CC BY
8
УДК 631.31: 631.33: 631.51
ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ АГРЕГАТА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПОЧВЕННОЙ ЗОНЫ ПОД ВОЗДЕЛЫВАНИЕ КАРТОФЕЛЯ
СЕМЕНОВ Д.О.,
аспирант кафедры «Процессы и сельскохозяйственные машины»
ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова», 8-906-305-15-89, shtigr@mail.ru.
ШАРДИНА Г.Е.,
кандидат технических наук, доцент кафедры «Процессы и сельскохозяйственные машины» ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова», 8-927-114-96-73, Shardina.g2011@yandex.ru.
МАРЧЕНКО А.П.,
кандидат технических наук, доцент кафедры «Отечественная и зарубежная мобильная энерготехника в агропромышленном комплексе», 8-909-339-09-28, Marchenko-A-P@yandex.ru.
НЕСТЕРОВ Е.С.,
кандидат технических наук, доцент кафедры «Процессы и сельскохозяйственные машины» ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова», 8-927-106-44-00, Nesterov21@mail.ru.
Реферат. В статье приведено теоретическое исследование основных технологических, функциональных и конструктивных факторов предложенной ранее настоящим коллективом авторов схемы агрегата для формирования гребневидного почвенного фона с дифференцированным по слоям распределением минеральных удобрений под возделывание картофеля. Выявленные в ходе данного исследования аналитические зависимости вышеназванных факторов позволяют определить в дальнейшем требуемый диапазон их величин для обеспечения реализации разработанного данным коллективом авторов способа подготовки почвенной среды под развитие клубней в почвенно-климатических условиях Саратовской области и в регионах, подобных ей природным климатом.
Ключевые слова: агрегат, минеральные удобрения, гряда, распределение минеральных удобрений, пространственный профиль, плотность размещения гранул.
OPERATING PARAMETERS FOR SOIL PREPARATION OF POTATOES CULTIVATION
SEMENOV DO.,
post-graduate student of the department "Processes and agricultural machines"
FGBOU VО "Saratov State University named after N.I. Vavilov ", 8-906-305-15-89, shtigr@mail.ru.
SHARDIN G.E.,
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department "Processes and Agricultural Machines" FGBOU VО "Saratov State University named after N.I. Vavilov ", 8-927-114-96-73, Shardina.g2011@yandex.ru.
MARCHENKO A.P.,
candidate of technical sciences, associate professor of the department "Domestic and foreign mobile power engineering in the agro-industrial complex", 8-909-339-09-28, Marchenko-A-P@yandex.ru.
NESTEROV E.S.,
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department "Processes and Agricultural Machines" FGBOU VО "Saratov State University named after N.I. Vavilov ", 8-927-106-44-00, Nesterov21@mail.ru.
Essay. The article presents a theoretical study of the main technological, functional and constructive parameters proposed earlier by this team of authors of the scheme of the unit for the formation of the ciliated soil background with differentiated layers of fertilizer distribution for potato cultivation. The analytical dependences of the above-mentioned parameters revealed in the course of this research allow to define further the required range of their values for ensuring realization of the method of preparation of the soil environment developed by the same collective under development of tubers in soil and climatic conditions of the Saratov region and in regions similar to it by the natural climate.
Keywords: aggregate, mineral fertilizers, ridges, distribution of mineral fertilizers, spatial profile, density of granule placement.
Введение. Претворение спроектированной схемы агрегата в отвечающую возлагаемым запросам физии-ческую модель требует обоснованной конкретизации геометрических, кинематических, режимных и прочих параметров созданной схематично машины. При этом, для достижения выполнения технологического процессса наиболее приемлемым по эффективности образом необходимо, как в качественном, так и в количественном выражении, выяснить существующие взаимосвязи факторов, обуславливающих протекание данного технологического процесса и через выявленные в ходе исследования управляемые параметры, которые возможно изменять, установить варьированием последних нужное для оптимальности производства технологического процесса русло его протекания. Для решения данной задачи необходимо аналитически, через призму требований к выполнению своих функций в общем процессе подготовки почвенной среды под возделывание картофеля, рассмотреть устройство и работу составляющих агрегат его рабочих органов.
