и рабочим органам для ее осуществления.

Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-практических конференциях "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России" 25.10.94 и 3.10,95 в г. Москве ."Современные машинные технологии и технические средства переработки и внесения в почву минеральных удобрений" 1.10.96 »г. Рязань, на секции Ученого Совета ВИМ в 1994,1995,1996 гг.

Публикапнп. Основные положения и результаты исследований опубликованы в 3 печатных работах.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

-требования к дозирующям в распределяющий рабочим органам машин для дифференцированного внесения органических удобрений;

- рекомендации по выбору границ рационального применения технологи дифференцированного применения органических удобрений в зависимости от степени квантования обрабатываемого пода;

- программное обеспечение машинной технологии приготовления органоминеральных удобрений с заданными свойствами дня дифференцированного внесениям при проектировании полей с заданным и выровненным уровнен плодородия.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность темы, практическая значимость дифференцированного применения удобрений, изложена цель исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе изложены задачи исследований, дан анализ основных факторов, влияющих па плодородие почвы: содержание гумуса, питательных элементов N. Р205, К20, кислотность рН и неравномерность нх распределения.

Среди множества взаимосвязанных элементов плодородия почвы важное значение имеют содержание органического вещества (гумуса) и его качественнее состояние. От этого вещества зависят физико-механические и технологические свойства пахотного слон, агрегатное состояние и воДопроуность микроструктуры. Изменение содержания органического вещества в почве зависит от соотношения процессов его нинерализацяи н восполнения посредством внесения органических удобрений. В настоящее время наряд}' с дефицитом гумуса в почве наблюдается высокая неравномерность его распределения.

Установлено, что на распределение питательных элементов в почве особую роль играют антропогенные факторы, обусловленные несовершенством технологий приготовления и внесения органических удобрений. Это приводит к тону, что качество распределения гумуса и питательных элементов в почве, даже на одном поле меняется в широких пределах и в ряде случаев существенно превышает уровень (25%), установленный исходными требованиями к машинам для внесения органических удобрений. Неравномерное распределение гумуса и питательных элементов приводит к снижению биологической урожайности сельскохозяйственных культур, ухудшению их технологических н потребительских качеств.

Вопросами разработки технологий и технических средств приготовления и внесения удобрений, программированием урожаев на конкретном поле занимались

Шатилов И.С., Листопад Г.Е., Марченко Н.М., Хабатов Р.Ш., Нефедов БА.Р Иванов Ю.В., Личман Г.И., Вахромеев Ю.И., Ковалев Н.Г., Коваленко В.П., Сметнев С.Д. к др.

Выполненный анализ покапал, существующие машинные технологии и технические средства применения удобрений могут быть лишь частично использованы дня дифференцированного внесения органических удобрений. Это обусловлено низкой адаптивностью, главным образом, дозирующих и распределяющих рабочих органов. Отсутствие совершенных методов диагностики полей также сдерживает определение рациональных границ дифференцированного применения удобрений.

В связи с поставленной целью были определены следующие задачи диссертационной работы :

- выявить факторы, влияющие на формирование пестроты плодородия почвы и оценить в этой связи механизированный технологический процесс применения органических удобрений,;

- изучить механизм формирования качества распределения органических удобрений по поверхности поля при механизированном их внесении;

- разработать программное обеспечение машинной технологии приготовления органических удобрений с заданными свойствами;

- разработать проект технологии и обосновать требования к машинам для дифференцированного внесения органических удобрений;

- разработать методику инженерного расчета границ эффективности механизации дифференцированного внесения удобрений.

Во второй главе "Теоретическое обоснование дифференцированного внесения удобрений" изложена разработанная на основе анализа факторов, влияющих на эффективность технологии и технических средств дифференцированного внесения удобрений, экономико-математическая модель техпроцесса. Математической постановка задачи включает приведенные ниже элементы.

1, Данные о распределении питательных элементов в почве - средине значения NП'Рп'К-п ■ коэффициенты вариации у^, Ур, ]/у.

