автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технология и машина дифференцированного внутрипочвенного внесения твердых минеральных удобрений с комбинированными тукозаделывающими рабочими органами

ТЕХНОЛОГИЯ И МАШИНА ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНУТРИПОЧВЕННОГО ВНЕСЕНИЯ ТВЕРДЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ С КОМБИНИРОВАННЫМИ ТУКОЗАДЕЛЫВАЮЩИМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ

Специальность 05.20.01 - "Технологии и средства механизации

сельского хозяйства"

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рязань 2005

Работа выполнена в ФГОУ ВПО Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П.А. Костычева и Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимического и материально-технического обеспечения сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор технических наук

Макаров Валентин Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Нефедов Борис Александрович

кандидат технических наук, доцент Махнач Владимир Сергеевич

Ведущая организация - ГУ Рязанский научно-исследовательский проектно-технологический институт агропромышленного комплекса Российской академии сельскохозяйственных наук (ГУ РНИПТИ АПК)

Защита состоится 10 января 2006 г. в 11°° часов на заседании диссертационного совета Д 220.057.02 при ФГОУ ВПО Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П.А. Костычева по адресу: 390044, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1, в зале заседаний диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО РГСХА.

Автореферат разослан 7 декабря 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

М.Б. Угланов

Мо9

2253633

3

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Применение твердых минеральных удобрений способствует существенному повышению урожайности сельскохозяйственных культур и повышению плодородия почвы.

Существуют два основных способа внесения удобрений - поверхностное и внутрипочвенное. Вместе с тем установлено, что машины для поверхностного внесения обладают неравномерностью внесения удобрений выше агротехнических требований и превышают 25 %, что способствует созданию почвенной антропогенной неоднородности по плодородию.

В отличие от поверхностного, более рациональной технологией внесения твердых минеральных удобрений является внутрипочвенное локальное, дающее экономию удобрений, по сравнению, с разбросным до 50 %. Однако процесс внесения основной дозы твердых минеральных удобрений на заданную глубину для различных типов почв решен не в полной мере из-за отсутствия рациональных рабочих органов и машин для внесения удобрений. Поэтому создание машин и рабочих органов, их теоретическое обоснование и экспериментальные исследования направлены на совершенствование и создание технологических, ресурсосберегающих технологий и является одной из важных задач в сельскохозяйственном производстве.

Цель работы - повышение эффективности внесения_твердых минеральных удобрений при возделывании зерновых культур путем разработки технологии и машины, обеспечивающей энергоресурсосберегающую и экологически безопасную технологию внутрипоч-венного дифференцированного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений с разработкой комбинированного тукозаделывающего рабочего органа для внутрипочвенного размещения удобрений на заданную глубину и укладки их на уплотненное ложе.

В соответствии с целью диссертационной работы были опреде-

лены следующие основные задачи:

- разработать технологию и выполнить обоснование машины в системе внутрипочвенного внесения удобрений;

- разработать конструктивно-технологическую схему машины и рабочего органа для дифференцированного внутрипочвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений;

- теоретически обосновать рациональную конструкцию тукоза-делывающего рабочего органа;

- изготовить макетный образец машины и рабочих органов;

- разработать программу и методику лабораторных исследований и полевых испытаний макетного образца машины с экспериментальными тукозаделывающими рабочими органами;

- провести производственную проверку и внедрение машины с экспериментальными рабочими органами в хозяйственных условиях и выполнить экономическое обоснование разработки при внедрении.

Объект исследования - машина для дифференцированного внутрипочвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений и комбинированные тукозаделывающие рабочие органы.

Методы исследования. Теоретический анализ процесса взаимодействия комбинированного тукозаделывающего рабочего органа с почвой проведен на основе механо-математического моделирования процесса. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных и полевых условиях с использованием стандартных и частных методик, специально разработанных к машине для дифференцированного внесения удобрений с применением метода планирования эксперимента и динамометрирования. Обработка экспериментальных данных производилась методами математической статистики при помощи программы для ЭВМ - 8ТАТ18Т1СА у.6.0.

Научную новизну работы составляют:

- технология и машина для дифференцированного внутрипочвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений;

- конструкция комбинированного тукозаделывающего рабочего органа для дифференцированного внутрипочвенного внесения ос-

новной дозы (свидетельство на полезную модель № 30237);

- выполненные теоретические обоснования конструктивных параметров комбинированного тукозаделывающего органа;

- полученные результаты исследования рабочего процесса машины и комбинированных тукозаделывающих рабочих органов в лабораторных и производственных условиях.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Народнохозяйственное значение данной работы заключается в повышении качества предпосевной подготовки почвы при снижении энергетических, материальных и трудовых затрат; снижении количества вносимых твердых минеральных удобрений до 40...50 % с одновременным увеличением качества их заделки; повышении урожайности зерновых культур.

Реализация работы. По результатам теоретических исследований изготовлена машина для дифференцированного внутрипоч-венного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений с комбинированными тукозаделывающими рабочими органами. Проведены испытания на базе СПК "Садовод" Чучковского района Рязанской области. Полученные результаты используются в разработках ГНУ ВНИМС и могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями при разработке машин нового поколения, используемых для внесения основной дозы твердых минеральных удобрений с предпосевной подготовкой почвы.

