CC BY
8
Вестник аграрной науки Дона. 2021. № 4 (56). С. 64-70. Don agrarian science bulletin. 2021; 4 (56): 64-70.
Научная статья УДК 635.21,631.3
ИССЛЕДОВАНИЕ ТУКОЗАДЕЛЫВАЮЩЕГО РАБОЧЕГО ОРГАНА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ ОКУЧИВАНИИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ
Денис Николаевич Игошин1, Дарья Андреевна Игошина1, Алексей Александрович Котов1
1 Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, г. Княгинино, Россия, npo_ngiei@mail.ru
Аннотация. Внесение минеральных удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур доказана уже очень давно. В процессе выращивания корнеклубнеплодов (на примере картофеля) минеральные удобрения вносят несколько раз за весь период становления культуры. В зависимости от стадии развития корневой системы и зеленой массы необходимо вносить минеральные удобрения определенной группы (азотные, калийные, фосфорные). Также необходимо соблюдать дозировку внесения для устранения нежелательных последствий и знать, какие удобрения необходимо внести в определенный период роста растений. Механизмов и рабочих органов для внесения мелиорантов под корнеклубнеплоды существует очень много, они бывают разбросные, внутрипочвенные, жидкие, твердые. Нами предложено устройство, которое вносит минеральные удобрения в период интенсивного становления корневой системы картофеля, а именно при окучивании. Разработан тукозаделывающий рабочий орган, который может осуществлять одновременное внесение минеральных удобрений и окучивание корнеклубнеплодов. В статье описаны способы одновременного внесения мелиорантов и окучивания, а также конструктивные особенности рабочего органа и принцип его работы. Дисковые орудия в сельском хозяйстве довольно распространены, однако расположение их относительно друг друга в разных плоскостях может кардинально поменять принцип и назначение. Также большое влияние оказывают углы наклона и углы атаки дисков относительно почвы. Разнообразие сельскохозяйственных орудий по окучиванию картофеля большое, однако подобные комбинированные тукозаделывающие рабочие органы полностью для поставленной в исследовании цели найти очень сложно. Поэтапное рассмотрение предлагаемого способа, который рассматривается в статье, дает наглядное представление как поставленной проблемы, так и её решения. Представлен анализ и наглядно показано исследование угла и межосевого расстояния дисков по уменьшению тягового сопротивления тукозаделываю-щего рабочего органа.
Ключевые слова: корнеклубнеплоды, тукозаделывающий рабочий орган, диск, минеральные удобрения
Для цитирования: Игошин Д.Н., Игошина Д.А., Котов А.А. Исследование тукозаделываеющего рабочего органа, предназначенного для внесения минеральных удобрений при одновременном окучивании корнеклубнеплодов // Вестник аграрной науки Дона. 2021. № 4 (56). С. 64-70.
Original article
THE RESEARCH OF THE COVERER DESIGNED FOR THE APPLICATION OF MINERAL FERTILIZERS WHILE THE SIMULTANEOUSLY HOEING ROOT CROPS
Denis Nikolaevich Igoshin1, Darya Andreevna Igoshina1, Alexey Alexandrovich Kotov1
1Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, Knyaginino, Russia, npo_ngiei@mail.ru
Abstract. The application of mineral fertilizers in the cultivation of agricultural crops has been proven for a very long time. In the process of growing root crops (for example, potatoes), mineral fertilizers are applied several times during the entire period of culture formation. Depending on the stage of development of the root system and the green mass, it is necessary to apply mineral fertilizers of a certain group (nitrogen, potassium, phosphorus). It is also necessary to observe the dosage of application to eliminate undesirable consequences, as well as what fertilizers need to be applied during a certain period of plant growth. There are a lot of mechanisms and working bodies for making meliorants for root crops, they are scattered, intra-soil, you can also make liquid, solid. We have proposed a device that introduces mineral fertilizers during the intensive formation of the potato root system, namely during hoeing. The coverer which can carry out simultaneous application of mineral fertilizers and hilling of root tubers is developed. The article describes the method of simultaneous application of meliorants and hoeing, as well as the design features of the working body and its principle of operation. Disk tools in agriculture are quite common, but their location relative to each other in different planes can radically change the principle and purpose, as well as he angles of inclina-
© Игошин Д.Н., Игошина Д.А., Котов А.А., 2021
tion and angles of attack of the disks relative to the soil have a great influence. The variety of agricultural implements for hoeing potatoes is large, however, it is very difficult to find such combined, coverer for the purpose set in the study. The step-by-step consideration of the proposed method, which is presented in the article, gives a visual representation of both the problem posed and its solution. The analysis is presented and the study of the angle and the axial distance of the disks to reduce the traction resistance of the coverer is clearly shown.