2. Функции отзывчивости конкретной сельскохозяйственной культуры ( или нескольких культур, составляющих севооборот) на количество и качество распределения питательного элемента в почве или на их совокупность:

.......Ук-Ук^Уы^

У ЫРК - Уырк^'р'к-УЫУР-УК>

О)

3. Затраты энергии на выполнение ¡-ой операции,.)-« технический средством по кой технологии в зависимости от дозы и неравномерности внесения М,Р,К:

Ер-Екй~йУггУР.УкУ О)

4. Функции, описывающие зависимость количества крахмала, сахара, клейковины, белка, нитратов я других потребительских, технологических свойств урожая от количества и качества распределения элементов питания в почве

/г/р-мУы-УрУк, (4)

5. Функции, отражающие негативное антропогенное влияние на тот или иной элемент агроэкосистемы внесения данного элемента (например К) с качеством распределения , характеризуемым коэффициентом вариации ^ , при ¡-он операции, ^ч техническим

средством по к-ой технологии :

Э#=э(/кй™уы.ур.ук) (5)

К информации, перечисленной в пп. 1...5, необходима следующая дополнительная информация:

- величина программируемой урожайности дайной сельскохозяйственной культуры -

У :

V Яр

- допустимые нижние и верхние илч только нижние, или только верхние предельно допустимые значения I - того показателя качества сельскохозяйственной продукции:

^шш'^тах'

- предельно допустимые концентрации ( ПДК ) Зт1Г1'Зтах. ■ вносимого элемента в водоемах, грунтовых водах, растениях, допустимое у плотнение почвы и.т д.

Функциональные зависимости, приведенные в пп. 1...5 получают на основании опубликованных данных либо проведенных теоретических и экспериментальных исследований. Данные о предельных уровнях концентраций вредных веществ в урожае, грунтовых водах и водоемах использовали из соответствующих нормативных документов. Постановки задачи: Поле разбивается на Н участков, в соответствии с уровнем плодородия. Для каждого участка определяется начальный уровень содержания питательных элементов, например фосфора, рп п , где 1 й п < Н. Урожайность на п-м участке в зависимости от одного вида удобрений, например Р, можно представить в виде:

В результате минимизации энергозатрат при соответствующих огранлченкях оптимизируются так>£ показатели, кшс доза фосфорного удобрения; н качество распределения вносимого удобрения для каждого отдеиыю взятого участка, количество участков (Н) и характер их разбиения. Й этом случае математическая постановка задачи имеет следующий вид:

С) Уоп'-РплУр^Уп^У^ъУп, ккпйп ^кь^Рп-Урп^кктж

тах

Г)

(8) (?) (10)

Решением систсаы (7-10) будут такие значения средних доз, вносимых на каждый аз участков р^ , н качество распределения их по участку Урп- при которых окажет« достигнутой на тсаяедон из участков прогряинируекая урожайность У^, удовлетворены требования к качеству урожая н к защите окружающей среды, а затраты на внесение будут мннимальнымь.

Варьируя коллчеством участков (Н), и меняя характер разбиенпя, можно осуществить дополнительную мннимнззцнго затрат. Для этого дополнительно к существующей информации необходимо иметь функцию затрат эпергяи на выполнение ¡-он операции, .¡-м техническим средством по к-й технологии от дозы вносимых удобрений, качества их распределения, а также количества участков к характера их разбиения.

Е.^Е^РУ^«) (П)

В зависимости от принятых ограничений, решепне си стены (7-10) позволяет разрабатывать программы дифференцированного применения удобрений, технологии в технические решения, оптимальные для соответствующего уровня развития сельскохозяйственного производства.

Выполнен анализ существующих машинных технологий и серенных технических средств на предмет яспользованяя их для дифференциального внесения органических удобрений.

Установлено, что при определенных условиях серийные машины (типа РОУ, ПРТ) могут быть использованы для внесепия программируемых доз ТОУ на отдельны* участках поля (8пл^0Д5 га) с неравномерностью распределения элементов питания в почве, несревышающен уровня,установленного для иашин-удобреителей.