Апробация. Основные положения работы доложены и одобрены на научных конференциях РГСХА - 2002...2003 гг., ГНУ ВНИМС - 2002...2005 гг., РАСХН - 2003 г., ВИМ - 2004 г., ГНУ ВНИПТИХИМ - 2005 г.

На защиту выносятся:

- конструктивно-технологическая схема машины для дифференцированного внутрипочвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений при возделывании зерновых культур;

- конструкция комбинированного тукозаделывающего рабочего органа машины для дифференцированного внутрипочвенного внесения удобрений;

- аналитические выражения для определения оптимальных параметров комбинированного тукозаделывающего рабочего органа;

- результаты исследований в лабораторных и производственных условиях;

- технико-экономические показатели эффективности применения предлагаемой технологии и машины с комбинированными туко-заделывающими рабочими органами.

Публикации по теме диссертации. Основные положения диссертации опубликованы в 11 научных статьях, в том числе свидетельство на полезную модель № 30237 "Рабочий орган для внесения удобрений в почву".

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Список используемой литературы включает 127 литературных источников отечественных, в том числе 13 зарубежных авторов. Работа включает 143 стр., в том числе 17 таблиц, 48 рисунков и 4 приложения. В приложении представлены копии документов о внедрении результатов исследований, копия свидетельства на полезную модель, копии актов хозяйственных и лабораторных исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика состояния вопроса, обоснована актуальность темы исследований и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» дается анализ способов внесения минеральных удобрений, рассматриваются агротехнические аспекты технологического процесса дифференцированного внутрипочвенного внесения удобрений, приводится обзор конструкций машин допосевного внесения основной

дозы минеральных удобрений, а также дается анализ конструкций рабочих органов и проведенных теоретических исследований по проблеме.

Вопросами внутрипочвенного внесения удобрений и взаимодействия рабочих органов машин с почвой занимались такие ученые, как: Кореньков Д.А., Нефедов Б.А., Личман Г.И., Марченко Н.М., Макаров В.А., Горячкин В.П., Гячев Л.В., Синеоков Г.Н., Бур-ченко П.Н., Панов И.М., Осадчий А.П., Кострицин А.К., Кагоо\Уз1а Т. и другие.

Исследования показали, что наиболее эффективным является локальное внутрипочвенное внесение твердых минеральных удобрений, которое позволяет располагать удобрения в зоне питания корневой системы растений.

Установлено, что существующие конструкции машин и тукоза-делывающие рабочие органы не позволяют выполнять качественно подготовку почвы, располагать в ней удобрения на заданную глубину и не обеспечивают соответствующую равномерность их распределения в почве.

На основании анализа состояния вопроса и выполненных теоретических исследований сформулированы цели и задачи работы.

Во второй главе «Теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров машины и комбинированного тукоза-делывающего рабочего органа» приводится разработка технологии и конструктивно-технологической схемы машины, позволяющая вносить основную дозу удобрений и выполнять предпосевную подготовку почвы.

Принципиальная схема машины и ее конструктивное решение представлена на рис. 1. Конструктивная схема комбинированного тукозаделывающего рабочего органа представлена на рис. 2.

Рабочий процесс машины осуществляться следующим образом. При проходе машины по полю от опорно-приводных колес через цепную передачу вращение передается валу с высевающими аппаратами, которые подают удобрения из бункеров к тукопроводам. Из

тукопроводов удобрения попадают в туконапрвители комбинированных тукозаделывающих рабочих органов, закрепленных на раме машины посредством параллелограммных механизмов.

1 2 345678 2

1 - прицепное устройство, 2 - колеса, 3 - рама, 4 - бункер с отделениями для трех видов удобрений (14,Р,К), 5 - высевающие аппараты с электронной системой дозирования, 6 - параллелограммный механизм подвески тукозаделывающих рабочих органов, 7 - туко-провода, 8 - комбинированные тукозаделывающие рабочие органы Рисунок 1 - Принципиальная схема машины для внутрипочвенного дифференцированного внесения основной дозы трех видов удобрений с предпосевной подготовкой почвы

1 - стойка; 2 - нож-щелерез; 3 - стрельчатые лапы; 4 - туконаправитель (тукопровод); 5 - уплотнитель дна борозды Рисунок 4 - Комбинированный тукозаделывающий рабочий орган

Для обоснования параметров комбинированного тукозаделы-вающего рабочего органа проводится механо-математическое моделирование процесса взаимодействия составных частей рабочего органа с почвой.

При обосновании параметров составных частей комбинированного тукозаделывающего рабочего органа и их взаимодействие с почвой рассматриваем как работу трехгранного клина. Проекции сил, действующих на клин представлены на рис. 3.

