CC BY
142
УДК 631.816.33
ВНУТРИПОЧВЕННОЕ ВНЕСЕНИЕ УДОБРЕНИЙ И МЕЛИОРАНТОВ
INTRINCIPAL APPLICATION OF FERTILIZERS AND MELIORANTS
С.Я. Семененко1'2, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.Г. Абезин1'2, доктор технических наук, профессор В.А. Моторин2, кандидат технических наук А.Л. Сальников3, доктор биологических наук, профессор
S.Ya. Semenenko1,2 , V.G. Abezin1,2, V.A. Motorin2, A.L. Salnikov3
1Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий -филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук, г. Волгоград 2Волгоградский государственный аграрный университет 3Астраханский государственный университет
1Polovzhsky Research Institute of Ecological and Meliorative Technologies -a branch of the Federal State Budget Scientific Institution «Federal Scientific Center for Agroecology, Integrated Land Improvements and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences»,
Volgograd 2Volgograd State Agrarian University 3Astrakhan State University
Внедрение интенсивных технологий требует повышенного плодородия почв за счет внесения удобрений и химических мелиорантов. Высокоинтенсивные технологии обеспечивают реализацию биологического потенциала возделываемых культур до 85 %. Удобрения содержат основные элементы питания растений, которые улучшают физические, химические и биологические свойства почвы и обеспечивают повышение урожайности. Наибольшее распространение при возделывании бахчевых культур получили минеральные удобрения, которые получают из природных ископаемых и азота воздуха. Минеральные удобрения выпускаются промышленностью в виде гранул, кристаллов, порошков или жидкостей. Мелиоранты - известковая и доломитовая мука, известковый туф, и специальные химические вещества используют для снижения кислотности почвы и улучшения её физических свойств. В зависимости от периода внесения существуют основной, сплошной или раз-брасной, припосевной и подкормочный способы внесения. Самым эффективным является способ внутрипочвенного внесения удобрений и мелиорантов, при котором удобрения размещаются лентами, строчками, гнёздами во влагообеспеченном слое почвы. Этот способ обеспечивает снижение расхода удобрений, уменьшает их вынос со сточными водами, облегчает управление развитием растений. По концентрации действующих веществ удобрения условно разделяют на низкоконцентрированные (до 25 % действующего вещества - д.в.), концентрированные (25.. .60 % д.в.), высококонцентрированные (более 60 % д.в.). При определении нормы внесения необходимо учитывать данный параметр. Существующие машины для внутрипочвенного внесения минеральных удобрений не обеспечивают заданного распределения удобрений в пахотном горизонте почвы, имеет низкую точность дозирования и эксплуатационную надежность.
The introduction of intensive technologies requires increased soil fertility through the introduction of fertilizers and chemical ameliorants. High-intensive technologies ensure the realization of the biological potential of cultivated crops to 85%. Fertilizers contain basic plant nutrients that improve the physical, chemical and biological properties of the soil and provide increased yields. The most widespread in the cultivation of melons and gourds were mineral fertilizers, which are derived from natural minerals and nitrogen from the air. Mineral fertilizers are produced by industry in the form of granules, crystals, powders or liquids. Meliorants - lime and dolomite flour, calcareous tuff, and special chemicals are used to reduce the acidity of the soil and improve its physical properties. Depending on the period of application, there are basic, continuous or disassembled, sowing and feeding methods of application. The most effective is the method of intra-soil application of fertilizers and ameliorants, in which fertilizers are placed with ribbons, stitches, nests in the moisture-rich layer of
soil. This method reduces the consumption of fertilizers, reduces their removal from sewage, facilitates the management of plant development. According to the concentration of active substances, fertilizers are conventionally divided into low concentration (up to 25% of the active substance - dv), concentrated (25 ... 60% AE), highly concentrated (more than 60% of the d.v.). When determining the application rate, this parameter must be taken into account. Existing machines for the intrusion of mineral fertilizers do not provide a predetermined distribution of fertilizers in the arable horizon of the soil, has low accuracy of dosing and operational reliability.
Ключевые слова: минеральные удобрения, мелиоранты, внутрипочвенное внесение, плодородие, чизельные орудия, дисковый нож, клинообразная стойка, долото, ту-копровод, выходные отверстия.
Key words: mineral fertilizers, meliorants, intra-soil application, fertility, chisel tools, disk knife, wedge-shaped stand, chisel, tuko-connection, outlet holes.