Исключительно важно задачу дифференцированного внесения удобрений решать и наиболее экономичным путем. Представляется целесообразным техническое решение искать в виде адаптера или путем модернизации рабочих органов, сохранив базу серийной машины. Принимая во внимание, что пра дифференцированном внесении необходимо оперативно и в широких пределах (10-100 т/га) менять дозу внесенвя, непременным условием является переход от дискретного способа изменения дозы к непрерывной, осуществляемой из кабины трактора. При этом качество распределения удобрений на рабочей ширине захвата и по длине прохода должно соответствовать агротехническим требованиям (Qhh £ 25%), а секундная подача удобрений на распределяющие рабочие органы должна быть такой, чтобы обеспечивалась необходимая для каждого участка доза. При этом рабочая ширина захвата должна удовлетворять условию:

q/V а — ГЬВр (12)

где q- секундная подача массы удобрений транспортером, кг/с; V*- скорость движения агрегата, м/с; ЕЬ- заданная доза внесения,'ст/м2; Bp- рабочая ширина захвата, м.

Все перечисленные выше условия можно представить в следующем виде:

Во-П = Г/(Ы>э) (13)

Bo-n=q(VaDj) . (14)

В?-П<Во-П<Во (15)

ДВо-П)«Знилоп (1«)

где Во - общая ширина захвата, м; П - величина перекрытия снежных проходов, ы; Г - грузоподъемность машины, кг; L- дивна рабочего хода агрегата, м; Отдои -допустимая неравномерность распределения массы удобрений по полю, %.

Выполненный анализ системы (13-16) показал, что при постоянной общей ширине захвата (Bo=const) и внесении удобрений с заданной дозой ЕЬ длина рабочего хода агрегата может быть кратной длине гона лишь в одном каком-то частном случае. У машин с изменяющейся общей шириной захвата (Во* const) возможностей для удовлетворения условиям (13-16) для дифференцированного внесения больше, хотя они тоже ограничены.

Рассмотрим каким требованиям должна удовлетворять машина для дифференцированного внесения удобрений на поле, разбиюи на п участков с различными агротехническими показателями технологического процесса, при хоторон, например п=3, были бы выполнены следующие условия:

в

1. При одной или нескольких проходах агрегата вдоль поля на каждый участок должны быть внесены удобрения с необходимой дозой D1.D2.D3.

2. Длнна рабочего хода агрегата должна быть кратной длине всего поля (И+\2+Ь)=пЪ или суммарный расход удобрений на длине рабочего хода не должен превышать кГ где Г-масса удобрений в кузове, к-безразмерный коэффициент 0< к< I.

3. Качество распределения удобрений на рабочей ширине захвата должно соответствовать условию - Г(Во-П)<0™доп.

В случае машяиы с изменяемой общей шириной захвата за счет изменения угла наклона распределяющего барабана, требования 1-3 могут быть выполнены при следующих условиях:

где <р(а)=Во и зависит от угла наклона распределяющего барабана а (Рис. I) Решение системы неравенств (17-20), позволит найти такую общую ширину захвата Вэ*=<р(а*) , величину перекрытия П*. скорость движения агрегата на каждом участке^]*, \Г2*, Уз*) шш секундную подачу (яI*, q2*, цз*), при которых будут выполнены условия 1-3.

В третьей главе привезены программа я методика экспериментальных исследований, результаты исследований пестроты плодородия опытного полигона, а также методика исследования лабораторно-полевой установки на базе ПРГ-10 с изменяемой общей шириной захвата для дифференцированного внесения удобрений.

Методика отбора обрячпп» дтгя комплексного исследования почвенного покрова опытного поля включала:

•выбор 27 опорных точек, что соответствует 8-9 точкам на 1 га; •нанесение опорных точек на план по регулярной сетке; -отбор образцов с площадки 4 хв.м;

Анализ проб на наличие элементов питания проводился по общепринятой методике.

Экспериментальные исследования имела целью получение массива данных о характере распределения элементов питания на участках (133 и*52 и). Этот массив данных необходим для:

- разработки технологий и обоснования параметров рабочих органов машин для дифференцированного внесения удобрений;

11[<р(а)-П]01+М<р(а)-П]П2+ Ь[<р(а)-П]Оз * кГ

^ф(а)-П] £ Они доп. р[<Ка)-Щ = Вуч

(17)

(18)

(19)

(20)

- разработки уточненной методики выбора мест отбора проб н их количества для адекватной оценки пестроты плодородия полей;

- оценки потенциального плодородия полигона;

- выработки стратегии цсшучеаня запрограммированного урожая заданной сельскохозяйственной культуры на конкретном поле.

