CC BY
27
УДК 631.333.8
ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ В КОНСТРУКЦИЯХ РАЗБРАСЫВАТЕЛЕЙ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ
Ирина Владимировна Кокунова, канд. техн. наук, доцент Татьяна Евгеньевна Федорова-Семенова, канд. с.-х. наук, доцент Виктория Александровна Григорьева, магистрант
ФГБОУ ВО «Великолукская государственная сельскохозяйственная академия», Россия, г. Великие Луки
Снижение экологических рисков от некачественного внесения минеральных удобрений является сегодня важной проблемой, решение которой зависит не только от производителей сельскохозяйственной продукции, но и от разработчиков сельскохозяйственной техники. Неравномерность внесения удобрений служит одной из причин недобора урожая, а также является фактором потерь самих удобрений. Кроме того, при рассеве удобрений центробежными устройствами может происходить разрушение гранул, что негативно сказывается на качестве внесения.
Целью исследования является анализ современных тенденций в конструкциях машин для внесения минеральных удобрений, направленных на снижение экологических рисков, возникающих при внесении удобрений, и способствующих повышению качества производимой продукции.
Важным аспектом снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду является правильное внесение удобрений на границе поля и вдоль водоемов. Ряд производителей оборудуют свои машины специальными ограничительными устройствами. Примером является система Limiter компании AMAZONE. Для предотвращения разрушения гранул компания использует систему бережного внесения удобрений Soft Ballistic System. Аналогичными устройствами оборудуются разбрасыватели удобрений компании Klever. Разбрасыватели Kverneland, оснащенные автоматизированной системой GeoPoint, автоматически начинают и прекращают работу при приближении к границе поворотной полосы.
Инновации в конструкциях современных машин, применение цифровых технологий, GPS-навигации, внедрение технологий точного земледелия позволяют аграриям не только повысить экономическую эффективность производства, но и способствуют снижению антропогенной нагрузки на природную среду. Создание интеллектуальных машин и их работа по цифровым картам в offline-режиме или online-внесение удобрений с использованием сенсорных систем являются сегодня перспективными направлениями, позволяющими производить качественную экологически безопасную продукцию.
Ключевые слова: биологизация земледелия, разбрасыватель удобрений, равномерность внесения удобрений, точное земледелие, интеллектуальные машины, цифровые технологии в агробизнесе.
Введение
Проблема производства качественной, экологически безопасной сельскохозяйственной продукции, конкурентоспособной на отечественном и мировом рынках продовольствия, стоит сегодня перед аграриями довольно остро, так как широкое распространение интенсивных технологий в растениеводстве предполагает применение необходимого количества минеральных удобрений и средств химической защиты растений. Однако несоблюдение установленных доз внесения химикатов и их некачественное распределение по поверхности поля и на объекты обработки могут привести к нанесению экологического вреда природной среде и оказать негативное влияние на качественные показатели производимой продукции [5, 8].
Для поддержания почвенного плодородия и увеличения объемов производства продукции растениеводства применяются различные способы внесения минеральных удобрений и широкий модельный ряд технических средств для их реализации. Чаще всего для этих целей используются навесные и прицепные разбрасыватели удобрений с центробежными распределяющими устройствами. При выполнении технологического процесса у ряда машин наблюдается значительная неравномерность распределения удобрений по ширине разбрасываемой полосы, а также отклонение от установленных доз внесения. Эти негативные факторы в определенных условиях могут привести к неравномерному созреванию зерновых культур, к недобору до 10-12% их биологического урожая, к полеганию растений и накоплению нитратов [1, 2].
Показатель неравномерности распределения удобрений по обрабатываемой поверхности сверх допустимого уровня рассматривается также не только как причина недобора урожая сельскохозяйственных культур, но и как причина потерь самих удобрений. Кроме того, при рассеве гранулированных удобрений дисковыми метателями, оснащенными швыряющими лопатками (лопастями), может наблюдаться разрушение самих гранул, что также отрицательно сказывается на равномерности распределения удобрений.
Целью проводимого исследования является анализ современных тенденций в конструкциях распределителей минеральных удобрений, направленных на снижение экологических рисков, возникающих при внесении удобрений, и способствующих повышению качества производимой продукции.
