автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии образования почвенных гребней с внесением минеральных удобрений перед посадкой картофеля

РГБ ОД 1 а МАР 2300

На правах рукописи

САЯПИН Игорь Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАЗОВАНИЯ ПОЧВЕННЫХ ГРЕБНЕЙ С ВНЕСЕНИЕМ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПЕРЕД ПОСАДКОЙ КАРТОФЕЛЯ

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов - 2000

Работа выполнена на кафедре «Сельскохозяйственные машины» Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Емелин Б.Н. Научный консультант - кандидат технических наук,

доцент Давыдов C.B. Официальные оппоненты - доктор технических наук,

Защита диссертации состоится 30 марта 2000 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д.120.72.02 Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова по адресу г. Саратов, ул. Советская 60, аудит. 325, СГАУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета .

Автореферат разослан «28» февраля 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета

профессор Ларюшин Н.П. доктор технических наук, профессор Дементьев А.И.

Ведущая организация - НИИСХ Юго-Востока (г.Саратов)

д.т.н., профессор

Волосевич Н.П.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Картофель имеет важное значение в питании человека. Удовлетворение потребности населения Российской Федерации в этой культуре в основном обеспечивается за счет роста посевных площадей, так как урожайность картофеля в течение многих лет по России находится на уровне 9...10 т/га.

Важный резерв увеличения урожайности картофеля и экономической эффективности его производства - применение прогрессивных технологий (заваровской, гриммовской, самарской и др.). Однако, несмотря на положительные результаты, их широкая практическая реализация сдерживается из-за отсутствия или высокой стоимости фрезерных почвообрабатывающих машин, необходимых для процесса гребнеобразо-вания. Широко применяемые для этого процесса серийные пропашные культиваторы с пассивными рабочими органами не обеспечивают необходимую степень рыхления почвы.

Предпосылкой решения названног! проблемы является технология гребнеобразования, включающая плоскорезную обработку почвы, внесение в неё минеральных удобрений с последующей нарезкой почвенных гребней. В результате создастся благоприятные условия для развития растений, их по-пива в засушливые годы, становится возможной механизиро-занная уборка клубней на тяжелых почвах комбайнами-югрузчиками.

Поэтому работа, направленная на рост урожайности и ;нижение себестоимости картофеля за счет совершенствова-шя технологии обработки почвы, является актуальной и шеет важное народнохозяйственное значение.

Цель исследования. Увеличение урожайности картофеля и ;нижение его себестоимости за счет применения прогрессив-

ной технологии, предусматривающей использование комбине рованного агрегата, выполняющего глубокое рыхление почвь внесение минеральных удобрений и нарезку почвенных греб ней.

Объект исследования. Технологический процесс формиро вания почвенных гребней с одновременным рыхлением почвы внесением минеральных удобрений.

Методика исследований. Теоретические исследования ком бинированного почвообрабатывающего рабочего органа выпол нялись с использованием методов теоретической механики прикладной математики. Экспериментальные исследовани проводились в лабораторных и полевых условиях в соответ ствии с действующими ГОСТами, ОСТами и частными методика ми. Обработка результатов экспериментальных исследовани осуществлялась методами математической статистики.

Научная новизна работы заключается в разработке теоре тических основ взаимодействия туковоздушной смеси, посту' пающей в почву при нарезке гребней, с элементами пассив ного ступенчатого и тангенциального разделителей, позво ляющих качественно подпочвенно распределять туки пере, посадкой картофеля. Новизна технического решения исследуемого рабочего органа подтверждена патентом Российско! Федерации.

Практическая ценность. Результаты научных исследовани! послужили основой для разработки комбинированной почвообрабатывающей машины, выполняющей три с.-х. операции: глубокое рыхление почвы, локальное внесение минеральны; удобрений и нарезку гребней. Применение названной машин! позволило повысить урожайность картофеля на 36...381.

Реализация результатов исследования. Комбинированна;

почвообрабатывающая машина внедрена в с.-х. товариществе «Степновское» и объединении крестьянских хозяйств «Анастасьинское» Калининского района Саратовской области.

Апробация. Основные результаты исследований по работе докладывались на научно-технических конференциях Саратовского ПАУ им. Н.И. Вавилова в 1997...2000гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы и получен патент РФ N'2075273.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести- разделов, общих выводов списка использованной литературы и приложений. Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц, 4 5 иллюстраций и 12 приложений. Список использованной литературы включает 84 наименования, из них 3 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования и перечислены основные положения, которые представляются на защиту.

В первом разделе «Аналитический обзор гребневых технологий возделывания картофеля и технических средств для их выполнения. Цель и задачи исследования» на основании изученного литературного материала разработана классификация применяемых в РФ и Германии гребневых технологий возделывания картофеля, выполнен анализ технических средств для нарезки гребней и локального внесения в них минеральных удобрений.

В настоящее время резерв в повышении производства картофеля возможен в направлении совмещения операций при использовании прогрессивных технологий, что осуществимо при

разработке и внедрении в с.-х. производство комбинированных с.-х. машин.

Анализ применения прогрессивных технологий возделывания картофеля в почвенных гребнях позволил сформировать цель исследования и наметить задачи, которые следует решить для её достижения.

Задачи исследования:

- изучить физико-механические свойства минеральных удобрений, как объектов пневматического транспортирования;

- провести теоретическое обоснование конструктивных и технологических параметров устройств для распределения удобрений при локальном их внесении;

- выполнить лабораторные и лабораторно-полевые испытания рабочих органов для внесения удобрений в почву при формировании из неё гребней;

- разработать и изготовить опытный образец комбинированной почвообрабатывающей машины, провести её испытания в производственных условиях;

- определить расчетные показатели экономической эффективности разработанной технологии возделывания картофеля.

Во втором разделе «Физико-механические свойства минеральных удобрений, применяемых при выращивании картофеля в зоне Поволжья» получены результаты изучения свойств минеральных удобрений (аммиачная селитра, мочевина гранулированная) , необходимые для разработки и обоснования режимных параметров тукоразделительных устройств, используемых для внутрипочвенного их внесения.,Изучен гранулометрический состав, сыпучесть, аэродинздаические свойства и коэффициенты трения по различным конструктивным материалам вышеназванных удобрений. В исследовании применяли как серийные так неоригинальные приборы.