Для получения данных, используемых при решения сястены неравенств (17-20) н определения границ применения машин с изменяемой шириной захвата проведены экспериментальные исследования по определению эпюр распределения удобрений на общей ширине захвата.

Лабораторно-полевая установка иредст являет собой полуприцеп, состоящий из кузоза с уложенным на его дне транспортирующим устройством цепочно-планчатого типа, рамы с ходовыми колесами, тормозной и электрической систем, механизмов привода (Рис. 1).

Привоз распределяющего ¡Таракана

П. =380 Нин

%.X I У______Ч^.

дуг

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки

I - транспортер-дозатор; 2 - кузов; 3 - барабан выравнивающий; 4- механизм регулирования угла установки рабочих органов; 5 - барабан распределяющий; 6 - барабан измельчающий.

Распределяющий барабан имеет двух:входную павнЕку, второй- треязаходную..

Направление вращения нижнего барабана н распределяющего барабана встречное к направлению дпзпкенгя удобрений, верхнего подающего - попутное.

В верхней части устройства для предотвращения самопроизвольного сбрасывания удобрений, кннуя барабан, установлена пружинная греб елка. Вез устройство сдвинуто внутрь кузова.

Лабораторно-полевые исследования__качественных показателей наивны с изменяемой обшей шириной захвата проводились в Шатурской опорном пункте ВИМ (совхоз "Дружба" Шатурского района Московской области) в полевых условиях на выровненной площадке в соответствии с ОСТ 70.7.2.-82 "Мишины для внесения органических удобрений. Программа и методы испытаний".

Опыты проводили на торфо-навозном компосте. Объемная плотпость компоста р=850хг/нЗ, влажность \У=65%. Выгрузку удобрений производила на ровную площадку, при скорости движения агрегата 8,5 км/ч. Секундную подачу меняли посредством смен пых звездочек Ъ\ в £2. Общую ширину распределения Во меняли посредством изменения угла наклона распределяющего барабана.

В опытах фиксировали поступательную скорость движения агрегата, общую ширину распределения Во н массу удобрений в противнях. Данные заносядп в формы, предусмотренные программой н методикой исследований. Обработку полученных вариационных рядов проводили в соответствии с ОСТ 70.7J.-82, находили неравномерность распределения ТОУ во ширине захвата, оцениваемой коэффициентом вариации.

Полученная в результате экспериментальных исследований информация была использована для определения зависимости качества распределения удобрений по ширине захвата (О™) от угла наклона распределяющего барабана (а), частоты его вращения (<й), а также секундной подачи (я). Кроме того, данные были использованы доя определения коэффициентов функциональных зависимостей изменения общей ширины захвата от режиыов работы машины.

В четвертой главе представлены основные результаты лабораторных в лабора-торно-полегых экспериментов.

Анализ экспериментальных данных по агрохимвчесзсоЗ оценке опытного поля показал. что содержание питательных элементов, органического вещества и кислотность меняются в широких пределах. Так, содержание углерода (СУо) составляет 24,6%, Р205 -38,9%, К20 - 28,8|>/с. Графики распределения питательных веществ прецста»~гн на рисунках 2,3.

Количество гумуса, содержащегося в пахотном слое, меняется как яо длине участка, так и по ширине (Рис.3). Аналогичный характер распределения имеет место и для других элементов питания.

Авалю экспериментальных данных показал,.что посредством изменения перекрытая смежных проходов агрегата, не изменяя общей ширины захвата, подучить необходимую рабочую ширину,захвата и качество распределения удобрений на ней, не представляется возможным.. При изменении (уменьшении) рабочей ширины захвата либо ие достигается условие Они 525%, либо происходит периодически выход Они за этот предел. Это обусловлено тем, что эпюры распределения на общей ширине захвата у серийной машины ПРГ-10 имеют "плохую" форму, существенно отличающуюся от трапециевидной эпюры.