Введение. На основании проведенного анализа теоретических и экспериментальных исследований установлено, что наиболее эффективным является способ внут-рипочвенного внесения минеральных удобрений и мелиорантов. Этот способ обеспечивает оптимальные условия роста и развития растений и значительное повышение урожайности [10, 4, 5].
Разработана конструкция орудия для мелиоративной чизельной обработки почвы, которое позволяет вносить удобрения лентой на заданную глубину с заданным их распределением в пахотном горизонте [8, 3].
Материалы и методы. Внутрипочвенное внесение удобрений и мелиорантов предназначено для создания благоприятных условий роста и развития растений и повышения их урожайности.
Машины для внутрипочвенного внесения минеральных удобрений должны удовлетворять следующим требованиям:
- вносить основную дозу минеральных удобрений локально внутрипочвенно на глубину 12...25 см одновременно с безотвальной обработкой почвы;
- вносить минеральные удобрения сплошным горизонтальным экраном или лен-точно (размер неудобренной полосы между лентами допускается не более 15 см);
- обеспечивать дозу внесения туков 0,1.0,6 т/га. Если необходимо использовать более высокие дозы, рекомендуется вносить минеральные удобрения при последующих обработках почвы;
- отклонение от заданной дозы внесения удобрений допускается не более 10 %;
- неравномерность распределения по ширине полосы внесенных удобрений не должна превышать 25 % [4].
Результаты и обсуждение. Орудие для мелиоративной чизельной обработки почвы [8] содержит комбинированную клинообразную стойку, которая имеет клинообразную грудь. Нижняя часть стойки выполнена по параболе у2 =2рх, где у и х -вертикальные и горизонтальные координаты параболы, р - постоянная параболы. В нижней части стойки установлено долото из твердой износостойкой стали. К комбинированной клинообразной стойке с помощью щек и подшипника закреплен дисковый нож с помощью болтов. К задней части стойки закреплен тукопровод с выходными отверстиями.
Долото установлено на носке клинообразной стойки под углом 20...30° к горизонтальной плоскости. Выходные отверстия равномерно распределены по высоте ту-копровода в зоне пахотного горизонта почвы. Наружная кромка выходных отверстий расположена в плоскостях боковых стенок комбинированной клинообразной стойки. Диаметр дискового ножа принят из условия D=2a+d<^, где а - глубина обработки, ёф -диаметр фланца подшипника дискового ножа.
ИЗВЕСТИЯ'
№ 2 (46), 2017
Долото выполнено сменным с нижним углом заточки и углом раствора клинообразного носка, обеспечивающим подрезание пласта в зоне блокированного резания.
Орудие для мелиоративной чизельной обработки почвы работает следующим образом.
Перед началом работы емкости для удобрений или химмелиорантов (не показаны) заполняются соответствующим для данной операции материалом. Устанавливается долото 3 на стойке 2, проверяется отсутствие возможности забиваний отверстий 9. При движении орудия в заглубленном состоянии дисковый нож 6 обеспечивает разрезание пласта в вертикальной плоскости, при этом значительно снижается тяговое сопротивление. Долото 3 разрезает пласт, а комбинированная клиновидная стойка раздвигает его в боковые стороны. При этом образуется зона рыхления в виде трапециевидной щели с боковыми стенками 10 под углом 45° (рисунки 1а, б). По тукопроводу 8 под напором подаются удобрения или химмелиорант, которые через отверстия 9 поступают в зону рыхления и образуется мелиорированный слой почвы с повышенным плодородием. Применение вертикально; дискового ножа обеспечивает снижение тягового сопротивления, а внесение в корнеобитаемый слой почвы удобрений и химмелиорантов -повышение урожайности сельскохозяйственных культур.
6 5 4
2 8
/ 1 / 41 V
1 \ О \
б)
А-В
в) Вид А
г)
Рисунок 1 - Технология внутрипочвенного внесения удобрений
235
Для обеспечения устойчивости режима транспортирования минеральных удобрений по тукопроводу скорость воздушного потока создаётся в пределах 20...40 м/с, в зависимости от физико-механических свойств и расстояния перемещения [1]. Удельная энергоёмкость таких установок составляет до 0,1 кВт-ч/т •м.
Дисковый нож 6 разрезает верхний пласт почвы в вертикальной плоскости на глубину обработки почвы долотом 3.
