CC BY
116
Инженерия
ЛЕНТОЧНОЕ ВНУТРИПОЧВЕННОЕ ВНЕСЕНИЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ
Н. С. СЕРГЕЕВ, доктор технических наук, профессор,
М. В. ЗАПЕВАЛОВ, 4540801 г Челябинск, пр. Ленина, д. 75; кандидат технических наук, доцент, тел.: 8 (351) 266-65-76, 89514899697:
Челябинская государственная агроинженерная академия e-mail: glick@mail.ru
Положительная рецензия представлена Р. С. Рахимовым, доктором технических наук, деканом Челябинской государственной агроинженерной академии.
Результаты исследований целого ряда научных учреждений свидетельствуют, что во всех почвенноклиматических зонах России внесение органоминеральных удобрений обеспечивает получение более высокого урожая сельскохозяйственных культур, чем одностороннее применение органических или минеральных удобрений.
Научными исследованиями и практическим опытом применения органоминеральных удобрений доказано, что для достижения максимальной эффективности необходимо соблюдение следующих агротехнических требований:
— равномерное распределение удобрения по полю;
— сокращение продолжительности срока от распределения удобрения по полю и заделкой его в почву;
— равномерное перемешивание удобрения с почвой и оптимальная глубина его заделки;
— оптимальное пространственное размещение удобрений относительно корневой системы растений.
Цель и методика исследований.
Цель работы — повышение эффективности применения органоминерального удобрения, путем ленточного внутрипочвенного его внесения. Технология сплошного внесения удобрений далеко не полностью отвечает этим требованиям. Она складывается из двух самостоятельных операций: распределения удобрения по поверхности поля и заделка его в почву. Первая операция в основном выполняется кузовными разбрасывателями удобрений, вторая — почвообрабатывающими машинами. Отклонение от равномерности распределения удобрения по поверхности почвы кузовными разбрасывателями редко укладывается в пределах 25 %, как правило, оно значительно выше. В производственных условиях выдержать требуемые интервалы между проходами разбрасывателя без использования специального приспособления еще труднее, поэтому качество внесения удобрений резко снижается. Большое отрицательное влияние на почву оказывает уплотнение почвы движителями агрегата. Установлено, что уплотнению подвергается до 50 % всей площади.
Серьезной проблемой является осуществление второй операции — заделки удобрения в почву. Разрыв во времени между разбрасыванием удобрения и заделкой его в почву не должен превышать 6 часов. Запаздывание с заделкой удобрения в почву приводит к высоким потерям питательных веществ и загрязнению окружающей среды.
Неравномерное распределение питательных веществ в почве ведет к неравномерным всходам растений, развитию и их созреванию, а, следовательно, недобору урожая и ухудшению его качества.
При возделывании пропашных культур затраты на применение органоминерального удобрения по данной технологии очень высоки, зачастую не окупаются прибавкой урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур. Снижение затрат возможно только за счет сокращения потребного количества удобрения на единицу площади внесения и сокращения транспортных расходов. Поэтому одним из радикальных решений рационализации технологических процессов по повышению плодородия почв, сокращению потерь питательных веществ, устранению отрицательного влияния удобрения на окружающую среду и получению высоких, стабильных по годам урожаев сельскохозяйственных культур, является внутрипочвенное внесение органоминерального удобрения в зону питания корневой системы растений.
В Челябинской государственной агроинженерной академии был разработан и запатентован способ рядкового внутрипочвенного внесения удобрения [1], способ включает нарезание на поверхности почвы, подготовленной под посев, открытой прямоугольной борозды, в которую дозировано подается удобрение и почва. Удобрение с почвой перемешивается, смесь укладывается на дно борозды, которая затем засыпается почвой. Таким образом, в почве располагаются удобренные рядки, в которые затем производится высев семян культурных растений, посадка рассады овощных культур или клубней картофеля.
Для реализации данного способа, на базе разбрасывателя твердых органических удобрений РОУ-6, разработана и изготовлена машина для ленточного внутрипочвенного внесения органоминерального удобрения (рис. 1) [2].
Агрегатирование машины осуществляется трактором класса 1,4 или 2, с одновременным внесением удобрения в четыре рядка (рис. 2).
Подача удобрения в борозду обеспечивается под действием различных транспортирующих рабочих органов и сил гравитации. От взаимодействия этих органов, их конструкции, режимов работы, физикомеханических свойств удобрения и равномерного поступательного движения агрегата зависит доза и равномерность распределения удобрения в рядках.
Следовательно, отклонение фактической дозы удобрения, внесенного в каждый из 7-ых рядков, можно выразить функцией:
8* =/(8в а ; 8У ; 8уа I (1)
где 8ва — отклонение, связанное с работой высевающего аппарата;
8 — отклонение, связанное с физико-механическими свойствами удобрения;
Инженерия Д7
Рисунок 1
Машина для ленточного внутрипочвенного внесения органоминерального удобрения: 1 — кузов, 2 — транспортер, 3 — корпус высевающего аппарата, 4 — распределяюще-высевающий барабан, 5 — винтовой транспортер, 6 — дозирующая заслонка, 7 — комбинированный сошник, 8 — рама, 9 — навесное устройство, 10 — гидроцилиндр
8 — отклонение, связанное с поступательным
движением агрегата.