Цель исследования - выявить необходимые для проектирования пространственной модели разработанного схематично агрегата математически выражаемые критерии определения уровня работоспособности машины в проекции на способ подготовки почвенной зоны под развитие картофеля в засушливых условиях Саратовской области.
Материал и методика исследования. Определение требующихся для трансформации разработанной функциональной схемы в действительную модель величин основных технологических, режимных и конструктивных параметров агрегата на основе критериев ее уровня работоспособности при реализации способа подготовки почвенной зоны под развитие клубней проводились комплексным применением методов теоретического исследования выраженных дедукцией, индукцией, анализом, гипотезой и аксиоматикой [1, 2].
Согласно описанию разработанного устройства [3], осуществление внесения в обрабатываемый пласт почвы минеральных удобрений выполняется тремя рабочими органами, два из которых установлены на агрегате в верхнем ярусе и один в нижнем (рисунок 1).
Приведенные ранее изыскания и сделанные на их основе выводы [4 - 6] показывают, что наряду с показателями качества обработки почвы, такими как степень рыхления, которую можно выразить через коэффициент ^сп вспушенности (приращение высоты почвенного пласта относительно установленной на агрегате глубины обработки Нобр), одной из основоположных сторон выполнения технологического процесса подготовки почвенной среды под возделывание картофеля будет являться качественное и количественное описание распределения разработанным агрегатом минеральных удобрений в почве.
Рисунок 1 - Теоретическая схема параметров работы агрегата для подготовки почвенной зоны под развитие картофеля
Для определения характеризующих количественное распределение вносимых агрегатом минеральных удобрений параметров необходимо теоретически проанализировать работу агрегата при его установившемся движении со скоростью иагр.
При этом общее количество q, кг/с, минеральных удобрений, поступающих из тукового ящика через индивидуальные (поскольку разработанный авторами способ подготовки почвенной зоны под развитие картофеля предполагает послойную дифференциацию процесса внесения удобрений необходимо обеспечить отдельные для вносящих удобрения рабочих органов устройства подачи туков) для каждого рабочего органа дозирующие устройства, которые устанавливаются на свою заданную норму внесения на обработанную площадь поля, будет разделяться на три потока: один поток с количеством qн удобрений - на отвальную лапу, образующую собой нижний ярус рабочих органов агрегата, и два потока с количеством 2qв, - на ножи-удобрители, относящихся к рабочим органам верхнего яруса (здесь величина 2qв подразумевает одинаковое по количеству и симметричное относительно продольной осевой линии образуемой агрегатом гряды внесение ножами-удобрителями удобрений).
Заданные дозирующими устройствами нормы Qн, и Qв внесения удобрений, с суммарной нормой Q, кг/га, ^ = Qн + 2Qв, где Qн - установленная норма внесения на отвальную лапу, Qв - норма для каждого ножа-удобрителя) можно определить, воспользовавшись известными выражениями [7], где фигурирует величина приращения ДУ урожайности конечного продукта в результате применения новой технологии внесения удобрений.
Для определения заданных норм внесения туков следует, воспользовавшись коэффициентом ку относительного увеличения использования питательных веществ удобрений и принятой исследователями как достоверность функцией отзывчивости культурных растений на удобрения, рассмотреть два участка поля с примененной на одном - общепринятой технологии внесения удобрений, на другом - разработанного способа.
Тогда приращение урожайности ДУ и нормы внесения удобрений будут связаны следующей зависимостью:
ду=Б1к,<г-впку
(Н
(1)
В свою очередь, на основании существующих методик оценки качества работы машин для внесения удобрений [8], показатель общего количества q вносимых удобрений в обрабатываемый агрегатом пласт почвы и суммарный показатель нормы Q внесения имеют при обработке участка площадью 1Вгр (здесь 1 - длина полученной в результате прохода агрегата гряды за единицу времени, м; Вгр - ширина гряды, м) следующее соотношение друг с другом:
' ¿гр
где ^ - время работы агрегата, с;
туд - масса внесенных на участке длинной 1 удобрений, кг.