В третьем разделе «Поисковые опыты по определению эффективного технического средства для внутрипочвенного внесения минеральных удобрений» представлены результаты лабораторных исследований четырех вариантов распределительных устройств, которые могут находить применение при плоскорезной обработке почвы.

Для проведения опытов была изготовлена лабораторная установка (рис.1). Она включает сварную раму 2, на которой монтируется лапа плоскореза 6, бункер с дозатором 5, электродвигатель с редуктором 4, а также, компрессор воздушный 1, восьмисекционный сборник удобрений 8 и приборы для измерений скорости воздушного потока 3, 7.

Рис.1 Схема лабораторной установки: 1 - компрессор воздушный; 2 - рама; 3 - микроманометр ММН; 4 - электродвигатель с редуктором; 5 - бункер с дозатором; б - лапа плоскореза; 7 - трубка Пито; 8 - сборник

Программа экспериментов предусматривала изучение неравномерности распределения удобрений под рабочиЩррганом комбинированной машшш (лапа плоскореза) в зависимости от

секундной подачи ду (диапазон изменения - 2б,7...40,1 кг/с) и скорости воздушного потока в тукопроводе 13ср.

Экспериментальные распределители (рис.2} монтировалх^сь на лапе плоскореза. В первом из них (рис.26) равномерность регулировалась изменением положения пластин 10 по фигурным пазам разделителя 4. В другом варианте (рис.2в) туковая смесь образуется в камере завихрения,

Удобрения

Рис.2 Распределители минеральных удобрений для плоскорезной обработки почвы: а - клиновой ступенчатый; б -тангенциальный; в - тангенциальный модернизированный: 1 ~ лапа плоскорекут^ая; 2 - стойка; 3 - тукопровод; 4 - разделитель; 5 - кромка

а равномерность распределения туков обеспечивается фигурной кромкой 5, которая ориентирует полет частиц удобрений в подлаповом пространстве. Неравномерность распределения

удобрений по ширине захвата плоскорежущей лапы оценивали показателем Кп:

К =

'пк-иО

га,

100,% (1)

где Шф - среднеарифметическая масса туков, поступившая в секцию сборника, г;

ГПН - расчетная масса туков в секции сборника с учетом нормы внесения, г. Как видно из представленных диаграмм (рис.3), применение ступенчатой распределительной поверхности несколько улучшает размещение удобрений по ширине захвата лапы плоскореза вследствие изменения траектории полета частиц. Анализ кривых 3, 4 показывает, что применение экспериментальных устройств сглаживает неравномерность внесения удобрений. Это, по нашему мнению, результат конструктивного исполнения разделителей, а также исключение влияния предварительного распределения удобрений в тукопроводе, так как в камеру смешивания и подачи под давлением поступает не смесь, а воздух.

Результаты исследования влияния скорости воздуха на неравномерность распределения удобрений (рис.4) выполняли

в диапазоне ив = 16...24 м/с. Здесь наилучшие результаты

получены при О = 20 м/с. При этом замечено, что большая неравномерность внесения удобрений имеет место в правой части лапы, что объясняется разным сопротивлением среды с левой и правой сторон рабочего органа. Четвертый раздел «Теоретическое исследование технологии внутрипочвенного внесения минеральных удобрений» содержит обоснование геометрических и режимных параметров

Номера зон по ширина захвата лапы плоскореза

Рис.3 Неравномерность распределения удобрений (аммиачная селитра) по ширине захвата лапы плоскореза при разделителях:

-О"' ступенчатый -О" вихревой X " экспериментальный

Кп%

30 20 10 0-10-

Рис.4 Неравномерность распределения удобрений (аммичная селитра) тангенциальным модернизированным разделителем по ширине захвата лапы плоскореза:

1

4; —-1 ___1 г и

---* д = 30г /с

1 1 3 4 5 6 7 8

Номера зон по ширине захвата рабочего органа плоскореза

-й-Ш = 15 ч/с -6-гГа=20и/с -&-№ = 2Ыс -Ж-Ць = Н м/с

клинового ступенчатого и тангенциального модернизированного разделителей удобрений.

Нами исследована рабочая поверхность клинового (рис.2а) разделителя, как элемента кинематики процесса. Была получена зависимость, позволяющая установить скорость частиц удобрений при сходе с разделителя 1>к:

ик = -2%яп(а- <р)(-х)/собф, (2)

где и0- скорость частиц удобрений при входе на разделитель, м/с;

а - угол наклона криволинейного участка разделителя к горизонтали, град; Ф - угол трения удобрения по материалу разделителя, град; -

х - длина пути, проходимого частицей удобрений по криволинейному участку разделителя, м. Анализ формулы (2) показывает, что скорость частицы удобрения при сходе с криволинейного участка разделителя

возрастает в функции от О0 и х. Так как х - определяется углом р (рис.5), то скорость 1)к можно изменить варьируя

угол р. Это нами предлагается достигнуть, применяя ступенчатую конструкцию криволинейного участка (рис.5). В этом случае разделитель по толщине имеет три ступени схода удобрений в точках е, и к. Составив уравнения движения частиц удобрений, определив постоянные интегрирования, получили уравнение второй степени ^.общего вида. Его решение позволило определить длину перемещения частицы удобрения по горизонтали при сходе по каждой из трех ступеней:

1К = ^-созр / 2 о; зтр/2+«п2 0/2 -2ёЬ)] (з>

где ок - скорость схода частиц минеральных удобрений с рабочей поверхности, м/с; II - перемещение частицы удобрений при падении по вертикали, м.

Рис.5 Распределение частиц минеральных удобрений по ширине захвата лапы В в зависимости от длины криволинейного участка (Зк разделителя

С целью улучшения равномерности распределения туков под почвой с возможностью регулировки ширины ленты рассева минеральных удобрений нами предложен тукораспредеяи-тель с цилиндрической камерой завихрения воздушного потока (патент на изобретение РФ №2075273). Во время работы распределителя туки (рис.6), поступая внутрь корпуса 4 по тукопроводу 3, попадают на поверхность конического разделителя 5 и скатываясь по ней, смещаются к стенкам корпуса, где попадают во вращающийся воздушный поток, который возникает благодаря тангенциальной подаче воздуха.