Рисунок 3 - Проекции сил действующих на трехгранный клин а - схема к анализу работы трехгранного клина при произвольном угле у/ разрушения почвы; б, в, г- схемы к определению проекций сил N, Т и Р на оси координат

В результате анализа взаимодействия культиваторных лап комбинированного тукозаделывающего рабочего органа с почвой были получены теоретические зависимости составляющих тягового сопротивления Ясх и которые представляются следующими выражениями:

ра-Ъ1%- зт(/? + ц/)

RGx ~

sin ц/ - sin у ■ (cos ¡3- f • sin sin /?) ,

X (sin P ■ sin у + f (cos y' ■ cos у + sin y' ■ COS p ■ sin y)) и

(1)

RFx = p-a-b-v

2 sin P ■ sin у • sin Ц/

(2)

sin(/J + Ц/)

sin /? • sin f • +/ (cos y' ■ cos y + sin y' • cos p ■ sin y)' cos/?- / •sin;''-sin/? где у/ - угол между направлениями абсолютной и переносной скоростей (угол разрушения почвы клином); а - глубина рыхления; Ъ -захват клина; / - ширина клина; Ñ - нормальная сила на рабочей поверхности клина; f - сила трения; р - угол крошения, у - угла раствора культиваторных лап; /- коэффициент трения почвы о поверхность рабочего органа; р - плотность почвы, v - скорость движения.

При анализе взаимодействия ножа-щелереза комбинированного тукозаделывающего рабочего органа, полученные зависимости можно представить в виде:

Уо-Ь

arceos-11— s

Rf* =a«f \

„у0

sin P

+ v2 • p-sin/? sin2 y

-y/l-sin2 /?sin2 y ■ (sin P ■ sin y + / -y/l-sin2 /?• sin2

■yl — sin2 P • sin2 y — f • sin p • sin y

dy

где b = 2 • r ■ sin _ Гх I = 2 • г ■ sin

У о - h У о

arceos —---arceos —

г г

(3)

(4)

7 =

У о ~ h У о

arceos--1- arceos—

7\ +7г _ г г

(5)

пределы интегрирования определяются из рис. 4.

--------1

Рисунок 4 - К определению пределов интегрирования

Графический анализ тяговых сопротивлений элементов комбинированного рабочего органа представлен на рис. 5.

Rx, Н

Kjk, Н

Типы почв тяжолые среди их легкие "

2 У,

О 23 О 3

С , М

Рисунок 5 - Графические зависимости сил сопротивлений от параметров комбинированного рабочего органа

Подставляя соответствующие параметры почвы для выщелоченного чернозема, получим теоретических зависимостей тягового сопротивления, которые показывают, что оптимальными параметрами комбинированного тукозаделывающего рабочего органа, при условии минимального сопротивления, являются: угол раствора лап -2у - 65° и радиус ножа-щелереза - 0,4 м.

При анализе выглубляющих усилий получены зависимости: для культиваторной лапы

„ , (1-я-5т{В + ш) V2-втЯ-втг-вткЛ

Я2 = р-а-Ь- —а-^—^ +---, (6)

для ножа-щелереза

="к-Р-[1г2-у20+2-у0-И-}12-4г2-у1 +

(7)

Из теоретических исследований следует, что при создании комбинированного тукозаделывающего рабочего органа необходимо учитывать возможность создания уплотненного ложа, которое препятствует вымыву удобрений в нижние слои и способствует формированию почвенных растворов в зоне питания корневой системы растений.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях машины и комбинированных тукозаделывающих рабочих органов» предусматривается программу стендовых испытаний: исследование тяговых характеристик, исследование процесса бороздообразования, исследование форм и расположений лент удобрений после прохода комбинированного рабочего органа. Программа исследований макетного образца машины внутрипочвенного внесения основной дозы с комбинированными тукозаделывающими рабочими органами в производственных условиях предусматривает: проведение исследований по тяговым характеристикам; проведение исследований процесса крошения почвы комбинированными рабочими органами; проведение исследований по стабильности хода и глубины внесения комбинированным рабочим органом; проведение исследования процесса подрезания сорняков рабочими органами; закладка полевого опыта дифференцированного внутрипочвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений.

При изучении процесса работы комбинированного тукозаделы-вающего рабочего органа устанавливались показатели: скорость движения, тяговые сопротивления, параметры глубины заделки и формы ленты удобрений, параметры крошения почвы и фракционный состав ее до и после прохода машины,

Лабораторные исследования экспериментальных тукозаделы-вающих рабочих органов проводились в специально разработанном и изготовленном передвижном почвенном канале рис. 6.

1 2 34567 89

1 - блок, 2 - трос, 3 - почвенный канал-тележка, 4 - рабочий орган;

5 - рама для крепления рабочих органов (сошников);

6 - рельсы (трубы); 7 - опорные катки (колеса);

8 - динамометр; 9 - приводная станция Рисунок 6—Принципиальная схема передвижного почвенного канала

Почвенный канал приводится в движение тросом от электродвигателя лебедки через редуктор и барабан. Скорость движения тележки изменяется установкой шкивов на редукторе.

Для определения тяговых характеристик использовалось измерительное звено.

Параметры формы и расположения лент удобрений определялись методом среза почвы стеклом.

Для оценки влияния рабочих органов на гребнистость снимали параметры поперечного профиля методом срисовывания (с использованием профилографа).

Для проверки теоретических параметров комбинированного тукозаделывающего рабочего органа составлена рабочая матрица планирования трехфакторного эксперимента (табл. 1).

Таблица 1- Пределы варьирования факторов при лабораторных исследованиях комбинированного тукозаделывающего органа

Факторы Уровни варьирования Шаг

-1 0 +1

хъ (г, м) 0,25 0,4 0,55 0,15

х2 (2 у, град) 55 65 75 10

хъ iß, град) 10 15 20 5

Обработка экспериментальных данных производилась на ЭВМ при помощи пакета прикладных программ MathCAD 2000 Professional и STATISTICA v.6.0.