В процессе внесения удобрения в почву, фактическая доза удобрения в рядке может отклоняться от расчетной дозы в большую или меньшую сторону на величину АС (рис. 3). При этом отклонение фактически уложенного количества удобрения не должно превышать допустимого значения. То есть необходи- ^ мо выполнение условия:
с — с
[8 ], (2)
с
где dфi— фактическая доза удобрения, кг/м; dр— расчетная доза удобрения, кг/м;
[¿] — допустимое значение отклонения фактической дозы удобрения от расчетной.
Доза внесения удобрения в каждый из рядков и равномерность высева удобрения зависит, в первую очередь, от высевающего аппарата, который состоит из подающих, распределяюще-высевающих и транспортирующих рабочих органов. Для устойчивого протекания процесса высева удобрения в рядки, должно выполняться условие:
Рисунок 2
Рядковое внутрипочвенное внесение органоминерального удобрения
[}
(3)
где gn, gp gT— соответственно, производительность подающих, распределяюще-высевающих и транспортирующих рабочих органов, т/ч.
Для обеспечения заданной дозы внесения удобрения на единицу длины рядка, производительность высевающего аппарата должна составлять:
= V х С х п,
і а Р
кг/с.
(4)
где Уа — скорость движения агрегата, м/с; d — расчетная доза удобрения, приходящаяся на метр длины рядка, кг/м;
п — количество рядков, шт.
Из неравенства (3) видно, что производительность высевающего аппарата зависит от производительности подающих рабочих органов.
В качестве подающего рабочего органа при работе с пассивно-сыпучими материалами положитель-
5
Рисунок 3
Отклонение фактической дозы удобрения в рядке от расчетной
но зарекомендовал себя цепочно-планчатый транспортер. В соответствии с разработанной схемой. транспортер расположен на дне кузова машины и осуществляет подачу удобрения к распределяюще-высевающему барабану (рис. 4).
28
№№№. т-Э¥и. ПвГОСІ. Ги
Инженерия
Рисунок 4
Подача удобрения к распределяюще-высевающему барабану
Производительность транспортера определяется как:
ШП =у ТхБТ хНс х р хк. кг/с (5)
где ут — скорость движения транспортера. м/с;
Бт — ширина транспортера. м;
Н с — высотадозированного слоя удобрения на транспортере. м;
р — плотность удобрения. кг/м3;
к — поправочный коэффициент.
Приравняв правые части формул (4) и (5). после некоторых преобразований. получим формулу для определения количества удобрения. вносимого в рядок на единицу его длины:
= У Т хБТ хНс х Р х к 5кг/м. (6)
Р у^п г
Ввиду того. что удобрение в кузове распределено по длине и ширине кузова не равномерно. с целью его выравнивания перед высевающим аппаратом установлена заслонка. которая позволяет дозировать подачу удобрения к распределяюще-высевающему барабану по высоте.
Перемещение удобрения осуществляется под действием лобового давления Р планок транспортера на удобрение:
Р =о Щ Т (7)
и возникшей силы трения Ет удобрения о планки:
Ртп=. (8 )
где а — сопротивление удобрения внедрению планки. Па;
И — высота планки транспортера. м;
БК — ширина кузова. м;
Т— количество одновременно взаимодействующих планок. шт.;
р — плотность удобрения. кг/м3;
НОБ — погрузочная высота удобрения в кузове. м;
а — ширина планки транспортера. м;
/2— коэффициент трения удобрения о планку транспортера.
Под воздействием этих сил. нижние слои удобрения будут перемещаться вместе с транспортером и увлекать за собой. за счет внутренних сил сцепления частиц удобрения. весь слой удобрения находящийся на транспортере.
При движении удобрения в кузове между удобрением и бортами кузова. а так же днищем кузова возникают силы трения. которые препятствуют перемещению удобрения.
РТБ = 2^ Р НБ ЬК Шн /4 (9)
и
^ = gР вк 3 (ьк - Za). (10)
'М'М'М. т-эуи. пэгоб. ги
где 1'п. — сила трения удобрения о борта, Н;
1' — сила трения удобрения о днище, Н;
НБ— высота слоя удобрения в кузове соприкасающаяся с бортом кузова, м;
Ьк— длина кузова, м;
т — коэффициент подвижности удобрения; и — коэффициент трения удобрения о дно кузова;
м — коэффициент трения удобрения о борта.
В результате подачи удобрения к распределяющему рабочему органу через дозирующую щель, перемещению удобрения будет препятствовать еще сила лобового сопротивления дозирующей заслонки. Эта сила возникает в результате срезания и выравнивания верхнего слоя удобрения.