Результаты и обсуждение
Несмотря на значительное разнообразие типов машин, применяемых для внесения твердых минеральных удобрений, их технологический процесс предусматривает выполнение определенного перечня последовательных операций: транспортировка установленного запаса удобрений, обеспечивающих работу
машины; поддержание технологических свойств удобрений в необходимых пределах; дозирование удобрений в соответствии с заданными в агротребова-ниях регламентами и распределение по полю [4].
Большинство современных машин для внесения удобрений оснащаются центробежным дисковым аппаратом. Он представляет собой один или два вращающихся в горизонтальной плоскости диска с распределительными лопатками и туконаправителями. Диски могут быть плоскими и конусными, одно- или двухъярусными, с различной формой, числом и расположением закрепленных на них лопаток. Привод аппарата может осуществляться от вала отбора мощности трактора или от гидромотора. Гидравлический привод дисков является более предпочтительным, так как позволяет дистанционно регулировать ширину рассева удобрений с левой и правой сторон по ходу движения машины, что важно для точного распределения материала на краях и границах поля, а также на его клиновидных участках. В автоматизированном агрегате при дифференцированном внесении удобрений по технологиям точного земледелия используется электрогидравлический привод разбрасывающих дисков, управление которым осуществляется от бортовой информационной системы (180БиЗ-терминала).
Регулирование равномерности рассева удобрений по ширине захвата машины с распределяющим аппаратом, имеющим диски с неподвижными лопатками, производится с помощью туконаправителя (рисунок 1) путем перемещения его по направляющим пазам вперед или назад по ходу машины и изменения положения внутренних стенок направляющих лотков от центров или к центрам дисков. Обе настройки позволяют изменять место подачи удобрений на разбрасывающие диски. При подаче материала ближе к центрам частицы удобрений, сходя с дисков, получают больший запас энергии и летят дальше, увеличивая при этом концентрацию удобрений по краям полосы рассева. При подаче материала ближе к периферии дисков повышается концентрация удобрений в средней части полосы рассева. Комбинацией этих двух регулировок добиваются для каждого вида удобрений равномерного распределения по ширине рассева.
В машинах с постоянным положением туконаправляющего устройства равномерность распределения удобрений обеспечивается дисками с поворотными лопастями, имеющими различную длину (рисунок 2). Перевод распределяющих лопастей диска на большее числовое значение настроечной шкалы ведет к увеличению рабочей ширины захвата машины. Короткая распределяющая лопасть распределяет удобрение в основном по центру полосы рассева, в то время как длинная лопасть - по краям.
Рисунок 1 - Распределяющий аппарат с неподвижными лопатками и подвижным туконаправителем
1, 2 - настроечные шкалы; 3 - короткая лопасть; 4 - длинная лопасть Рисунок 2 - Распределительный диск с лопастями различной длины
Важным аспектом снижения экологических рисков при рассеивании минеральных удобрений является их правильное распределение на границе поля и вдоль водоемов. Для этого ряд производителей сельскохозяйственной техники оборудуют дисковые аппараты распределителей удобрений специальными ограничительными устройствами. На рисунке 3 (а) показан ограничитель удобрений пластинчатого типа системы Limiter компании AMAZONE, а на рисунке 3 (б) - принцип действия этой системы. При необходимости ограничитель опускается гидравликой в веерообразный поток удобрений, сходящий с распределяющего диска, пластины устройства изменяют направление части этого потока, что позволяет с высокой точностью вносить удобрения до самой кромки поля, не затрагивая соседние участки. В случае оснащения агрегатов ISOBUS-терминалами управления AMADOS+ или AMATRON 3 при активации системы Limiter дозирование удобрений с одной стороны сокращается автоматически [6].
а
б
Рисунок 3 - Система ограничения распределения удобрений
AMAZONE Limiter
Ведущие мировые производители сельскохозяйственной техники значительное внимание уделяют разработке различных систем для поддержания технологических свойств вносимых минеральных удобрений, в том числе и для исключения повреждения гранул при дозировании и распределении удобрений по полю. Так, компания AMAZONE на своих машинах использует систему бережного внесения удобрений Soft Ballistic System (SBS). Все элементы этой системы (рисунок 4, а) - дозирующее устройство, распределительные диски и спиральные ворошители - оптимально адаптированы друг к другу и бережно обращаются с удобрениями, что гарантирует их высокую отдачу.