В четвертой главе «Результаты лабораторных исследований и производственных испытаний машины и тукозаделывающих рабочих органов» получены результаты экспериментальных исследований тяговых характеристик и агротехнических параметров работы комбинированных тукозаделывающих рабочих органов, а также результаты производственной проверки.

По результатам лабораторных исследований получены уравнения регрессии(8, 9) и поверхности отклика (рис. 6).

Рисунок 6 - Поверхность отклика математической модели зависимости сопротивления от радиуса ножа-щелереза и угла раствора лап

Для определения влияния сопротивления комбинированного тукозаделывающего органа от величины радиуса ножа-щелереза, угла раствора культиваторных лап и угла крошения, проводились трехфакторные эксперименты. Результаты экспериментов обрабатывали на ЭВМ при помощи программы 8ТАТ18Т1СА у6.0.

Анализ полученных результатов позволил определить уравнения регрессии, характеризующие зависимость сопротивления от:

- радиуса ножа-щелереза и угла раствора культиваторных лап К = 537,4028-2363889т-10,1-(2у)+244,4444т2-Н)Д667-г(2у)+0,075-(2г)2, (8)

- угла раствора и угла установки культиваторных лап

К =231,458-3^583-(2уН)34167-/7-Ю,2-(2у)2+0,2-/гг+<),055-(2у)-/?, (9)

- радиуса ножа-щелереза и угла установки культиваторных лап К=137,074-65,926г-0,46667/? +74,0741-г2+0,146667-/?2-0,18-г-/?, (10)

При анализе результатов от действия трех факторов (радиуса ножа-щелереза, угла раствора и угла установки культиваторных лап) одновременно, влияющих на сопротивление комбинированного рабочего органа, получили следующее уравнение регрессии: Я =152,75-1,25- г +0,75-(2у)+19,75-Д +2,25- г -(2уЬ 0,25- г-р- 0Д5-(2у)-/?. (11)

При оценке тяговых усилий в зависимости от скорости хода и глубины внесения удобрений получили, следующие зависимости (рис. 7):

6 8 10 12 Рисунок 7 - Зависимости тяговых сопротивлений комбинированного рабочего органа от скорости движения и глубины внесения удобрений

По результатам исследования формы и расположения лент удобрений в почве получили следующие картины (рис. 8):

Рисунок 8 - Размещение твердых минеральных удобрений заложенных комбинированным тукозаделывающим рабочим органом

По результатам исследования крошения почвы получили следующие зависимости (рис. 9):

Рисунок 9 - Крошение почвы комбинированными тукозаделывающим рабочими органами при разных скоростях движения мащины

Результаты исследования стабильности хода и глубины внесения удобрений показали максимальную погрешность в 5 %.

Результаты исследования подрезания сорняков комбинированными тукозаделывающими органами показали, что количество не подрезанных сорняков не превышало 3 %, в местах перекрытия двух разных рядов комбинированных рабочих органов.

Закладка полевого опыта производилась по двум вариантам. В первом варианте, удобрения вносились дифференцированно. Во втором, вносилась средняя доза. Количество минеральных удобрений,

20

40

60

Диаметр комков почвы, мм

внесенное по средней дозе, равно массе удобрений внесенных в варианте с дифференцированным внесением.

При учете урожая озимой пшеницы получилась следующая картина. Урожайность в варианте по усредненной дозе составила 20,5 ц/га. Такое же количество минеральных удобрений, внесенное дифференцированно, дало прибавку 1,9 ц/га (табл. 2).

Эффект от внесения минеральных удобрений был снижен из-за метеоусловий лета 2004 года.

Таблица 2 - Урожайность по вариантам внесения удобрений

Варианты Урожайность, ц/га Прибавка, ц/га

X. Дифференцированное вЙ1Р1вИр твердых штфШ^йЩФ^Ш^'

2. Внесение по средней дозе 20,5 -

При внесении вразброс 18

В пятой главе «Технико-экономическая эффективность внедрения макетного образца машины дифференцированное внутри-почвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений с комбинированными тукозаделывающими рабочими органами» представлены результаты внедрения технологии и машины для дифференцированного внутрипочвенного внесения минеральных удобрений и определены основные экономические показатели работы машины.

Разработанная машина дифференцированное внутрипочвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений с комбинированными тукозаделывающими рабочими органами внедрена в хозяйстве СПК "Садовод", Чучковского района, Рязанской области.

Оценку эффективности работы машины производили путем сравнения ее технико-экономических показателей с показателями

двух агрегатов, используемых для внесения и заделки твердых минеральных удобрений в почву: МТЗ-82+МВУ-5 и МТЗ-82+КСП-4. Предлагаемая нами машина агрегатировалась с трактором МТЗ-82.

Расчеты и фактические данные по хозяйству показали, что годовой экономический эффект за счет дифференцированного внесения, сокращения количества проходов по полю, повышения качества обработки почвы и заделки удобрений на требуемую составил 28 827 рублей, а за весь срок службы машины - 82 363 рублей. При этом эксплуатационные издержки снизились на 22,5%, погектарный расход топлива - на 30,3%, эксплуатационная производительность повысилась на 29,2%, а прибыль от реализации прибавки урожайности с каждого гектара посевов составила 1 364 рублей при ориентировочной стоимости 1 ц зерна 310 рублей.