Keywords: root crops, coverer, disk, mineral fertilizers
For citation: Igoshin D.N., Igoshina D.A., Kotov A.A. The research of the coverer designed for the application of mineral fertilizers while the simultaneously hoeing root crops. Vestnik agrarnoy nauki Dona = Don agrarian science bulletin. 2021; 4 (56): 64-70. (In Russ.)
Введение. Доставка питательных элементов непосредственно к корневой системе корнеклубнеплодов является основной задачей тукозаделывающего рабочего органа. Окучивание картофеля происходит при непосредственном становлении у растения как корневой системы, так и зеленой массы, поэтому в этот момент питательные элементы минеральных удобрений необходимы как никогда [6, 10]. Процесс одновременного окучивания и внесения минеральных удобрений позволит разместить минералы в непосредственной близости к корневой системе картофеля, что позволит беспрепятственно и в кратчайшие сроки доставить питательные элементы растениям [1, 3, 4].
Цель исследований - разработка способа и рабочего органа для одновременного внесения минеральных удобрений при окучивании корнеклубнеплодов (на примере картофеля), обоснование конструкции и принципа работы приспособления.
Методика исследований. Тукозаделы-вающий окучник, предназначенный для одновременного окучивания и внесения минеральных удобрений, состоит из установочной рамы 1, двух сферических дисков 3, расположенных на определенном расстоянии и под определенным углом друг к другу, очистных ножей 4, тукопро-водов и бункера минеральных удобрений 5 (рисунок 1).
1 - установочная рама; 2 - прицепное устройство; 3 - два сферических диска; 4 - очистные ножи; 5 - бункер минеральных удобрений; 6 - тукопроводы; 7 - регулирующее колесо; 8 - балка Рисунок 1 - Тукозаделывающий рабочий орган, предназначенный для внесения минеральных удобрений при одновременном окучивании корнеклубнеплодов
1 - installation frame; 2 - hitch; 3 - two spherical discs; 4 - cleaning knives; 5 - mineral fertilizer hopper; 6 - fertilizer lines;
7 - regulating wheel; 8 - beam Figure 1 - The coverer designed for the application of mineral fertilizers while the simultaneously hoeing root crops
Методика исследований заключается в виртуальной разработке приспособления и проведении прочностных испытаний рабочих органов (двух сферически вогнутых дисков) в программной среде КОМПАС 3D V15.2. Нагрузку при моделировании тягового сопротивления прикладывали при измененных углах и расстоянии между осями дисков. Полученные результаты заносились и анализировались на ПК при помощи программ Microsoft Office Word и Exel.
Принцип работы рабочего органа заключается в следующем. Благодаря колесу 7, закрепленному на установочной раме 1 таким образом, что оно может регулироваться по высоте на 90 градусов, появляется возможность изменять величину заглубления рабочего органа в почву. Также данное колесо служит для разбивания комьев, встречающихся на пути приспособления. Прицепное устройство 2, закрепленное
на установочной раме 1, обеспечивает параллельное перемещение приспособления относительно горизонтальной поверхности. В бункере 5 находятся минеральные удобрения, которые поступают через тукопроводы 6 к корневой системе картофеля. Два сферически вогнутых диска 3 осуществляют окучивание картофеля и закрытие минеральных удобрений почвой. Очистные ножи 4 предотвращают налипание чрезмерно увлажненной почвы на диски.
В процессе исследования вопроса окучивания корнеклубнеплодов при одновременном внесении минеральных удобрений, а также из анализа изученной литературы [2, 5, 7, 8, 9] было установлено, что расстояние по осям, между сферическими дисками, должно составлять 90110 мм (рисунок 2 а), угол наклона сферически вогнутых дисков относительно друг друга должен составлять 70-80 градусов (рисунок 2 б).