Выражения (1) и (2) при совокупном их решении
агр-^гр^^Ч-др
(2)
относительно
ту
уд
дают возможность
через
рассчитанные нормы внесения удобрений определить массу попадающих в гряду удобрений за время работы агрегата 1агр, что потребуется при дальнейших этапах теоретического исследования разработанного агрегата.
Кроме того, выражение (1) в последующем позволит связать параметры конструкции и работы агрегата с показателями урожайности конечного продукта, что является определяющим для выявления оптимальности проведения подготовки почвенной зоны под развитие картофеля.
С другой стороны, внесенная через соответствующие рабочие органы агрегата масса туд удобрений, испытав дополнительно воздействие вертикальных почвообрабатывающих фрез, вращающихся навстречу друг другу с угловой скоростью Юф, и дисковых загортачей, установленных своими поверхностями вращения к направлению движения агрегата под углом с параметрами своего определения Вз1 и Вз2 (здесь Вз1, Вз2 - соответственно величины ширины расстановки дисковых загортачей спереди и сзади агрегата, м), будет размещаться в объеме Угр создаваемой проходом агрегата гряды, габариты которой можно представить следующим образом:
(3)
1=1
3
где в1, вц - соответственно определенные опытным путем эмпирические коэффициенты на первом и втором участках поля;
0. Ц.н , 0 Е - соответственно суммарная норма и установленные для отвальной лапы и каждого ножа-удобрителя нормы внесения удобрений в пересчете на их действующее вещество, кг/га.
где V! - составляющий Угр 1-й объем, м ;
Б1, Б2, Б3, Б! - составляющие поперечное сечение
гребневидного профиля гряды прохода агрегата
2
площади, м .
Так как при известной общей массе туд внесенных на участке длиной 1 туков минеральных удобрений становится возможным определение общей плотности руд, кг/м3, обозначенном выше объеме действительное место следующее:
Шуд Ш ТП_, ТТ1, т,
их размещения в Угр, то имеет
Рул V, *
т, т2 т? т, V-1
. . . . . 1 (4)
где т1, т2, т3, т1 - соответствующая обозначенному объему масса содержащихся в обозначенном объеме удобрений, кг;
Рь р2, Рз, Р1 - соответствующая обозначенному объему плотность размещения содержащихся в обозначенном объеме удобрений, кг/м3.
Как было установлено в ходе анализа агротехнических решений в вопросе удовлетворения биологических потребностей растений картофеля при их развитии в засушливых климатических условиях, определяющим фактором в суждении об оптимальности проведения процесса внесения удобрений будет являться наличие увеличения количества минеральных удобрений вглубь обработанного спроектированной машиной почвенного пласта.
Намеченное условие можно записать в следующем виде:
где Др1 - приращение плотности размещения внесенной в 1-й слой объемного гребневидного профиля гряды, образованной проходом агрегата на расстояние 1, массы т1 минеральных удобрений по отношению к расположенному над 1-м слоем подобному данному слою пласту почвы, кг/м'1:
^Руд
- дифференциал функции плотности
размещения внесенных в гряду минеральных удобрений по оси У (рисунок 2) в пределах координат габаритных точек образованной агрегатом гребневидной гряды.
Выполнение данного условия и должно стать результатом обоснования конструктивных и кинематических параметров созданного агрегата.
Так как данное ярусное расположение рабочих органов предполагает разделенное на нижний и верхний горизонты возделываемого почвенного пласта выполнение операций обработки и удобрения почвы, то необходимо согласовать работу орудий верхнего и нижнего яруса.
Результатом данного согласования должно стать обозначенное выше условием обоснования параметров агрегата требуемое распределение минеральных удобрений в суммарном (по итогам совокупного действия рабочих органов обеих ярусов) профиле почвы.