Общие выводы и рекомендации к производству.

1. Анализ способов и машин для внесения удобрений выявил, что наиболее эффективным является локальное внутрипочвенное внесение твердых минеральных удобрений, которое позволяет располагать удобрения в зоне питания корневой системы растений, однако существующие конструкции заделывающих рабочих органов не позволяют качественно располагать удобрения на глубине основного внесения, что и явилось предпосылкой к разработке комбинированного тукозаделывающего рабочего органа.

2. Обосновано, что машина дифференцированного внутрипоч-венного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений, работающей в системе наземного позиционирования, должна состоять из рамы с прицепным устройством, на которой устанавливаются бункера с тремя отсеками для трех видов удобрений и высевающими аппаратами с электронно-механическим устройством управления дозированием и тукозаделывающих рабочих органов, размещенными на параллелограммном механизме.

3. Выявлено, что разработанная и внедренная технология внут-рипочвенного внесения, позволяет совместить внутрипочвенное вне-

сение трех видов удобрений с предпосевной подготовкой почвы и привести к сокращению количества проходов по полю до двух раз, а за счет дифференцированного внесения и локализации, в зоне питания корневой системы растений, позволяет сократить дозы внесения до 30...50 % и создать энергоресурсосберегающую и экологически безопасную технологию

4. Проведенные сравнительные исследования агротехнических параметров экспериментального комбинированного рабочего органа с характерными представителями аналогами тукозаделывающих сошников, показали его преимущество: меньшее бороздообразова-ние, отклонение глубины хода не превышало 4 %, количество не подрезанных сорняков не превышало 3 %, удобрения укладывались на уплотненное ложе, при ширине ленты 2...3 см и прикрывались рыхлым слоем почвы, с агрегатным составом, отвечающим агротехническим требованиям по подготовке почвы под зерновые культуры, не превышающем 4 мм.

5. В результате теоретических исследований установлены оптимальные параметры комбинированного тукозаделывающего рабочего органа, установлено, что минимальные сопротивления комбинированного тукозаделывающего рабочего органа для почв среднего механического состава получены при угле раствора культиваторных лап комбинированного тукозаделывающих рабочего органа 65° и радиусе ножа-щелереза 0,4 м. .

6. Проведенные экспериментальные исследования энергетических показателей работы комбинированного тукозаделывающего рабочего органа с использованием методов планирования эксперимента и статистической обработки данных, показали сходимость теоретических и лабораторных исследований в пределах 92 %.

7. Установлено, что наилучшие показатели по крошимости почвы и бороздообразованию, получены при скорости движения агрегата 8 км/ч, при этом, тяговое сопротивление комбинированных рабочих органов при глубине хода 10... 12 см находится в пределах 150 Н, 13... 14 см - 190 Ни 15...16 см в пределах-220 Н.

8. Результатом полевого опыта по дифференцированному внесению основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений, в год проведения опыта, является прибавка урожая на 1,9 ц/га по сравнению с внесением по усредненной дозе. Ориентировочная экономическая эффективность при внедрении машины с комбинированными тукозаделывающими рабочими органами по приведенным затратам составляет 623,9 руб/га. Снижении эксплуатационных издержек составило 34,05 руб/га.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Макаров В.А., Крутов Д.Е., Терентьев A.C., Алтынник Л.И. Дифференцированное внесение минеральных удобрений в условиях Рязанской области. - Актуальные проблемы экологии и сельскохозяйственного производства на современном этапе / Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов - Рязань: РГСХА, 2002. - С.39-42.

2. Терентьев A.C. Исследование работоспособности конструкций рабочих органной для заделки удобрений и предпосевной подготовки почвы. - Актуальные проблемы экологии и сельскохозяйственного производства на современном этапе / Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студен-

—тов - Рязань: РГСХА, 2002. - С.82-86.

3. Терентьев A.C., Журавлева О.И. Оптимизация технологических процессов и параметров машины для дифференцированного внесения твердых минеральных удобрений. - Актуальные проблемы экологии и сельскохозяйственного производства на современном этапе / Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов - Рязань: РГСХА, 2002. - С.86-90.

4. Макаров В.А., Терентьев A.C., Сбродов О.Ю., Журавлева О.И. Оптимизация параметров бпочно-модульной конструкции машины для дифференцированного внесения основной дозы твердых минеральных удобрений. - Проблемы агрохимического и матери-

ально-технического обеспечения сельского хозяйства / сборник научных трудов - Рязань: ГНУ ВНИМС, 2002. - С. 18-23.

5. Макаров В.А., Кругов Д.Е., Терентьев A.C., Алтынник Л.И. Полевой опыт, основанный на внесении минеральных удобрения дифференцированным способом. - Проблемы агрохимического и материально-технического обеспечения сельского хозяйства / сборник научных трудов - Рязань: ГНУ ВНИМС, 2002. - С.59-66.

6. Макаров В.А., Крутов Д.Е., Терентьев A.C., Сбродов О.Ю. Практический опыт дифференцированного внесения минеральных удобрений - Техника и оборудование для села № 8, август 2003, С. 12-13.