Рисунок 2 - Тукозаделывающий рабочий орган, предназначенный для внесения минеральных удобрений при одновременном окучивании корнеклубнеплодов (а - вид сбоку; б - вид сверху)
Figure 2 - The coverer designed for the application of mineral fertilizers while the simultaneously hoeing root crops
(a - side view, б - top view)
Результаты исследований и их обсуждение. В процессе детального изучения предлагаемого приспособления был разработан способ окучивания картофеля при одновременном внесении минеральных удобрений (рисунок 3). На рисунке показано, как осуществляется процесс окучивания и внесения удобрений поэтапно.
а) регулирующее колесо 5 проходит между рядами, разбивая крупные комья и определяя величину заглубления сферических дисков;
б) на этом этапе через тукопроводы происходит внесение минеральных удобрений справа, относительно рядка картофеля на расстоянии Ьк;
в) следом проходит правый сферически вогнутый диск, перемещая почву из междурядья на картофель, тем самым закрывая минеральные удобрения и образуя гребень шириной Ьтр и высотой Ир;
г) на данном этапе происходит внесение минеральных удобрений на расстоянии Ьк с левой стороны относительно рядка;
д) на заключительном этапе происходит перемещение почвы, находящейся слева относительно рядка, на растения правым сфериче-
ски вогнутым диском, что полностью закрывает минеральные удобрения и образует готовый двухсторонний гребень.
а - проход регулировочного колеса; б - внесение правой нормы минеральных удобрений; в - окучивание правым диском; г - внесение левой нормы минеральных удобрений; д - окучивание левым диском Рисунок 3 - Способ окучивания картофеля при одновременном внесении минеральных удобрений
a - passage of the adjusting wheel; б - application of the right rate of mineral fertilizers; в - hilling with the right disc; г - application of the left rate of mineral fertilizers; д - hilling with the left disc Figure 3 - Method of hilling potatoes while applying mineral fertilizers
Из анализа рисунка 3 можно сказать, что минеральные удобрения 2 располагаются на необходимом расстоянии Ьк, что позволит в кратчайшие сроки попасть питательным элементам к корневой системе растений. Образованный путем окучивания предлагаемым приспособлением гребень послужит хорошей опорой зеленой массы растения и предотвратит высыхание минеральных удобрений.
Виртуальное исследование прочностных характеристик и тягового сопротивления пред-
ложенного рабочего органа проводилось в программной среде КОМПАС 3D V15.2, в которой изменялись расстояние и угол между осями сферически вогнутых дисков. Полученные результаты представлены в таблице.
Из данных таблицы видно, что минимальное тяговое сопротивление происходит при угле 60°, межосевом расстоянии 90-110 см и составляет 578 Н. Максимальное сопротивление показал результат при угле 85° и межосевом расстоянии 70-90 см и составляет 642 Н.
Результаты виртуального исследования тягового сопротивления окучника (размерность Н) Results of the virtual research of the traction resistance of the hiller (dimension N)
Расстояние, см Distance, cm Угол, град. Angle, degrees
60 65 70 75 80 85
50-70 580 594 598 609 627 633
70-90 584 593 602 612 631 642
90-110 578 586 589 608 619 637
110-130 582 587 594 615 627 639
Используя методы регрессии для аппроксимации функции одной переменной (угла 70°), получаем следующее.
1. Линейная регрессия составила: у=-2,5000х+599,5000, при этом коэффициент линейной парной корреляции -0,5805, коэффициент детерминации 0,3369, средняя ошибка аппроксимации 0,5880%.
2. Квадратичная регрессия составила: у=0,2500х2-3,2500х+599,7500, при этом коэффициент корреляции 0,5828, коэффициент детерминации 0,3396, средняя ошибка аппроксимации 0,5877%.
3. Кубическая регрессия составила: у=5,8333х3-26,0000х2+24,1667х+598,0000, при этом коэффициент корреляции 1, коэффициент детерминации 1, средняя ошибка аппроксимации 0,0000%.