разделителя

Дно борозды

X

В/2

Под действием воздушного потока туки увлекаются во вращательное движение, что совместно с их падением придаёт траектории туков форму винтовой линии. Миновав рабочую кромку 1 корпуса, частицы туков совершают полет до удара о почву. Направление и дальность полета зависят от формы рабочей кромки.

Туки

Рис.6 Функциональная схема экспериментального тукорас-пределителя: 1 - кромка; 2 - патрубок; 3 - тукопровод; 4 - корпус; 5 - туконаправитель

В нижней части корпуса имеются две диаметрально расположенные рабочие кромки, что позволяет равномерно распределять туки по обе стороны от геометрической оси рабочего органа.

Центральный угол \|/ (рис.7) дуги АВ окружности корпуса, из концов которой в тангенциальном направлении проведены лучи, отсекающие половину ширины захвата рабочего органа (отрезок СО), определяет величину рабочей кромки. Угол V)/

Рис Л Схема к определению Ч*, лВ

может быть выражен с помощью тригонометрических функций в зависимости от Я - радиуса корпуса тукораспределителя, Э - выноса корпуса тукораспределителя и Вр - ширины захвата рабочего органа:

• К- Вр

1|/ = у, + у 7 = агсБШ— + -

Я

\ '

(4)

51Пу2>

емое е

примет вид квадратного уравнения относительно tg

После преобразования второе слагаемое выражения (4)

и.

2 '

г Г г ,

(Вр + 21^ + + Вр = 0.

(5)

Решив уравнение (5), найдем значение угла у2 для заданных Вр, К и Б. По результатам расчетов углов У\-Уг построены графические зависимости (рис.8) от конструктивных параметров тукораспределителя.

При выборе формы рабочей кромки корпуса тукораспределителя необходимо обеспечить равномерное распределение удобрений по всей ширине захвата рабочего органа. Для

Рис.8 Зависимость угла у от Б при различных И этого разобьем дугу АВ (см. рис.7) на участки углами 8 так, чтобы выполнялись следующие условия:

51+1 = 5, + 8,- 5п =\|», где п - число участков.

Каждому участку дуги с центральным углом £ соответствует часть отрезка СО - Д В! . Причем секторам, близким с т.А, будут соответствовать части отрезка СО большей длины.

Величина отрезка Д В;, соответствующая приращению угла 6, может быть рассчитана следующим образом:

ДВ; = Вы - В; = Б1С088| + (Б + Я^пб;^ -

(б)

- Лссвб^! + (8 + КвтЗ^,)^^

Каждому отрезку Д В; должна соответствовать определенная высота ^ на развертке рабочей части корпуса тукорас-пределителя (рис.9). При этом для равномерного распределения туков необходимо выполнить условия:

(7)

^ ьа

После определения и размещения на развертке рабочей кромки, по их вершинам построена плавная кривая, которая и является окончательным очертанием рабочей кромки туко-

распределителя.

Во время работы экспериментального тукораспределителя роль воздушного потока, подводимого к тангенциально установленному патрубку, заключается в придании частицам туков скорости достаточной для распределения на всю ширину захвата рабочего органа.

лителя

При попадании частицы туков в воздушный поток на неё начнет действовать аэродинамическая сила Р:

Р = СрР(ов-и5)2, (8)

где с - коэффициент, характеризующий форму и состояние поверхности частицы; р - плотность воздуха, кг/и1; Р - миделево сечение частицы, м2; 1)в- скорость воздушного потока, м/с; скорость частицы туков, м/с.

При скольжении частицы по внутренней поверхности цилиндрической камеры корпуса на неё будет действовать сила трения: Т = 1тПЮ2К, (9)

где^ И - коэффициент трения частицы туков по материалу корпуса; т - щсса частицы туков, кг;

о) - текущая угловая скорость частицы в её вращении относительно геометрической оси корпуса.

Рассматривая совместные действия приведенных сил на частицу туков, можно сделать вывод, что её ускоренное движение возможно при условии превышения аэродинамической силой силы трения (Р > Г) . Максимальной скорости частица достигнет при равенстве этих сил:

срр(ив -ит)2 = ЙТ1С02Я . (10)

После преобразований и группировки последнее выражение можно представить как квадратное уравнение относительно От: (срР-Гш)и^ ~2срРив1)г +СрРОз =0 . (11)

При определении положительного корня квадратного уравнения (11) использовались размерно-массовые и аэродинамические характеристики гранул туков. Графические зависимости скорости частицы, приобретенной в корпусе тукораслре-делителя, для различных значений 1)в и радиуса корпуса ту-кораспределителя представлены на рис.10.

Рис.10 Зависимостью скорости 1)в от ит при различных В. Для выбора рабочей' скорости воздушного потока необходимо иметь значение минимально допустимой' начальной ско-. рости частицы ин на выходе из корпуса, достаточной для

достижения крайних зон по ширине захвата рабочего органа.

Рассмотрим движение частицы после выхода из тукорас-пределителя (рис.11).

га

1И

Впгё

П

тд

Рис.11 Схема к определению дальности полета частицы Примем ин горизонтальным, сопротивлением воздушной среды пренебрежем, будем считать движение частицы до соударения с почвой свободным. Выберем систему прямоугольных координат ХОУ. Используя известные формулы, координаты частицы, как тела брошенного под углом к горизонту, можно представить:

(х = о^собР;

у = ин БШ (3 +

(12)

Так как в нашем случае (3= 0, у = I, где I - величина зазора между кромкой корпуса и дном борозды, а также учитывая, что X = Вр/2, получим:

о »л/ (13)

2 У ё

Из последнего выражения определим величину начальной скорости частицы:

вр пг

и 2 У 24

Расчеты по последней формуле с использованием конструктивных параметров рабочего органа дали результат ин = 5,45 м/с. На графике (см. рис.10) значению этой скорости соответствует диапазон скоростей воздушного потока от 14,5 до 18 м/с, обеспечивающих теоретическую возможность достижения частицей туков границ борозды.