В качестве одного из факторов управления согласованием распределений удобрений, производимых рабочими органами верхнего и нижнего ярусов в суммарном профиле почвы с высотой Ьгр, может выступать взаимное, а также относительное к профилю создаваемого объема распределения удобрений расположение рабочих органов.
К данным параметрам, прежде всего, следует отнести величину межосевого расстояния ан ножей-удобрителей (имеются в виду продольной оси) и величину сп, м, перекрытия зон внесения удобрений в почву отвальной лапой, производящей данный процесс с параметром сн, м, и ножей-удобрителей, осуществляющих внесение в зоне св, м.
Рисунок 2 - Теоретическая схема профиля образуемой агрегатом гряды
Распределение в горизонтальном направлении целесообразно ограничивать шириной Вгр захвата рыхлительно-удобрительной (отвальной) лапы, относящейся к нижнему ярусу рабочих органов спроектированного агрегата и производящей формирование почвенного фона под один ряд посадки семян картофеля, т.е. Вгр = Вм (здесь Вм - ширина междурядий планируемых посадок семян картофеля, м). Целесообразность данного ограничения вытекает из того, что удобрения, которые возможно внести посредством рабочих органов верхнего яруса за пределы ширины обработанной рыхлительно-удобрительной лапой почвенной зоны, окажутся в междурядье с не обработанными нижними слоями почвы. Кроме того, удобрения будут на значительном для своей реализации расстоянии от слаборазвитой корневой системы развивающихся клубней, т.е. не эффективными для клубней - иными словами, оказавшиеся там удобрения следует отнести к потерям.
Взаимное расположение рабочих органов верхнего и нижнего яруса по вертикали будет обуславливаться профилем распределения удобрений, который создает в почве рыхлительно-удобрительная лапа, так как она из-за своей конструктивной конфигурации не обеспечит внесение удобрений по полному объему обрабатываемого ею слою нижнего горизонта почвы. Поскольку, выброс удобрений в почву с данного рабочего органа происходит через заднюю по направлению движения агрегата открытую грань треугольного пирамидообразного свода, то без учета дальнейшего движения удобрений после попадания их в почву, максимально возможным объемом распределения будет являться треугольная призма со сторонами оснований открытой грани треугольного пирамидообразного свода. В связи с тем, что обозначенное выше расположение рабочих органов
верхнего яруса по горизонтали и ширина захвата рыхлительно-удобрительной лапы предполагают профиль распределения удобрений в виде трапециевидного параллелепипеда, что будет являться оптимальной формой размещения туков в формируемом под посадку клубней ряду, то для заполнения удобрениями всего трапециевидного профиля необходимо наличие зоны перекрытия глубины обработки рабочих органов верхнего яруса и высоты обрабатываемого рыхлительно-удобрительной лапой нижнего горизонта почвы сп.
Результаты исследования. На основании проведенного теоретического исследования разработанной коллективом авторов схемы агрегата был определен основной критерий оценки качества его работы по распределению вносимых им минеральных удобрений в пространственном профиле образуемой машиной гряды, имеющей габаритные размеры Вгр = Вм, Ьгр и 1 и обоснованы пути проведения дальнейших этапов теоретического исследования созданной схематично машины.
Вывод. Для обоснования величин обозначенных в данном исследовании параметров требуется проведение теоретического исследования
происходящих процессов внесения и распределения удобрений на каждом рабочем органе отдельно. Результатом такого исследования должна стать математическая модель, описывающая распределение гранул вносимых агрегатом минеральных удобрений в координатных осях, обозначенных на рисунке 2. Полученные в результате такого исследования данные своим суммированием и дадут общую теоретическую картину выполняемого разработанным устройством технологического процесса распределения удобрений в пространственном профиле образуемой агрегатом гряды.
Список использованных источников
1. Медунецкий В.М., Силаева К.В. Методология научных исследований: учебное пособие. - СПб.: Университет ИТМО, 2016. - 55 с.