Рс = S°сд = НарВ^сд, (11)
где S — площадь поперечного сечения срезаемого слоя, м2;
Ис — высота срезаемого слоя, м;
о — сопротивление удобрения сдвигу, Па.
Если ширина кузова задается конструктивно и является постоянной величиной, то высота срезаемого слоя должна быть такой, чтобы обеспечить заданную дозу внесения удобрения с наибольшей равномерностью поступления массы удобрения к распределяющему рабочему органу. Исследования показывают [3], что при подаче удобрения в кузове цепочно-планчатым транспортером, происходит проскальзывание между нижними и верхними слоями удобрения, а также обрушение верхнего слоя удобрения. Это объясняется тем, что с увеличением высоты слоя удобрения над транспортером, сила сцепления частиц удобрения в слоях снижается и наступает момент, когда сила трения удобрения о борта кузова превышают силы сцепления удобрения в слоях и силы внутреннего трения удобрения. В результате этого верхний слой начинает проскальзывать относительно нижнего слоя. Уравнение предельного равновесия этих сил имеет вид:
2g рБ /4тя Нс 4 = СЬк Бк + /1рБк 4 Нс (12)
где С — удельная сила сцепления в слоях удобрения, Н/м2;
/1 — коэффициент внутреннего трения удобрения
/ = .
Из уравнения (12) можно определить высоту верхнего слоя удобрения, который начинает отставать от нижнего слоя. с
(13)
Высота обрушаемого слоя удобрения, определяется уравнением [4]:
4С (14)
H = —
c 2 pg (fjnH - tg<p)
H = .
P g sin 2 ß (1 - ctg ßx tgq>)
где ß — угол естественного откоса удобрения, град;
Ф — угол трения, град.
В связи с этим высота слоя удобрения равномерно подаваемого к распределяющему рабочему органу будет определяться как:
H = Нб - (Нс + H г (15)
Удельная сила сцепления в слоях удобрения зависит от физико-механических свойств удобрения и может быть определена по формуле [5].
С =KV хр”,
(16)
29
Инженерия Д7
pg
dp , кг/м
Рисунок 5
Зависимость рациональной высоты дозирующей щели от влажности органоминерального удобрения при различной
его высоте на транспортере
где к . п — постоянные коэффициенты (для органоминеральных удобрений к = 0.025. п = 1.5).
Подставив в формулу (15) правые части уравнения (13). (14) и (І6). после последующих преобразований получим уравнение для определения высоты слоя удобрения расположенного в кузове машины. который подается цепочно-планчатым транспортером без проскальзывания. со скоростью подающего транспортера:
Ку Р П ^ 4 ■ 1 1 (17)
4sin2 ß (1 -ctg ßX^ 2( mHfA -t^X Коэффициент подвижности при известном коэффициенте внутреннего трения удобрения определяется выражением:
тн = 1 + 2f2- 2Л22. (18)
Используя уравнение (17), получим зависимость рациональной высоты дозирующей щели от влажности высеваемого удобрения (рис. 5).
Рисунок 6
Количество удобрения высеваемого в рядок от скорости движения агрегата при различной скорости
подающего транспортера
Зависимость количества удобрения, вносимого в рядок, от скорости движения агрегата при различной скорости падающего транспортера при высоте дозирующей заслонки 0,3 м представлена на рис. 6.
Результаты исследований.
При установке дозирующей заслонки таким образом, чтобы высота дозирующей щели была в пределах высоты слоя удобрения подаваемого транспортером без проскальзывания, обеспечивается стабильность производительности подающего транспортера, а за счет того, что верхний слой самопроизвольно отстает от нижних слоев, сила лобового сопротивления дозирующей заслонки снижается.
Выводы. Рекомендации.
При внутрипочвенном внесении органоминерального удобрения влажностью 30-35 % и высоте слоя удобрения на транспортере Ноб = 0,9-1,0 м дозирующая заслонка должна быть установлена на высоту 0,3 м. При этом заданное количество удобрения, высеваемое в рядок, может быть обеспечено путем изменения скорости движения агрегата и подающего транспортера.
Литература
1. Виноградов В. И., Запевалов М. В., Печерцев Н. А. А.С. на изобретение СССР № 1794332. Способ внесения в почву сыпучих органоминеральных удобрений и устройство для его осуществления.
2. Виноградов В. И., Запевалов М. В., Хаданович В. В А.С. на изобретение СССР № 1692326. Машина для внесения твердых органических удобрений.
3. Марченко Н. М., Личман Г. И., Шебалкин А. Е. Механизация внесения органических удобрений. М : Агропромиз-дат, 1990. 203 с.
4. Шебалкин А. Е. К обоснованию параметров подающих устройств машин для внесения твердых органических удобрений. Н.Т.Б. ВИМ. Вып. 46. М., 1981.
5. Кафаров В. В. Процессы перемешивания в жидких средах. М. : Госхимиздат, 1949. 230 с.