В пятом разделе «Лабораторно-полевые исследования» приводятся программа и методика исследования, содержится описание опытного образца комбинированного почвообрабатывающего агрегата, даны результаты полевого опыта по определению урожайности картофеля.

Опытный образец машины (рис.12) состоит из рамы с навеской 2, бункера для туков 4, трех туковысеваюгцих аппаратов 5, цепного привода 1 туковысевающих аппаратов, трех плоскорежущих лап б, вентилятора 3, тукораспределительных устройств 7, параллелограмных навесок 8 гребнеобразующих устройств, опорных колес 9 и четырех гребнеобразующих лап 10.

В работе машина выполняет глубокое рыхление почвы плоскорежущими лапами 6, вносит под разрыхленный пласт удобрения и формирует -гребни.

Гребень в поперечном сечении имеет две зоны (рис.13) . В зоне С происходит рыхление почвенного пласта, и на дно поступают удобрения. Зона И имеет трапециевидное сечение и формируется за счет смещения сюда почвы отвалом гребне-образователя 1. После прохода последних почва осыпается, в результате верхняя часть гребня имеет откосы с углами

Рис.12 Функциональная схема опытного образца почвообрабатывающей машины: 1 - передача цепная; 2 - навеска; 3 - вентилятор; 4 - бункер; 5 - аппарат гуковысевающий; б -лапа плоскореза; 7 - разделитель; 8 - механизм параллело-грамный; 9 - колесо опорное; 10 - лапа гребнеобразующая

необразователь; 2 - удобрения

Ес (угол естественного откоса). Взаимное влияние почвенных пластов от соседний гребнеобразователей сказывается на формировании бровюЦ ширина которой В0 изменяется незначительно (0,10-0,13 м) на рабочих скоростях агрегата 3,9 и 7,7 км/ч. С учетом рекомендаций, когда гребни должны иметь параметры (м) : высоту 0,22...0,24, ширину основа-

/

ния 0,7 и вершины 0,10...0,12, можно рассчитать ширину захвата лапы гребнеобразователя. Она равна:

Вг=(Вб + В)-28г/а,. (15)

где Вй - ширина бровки гребня;

В - ширина междурядья (ширина основания гребня),м; Э2 - площадь поперечного сечения вершины гребня, вз = 0, 0075 м2;

- Еысота вершины гребня, м.

Для выполнения основной дели данной работы, направленной на увеличение урожайности, в 1998 году на полях ОКХ «Анастасьинское» был заложен полевой опыт в четырех вариантах подготовки почвы под посадку картофеля (табл.1).

Таблица 1

Варианты предпосадочной обработки картофеля

1 - вариант (контроль) 2 • вариант 3 ■ вариант 4 - вариант

Сплошная культивация на 10...12 см. Плоскорезная обработка на 25—27 см. Плоскорезная обработка + внесение удобрений +• нарезка гребней

Нарезка гребней

Посадка картофеля (2,5 т/га) Посадка картофеля (2,5 т/га + аммофос 50 кг/га) Посадка картофеля (2,5 т/га) Посадка картофеля (2,5 т/га)

В итоге был получен следующий урожай: в первом варианте - 11,8; во втором - 11,9; в третьем - 16,2 и четвертом -16,5 т/га. Заметно существенное увеличение урожайности в последнем варианте. Здесь после плоскорезной обработки структура почвы стала мелкокомковатой по глубине залегания клубцей (объемная масса - 0, 85...0,95 т/м3) . При поливах на делянках по третьему и четвертому вариантам полученная влага впитывалась полностью и в течение вегетации использовалась рационально. В первом и втором вариантах

влага просачивалась лишь на 3...4 см., а основная её часть испарялась. Здесь почва стала твердой и на ней появились трещины. Это сказалось на уборке клубней, которую проводили комбайном-погрузчиком Е-684 (3 и 4 варианты), а в двух других уборку вели вручную и картофелекопателем. На третьей и четвертой делянках к .началу уборки почва сохранила мелкокомковатую структуру и поэтому уборка здесь прошла с соблюдением агротребований. На двух других делянках почва оказалась твердой и при уборке вместе с клубнями в ворохе было значительное количество крупных почвенных комков.

В шестом разделе «Экономическая эффективность результатов исследования» выполнены расчеты по применению предложенного комбинированного почвообрабатывающего агрегата. При этом эксплуатационные издержки по предпосадочной подготовке почвы повысились на 83,3 руб./га, но годовая экономия благодаря применению машинной' уборки и получению дополнительной продукции (рост урожайности) составляет 28233,1 руб./га (в ценах 1999 г.). Себестоимость продукции снизилась на 28,8%, а срок окупаемости машины составил 0,11 лет.

Общие выводы

1. Из существующих технологических приемов предпосадочной подготовки почвы по качественным показателям предварительная нарезка гребней - эффективная агротехническая операция. Процесс гребнеобразования, сопровождающийся получением мелкокомковатой структуры почвы, требует значительных энергозатрат, так как выполняется фрезерными почвообрабатывающими машинами.

2. Предложена конструкция комбинированного почвообрабатывающего агрегата, выполняющего глубокое рыхление почвы, равномерное внесение удобрений и нарезку гребней (на элемент этой конструкции получен патент РФ №2075273), что повышает качество рыхления почвы и позволяет на тяжелых почвах вести машинную уборку картофеля.

3. На основе проведенных лабораторных исследований определен эффективный распределитель минеральных удобрений, поступающих под лапу плоскореза на ширину захвата 0,9 м при неравномерности рассева туков в пределах 12...16 %.

4. Теоретическими исследованиями обоснованы оптимальные соотношения конструктивных параметров и режимов работы модернизированного тукораспределителя, представленные в виде графических зависимостей на рисунках 8 и 10.

5. Обосновано значение скорости воздушного потока в камере предложенного тукораспределителя в зависимости от конструктивных параметров, достаточной для равномерного распределения туков по всей ширине обрабатываемой борозды: ив = 14,5 ...18 м/с.

