Технология и машина дифференцированного внутрипочвенного внесения твердых минеральных удобрений с комбинированными тукозаделывающими рабочими органами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Терентьев, Алексей Сергеевич

• Терентьев, Алексей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Терентьев, Алексей Сергеевич

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.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология и машина дифференцированного внутрипочвенного внесения 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.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Терентьев, Алексей Сергеевич

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.