CC BY
42
УДК 631.333
РАЗБРАСЫВАТЕЛЬ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ ТВЕРДЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ
Ю. Е. Елизаров, ассистент; А. А. Кошелев, ассистент; С. И. Щербаков, канд. техн. наук, профессор
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, е-таП: [email protected]
Для повышения рентабельности производства продукции растениеводства необходимо снижать затраты на ее производство, а также повышать урожайность культур. Одним из способов достижения этого является применение системы точного земледелия. В системе точного земледелия важное значение имеет внесение твердых органических удобрений, и возникает задача в разработке новых машин, позволяющих дифференцированно вносить удобрения, при этом соблюдая агротехнические требования, предъявляемые к данным машинам.
Разработанный разбрасыватель для дифференцированного внесения твердых органических удобрений с изменяемой шириной захвата позволяет решать эти задачи. В статье приводятся методика дифференцированного внесения твердых органических удобрений и основные результаты применения данного разбрасывателя. В результате было получено, что применение предлагаемого разбрасывателя для дифференцированного внесения твердых органических удобрений позволило снизить расход удобрений на 49,5 %, топлива - на 49 %. При этом также происходит снижение пестроты плодородия почвы, что ведет к снижению затрат на возделывание данного поля в будущем.
Ключевые слова: разбрасыватель твёрдых органических удобрений, дифференцированное внесение, ширина захвата.
Органические удобрения - один из определяющих источников питательных элементов для растений. Дальнейшее совершенствование существующих технологий приготовления и внесения органических удобрений, разработка более прогрессивных технологий и технических средств невозможны без глубокого и всестороннего анализа факторов, влияющих на эффективность применения органических удобрений [1, 2, 3, 4].
Внесение традиционным способом, даже с высоким качеством распределения, не выравнивает пестроту плодородия. При интенсивном внесении удобрений она остается, а в ряде случаев даже возрастает. Более плодородные участки, получая ту же дозу питательных веществ, что и менее плодородные, накапливают фосфор и калий в почве, а менее плодородные участки расходуют запасы питательных веществ почвы. Таким образом, одни участки поля становятся все более плодо-
родными, а другие постепенно истощаются [4, 5, 6].
По традиционной технологии удобрения вносятся не исходя из плодородия и, соответственно, необходимого количества питательных веществ для данного участка поля, а исходя из усредненного показателя необходимого количества удобрений на все поле. В результате этого на более плодородные участки поля будет вноситься излишнее количество удобрений, а на менее плодородные - недостаточное. Это повышает, в свою очередь, затраты на внесение удобрений. В эти затраты входят стоимость израсходованного топлива, заработная плата рабочим, занятым на внесении удобрений, а также стоимость самих удобрений. Неравномерное внесение удобрений является одним из источников загрязнения окружающей среды - почвы, грунтовых вод, водоемов и рек. В результате появляется повышенное количество этих веществ в колодцах, что вредно для
людей и животных. Увеличение содержания питательных элементов удобрений в родниках и реках ведет к существенному, часто нежелательному, изменению гидробиоценозов и наносит ущерб рыбному хозяйству [8-10].
Дифференцированное применение органических удобрений позволяет вносить на каждом участке поля необходимое именно для него количество удобрений, что позволяет понизить пестроту плодородия поля, а также существенно снизить затраты на внесение органических удобрений.
/ 2 3
Рис. 1. Схема разбрасывателя твердых органических удобрений: 1 - кузов; 2 - роторный рыхлитель-выравниватель; 3 - гидроцилиндр;
4 - распределяющий барабан; 5 - кронштейн; 6 - измельчающий барабан;
7 - подающий транспортер
На кафедре «Механизация технологических процессов в агропромышленном комплексе» ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» был разработан разбрасыватель для дифференцированного внесения органических удобрений. На данный разбрасыватель получен патент на изобретение [12]. Разбрасыватель твердых органических удобрений (рис. 1) содержит установленный на шасси кузов 1, в котором смонтированы подающий транспортер 9, измельчающий 6 и распределяющий 4 барабаны и роторный рыхлительно-выравнивающий рабочий орган 2. Измельчающий и распределяющий барабаны установлены на кронштейнах 5. Кронштейны снизу соединены шарнирно с рамой кузова, а в верхней части на них закреплены два гидроцилиндра, позволяющих изменять угол а наклона измельчающего и распределяющего барабанов относительно дна кузова. Подающий транспортер, измельчающий барабан и роторный рыхлительно-выравнивающий рабочий орган имеют гидравлический привод. Распределяющий барабан соединен с измельчающим барабаном цепной передачей.