6. Разработанный опытный образец комбинированного почвообрабатывающего агрегата шириной захвата 2,1 м прошел производственную поверку в двух с.-х. предприятиях, агрегат имел наработку 10...12 га. На опытном поле твердость почвы была на 12...18 % ниже, чем на контрольном, а урожайность на опытных делянках, обработанных по предложенной технологии, увеличилась на 38,7 % по сравнению с традиционными приемами выращивания картофеля в регионе.

7. Внедрение результатов исследования позволяет снизить материальные я трудовые затраты на возделывание кар-

тофеля и получить экономию эксплуатационных расходов 33,1 руб./га по сравнению с традиционной технологией, годовой экономический эффект от применения агрегата составил 28,23 тыс. руб./га, в результате он окупится в течение 0,11 лет.

Основное содержание исследования изложено в работах:

1. Емелин Б.Н., Саяпин И.В., Давыдов C.B., Иванов Ю.А. Рабочий орган для внесения минеральных удобрений одновременно с безотвальной обработкой почвы. Патент России №2075273 от 05.01.94. Опубл. 20.03.97. Бюл.№8.

2. Емелин Б.Н. Давыдов C.B., Саяпин И.В. Рабочий орган для безотвальной обработки почвы с одновременным внесением минеральных удобрений. Информационный листок Саратовского ЦНТИ. - Саратов: 1997. - N8. - 4с.

3. Емелин Б.Н., Саяпин И.В. Теоретическое исследование рабочего процесса разделителя минеральных удобрений при пневматической их подаче в почву. - Саратов: 1998, 9с (Депон. в ВИНИТИ №3820-В98].

4. Емелин Б.Н., Саяпин И.В. Механическая обработка почвы и урожайность картофеля// Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава и специалистов сельского хозяйства. Современные проблемы науки в АПК. - Пенза, 1999. - с.74-76.

5. Емелин Б.Н., Саяпин И.В. Совершенствование обработки почвы при выращивании картофеля// Вопросы научно-технического прогресс&на железнодорожном транспорте и в агропромышленном комплексе. Межвузовский •■ сборник научных трудов. Вып. 18. - Самара, 1999. - №2. - с.5-6.

Реферат.

Содержание.

Введение.

1.Аналитический обзор гребневых технологий возделывания картофеля и технических средств для их выполнения. Цель и задачи исследования.

1.1. Классификация гребневых технологий и технических средств нарезки гребней.

1.2. Аналитический обзор технических средств для внутрипочвенного внесения минеральных удобрений.

1.3. Обоснование темы, цель и задачи исследования.

1.4. Выводы по разделу.

2.Физико-механические свойства основных минеральных удобрений, применяемых при выращивании картофеля в зоне Поволжья.

2.1. Краткие сведения об удобрениях.

2.2. Гранулометрический состав.

2.3. Сыпучесть.

2.4. Аэродинамические свойства.

2.5. Коэффициенты трения.

2.6. Выводы по разделу.

3.Поисковые опыты по определению эффективного технического средства для внутрипочвенного внесения минеральных удобрений.

3.1. Программа экспериментального исследования.

3.2. Методика экспериментального исследования.

3.3. Описание исследуемых рабочих органов для распределения удобрений при плоскорезной обработке.

3.4. Результаты исследования.

3.5. Выводы по разделу.

4.Теоретическое исследование технологии внутрипочвенного внесения минеральных удобрений.

4.1. Обоснование параметров клинового ступенчатого разделителя удобрений.

4.2. Обоснование параметров тукораспределителя с цилиндрической камерой завихрения.

4.3. Выводы по разделу.

5 . Лабораторно-полевые исследования.

5.1. Программа и методика исследования.

5.2. Лабораторно-полевые исследования технологии обработки почвы и образования гребней.

5.3. Результаты применения технологии возделывания картофеля с использованием гребней.

5.4. Выводы по разделу. б.Экономическая эффективность результатов исследования.

6.1. Исходные данные для расчета экономической эффективности.

6.2. Показатели экономической эффективности проведенного исследования.

6.3. Выводы по разделу.

Картофель - один из наиболее важных продуктов в питании человека. Кроме того, он широко применяется для технической переработки и как корм в животноводстве.

Главным показателем качества и ценности картофеля, как продукта питания, является его химический состав, показывающий содержание в нем полезных для жизнедеятельности человека веществ. Основным пищевым компонентом картофеля являются углеводы (крахмал, сахар, пектиновые вещества и др.), входящие в состав сухих веществ. Их содержание в клубнях колеблется, в зависимости от сорта, степени зрелости, почвенных и климатических условий, от 14 до 36% [1] .

Особую ценность представляет белок картофеля, так как по своему качеству он превосходит белок многих других растений.

По данным многих авторов и исследователей клубни картофеля содержат большую группу витаминов: А (в виде каротина), В1, В2, В6, С, К, РР и др. В 100 г. картофеля находится до 0,38 мг. провитамина А, 0,11 мг. витамина В1г 0,06 мг. - В2, 0,22 мг. - Вб, 0,57 мг. - РР и 12 мг. витамина С [1] . Каждый из них по-своему важен для здоровья человека.

Уровень производства картофеля в Российской Федерации, с целью соблюдения научно-обоснованной нормы потребления, выдерживается в последние годы за счет роста площадей под этой культурой. Здесь сейчас расположено примерно 15,0 % площадей, занятых под картофелем в мире. Урожайность же картофеля на протяжении многих лет не повышается и находится на уровне 9.10 т/га. [2]. Такая низкая урожайность приносит существенный убыток труженикам села, так как производство картофеля весьма трудоемкий процесс.

В Саратовской области посевная площадь под этой культурой за 1990-1997 гг. возросла с 38,0 до 41,0 тыс.га., а урожайность составила 7,7 9 т/га. (1997г.), что ниже среднего показателя по России [3]. Согласно «Концепции и программы развития АПК области на 1997-2000 гг.» площади под картофелем к 2000 г. нужно увеличить до 50 тыс.га., получая урожай 10 т. с каждого гектара [4].