660
Уравнение линейной регрессии Linear regression quation
640
620
600
580
560
y=1.3000x+635.8000 y=-1.2000x+627.8000
y=1.4000x+608.9000
y=-2.5000x+599.5000 y=-2.8000x+594.2000 y=0.0000x+581.0000
540
50-70 70-90 90-110 110-130
угол 60 угол 65 угол 70 угол 75 угол 80 угол 85
angle 60 angle 65 angle 70 angle 75 angle 80 angle 85
Рисунок 4 - Результаты виртуального исследования тягового сопротивления окучника Figure 4 - Results of the virtual study of the traction resistance of the hiller
Анализируя диаграмму на рисунке 4, можно сказать, что уменьшение тягового сопротивления происходит по всем рассматриваемым углам при межосевом расстоянии 50-70 см и 90-110 см. Однако из-за конструктивных особенностей сферических дисков расстояние 5070 см нам не подходит. Межосевое расстояние
90-110 см справится с поставленной задачей при минимальном тяговом сопротивлении. Также наблюдаются наименьшие показатели тягового сопротивления при углах осей дисков 60, 65 и 70°. Однако из-за ширины междурядья картофеля углы в 60 и 65° нам не подходят, так как диски не смогут окучивать растения полностью.
Угол осей дисков в 70° в полном объеме справится с поставленной задачей.
Выводы. Таким образом, предложенный тукозаделывающий рабочий орган, предназначенный для внесения минеральных удобрений и одновременного окучивания корнеклубнелодов, состоящий из двух сферически вогнутых дисков, чистящих ножей, регулировочного колеса и ту-копроводов, вносит минеральные удобрения в относительной близости от корневой системы растений, закрывает их слоем почвы, тем самым предотвращая высыхание удобрений, и образует качественный гребень, поддерживающий зеленую массу картофеля.
Поэтапное рассмотрение способа одновременного внесения удобрений и окучивания картофеля наглядно показывает работоспособность и целесообразность предложенного приспособления.
Анализ полученных результатов, при расчете на прочность тукозаделывающего рабочего органа, при помощи программы КОМПАС 3DV 15.2 показал, что при угле 70° и межосевом расстоянии дисков 90-110 см мы добьёмся наименьшего тягового сопротивления.
Список источников
1. Косолапов В.В., Скороходов А.Н. Выбор и обоснование геометрических параметров прикатывающего бороздообразующего колеса // Вестник НГИЭИ. 2013. № 4 (23). С. 73-86.
2. Косолапов В.В., Косолапова Е.В. Виртуальные исследования стрельчатой лапы посевного агрегата // Карельский научный журнал. 2015. № 2 (11). С. 126-130.
3. Гафарова З.В., Исламгулов Д.Р. Яра - удобрения нового поколения // Приднепровский научный вестник. 2018. Т. 2. № 3. С. 040-042.
4. Борисенко И.Б., Доценко А.Е., Тронев С.В. Оптимизация конструктивных параметров отвально-чизель-ного рабочего органа // Вестник ВолГАУ. 2015. № 3 (39). С. 142-146 с.
5. Callachan M.P., Kleinman P.J.A., Sharpley A.N., Stout W.L. Assessing the efficacy of alternative phosphorus sorbing soil amendments // Soil Science. 2002. № 167 (8). С. 539-547.
6. Kralovec J., Lipavsky J. The influence of fur simultaneously applied nutri-tiens on the yield of fodderand soil reaction // Grassland science in Europe. 2000. Р. 443-445.
7. Shamin A.E., Gerasimov A.R., Igoshin D.N. Method and results of laboratory tests of the device for application of mineral fertilizers // IOP Conference Series: materials Science and Engineering. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. 2020. С. 12168.
8. Kosolapov V.V., Kosolapova E.V., Igoshin D.N., Skorokhodov A.N., Rudenko A.A. Virtual modelling and laboratory research of parameters of planting unit's working parts // Acta Technologica Agriculturae. 2019. Т. 22. № 1. С. 31-37.
9. Vasiliev M., Vasiliev S.A., Vasiliev A. Application of profilograph for evaluation of mechanical tillage of slope lands // E3S Web of Conferences. Ser. "International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTMTE 2020" 2020. С. 01066.