7. Терентьев A.C. Стенд для испытания сельскохозяйственной техники - Современные перспективы разработки механизации животноводства и пчеловодства / Сборник научных трудов - Рязань, РГСХА, 2003, С. 78-79.

8. Терентьев A.C., Долгишев А.Н., Сбродов О.Ю. Рабочий орган для внесения удобрений в почву - Свидетельство на полезную модель № 30237, Бюл. № 18, от 27.06.2003 г.

9. Макаров В.А., Крутов Д.Е., Алтынник Л.И., Журавлева О.И., Сбродов О. Ю., Терентьев A.C. Каталог машинных технологий, машин и оборудования для внесения твердых минеральных удобрений. - Рязань, ГНУ ВНИМС, 2004. - 51 с.

10. Салынский В.Ф., Макаров В.А., Терентьев A.C. Дифферент цированное внесение основной дозы минеральных удобрений с использованием машины-удобрителя с наземным позиционированием. Машинные технологии производства продукции в системе точного земледелия и животноводства / сборник научных трудов. - Москва, ВИМ, 2004. - 285 с.

11. Терентьев A.C. Работа сегментообразного подкормочного ножа-щелереза в почве. / Проблемы агрохимического и материально-технического обеспечения сельского хозяйства - сборник научных трудов. - Рязань, ГНУ ВНИМС, 2005. - С. 216-219.

Формат бумаги 60x84/16. Бум. писч. бел. Печать офсетная. Объем 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 8 Отпечатано на участке оперативной полиграфии ГНУ ВНИМС, 390025, г. Рязань, ул. Щорса, 38/11

?25 4 12

РНБ Русский фонд

2006-4 28095

Введение.

1 Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1 Анализ способов внесения минеральных удобрений в почву.

1.2 Агротехнические аспекты технологического процесса дифференцированного внутрипочвенного внесения твердых минеральных удобрений.

1.3 Обзор конструкций машин для допосевного внесения основной дозы минеральных удобрений.•.

1.4 Анализ конструкций и теоретических исследований по рабочим органам для внутрипочвенного внесения твердых минеральных удобрений.

1.5 Цель и задачи исследований.

2 Теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров машины и комбинированного тукозаделывающего рабочего органа.

2.1 Обоснование технологии и машины для дифференцированного внутрипочвенного внесения удобрений.;.

2.2 Обоснование параметров плоскорежущих культиваторных лап комбинированного тукозаделывающего рабочего органа.

2.3 Обоснование параметров ножа-щелереза комбинированного тукозаделывающего рабочего органа.

2.4 Расчет выглубляющих усилий ножа-щелереза комбинированного рабочего органа.

2.5 Расчет заглубляющих усилий плоскорежущих культиваторных лап комбинированного рабочего органа.

Выводы.*.

3 Программа и методика экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях машины и комбинированных тукозаделы-вающих рабочих органов.

3.1 Программа стендовых экспериментальных исследований агротехнических процессов внутрипочвенного внесения удобрений.

3.2 Программа исследований макетного образца машины внутрипочвен-ного внесения основной дозы твердых минеральных удобрений с комбинированными тукозаделывающими рабочими органами в полевых условиях.

3.3 Характеристика тукозаделывающих рабочих органов используемых для исследований.:.

3.4 Методика лабораторных исследований.

3.4.1 Условия проведения стендовых испытаний.

3.4.2 Исследование тягового сопротивления рабочих органов в зависимости от скорости движения и глубины внесения удобрений.

3.4.3 Исследования по размещению ленты удобрений и формы профиля борозды.

3.5 Методика проведения полевых исследований.

3.5.1 Условия проведения полевых исследований.

3.5.2 Методика определения тягового сопротивления машины дифференцированного внесения удобрений и тукозаделывающих заделывающих рабочих органов в функции от скорости движения агрегата.

3.5.3 Методика исследования процесса крошения почвы комбинированными тукозаделывающими рабочими органами.

3.5.4 Методика исследования стабильности хода и глубины внесения удобрений.

3.5.5 Методика исследования подрезания сорняков комбинироваными тукозаделывающими рабочими органами.

3.6 Методика закладки полевого опыта.:.

3.7 Методика планирования эксперимента и обработки данных.

4 Результаты лабораторных исследований и производственных испытаний машины и тукозаделывающих рабочих органов.

4.1 Стендовые испытания рабочих органов.

4.1.1 Исследование тягового сопротивления при различных параметрах комбинированного тукозаделывающего рабочего органа.

4.1.2 Исследование тягового сопротивления рабочих органов в зависимости от скорости движения и глубины внесения твердых минеральных удобрений.

4.1.3 Исследование характера бороздообразования.

4.1.4 Исследование формы и расположения удобрений в почве.

4.2 Полевые испытания.

4.2.1 Характеристика испытываемого образца машины.

4.2.2 Условия проведения полевых испытаний.

4.2.3 Исследование тягового сопротивления рабочих органов.

4.2.4 Исследование процесса крошения почвы комбинированными тукозаделывающими рабочими органами.

4.2.5 Исследование стабильности хода и глубины внесения удобрений.

4.2.6 Исследование подрезания сорняков комбинированными тукозаделывающими рабочими органами. ИЗ

4.2.7 Полевой опыт дифференцированного внесения основной дозы твердых минеральных удобрений.j.