Минеральные удобрения из конусообразного бункера машины поступают сначала в специальные воронкообразные лотки, где перемещаются медленно вращающимися элементами спиралевидной мешалки (рисунок 4, б) к выпускному отверстию и подаются на центр распределительного диска. Окружная скорость диска в этом секторе очень мала, поэтому удобрения бережно подаются на две поворотные лопасти, имеющие разную длину, и равномерно распределяются по полю.
Рисунок 4 - Система бережного внесения удобрений AMAZONE Soft Ballistic System (SBS)
Разбрасыватель минеральных удобрений GRACH 900 компании К^ег также оборудован системой бережного внесения удобрений. Специальная спиральная форма ворошительных элементов этой системы (рисунок 5, а) обеспечивает равномерную и постоянную подачу гранул удобрений к выпускному отверстию, благодаря чему в центре бункера не создается воронкообразного эффекта [3].
Одним из важнейших аспектов качественного внесения удобрений является их распределение по краю поля. GRACH 900 позволяет работать одной стороной разбрасывателя при отключении подачи удобрений на один из дисков
и с высочайшей точностью вносить удобрения до самой кромки поля. Для точной настройки короткой и длинной распределяющих лопастей на каждом распределительном диске машины (рисунок 5, б) расположены две различающиеся настроечные шкалы.
а б
Рисунок 5 - Система бережного внесения минеральных удобрений
разбрасывателя GRACH 900
Разбрасыватели серии Exacta CL EW компании Kverneland оснащаются системой автоматического взвешивания удобрений с уникальным эталонным датчиком. Автоматическая калибровка и изменение нормы внесения на ходу позволяют избежать необработанных участков, а также уменьшить зоны перекрытия, что способствует значительной экономии удобрений и снижает антропогенную нагрузку на окружающую среду. При работе агрегата с системой GPS-навигации можно включать и отключать распределяющие диски в строго заданных точках на основе цифровых карт внесения удобрений [7].
Некоторые модели разбрасывателей Kverneland оснащаются оригинальными системами внесения CentreFlow (рисунок 6) для разгона гранул удобрений при их подаче на распределяющие лопатки. Центральная точка выброса удобрений, их плавное ускорение и центробежная сила ускоряют гранулы до скорости вращения диска еще до того, как они достигнут распределяющих лопаток. Восемь распределяющих лопаток, установленных на каждом диске, обеспечивают непрерывную подачу удобрений на поле. Это важно для достижения высокой производительности машины при значительной скорости ее движения. Плоские распределительные диски и горизонтальный поток удобрений создают симметричную схему разбрасывания.
Рисунок 6 - Система разбрасывания CentгeFlow для разгона гранул удобрений компании Куегпе1а^
Разбрасыватели Куегпе1аМ, оснащенные автоматизированной системой GeoPoint, автоматически начинают и прекращают работу при приближении агрегатов к границе поворотной полосы. Это позволяет не допускать чрезмерного увеличения и уменьшения нормы внесения удобрений в районе разворота агрегата. Программное обеспечение GeoPoint является сердцем схемы разбрасывания и настраивается в зависимости от вида используемого удобрения.
Выводы
Снижение экологических рисков от некачественного внесения минеральных удобрений и от их необоснованных завышенных доз является сегодня важной проблемой, решение которой зависит не только от производителей сельскохозяйственной продукции, но и от создателей машин. Инновации в конструкциях современных разбрасывателей удобрений, применение цифровых технологий, GPS/ГЛОНАСС-навигации, активное внедрение технологий точного земледелия позволяют аграриям не только повысить экономическую эффективность производства, но и способствуют снижению антропогенной нагрузки на природную среду. Создание интеллектуальных сельскохозяйственных машин и их работа по цифровым картам в offline-режиме или опЛпе-внесение удобрений с использованием сенсорных систем является сегодня одним из перспективных направлений в сельском хозяйстве, позволяющих производить качественную экологически безопасную продукцию.