10. Балабанов В. И. Обзор инновационных разработок для опрыскивания и внесения удобрений // Агротехника и технологии. 2018. № 4. С. 18-20.
References
1. Kosolapov V.V., Skorokhodov A.N. Vybor i obos-novanie geometricheskikh parametrov prikatyvayuschego borozdoobrazuyuschego kolesa (The choice and justification of geometric parameters of the rolling furrow-forming wheel). Vestnik NGIEI. 2013; 4 (23): 73-86. (In Russ.)
2. Kosolapov V.V., Kosolapova E.V. Virtual'nye issle-dovaniya strel'chatoy lapy posevnogo agregata (Virtual studies of the pointed paw of the sowing unit). Karel'skiy nauch-nyy zhurnal. 2015; 2 (11): 126-130. (In Russ.)
3. Gafarova Z.V., Islamgulov D.R. Yara - udobreniya novogo pokoleniya (Yara - fertilizers of a new generation). Pridneprovskiy nauchnyy vestnik. 2018; 2 (3): 040-042. (In Russ.)
4. Borisenko I.B., Dotsenko A.E., Tronev S.V. Optimi-zatsiya konstruktivnykh parametrov otval'no-chizel'nogo rabochego organa (Optimization of design parameters of the dump-chisel working body). Vestnik VolGAU. 2015; 3 (39): 142-146. (In Russ.)
5. Callachan M.P., Kleinman P.J.A., Sharpley A.N., Stout W.L. Assessing the efficacy of alternative phosphorus sorbing soil amendments. Soil Science. 2002; 167(8): 539-547.
6. Kralovec J., Lipavsky J. The influence of fur simultaneously applied nutri-tiens on the yield of fodderand soil reaction. Grassland science in Europe. 2000: 443-445.
7. Shamin A.E., Gerasimov A.R., Igoshin D.N. Method and results of laboratory tests of the device for application of mineral fertilizers. IOP Conference Series. Materials Science and Engineering. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. 2020, рр. 12168.
8. Kosolapov V.V., Kosolapova E.V., Igoshin D.N., Skorokhodov A.N., Rudenko A.A. Virtual modelling and laboratory research of parameters of planting unit's working parts. Acta Technologica Agriculturae. 2019; 22 (1): 31-37.
9. Vasiliev M., Vasiliev S.A., Vasiliev A. Application of profilograph for evaluation of mechanical tillage of slope lands. E3S Web of Conferences. Ser. "International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment, ICMTMTE 2020", 2020, рр. 01066.
10. Balabanov V.I. Obzor innovatsionnykh razrabotok dlya opryskivaniya i vneseniya udobreniy (Review of innovative developments for spraying and fertilizing). Agrotekhnika i tekhnologii. 2018; 4: 18-20. (In Russ.)
Информация об авторах
Д.Н. Игошин - кандидат технических наук, доцент, Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, г. Княгинино, Россия. Тел.: +7-950-622-19-89. E-mail: igoshin.d.n@mail.ru.
Д.А. Игошина - ст. преподаватель, Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, г. Княгинино, Россия. E-mail: darya.igoshina.91@mail.ru.
А.А. Котов - ст. преподаватель, Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, г. Княгинино, Россия. E-mail: kotov-alexei-a@mail.ru.
^¡►j Денис Николаевич Игошин, e-mail: igoshin.d.n@mail.ru
Information about the authors
D.N. Igoshin - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, Knyaginino, Russia. Phone: +7-950-622-19-89. E-mail: igoshin.d.n@mail.ru.
D.A. Igoshina - Senior Lecturer, Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, Knyaginino, Russia. E-mail: darya.igoshina.91@mail.ru.
A.A. Kotov - Senior Lecturer, Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, Knyaginino, Russia. E-mail: kotov-alexei-a@mail.ru.
Denis Nikolaevich Igoshin, e-mail: igoshin.d.n@mail.ru.
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflict of interests.
Статья поступила в редакцию 30.10.2021; одобрена после рецензирования 25.11.2021; принята к публикации 26.11.2021. The article was submitted 30.10.2021; approved after reviewing 25.11.2021 ; accepted for publication 26.11.2021.