Один из важнейших резервов увеличения урожайности картофеля и рентабельности его производства - применение прогрессивных технологий, основанных на улучшении использования земли и техники с наименьшими трудовыми и материальными затратами. Известно, что на полях хозяйств Российской Федерации проходят апробацию на соответствие поч-венно-климатическим зонам различные варианта таких технологий: заваровская, голландская, самарская (гриммовская), и др. Однако, несмотря на положительные результаты, их широкая практическая реализация сдерживается из-за отсутствия комплекса машин, необходимых для качественного выполнения всех предусмотренных операций. В частности остается проблематичным эффективное формирование гребней из-за недостаточного рыхления почвы серийными культиваторами с пассивными рабочими органами. Рекомендуемые для этой операции фрезерные культиваторы - энергоемки, да и серийное их производство не организовано. Предпосылкой решения названной проблемы является комбинированная обработка почвы, предусматривающая плоскорезное рыхление, гребнеоб-разование и локальное внесение минеральных удобрений.

Внесенные таким образом минеральные удобрения усиливают процесс дыхания и перевод крахмала в растворимые сахара, которые расходуются на питание молодых проростков. При активизации процессов обмена веществ увеличивается количество прорастающих глазков на клубнях и стеблей в каждом гнезде, растения полнее используют площадь питания и солнечную радиацию [5].

Поэтому увеличение урожайности картофеля за счет применения прогрессивной технологии, где процесс гребнеобра-зования сопровождается плоскорезным рыхлением почвы и локальным внесение минеральных удобрений является актуальной задачей, соответствующей перспективным направлениям интенсификации картофелеводства.

В связи с этим объектом исследования является технологический процесс формирования почвенных гребней с одновременным локальным внесением минеральных удобрений, равномерность распределения которых достигается применением нового технического решения, оформленного патентом РФ.

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований на защиту по данной работе выносятся :

- теоретическое исследование технологии внутрипочвенного внесения минеральных удобрений с использованием клинового ступенчатого и пневматического тангенциального разделителей;

- результаты лабораторных исследований физико-механических свойств азотных минеральных удобрений;

- конструкция тангенциального разделителя туко-воздушной смеси в составе плоскорежущей лапы (на элементы названной конструкции выдан патент РФ №2 07 527 3 (см. приложение 1));

- экспериментальные зависимости влияния различных факторов на качественное распределение минеральных удобрений в процессе гребнеобразования;

Общие выводы

1. Из существующих технологических приемов предпосадочной подготовки почвы по качественным показателям предварительная нарезка гребней - эффективная агротехническая операция. Процесс гребнеобразования, сопровождающийся получением мелкокомковатой структуры почвы, требует значительных энергозатрат, так как выполняется фрезерными почвообрабатывающими машинами.

2. Предложена конструкция комбинированного почвообрабатывающего агрегата, выполняющего глубокое рыхление почвы, равномерное внесение удобрений и нарезку гребней (на элемент этой конструкции получен патент РФ №2075273), что повышает качество рыхления почвы и позволяет на тяжелых почвах вести машинную уборку картофеля.

3. На основе проведенных лабораторных исследований определен эффективный распределитель минеральных удобрений, поступающих под лапу плоскореза на ширину захвата 0,9 м при неравномерности рассева туков в пределах 12.16 %.

4. Теоретическими исследованиями обоснованы оптимальные соотношения конструктивных параметров и режимов работы модернизированного тукораспределителя, представленные в виде графических зависимостей на рисунках 4,9 и 4,11.

5. Обосновано значение скорости воздушного потока в камере предложенного тукораспределителя в зависимости от конструктивных параметров, достаточной для равномерного распределения туков по всей ширине обрабатываемой борозды: 1)в = 14,5 .18 м/с.

6. Разработанный опытный образец комбинированного почвообрабатывающего агрегата шириной захвата 2,1 м прошел

120 производственную поверку в двух с.-х. предприятиях, агрегат имел наработку 10.12 га. На опытном поле твердость почвы была на 12. 18 % ниже, чем на контрольном, а урожайность на опытных делянках, обработанных по предложенной технологии, увеличилась на 38,7 % по сравнению с традиционными приемами выращивания картофеля в регионе.

7. Внедрение результатов исследования позволяет снизить материальные и трудовые затраты на возделывание картофеля и получить экономию эксплуатационных расходов 33,1 руб./га по сравнению с традиционной технологией, годовой экономический эффект от применения агрегата составил 28,23 тыс. руб./га, в результате он окупится в течение 0,11 лет.

1. Вольпер И.М., Магидов Я.И. Картофель. История, применение, употребление. - М.: Пищевая промышленность, 1978. - 144с.

2. Пшеченков К.А. Как решать проблему картофеля//Карто-фель и овощи. 1989. - №2. - с.8-11.

3. Система ведения агропромышленного производства Саратовской области. Саратов: Детская литература, 1998. - 321с.

4. Концепция и программа развития АПК области на 19 97 -2000гг. Саратов: Слово. - 148с.

5. Балабанов П.Р., Филиппов А.Н. Нарезка гребней с локальным внесением удобрений//Картофель и овощи.1987. №2. - с.17-19.

6. Идрисов Х.Х. Осенняя нарезка гребней//Картофель и овощи. 1996. - №4. - с.8.

7. Фесенко Г.П. По индустриальной технологии//Картофель и овощи. 1986. - №6. - с.14-16.

8. Назаров А.Г., Кушнарев А.Г. Быстрее внедрять интенсивную технологию в Бурятии//Картофель и овощи.1988. №1. - с.9-11.

9. Кононученко В.В., Москов В.Я., Литвиненко Н.Г. Механизированная технология производства картофеля на тяжелых почвах//Картофель и овощи. 1988. - №4. -с.9-10.

10. Иванов Ю.А., Дементьев А.И. Исследование различных технологий возделывания и способов уборки картофеля на тяжелых почвах Поволжья. Совершенствование способов и средств уборки в растениеводстве: Саратов, СХИ. 1992. С.108-112.

11. Кононученко Н.В., Бельчик Д.П. Отечественная технология не хуже голландской// Картофель и овощи. -1989. №3. - с.22-23.