Рис.2. Характер изменения питательных элементов участка по точкам

Рис. 3. Распределение гумуса на опытном участке

Выполненные исследования позволили установить, что при помощи распределяющего рабочего органа, обеспечивающего изменение общей ширины за счет угла наклона распределяющего рабочего органа и посредством регулирования частоты вращения можно выполнить условие Qhm s25%.

Анализ полученных эпюр (Рис.4.) позволил сделать следующие выводы.

Изменение угла наклона рабочего органа позволяет изменять общую ширину захвата. Так, при частоте вращения (870 М ИН"') распределяющего шнека с двухзаходной навивкой при изменении угла от 30° до45° °бщая ширина меняется от 10 до 11 м. Количество заходов шнека оказывает несущественное влияние на величину общей ширины захвата - для грехзаходного шнека общая ширина захвата составляет 12 м, а двухза-ходного - Им.

При изменении частоты вращения ВОМ трактора с 1000 до 340 М ИН ' в случае двухзаходного шнека ширина захвата уменьшается с 11 до 7 м. Эпюра распределения на общей ширине захвата в обоих случаях близка к трапециевидной, позволяющей за счет перекрытия смежных проходов агрегата существенно повысить качество распределения органических удобрений на рабочей ширине захвата и обеспечить выполнение условия Qhm<25%, как при внесении больших доз (D=124 т/га)., так и средних (S3 т/га). Эти показатели обеспечиваются при частоте вращения распределяющего барабана 870 М ИН ' > соотношении Z1 ¿2=13:32, при угле установки распределяющего рабочего органа а = 30" и перекрытии 3 я 4 н. При установке распределяющего рабочего органа

4000

—♦—87006/mhh,Z1:Z2"13.32,ae30град -B-a70o6/MHH.,Z1.Z2-22:32. а-45т|>ад. -—А—435 об/мин ,71 :Z2"22:32, а-45 град.

Рис.4. Эпюры распределения органических удобрений на обшей ширине захвата лабораторно-полевой установки

под утлом 45° удовлетворительное качество достигается при перекрытая и, а рабочая ширина захвата составляет 7 и. Снкженвн частоты вращения до 435 мин' УД°" алстворитеяыюе качество распределения оргаипчеопгх удобрений достигается при Z122=22:32, ос=45°' перекрытии 2 и и рабочей ширине распределения при этом достигает 5 м.

Таким образом посредством изменения частоты вращения распределяющего барабана в пределах 435-870 мин'> установки распределяющего рабочего органа под углом 15° . можно в определенных пределах (5...7 м) регулировать рабочую ширину захвата не нарушая требований к качеству распределения удобрений.

Результаты провезенных исследований и материалы обобщения накопленного опыта по применению органических удобрений использовали для разработки проекта технологии дифференцированного ср вменения органических удоСргквй, структурная схема которого представлена на рисунке 5. Основныые элеиентаив технологии являются:

• приготовление высококачественных органических удобрений с программировавшие сзонстваыи на прифермаенх площадках и в полевых условиях;

• транспортировка удобрений в поле и рациональное складирование их на крага участков;

• внесение удобрений в соответствие с программой првненення всех видов удобрений;

• контроль и управление качеством выполнения технологического процесса дифференцированного применения удобрений.

В пятой главе изложены основные принципы расчета прибавки урожая от дифференцированного внесения удобрении в оценка экономической эффективности дифференцированного внесения ТОУ". Годовой экономический эффект от внедрения машинной технологии дифференцированного прныенення TOY определяется за счет увеличения количества и качества продукции и с учетом дополнительного расхода основных материалов при использовании новой машинной технологии. Экономический эффект от дифференцированного внесения удобрений обусловлен главный образом повышением урожайности сельскохозяйственных культур за счет снижения неравномерности распределения питательных элементов в почве, сокращения удобрений, снижения загрязнение окружающей среды и урожая. Осксву определения экономической эффективности дифференцированного внесения ТОУ составляет расчет приведенных затрат на внесение удобрений по новой технологии и определение прибавки урожая от этого пргеыа. В расчетах принято, что приведенные затраты на дифференцированное внесение ТОУ возрастают по сравнению с базовой технологией р могут быть представлены в виде переводных коэффициентов Кд—1,1...1,9. Тогда приведенные затраты по повой техноло-