Нож катится без скольжения около точки М. Сопротивление К элементарного клина (рисунок 1 в) на протяжении Rdф,
где Я- радиус диска, направлено в точку D перпендикулярно МА [6]. В сечении АВ угол резания
Ьд <х'= Ьд к• собР (1)
Толщина диска Ь' = Ь.
Находим элеменарную сила влечения:
р = 2рЬ (1 + /ад к), (2)
где р - давление на единицу площади; а - глубина обработки; f - коэффициент трения. После замены а через Rdф получим:
dp = к • этр = 2рЬ (1 + (3)
Так как ю = 2В а Ь = — (4)
^ г а собР адР 4 '
то АР = 4 р(Ь + Г^Язтрар. (5)
После преобразования:
Р = 4рЪЯ /07Г/45+ f4phR = -[4ЯрЬсозр + 4fpRhlgcosp]n0/4 =
4ЯрЬ (1 - у) - 4fpRhlg у- = 4ЯрЬ • 0,293 + 4fpRh • 0.3467 (6)
или
Р = 2рЬ(0,5866+0,693/И) (7)
Верхний пласт почвы разрезанный дисковым ножом раздвигается клинообразной грудью 2. При этом в почве образуется щель, ширина которой равна ширине клинообразной стойки 1. Профиль борозды при проходе клинообразной стойки характеризуется показателями: h - критическая и полная глубина обработки; Ь - высота и ширина углубления дна борозды; с - высота гребней; В - ширина захвата орудия, М-ширина междуследия [6].
Туковоздушная смесь по тукопроводу 8 под напором подаются через отверстия 9 и проникает в разрыхленный слой почвы. По заданной производительности Q.....(0,1.0,6 т/га) определяется расход воздуха м3/с [9, 4].
V = (8)
36до 4 '
где ^ - коэффициент массовой концентрации смеси; р - плотность воздуха, кг/м3 в нормальных условиях, для нагнетательных установок 1,5.2,0. Скорость движения туковоздушной смеси в тукопроводе принимается из соотношения:
Ц, = 15,75 + 0,85 • Квит, (9)
где Увит - скорость витания удобрений (6,7 м/с) внутренний диаметр трубопровода
(10)
Необходимо полное давление
Ро = Ртн + Рст = 1,25 (Рь +Рп + Рк + Рр+ Рф), (11)
где 1,25 - коэффициент запаса давления для компенсации возможных неучтенных потерь. Рь -потери давления в питателе при входе удобрений в трубопровод
Рь = 0,613 • Кр2(10 + 0,5д). (12)
Потери давления на трение при перемещении туковоздушной смеси по материа-лопроводу на расстояние 1 и высоту ^ Па.
Ръ = 0,613 • V/ ^ (1 + кау) х (0,0125+0,0011/dт), (13)
где ка - коэффициент, зависящий от концентрации тукосмеси, скорости и физико-механических свойств удобрений (0,46, 0,33 и 0,24 при Ур 15,20 и 25 м/с).
Потери давления, обусловленные вертикальным подъемом тукосмеси
Рп = 12,2к • (1 + д) (14)
Потери давления в элементах трубопровода, Па
^=5^ (15)
где ! 5 - суммарный коэффициент местных сопротивлений.
Потери давления в разгрузочном устройстве при прохождении через поры почвы Рр = 3,15 кПа.
Мощность, необходимая для привода высоконапорного вентилятора, Вт:
Р = (16)
^ в.м ^ пр
где ^ в. м, ^ пр - КПД вентилятора и его привода.
Расход сжатого воздуха для обеспечения оптимального режима транспортирования определяется по формуле [1].
^о = , (17)
где D - диаметр трубопровода, м; м0 - оптимальная приведенная скорость воздушного потока, м/с.
Для гранулированных удобрений производительность G определена [1];
С = (ЛЬпр + В)"1 (18)
где А и В - коэффициенты, зависящие от диаметра трубопровода; Lпр = L + Н + Lk - приведенная длина тукопровода, м; где L - суммарная длина горизонтальных участков, м; Н - суммарная длина вертикальных участков, м; Lk - эквивалентная длина колен, м.
Длина Ьк может быть определена исходя из соотношения величин R и Б.
И/Б 10 15 20 25
Lk 7 8 10 12
Применение технологии внутрипочвенного внесения удобрений позволяет сократить энергоемкость операции, повысить урожайность и равномерность распределения удобрений в корнеобитаемом слое [5].