12. Бугаева И.П. Опыт получения высоких урожаев//Карто-фель и овощи. 1990. - №3. - с.9-11.

13. Ушкаренко В.А., Рабаев М.Т. Агротехника картофеля при летних посадках на юге Украины// Картофель и овощи. 1990. - №3. - с.15.

14. Технологии, машины и оборудование для возделывания, уборки, хранения и переработки картофеля. Каталог -справочник. М.: Информагротех. 1994 96с.

15. Кручинин Н.С. Голландская технология на наших полях //Картофель и овощи. 1989. - №2 - с.18-21.

16. Фомин И.М., Калинина А.П. Егорова М.Ф. Выбирать технологию с учетом почвенно-климатических условий// Картофель и овощи. 1990. - №4. - с.6-7.

17. Коршунов A.B. Картофелеводство должно развиваться интенсивно//Картофель и овощи. 1997. - №2.с.2-4 .

18. Kouwenhoven I.K. Kartoffeldamme ohne kluten//Magazin für aqrartechnik, 1993 . - №4. - s.60-63.

19. Gute arbeit aber unhandliche Einstelltechnik//Maga-zin für agrartechnik. 1992. - №7. - s.22-24.

20. Scholen F. Mit hellen Kartoffeln gegen Bintye und Spaghette//Top Agrar. 1988. - №8. - s.64-67.

21. A.c. 869571 СССР, A01B 13/02. Рабочий орган окучника / JI.Ю.Пронько, Н.И.Хома. №2482591/30-15; Заявл. 04.05.77; Опубл.07.10.81, Бюл.№37.

22. A.c. 1.329.633 СССР, А01В 13/02, 39/14. Рабочий орган окучника /К.А.Пшеченков, А.Н.Макущенко, И.П.Шес-таковский и др. №3848529/30-15; Заявл.16.01.85;123

23. Опубл. 15.08.87, Бюл.№ 30.

24. Митрофанов Ю.И., Рогозин A.B., Иудин Г.И. Технология выделывания картофеля на грядах // Картофель и овощи 1988. - №2. - с.8-11.

25. A.c. 8654143 СССР, А 01 В 13/02. Устройство для окучивания / В.М.Кудрявцев, И.М.Фомин , В.И.Гиммельфарб и др.- № 27211843 / 30-15 ; Заявл. 06.02.79; Опубл.2 3.09.81, Бюл. №35.

26. Фомин И.М. Шире внедрять комбайновую уборку картофе-ля//Картофель и овощи. 1986. - №1. - с.19-21.

27. Бурденков В.Ф., Акашев А.Я. Модернизация культивато-ра-гребнеобразователя КГФ-2,8. Саранск, ЦНТИ, инф. листок №112-88. 2с.

28. Мазуренко E.H. Переоборудование культиватора КРН-4,2 для нарезки гряд и ухода за растениями при грядово-ленточной технологии возделывания картофеля. Калинин, ЦНТИ, инф. листок №2-88. Зс.

29. A.c. 990092 СССР А01В 13/02. Орудия для нарезки гребней / Э.А. Эстерлейн, Н.Д. Сысоров, А.Т. Бахтин и др. №2955074/30-15; Заявл. 11.07.80; Опубл. 21.03.83, Бюл. №3.

30. Оверчук В.И. Картофель в среднем Поволжье.- Саратов, Приволж. кн. из-во, 1982. 88с.

31. Фетисов Е.П., Тектониди И.П., Егоров В.Г. Комбинированный агрегат для обработки почвы//Картофель и овощи. 1986. - №2. - с.19-20.

32. Браун Э.Э. Оптимальные режимы орошения и удобрения// Картофель и овощи. 1986. - №3. - с.15-16.

33. Сапрыкин В.В., Бутов A.B. Как повысить качество комбайновой уборки//Картофель и овощи. 1986. - №4. -с.16-18.

34. Недбал А.Ф., Комар В.В., Ковнев И.И. Обеспечиваем хозяйства семенами ранних сортов//Картофель и овощи. 1990. - №3. - с.13-15.

35. Кругляков M.JI. Машины для внесения удобрений в почву. М.: Машиз, 1953. 274с.

36. Павловский И.В. Основы проектирования машин для внесения удобрений. М.: Машиностроение, 1965. 177с.

37. Козловский Е.В. Научные основы технологии и комплексной механизации внесения удобрений в Северо-Западной зоне: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Ленинград-Пушкин, 1973. с.50.

38. Шмонин В.А., Сенюшов В.М., Кизюн В.Г. Эффективность использования машин для внесения в почву минеральных удобрений и мелиорантов//Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1991. - №10. - с.25-28.

39. Краснощеков Н.В. Машины для защиты почв от ветровой эрозии. М.: Россельхозиздат, 1997. 223с.

40. Дементьев А.И. Совершенствование технологического процесса и технических средств внесения удобрений в засушливых условиях Поволжья. Саратов: Сарат. с.-х. акад., 1995. 132с.

41. Дементьев А.И. Совершенствование технологии и технических средств внесения удобрений в засушливых условиях Поволжья: Дис. . д-ра техн. наук. Саратов, 1995. с.76.

42. Дементьев А.И. Основы управления технологическим процессом внесения минеральных удобрений в засушливой зоне Юго-Востока//Механизация работ в богарном и поливном земледелии: Сб. науч. работ. Саратов, Сарат. СХИ, 1981. с.17-22.

43. Чернышкин В.В. Совершенствование технологическогопроцесса внутрипочвенного двухъярусного внесения удобрения при безотвальной обработке почвы: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Саратов, 1996. с.24.

44. Коганов А.Б. Механизация глубинного внесения туков. Саратов: Приволж. кн. из-во, 1968. 24с.

45. Глейберзон Д.А. Дауренбеков Т. Распределение минеральных удобрений шнековым приспособлением к плоскорежущим орудиям//Материалы науч.-техн. совета ВИСХОМ. Вып.26.М., 1969. с.178-182.

46. A.c. 198800 СССР А01В 49/06, 17/00. Приспособление к орудиям безотвальной обработки почвы для внесения удобрений /' Т. Дауренбеков и др. Заявл. 11.07.65; Опубл. 23.06.67, Бюл. №14.