14

ТОУ

Приготовление ТОУ биотермической обработкой

На лрифермской площадке (хранилище)

Внесение ааданнэл дэаыТОУПНна участках попа с относительно выровненным уровнем параметров плодородия_

10 1. Площадь участков

поля не менеэ 0,25 га

2 Грузоподъемность

ПНР 5,10 т

3 0тах=40т/га_

4 <Энм<Онм.доп

В полевых условиях

Дифференцированное внесение заданной доаы тоу пму о адаптивными дотирующими и распределяющими оабочими органами

Приготовление ТОУ с программированными свойствами

Дифференцированное внесение .задажой доаы ТОУ о заданным соотношением питательных элементов в соответс, зии с программой применения удобрений

Гс ислльзоеаниам ГПС)

655 ЯГ ¿70% фстт^фсЦ^с, МЛ Г =(.№«,£) задам

□вэтаммвее

У(М„Р,К)2 УПроГ |

Ктк1<К(М,Р,К)<Ктах

Эт1п<3<Ы,Р1К)<Этах

12 1 .Плошаць участков

поля определяется на

основании данных

диагностики и

возможностей ГПС

2 ¿Ш5«\к<1

3 Вр=пВп

4 Онм<Онм лоп

5

4

6

7

Рис. 5 Структурная схема механизированного технологического процесса дифференцированного применения ТОУ

гни могут быть представлены в следующем виде: Пд»=КдПб, Увеличение приведенных затрат обусловлено удорожанием машины и снижением ее производительности,

Оценку прибавки урожая от повышения качества распределения удобрений с одного уровня на другой проводили с использованием функций отзывчивости с.-х. культуры (в нашем случае озимой пшеницы) на возрастающие дозы удобрений.

У=20+1,2*—-0,078

П

ТГ

D

W5J

(21)

)

Установлено, что увеличение урожайности при дифференцированном внесении удобрений наиболее высоко на участках с большой (Qax ¿40%) неравномерностью распределения питательных элементов в почве. С увеличением доз внесения удобрений (свыше 80 кг/га д.в. эффективность дифференцированного внесения растет. Суммарная эффек тивиость дифференцированного внесения ТОУ зависят также от перечисленных выше факторов. Анализ результатов показывает, что на участках с невысокой неравномерностью распределения питательных элементов в почве до 40% дифференцированное внесение ие эффективно. При дозе 60 кг д.в. на га и радиусе транспортировки 1 км,в зависимости тивность дифференцированного внесения ТОУ зависит также от перечисленных выше факторов. Анализ результатов показывает, что на участках с невысокой неравномерностью распределения питательных элементов в почве до 40% дифференцированное внесение не эффективно. При дозе £0 кг д.в. на га в радиусе транспортировки 1 км, в зависимости от исходной неравномерности распределения питательных элементов в почве, экономический эффект может составить при значениях Кд =1/4... 1,9, от 124,4 рублей до И 77,6 рублен на I га в ценах 1990г.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

I .Неравномерность распределения гумуса и NPK в пахотном слое, по данным экспериментальной оценки опытных полигонов, подтверждаемым опубликованными в литературе результатами, составляет 200 и более процентов, что многократно превышает уровень допускаемый агротехническими требованиями к машинам для внесения органических удобрений. Отрицательные последствия некачественного внесения - в уменьшении окупаемости удобрений, снижении продуктивности полей я качества урожая, загрязнении окружающей среды.

2. Разработана экономико-математическая модель оптимизации дифференциации доз внесения и качества распределения удобрений с учетом их свойств, позволяющая получать запрограммированную урожайность сельскохозяйственной культуры на кон-

кретном поле. Целевая функция представляет собой суммарные издержка на выполнение механизированного технологического процесса производства и дифференцированного внесения ТОУ. В качестве ограничений взяты:

- урожай с поля должен быть не ниже запрограммированного;

- изменение качества продукции, обусловленное применением органических удобрений не должно превышать задавные пределы;

- загрязнение окружающей среды не должно выходить за пределы, установленные законодательством.