Выводы.

5 Технико-экономическая эффективность внедрений макетного образца машины дифференцированного внутрипочвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений с комбинированными тукозаделывающими рабочими органами.

На современном этапе развития агропромышленного комплекса ключевой проблемой остается повышение урожайности сельскохозяйственных и 1 в частности зерновых культур.

Важное место среди мер, обеспечивающих црирост урожая зерновых культур отводится применению минеральных удобрений.

Расчеты специалистов показывают, что в различных регионах России более 50 % прибавок урожая формируются именно за счет внесения минеральных удобрений [1, 2, 3, 4, 19, 34, 38, 47, 55, 85].

Совершенствование и создание новых машин включает в себя комплекс задач, вызванных необходимостью собрать и проанализировать имеющиеся научные данные о применяемых удобрениях и их физико-механических свойствах, а также о технологиях и машинах используемых для внесения.

Изыскание рациональных приемов внесения минеральных удобрений, разработка совершенных технологий и средств механизации являются одной из актуальных проблем в сельскохозяйственном производстве.

Вместе с тем отечественными и зарубежными исследованиями установлено, что одними из перспективных способов внесения твердых минеральных удобрений является внутрипочвенное, осуществляемое до посева или одновременно с посевом [39, 46, 82, 115, 118, 119, 120, 125].

Внутрипочвенное локальное внесение основной дозы удобрений - составная часть почвозащитной технологии возделывания сельскохозяйственных культур, обеспечивающее повышение их эффективности и сокращение количества прохода агрегата по полю и позволяющее улучшить агрофизические свойства почвы. Кроме того, при локальном внесении удобрений снижается загрязнение окружающей среды, что является предпосылкой разработки экологически безопасных приемов внесения удобрений за счет оптимизации их доз и создания соответствующей концентрации питательных веществ в почве, которые полнее используются культурными растениями.

Допосевное внутрипочвенное внесение удобрений осуществляют согласно агротехническим требованиям после предпосевной обработки почвы с помощью рыхлительных рабочих органов, снабженных наральниками и стрельчатыми лапами. При движении таких рабочих органов в почве образуется зона деформации, которая не дает возможности созданию уплотненного ложа для семян, а также происходит значительный вынос влажных слоев почвы на дневную поверхность.

Влияние различных тукозаделывающих рабочих органов для внесения удобрений на качество подготовки почвы и внесения удобрений на заданную глубину, являются исходными требованиями (предпосылками) для выбора и обоснования параметров и размещения тукозаделывающих сошников на раме машины для внутрипочвенного внесения основных доз удобрений.

Актуальность темы

Применение твердых минеральных удобрений способствует, существенному повышению урожайности сельскохозяйственных культур и повышению плодородия почвы.

Существуют два основных способа внесения удобрений - поверхностное и внутрипочвенное. Вместе с тем установлено, что машины для поверхностного внесения обладают неравномерностью внесения удобрений выше агротехнических требований и превышают 25 %, что способствует созданию почвенной антропогенной неоднородности по плодородию.

В отличие от поверхностного, более рациональной технологией внесения твердых минеральных удобрений является внутрипочвенное локальное, дающее экономию удобрений, по сравнению, с разбросным до 50 %. Однако процесс внесения основной дозы твердых минеральных удобрений на заданную глубину для различных типов почв решен не в полной мере из-за отсутствия рациональных рабочих органов и машин для внесения удобрений. Поэтому создание машин и рабочих органов, их теоретическое обоснование и экспериментальные исследования направлены на совершенствование и создание технологических, ресурсосберегающих технологий и является одной из важных задач в сельскохозяйственном производстве.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ГНУ ВНИМС на 2001. .2005 гг. (тема 12.01.03.01 - Разработать научно обоснованные ресурсосберегающие технологии внутрипочвенного внесения (в т.ч. и дифференцированного) минеральных удобрений для различных поч-венно-климатических зон) и РГСХА.

Целью работы повышение эффективности внесения твердых минеральных удобрений при возделывании зерновых культур путем разработки технологии и машины, обеспечивающей энергоресурсосберегающую и экологически безопасную технологию внутрипочвенного дифференцированного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений с разработкой комбинированного тукозаделывающего рабочего органа для внутрипочвенного размещения удобрений на заданную глубину и укладки их на уплотненное ложе.

Задачи исследований:

- разработать технологию и выполнить обоснование машины в системе внутрипочвенного внесения удобрений;

- разработать конструктивно-технологическую схему машины и рабочего органа для дифференцированного внутрипочвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений;

- теоретически обосновать рациональную конструкцию тукозаделывающего рабочего органа; ;

- изготовить макетный образец машины и рабочих органов;

- разработать программу и методику лабораторных исследований и полевых испытаний макетного образца машины с экспериментальными тукоза-делывающими рабочими органами;

- провести производственную проверку и внедрение машины с экспериментальными рабочими органами в хозяйственных условиях и выполнить экономическое обоснование разработки при внедрении.

Объект исследования

В качестве объекта исследования выбрана машина для дифференцированного внутрипочвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений и комбинированные тукозаделывающие рабочие органы.