47. Дементьев А.И., Прохоров A.A. Лабораторные исследования внесения минеральных удобрений под плоскорез// Механизация сельского хозяйства в Поволжье: Тр. Сарат. СХИ. Саратов, 1970. с.75-81.

48. A.c. 884603 СССР А01С 15/00. Устройство для рыхления и внесения удобрений в почву / Е.А. Богатов, В.И. Петроченко, Б. Тагайназаров и др. №2950934/30-15; Заявл. 25.06.80; Опубл. 30.11.81, Бюл.№44.

49. A.c. 1 148578 А01В 4 9/06. Почвообрабатывающее орудие /В.А. Федоров, А.Г. Гудзенко, В.М. Круть и др. -№3635468/30-15; Заявл. 24.06.83. Опубл. 07.04.85, Бюл.№13.

50. A.c. 993841 А01В 49/06. Рабочий орган для внесения удобрений одновременно с безотвальной обработкой почвы / Г.П. Варламов, М.А. Карян. №3879934/30-15; Заявл. 24.09.81; Опубл. 07.02.83, Бюл. №5.

51. Плишкин A.A., Шайхов М.К. К исследованию рабочих органов для основного внесения минеральных удобренийпри безотвальной системе земледелия//Материалы науч. техн. совета, вып. 26. М.: ВИСХОМ, 1969. - с.168-177 .

52. Дементьев А.И. Прохоров A.A. Лабораторные исследования внесения минеральных удобрений под плоскорез// Механизация сельского хозяйства в Поволжье: Тр. Сарат. СХИ, 1970. с.75-81.

53. Прохоров A.A. Исследования технологического процесса внесения минеральных удобрений при безотвальной обработке почвы: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -Саратов, 1970. 21с.

54. Карпенко А.Г. Движение частиц минеральных удобрений в канале тукотрубы рабочего органа плоскореза-удобрителя КПГ-2,2//Весник с.-х. наук Казахстана, 1979. №7. - с.23-27.

55. А.с 1.644.762 А01С 7/20, А01В 49/06. Сошник /

56. В.В.Чернышкин, И.А. Уланов, Э.В. Филиппов и др. -№4474144/15; Заявл. 02.06.88; Опубл. 30.04.91, Бюл.№16.

57. Физико-механические свойства растений, почв и удобрений (методы исследования, приборы, характеристики) М.: Колос, 1970. 423с.

58. Павловский И.В. Исследование наконечников в машинах-опыливателях/ /Сельхозмашина. 1951. - №3. -с.10-11.

59. Меринг А. Изменение просеиваемости удобрений. Производство удобрений за границей. 1955. - Сборник№16.

60. Кленин Н.И., Сапун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Колос, 1994. 751с.

61. Иванова В.М., Калинина В.Н., Нешумова Л.А. и др. Математическая статистика. М.: Высш. школа, 1981. -371с.

62. Плишкин A.A., Шайхов M.K. Механизация работ по борьбе с ветровой эрозией почв. М.: Колос, 1966. 148с.

63. Удобрения, их свойства и способы использования / под ред. Д.А. Коренькова. М.: Колос, 1982. 415с.

64. Механизация внесения удобрений. J1.: Агропромиздат, 1985. 79с.

65. Пеззатулин С.Г., Проколов.С.И., Зиязетдинов Р.Ф. и др. Способ внесения удобрений и устройство для его осуществления. Инф. листок №30-8 4. Уфа: ЦНТИ. Зс.

66. Рудобашта В.А., Милованов А.П. Аналитическое определение распределения минеральных удобрений пневматическими многоканальными аппаратами /'/ Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1989. - №9. -с. 10-12.

67. Булаев В.Е. Агрономические основы и технология локального внесения удобрений. М.: Колос, 1976.- 136с.

68. Бать И.И., Джанелидзе Г.Ю., Кельзон A.C. Теоретическая механика в примерах и задачах. М.: Наука, 1985,т.2, 560с.

69. Никитин H.H. Курс теоретической механики. М.: Высшая школа, 1990. 607с.

70. Завалишин Ф.С., Мацнев М.Г. Методы исследований по механизации сельскохозяйственного производства. М.: Колос, 1982. 231с.

71. ОСТ 70.5.1-82. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины для внесения удобрений. М.: 1983.-121с.

72. Доспехов В.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1979. 416с.

73. Гутнер P.C., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Наука, 1970. 432с.

74. Иофинов С.А., Бабенко Э.П., Зуев Ю.А. Справочник по эксплуатации машинно-тракторного парка. М.: Агро-промиздат, 1985. 272с.

75. Патент №2075273 Российская Федерация. Рабочий орган для внесения минеральных удобрений одновременно с безотвальной обработкой почвы / Емелин Б.Н., Саяпин И.В., Давыдов C.B. и др. №94 022 954; Заявл. 29.06. 94; Опубл. 2 0.03.97. Бюл. №8.

76. Якобюн A.A. К методике определения допускаемой неравномерности внесения минеральных удобрений и известковых удобрений//Материалы научно-техн. совета, вып. 26. М.: Машиностроение, 1964. 284с.

77. Кукта Г.М. Испытания сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение, 1964. 284с.

78. Потапов Г.П., Кругляков M.JI. О механической технологии минеральных удобрений применительно к центробежным дисковым аппаратам разбрасывателей//Материалы научно-техн. совета, вып. 26. М.: ВИСХОМ, 1969. -с.97-106.

79. ОСТ 7 0.7.1.-82. Испытания с.-х. техники. Машины для внесения твердых минеральных удобрений, известковых материалов и гипса. Программа и методы испытаний. М. : 1983. 65с.

80. ОСТ 7 0.4.2.-82. Испытания с.-х. техники. Машины и орудия для поверхностной обработки почвы. Программа и методы испытаний. М.: 1981. 146с.

81. Нефедов Б. А. Технико-экономическое обоснование применения машин для локального внесения минеральных удобрений // Бюл. ВНИИ удобрений и агропочвоведения. №99. 1990. с.66-70.