2. Пономарев А.Б., Пикулева Э.А. Методология научных исследований : учеб. пособие. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. - 186 с.
3. Агрегат для формирования гребневидного почвенного фона с дифференцированным по слоям распределением минеральных удобрений под развитие картофеля в Саратовской области / Д.О. Семенов, Г.Е. Шардина, А.П. Марченко, Е.С. Нестеров // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2018. - № 3. - С. 130-135.
4. Построение фона почвы для возделывания картофеля / Д.О. Семенов, Г.Е. Шардина, А.П. Марченко, Е.С. Нестеров // Научное обозрение. - 2016. - № 9. - С. 38 - 39.
5. Обоснование схемы агрегата для подготовки почвы под возделывание картофеля в Саратовской области / Д.О. Семенов, Г.Е. Шардина, А.П. Марченко, Е.С. Нестеров // Научное обозрение. - 2016. - № 11. -С. 133 - 137.
6. Способ подготовки почвенной зоны под развитие картофеля и устройство для его осуществления / Е.С. Нестеров, А.П. Марченко, Г.Е. Шардина, Д.О. Семенов // Пат. 2629283 Российская Федерация, МПК А 01 В 79/02, А 01 С 21/00, А 01 В 49/06, А 01 В 13/02, А 01 В 13/14, А 01 В 33/06.- № 2016129273; заявл. 19.07.2016; опубл. 28.08.2017. - 11 с.
7. Деменьтев А.И., Юдаев Н.В. Совершенствование техники внесения удобрений в засушливых условиях Поволжья: монография. - М.: Наука образования, 2012. - 142 с.
8. Технологический процесс, настройка, регулировки и оценка качества работы машин для внесения удобрений: практическое пособие / В.Р. Петровец, Л.Я. Степук, Н.И. Дудко, С.В. Колос. - Горки: БГСХА, 2012. - 42 с.
List of sources used
1. Medunetsky V.M., Silaeva K.V. Methodology of scientific research: textbook. - St. Petersburg: ITMO University, 2016. - 55 p.
2. Ponomarev A.B., Pikuleva E.A. Methodology of Scientific Research: Textbook. allowance. - Perm: Publishing house of Perm. nat. Issled. polytechnical. University, 2014. - 186 p.
3. An aggregate for forming a comb-like soil background with a differentiated distribution of mineral fertilizers for the development of potatoes in the Saratov Region / D.O. Semenov, G.E. Shardina, A.P. Marchenko, E.S. Nesterov // Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy. - 2018. - No. 3. - P. 130-135.
4. Construction of soil background for cultivation of potatoes / D.O. Semenov, G.E. Shardina, A.P. Marchenko, E.S. Nesterov // Scientific Review. - 2016. - No. 9. - P. 38 - 39.
5. Substantiation of the scheme of the aggregate for soil preparation for cultivation of potatoes in the Saratov region / D.O. Semenov, G.E. Shardina, A.P. Marchenko, E.S. Nesterov // Scientific Review. - 2016. - No. 11. - P. 133 - 137.
6. Method of preparing the soil zone for the development of potatoes and the device for its implementation / E.S. Nesterov, A.P. Marchenko, G.E. Shardina, D.O. Semenov // Pat. 2629283 Russian Federation, IPC A 01 B 79/02, A 01 C 21/00, A 01 B 49/06, A 01 B 13/02, A 01 B 13/14, A 01 B 33/06. - No. 2016129273 ; claimed. 07/19/2016; publ. 08/28/2017. - 11 seconds.
7. Dementev A.I., Yudaev N.V. Perfection of the technique of fertilizer application in arid conditions of the Volga region: monograph. - Moscow: Science of Education, 2012. - 142 p.
8. Technological process, adjustment, adjustment and assessment of the quality of machines for fertilizer application: practical guide / V.R. Petrovets, L.Ya. Stepuk, N.I. Dudko, S.V. Ear. - Slides: BGSHA, 2012. - 42 p.