3. Эффект дифференциации распределения удобрений решающим образом зависит от их качества. Разработано программное обеспечение машинной технологии приготовления органоминеральных удобрений с заданными свойствами, предназначенных для дифференцированного внесения. Программное обеспечение позволяет оперативно воздействовать на технологический процесс приготовления удобрений, исходя из уровня содержания в исходных компонентах элементов питания и программируемой урожайности возделываемой культуры, а также обеспечить более рациональное сочетание органических и минеральных удобрений.

4. Исследования распределяющего рабочего органа лабораторно-полевой установки показали, что при изменении частоты вращения В ОМ трактора с 1000 МИН~' 540 МИН 8 случае двухзаходного шнека ширина захвата уменьшается с 11 до 7 м. Регулирование угла наклона рабочего органа также позволяет изменять общую ширину захвата. Так, при частоте вращения (870 М ИН') распределяющего шнека с двухзаход-ной навивкой при изменении угла от 30°Д°45° общая ширина меняется от 10 до 11 м.

5. Трапециевидная эпюра распределения на общей ширине захвата позволяет за счет перехрытня смежных проходов существенно повысить качество внесения органических удобрений на рабочей ширине захвата и обеспечить выполнение условия QmiS25% при внесении как больших доз (D=124 т/га) ,так и средних (53 т/га).

Эти показатели обеспечиваются при частоте вращения распределяющего барабана 870 М ИЦ"', соотношении &1:Z2=13:32, при угле установки распределяющего рабочего органа а = 30° и перекрытии Зи 4 м. При установке распределяющего рабочего органа под угпоы 45° удовлетворительное качество достигается при перекрытии Пй4 м. При этом рабочая ширина захвата составляет 7 м. При снижении частоты вращения до 435 М ЦН ' удовлетворительное качество распределения органических удобрений достигается при Z122=22:32. а=45'> и перекрытии 2 нерабочая ширина распределения при этом достигает 5 м.

6. Обоснованы исходные требования на разработку и освоение производства к дозирующих и распределяющих рабочих органов машины дня дифференцированного внесения органических удобрений:

- машины дня дифференцированного внесения органических удобрений должны иметь высокоадаптивные дозирующие рабочие органы с непрерывной подачей массы на распределяющие органы в пределах 0,025.„О,15 т/с и иметь изменяемую общую ширину захвата от 5 до 11 м. ;

- рабочие органы должны обеспечивать получение трапециевидных эпюр с компенсационными участками 1к=1,5-3н.;

- эпюра распределения должна иметь трапециевидную форну независимо от секундной подачи массы удобрений на распределяющие рабочие органы н от величины общей ширины захвата.

7. Разработана технология применения органических удобрений, включающая: -приготовление высококачественных удобрений с программированными свойствами с учетом пестроты распределения гумуса и NPK на участках обрабатываемого поля;

- дифференцированное внесение органических удобрений в соответствии с программой применения всех видов удобрений.

8. Экономический эффект от дифференцированного применения органических удобрений обеспечивается прибавкой урожая, повышением окупаемости удобрений, улучшением свойств получаемой продукции и в зависимости от конкретных условий составляет от 124,4 рублей до 1177,6 рублей на 1га в ценах 1990г.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих рсботах:

1. Экономико-математическая модель оптимизации показателей качества выполнения механизированного технологического процесса дифференцированного внесения удобрений. Научно-технический прогресс в инженерной сфере ЛПК России. (Материалы научно-практической конференция, ГОСНИТИ 3-5 октября 1995 г.), Москва,1996, (соавторы Личнан Г.И., Марченко Н.М.).

2. Механико-технологические аспекты проблемы дифференцированного внесения удобрений (соавторы Личнан Г.И., Марченко Н.М.),Современные машинные технологии и технические средства переработки и внесения в почву минеральных удобрений. (Тезисы докладов научно-практической конференции), Рязань, 1996 (соавторы Личман Г.И., Марченко Н.М.).

3. Сравнительный анализ двух способов внесения удобрений. Земледелие, 1997, Ш1, (соавторы Личман Г.И., Марченко Н.М.)