Методика исследований

Теоретический анализ процесса взаимодействия комбинированного ту-козаделывающего рабочего органа с почвой проведен на основе механо-математического моделирования процесса. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных и полевых условиях с использованием стандартных и частных методик, специально разработанных к машине для дифференцированного внесения удобрений с применением метода планирования эксперимента и динамометрирования. Обработка экспериментальных данных производилась методами математической статистики при помощи программы для ЭВМ - 8ТАТ18Т1СА у.6.0.

Научная новизна

- технология и машина для дифференцированного внутрипочвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений;

- конструкция комбинированного тукозаделывающего рабочего органа для дифференцированного внутрипочвенного внесения основной дозы (свидетельство на полезную модель № 30237);

- выполненные теоретические обоснования конструктивных параметров комбинированного тукозаделывающего органа;

- полученные результаты исследования рабочего процесса машины и комбинированных тукозаделывающих рабочих органов в лабораторных и производственных условиях.

Реализация работы

По результатам теоретических исследований изготовлена машина для дифференцированного внутрипочвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений с комбинированными тукозаделываю-щими рабочими органами. Проведены испытания на базе СПК "Садовод" Чучковского района Рязанской области. Полученные результаты используются в разработках ГНУ ВНИМС и могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями при разработке, машин нового поколения, используемых для внесения основной дозы твердых минеральных удобрений с предпосевной подготовкой почвы.

Апробация

Основные положения работы доложены и одобрены на научных конференциях РГСХА - 2002.2003 гг., ГНУ ВНИМС - 2002.2005 гг., РАСХН - 2003 г., ВИМ - 2004 г., ГНУ ВНИПТИХИМ - 2005 г.

Публикации

Основные положения диссертации опубликованы в 11 научных статьях, в том числе свидетельство на полезную модель № 30237 "Рабочий орган для внесения удобрений в почву".

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Список используемой литературы включает 126 литературных источников отечественных и зарубежных авторов. Работа включает 143 стр., в том числе 17 таблиц, 48 рисунков и 4 приложения. В приложении представлены копии документов о внедрении результатов исследований, копия свидетельства на полезную модель, копии актов хозяйственных и лабораторных исследований.

Общие выводы и рекомендации к производству

1. Анализ способов и машин для внесения удобрений выявил, что наиболее эффективным является локальное внутрипочвенное внесение твердых минеральных удобрений, которое позволяет располагать удобрения в зоне питания корневой системы растений, однако существующие конструкции заделывающих рабочих органов не позволяют качественно располагать удобрения на глубине основного внесения, что и явилось предпосылкой к разработке комбинированного тукозаделывающего рабочего органа.

2. Обосновано, что машина дифференцированного внутрипочвенного внесения основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений, работающей в системе наземного позиционирования, должна состоять из рамы с прицепным устройством, на которой устанавливаются бункера с тремя отсеками для трех видов удобрений и высевающими аппаратами с электронно-механическим устройством управления дозированием и тукозаделывающих рабочих органов, размещенными на параллелограммном механизме.

3. Выявлено, что разработанная и внедренная технология внутрипочвенного внесения, позволяет совместить внутрипочвенное внесение трех виI дов удобрений с предпосевной подготовкой почвы и привести к сокращению количества проходов по полю до двух раз, а за счет дифференцированного внесения и локализации, в зоне питания корневой системы растений, позволяет сократить дозы внесения до 30.50 % и создать энергоресурсосберегающую и экологически безопасную технологию

4. Проведенные сравнительные исследования агротехнических параметров экспериментального комбинированного рабочего органа с характерными представителями аналогами тукозаделывающих сошников, показали его преимущество: меньшее бороздообразование,, отклонение глубины хода не превышало 4 %, количество не подрезанных сорняков не превышало 3 %, удобрения укладывались на уплотненное ложе, при ширине ленты 2.3 см и прикрывались рыхлым слоем почвы, с агрегатным составом, отвечающим агротехническим требованиям по подготовке почвы под зерновые культуры, не превышающем 4 мм.

5. В результате теоретических исследований установлены оптимальные параметры комбинированного тукозаделывающего рабочего органа, установлено, что минимальные сопротивления комбинированного тукозаделывающего рабочего органа для почв среднего мехайического состава получены при угле раствора культиваторных лап комбинированного тукозаделы-вающих рабочего органа 65° и радиусе ножа-щелереза 0,4 м.

6. Проведенные экспериментальные исследования энергетических показателей работы комбинированного тукозаделывающего рабочего органа с использованием методов планирования эксперимента и статистической обработки данных, показали сходимость теоретических и лабораторных исследований в пределах 92 %.

7. Установлено, что наилучшие показатели по крошимости почвы и бороздообразованию, получены при скорости движения агрегата 8 км/ч, при этом, тяговое сопротивление комбинированных рабочих органов при глубине хода 10. .12 см находится в пределах 150 Н, 13. .14 см - 190 Ни 15.16 см в пределах - 220 Н.

8. Результатом полевого опыта по дифференцированному внесению основной дозы трех видов твердых минеральных удобрений, в год проведения опыта, является прибавка урожая на 1,9 ц/га по сравнению с внесением по усредненной дозе. Ориентировочная экономическая эффективность при внедрении машины с комбинированными тукозаделывающими рабочими органами по приведенным затратам составляет 623,9 руб/га. Снижении эксплуатационных издержек составило 34,05 руб/га.