Библиографический список
1. Кокунова, И. В. Роль органических удобрений в биологизации земледелия Псковской области / И. В. Кокунова, Ю. К. Никандров // Современные проблемы агропромышленного комплекса : материалы VI национальной научной конференции. - Великие Луки : Великолукская ГСХА, 2019. - С. 6-7. - Текст : электронный // Великолукская государственная сель-
скохозяйственная академия : [сайт]. - URL: http://www.vgsa.ru/nir/docs/sbornik_v_2019.pdf (дата обращения: 12.02.2021). - Режим доступа: свободный.
2. Никандров, Ю. К. Рециклинг отходов животноводства и их использование в органическом земледелии / Ю. К. Никандров // Основы и перспективы органических биотехнологий. -2020. - №1. - С. 25-28. - Текст : электронный // eLIBRARY.RU : научная электронная библиотека : [сайт]. - URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary 42900090 79268472.pdf (дата обращения: 12.02.2021). - Режим доступа: свободный.
3. Разбрасыватель минеральных удобрений Grach. - Текст : электронный // АО «Клевер» : [сайт]. - URL: https://www.kleverltd.ru/catalog/vnesenie-udobreniy/GRACH/ (дата обращения: 12.02.2021). - Режим доступа: свободный.
4. Свойства, получение и применение минеральных удобрений : учебное пособие / А. В. Дмитревский [и др.]. - Санкт-Петербург : Проспект науки, 2013. -326 с. - ISBN 978-5903090-84-6. - Текст : непосредственный.
5. Система биологизации земледелия Нечерноземной зоны России. В 2 ч. Часть 1 / под редакцией В. Ф. Мальцева, М. К. Каюмова. - Москва : ФГНУ «Росинформагротех», 2002. -544 с. - Текст : непосредственный.
6. Техника для внесения удобрений. - Текст : электронный // Amazonen Werke : [сайт]. -URL: https://amazone.щ/ш-щ/продукция-и-цифровые-решения/сельскохозяйственная-техника/техника-для-внесения-удобрений (дата обращения: 12.02.2021). - Режим доступа: свободный.
7. Kverneland. Разбрасыватели. - Текст : электронный // OOO Квернеланд груп СНГ : [сайт]. - URL: https://ru.kverneland.com/Razbrasyvateli (дата обращения: 12.02.2021). - Режим доступа: свободный.
8. Morozov, V. Justification of production indicators of organic fertilizer based on sapropel / V. Morozov, L. Savelyeva, E. Nesterova. - Doi 0.1088/1757-899X/1001/1/012130 // International Scientific and Practical Conference Environmental Risks and Safety in Mechanical Engineer-ing(ERSME-2020), 20-22 October 2020. - Rostov-on-Don, 2020. -Text : electronic // Iop Conference Series: Materials Science and Engineering : [website]. - 2021. - URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/1001/1/012130 (date of treatment : 12.02.2021). - Access mode : free.
INNOVATIVE SOLUTIONS IN CONSTRUCTION OF MINERAL FERTILIZER SPREADERS TO REDUCE ENVIRONMENTAL RISKS
Kokunova Irina Vladimirovna, Candidate of Technologies, assistant professor Fyodorova-Semyonova Tatiana Evghenievna, Candidate of Agriculture, assistant professor Grigorieva Victoria Alexandrovna, master-course student
State Agricultural Academy of Velikie Luki FGBOU VO, Velikie Luki, Russia
Reducing environmental risks from improper mineral fertilizer application is an important problem today, the solution of which depends not only on producers of agricultural products, but also on agricultural machinery designers. The uneven fertilizer application rate is one of the reasons for lesser crops, and is also a factor in the loss of fertilizers themselves. In addition, when sieving fertilizers with centrifugal devices, the destruction of granules can occur, which affects the quality of application.
The purpose of the study is analyzing the current trends in the design of machines for mineral fertilizer application, aimed at reducing the environmental risks arising from the process, and contributing to improving the quality of products.
An important aspect of reducing the anthropogenic impact on the environment is the correct application of fertilizers at the border of the field and along the water reservoirs. A number of manufacturers equip their machines with special restrictive devices. An example is the Limiter system of the Amazone company. To prevent the destruction of pellets, the company uses the Soft Ballistic System for gentle fertilization. Klever's fertilizer spreaders are equipped with similar devices. Kverneland spreaders, equipped with an automated GeoPoint system, automatically start and stop working when approaching the boundary of the turn lane.