Заключение. Применение чизельного орудия для внутрепочвенного внесения удобрений и мелиорантов способствует доставки в необходимом количестве питательных веществ к корневой системе возделываемых культур и позволяет распределить их в пахотном горизонте.
Данное распределение обеспечивает оптимальные условия потребления растениями питательных веществ, создаёт благоприятные условия для роста и развития растений, повышает урожайность всех сельскохозяйственных культур.
Библиографический список
1. Богданов, И.Н. Пневматический транспорт в сельском хозяйстве [Текст] / И.Н. Богданов. - М.: Росагропромиздат, 1991.
2. Горячкин, В.П. Собрание сочинений в трех томах [Текст] / В.П. Горячкин. - М.: Изд-во «Колос», 1965. - Том 2. - 459 с.
3. Дмитриевский, Б.А. Свойства, получение и применение минеральных удобрений [Текст]: учебное пособие / Б.А. Дитриевский, В.И Юрьева, В.А. Сметлин и др. - Спб.: Про-спектНауки, 2013. - 326 с.
4. Зенкав, Р.Л. Машины неприрывного транспорта [Текст]: учебник для студентов, обучающихся по специальности «подъемно-транспортные машины и оборудование» / Р.Л. Зенкав, Н.И. Ивашков, Л.Н. Колобов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 432 с. :ил.
5. Марченко, М.Н. Локальное внесение минеральных удобрений [Текст] / Сост. М.Н. Марченко. - М.: Росагропромиздат, 144 с.: ил.
6. Машины для механизации технологических процессов в овощеводстве и бахчеводстве [Текст]: учебное пособие / А.С. Овчинников, В.Г. Абезин, А.Н. Цепляев, М.Н. Шапров. -Волгоград: Волгоградская ГСХА, 2009. - 232 с.
7. Новиков, А.Е. Совершенствование способов и технологий комплексной агротехнической мелиорации земель на Юге России [Текст]: автореферат дисс. докт. техн. наук /А.Е. Новиков.
8. Новохатский, В.М. Повышение качества внутрипочвенного внесения твердых минеральных удобрений при основной безотвальной обработке почвы путем совершенствования устройства [Текст] : автореф. дисс. на соискание учёной степени кандидата технических наук/
B.М. Новохатский. - Волгоград, 2009.
9. Орудие для мелиоративной почвенной обработки почвы [Текст] : патент №2579791 Российская Федерация С1МПК А 01С 23/02, А 01В 17/00, А01В 13/08, А01В 49/06. /Семененко
C.Я, Абезин В.Г., Дубенок Н.Н., Петров Н.Ю., Лытов М.Н. (RU) - заявка № 2015104227/13, заявлено 09.02.2015; опубл. 10.04.2016 Бюл.№10.
10. Проектирование и расчет подъемно-транспортирующих машин сельскохозяйственного назначения [Текст]: / М.Н. Ерохин, А.В. Карп, Н.А. Выскребенцев и др.; под ред. М.Н. Ерохина и А.В. Карпа. - М.: Колос, 1999.- 228 с.: ил.
11. Халанский, В.М. Сельскохозяйственные машины [Текст] /В.М. Халанский, И.В. Горбачев. - М.: Колос, 2004. - 624 с.: ил.
Reference
1. Bogdanov, I. N. Pnevmaticheskij transport v sel'skom hozyajstve [Tekst] / I. N. Bog-danov. - M.: Rosagropromizdat, 1991.
2. Goryachkin, V. P. Sobranie sochinenij v treh tomah [Tekst] / V. P. Goryachkin. - M.: Izd-vo "Kolos", 1965. - Tom 2. - 459 s.
3. Dmitrievskij, B. A. Svojstva, poluchenie i primenenie mineral'nyh udobrenij [Tekst]: uchebnoe posobie / B. A. Ditrievskij, V. I Yur'eva, V. A. Smetlin i dr. - Spb.: ProspektNauki, 2013. -326 s.
4. Zenkav, R. L. Mashiny nepriryvnogo transporta [Tekst]: uchebnik dlya studentov, obuchayuschihsya po special'nosti "pod'emno-transportnye mashiny i oborudovanie" / R. L. Zenkav, N. I. Ivashkov, L. N. Kolobov. - 2-e izd., pererab. i dop. - M.: Mashinostroenie, 1987. - 432 s. : il.
5. Marchenko, M. N. Lokal'noe vnesenie mineral'nyh udobrenij [Tekst] / Sost. M. N. Marchenko. - M.: Rosagropromizdat, 144 s.: il.
6. Mashiny dlya mehanizacii tehnologicheskih processov v ovoschevodstve i bahchevodstve [Tekst]: uchebnoe posobie / A. S. Ovchinnikov, V. G. Abezin, A. N. Ceplyaev, M. N. Shaprov. - Volgograd: Volgogradskaya GSXA, 2009. - 232 s.
7. Novikov, A. E. Sovershenstvovanie sposobov i tehnologij kompleksnoj agrotehnich-eskoj melioracii zemel' na Yuge Rossii [Tekst]: avtoreferat diss. dokt. tehn. nauk /A. E. Novikov.
8. Novohatskij, V. M. Povyshenie kachestva vnutripochvennogo vneseniya tverdyh min-eral'nyh udobrenij pri osnovnoj bezotval'noj obrabotke pochvy putem sovershenstvovaniya ustrojstva [Tekst] : avtoref. diss. na soiskanie uchjonoj stepeni kandidata tehnicheskih nauk/ V. M. Novohatskij. - Volgograd, 2009.
9. Orudie dlya meliorativnoj pochvennoj obrabotki pochvy [Tekst] : patent №2579791 Rossijskaya Federaciya S1MPK A 01S 23/02, A 01V 17/00, A01V 13/08, A01V 49/06. /Semenenko S. Ya, Abezin V. G., Dubenok N. N., Petrov N. Yu., Lytov M. N. (RU) - zayavka № 2015104227/13, zayavleno 09.02.2015; opubl. 10.04.2016 Byul.№10.
10. Proektirovanie i raschet pod'emno-transportiruyuschih mashin sel'skohozyajstvennogo naznacheniya [Tekst]: / M. N. Erohin, A. V. Karp, N. A. Vyskrebencev i dr.; pod red. M. N. Erohina i A. V. Karpa. - M.: Kolos, 1999. -- 228 s.: il.
11. Halanskij, V. M. Sel'skohozyajstvennye mashiny [Tekst] /V. M. Halanskij, I. V. Gorbachev. - M.: Kolos, 2004. - 624 s.: il.
E-mail: pniiemt@yandex.ru
УДК 631.347.4.001.57
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДОЖДЕВАНИЯ СТРУЙНЫМИ АППАРАТАМИ ПРИ РАБОТЕ ПО СЕКТОРУ
MATHEMATICAL MODELING OF PROCESSES SPRINKLING JET APPARATUS AT WORK BY SECTOR
Л.В. Кравченко, кандидат технических наук L.V. Kravchenko
Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской Государственный аграрный университет», г. Зерноград
Azov-and-Black Sea engineering institute FSBHEEPT «Donskoy state agrarian university», Zernograd
Целью исследования являлось совершенствование оценки равномерности дождевания струйными аппаратами при работе по сектору. Метод исследования - математическое моделирование функционирования струйных аппаратов при работе по сектору с использованием программ моделирования дальнеструйными дождевальными аппаратами. Алгоритм расчета, рекомендованный ГОСТ ИСО 7749-2-2004, усовершенствован для минимизации ручных операций расчета и измерения. Алгоритм реализован в программе для ЭВМ. Программа рассчитывает матрицу доз полива на метровых квадратах зоны дождевания между позициями четырех аппаратов. Расчет выполняется при различном шаге установки аппаратов, и так определяется оптимальное расположение аппаратов. Программы и методики моделирования распределения воды дальнеструйными дождевальными аппаратами позволяют оптимизировать соотношения между подачей воды в основное и в дополнительное сопла, выбирать рациональные расстояния между позициями при различных дальностях полета струи и углах секторов полива. Методика моделирования распределения воды дождевальными аппаратами может использоваться при проектировании новых и модернизации существующих машин. Рассмотренные примеры можно применить для оптимизации размещения стационарных дальнеструйных аппаратов ДД-30; ДД-50; ДД-80 и навесных дождевателей ДДН-70 и ДДН-100. Секторный способ работы аппаратов применяют для работы дальнеструйных аппаратов при ветре и для концевых аппаратов машин кругового действия. По равномерности полива этот способ менее эффективен, по сравнению с работой по кругу, но агротехнические требования выполнить можно. Можно отметить, что машины непрерывного движения могут обеспечить более равномерное распределение поливной воды по площади за счет уменьшения недополива под аппаратами.