Innovations in the design of modern machines, the use of digital technologies, GPS navigation systems, the introduction of precision farming technologies allow farmers not only to increase the economic efficiency of production, but also contribute to reducing the anthropogenic load on the environment. The creation of intelligent machines and their work on digital maps in offline mode or online fertilizer spreading that uses sensor systems are today's promising trends that allow one to produce high-quality and environmentally safe products.
Key-words: biologization of agriculture, fertilizer spreader, uniformity of fertilizer application, precision farming, intelligent machines, digital technologies in agribusiness.
Bibliograficheskij spisok
1. Kokunova, I. V. RoF organicheskix udobrenij v biologizacii zemledeliya Pskovskoj oblasti / I. V. Kokunova, Yu. K. Nikandrov // Sovremenny'e problemy' agropromy'shlennogo kompleksa : materialy' VI nacionaTnoj nauchnoj konferencii. - Velikie Luki : Veliko-lukskaya GSXA, 2019. - S. 6-7. - Tekst : e'lektronny'j // Velikolukskaya gosudar-stvennaya sel'skoxozyajstvennaya akademiya : [sajt]. - URL: http://www.vgsa.ru/nir/docs/sbornik v 2019.pdf (data obrashheniya: 12.02.2021). - Rezhim dostupa: svobodny'j.
2. Nikandrov, Yu. K. Recikling otxodov zhivotnovodstva i ix ispol'zovanie v organicheskom zemledelii / Yu. K. Nikandrov // Osnovy' i perspektivy' organicheskix biotexnologij. - 2020. - №1. - S. 25-28. - Tekst : e'lektronny'j // eLIBRARY.RU : nauchnaya e'lektronnaya biblioteka : [sajt]. - URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary 42900090 79268472.pdf (data obrashheniya: 12.02.2021). - Rezhim dostupa: svobodny'j.
3. Razbrasy'vatel' mineral'ny'x udobrenij Grach. - Tekst : e'lektronny'j // AO «Klever» : [sajt]. - URL: https://www.kleverltd.ru/catalog/vnesenie-udobreniy/GRACH/ (data obrashheniya: 12.02.2021). - Rezhim dostupa: svobodny'j.
4. Svojstva, poluchenie i primenenie mineral'ny'x udobrenij : uchebnoe posobie / A. V. Dmitrevskij [i dr.]. -Sankt-Peterburg : Prospekt nauki, 2013. -326 s. - ISBN 978-5-903090-84-6. - Tekst : neposredstvenny'j.
5. Sistema biologizacii zemledeliya Nechernozemnoj zony' Rossii. V 2 ch. Chast' 1 / pod redakciej V. F. Mal'ceva, M. K. Kayumova. - Moskva : FGNU «Rosinformagrotex», 2002. - 544 s. - Tekst : neposredstvenny'j.
6. Texnika dlya vneseniya udobrenij. - Tekst : e'lektronny'j // Amazonen Werke : [sajt]. - URL: https://amazone.ru/ru-ru/produkciya-i-cifrovy'e-resheniya/sel'skoxozyajstvennaya-texnika/texnika-dlya-vneseniya-udobrenij (data obrashheniya: 12.02.2021). - Rezhim dostupa: svobodny'j.
7. Kverneland. Razbrasy'vateli. - Tekst : e'lektronny'j // OOO Kverneland grup SNG : [sajt]. - URL: https://ru.kverneland.com/Razbrasyvateli (data obrashheniya: 12.02.2021). - Rezhim dostupa: svobodny'j.
8. Morozov, V. Justification of production indicators of organic fertilizer based on sapropel / V. Morozov, L. Savelyeva, E. Nesterova. - Doi 0.1088/1757-899X/1001/1/012130 // International Scientific and Practical Conference Environmental Risks and Safety in Mechanical Engineering(ERSME-2020), 20-22 October 2020. - Rostov-on-Don, 2020. -Text : electronic // Iop Conference Series: Materials Science and Engineering : [website]. - 2021. - URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/1001/1/012130 (date of treatment : 12.02.2021). - Access mode : free.
E-mail: [email protected]
182112, Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина, д. 2, ФГБОУ ВО Великолукская ГСХА
Тел.: +7 (81153) 7-16-22