Гидросистема привода рабочих органов (рис. 2) состоит из гидравлических насосов, предохранительных клапанов, фильтра, охла-
дителя жидкости и сливного бака, входящих в гидросистему отбора мощности трактора
1, а также распределителей 2, 8, 9, гидромотора привода подающего транспортера
2, гидромотора 4 привода измельчающего барабана 6, гидромотора 8 привода роторного рыхлительно-выравнивающего рабочего органа 7, а также двух гидроцилиндров 3. Распределители соединены с центральным процессором 5 системы автоматического контроля и корректировки дозирования удобрений, которая устанавливается в кабине трактора и имеет блок электронных карт поля и средство позиционирования на электронной карте поля.
1 2 3 4 5
X
9 8 7 6
Рис. 2. Схема привода рабочих органов:
1- гидросистема отбора мощности трактора; 2, 8, 9 - гидрораспределители;
3 - гидроцилиндр; 4, 6, 7 - гидромоторы;
5 - центральный процессор.
Разбрасыватель твердых органических удобрений работает следующим образом.
При выезде на поле тракторист включает автоматическую систему контроля и корректировки дозирования удобрений. Центральный процессор системы в зависимости от загруженной в блок электронной карты данного поля и от положения разбрасывателя на поле, определяемого средством позиционирования, подает сигнал на распределители и в зависимости от заданной на электронной карте поля необходимой дозы удобрения производит установку необходимой скорости движения подающего транспортера, частоту вращения измельчающего и распределяющего барабанов, роторного рыхлительно-выравниваю-щего рабочего органа, а также производит установку необходимого угла а (рис. 1) наклона измельчающего и распределяющего барабанов относительно дна кузова. Масса удобрений перемещается подающим транспортером к измельчающему барабану. Измельчающий барабан подает массу удобрений на распределяющий барабан. Вра-
Нива Поволжья № 4 (25) 2012 43
щаясь навстречу поступающей массе роторный рыхлительно-выравнивающий рабочий орган отталкивает часть удобрения назад в кузов, что обеспечивает подачу на измельчающий и распределяющий барабаны ровного по высоте слоя удобрений. Распределяющий барабан распределяет удобрения по полю.
При необходимости сменить дозу вносимых удобрений центральный процессор подает сигнал на распределители и изменяет скорость движения подающего транспортера, частоту вращения измельчающего и распределяющего барабанов, роторного рыхлительно-выравнивающего рабочего органа, а также происходит изменение угла а. При этом одновременное изменение частоты вращения распределяющего барабана и изменение угла а позволяет сохранять рабочую ширину захвата неизменной при изменении дозы вносимых удобрений. Это позволяет снизить неравномерность внесения удобрений не только на рабочей ширине захвата машины, но и в полосах перекрытия. Электронная система
24 М
Необходимая доза, т/га
60
43
35
21
17
10
управления, в которой заложена карта поля с указанием необходимой для каждого отдельного участка дозой удобрений, и разработанная машина для дифференцированного внесения твердых органических удобрений позволяют вносить на каждом конкретном участке поля необходимое количество удобрений, что приводит к уменьшению пестроты плодородия почвы.
Экономическая эффективность дифференцированного внесения твердых органических удобрений доказывает эффективность применения такого способа.
Был проведен анализ участка поля на содержание в почве питательных веществ при помощи разработанного на кафедре «Механизация технологических процессов в агропромышленном комплексе» ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» устройства для измерения удельной электрической проводимости почв полей [12, 13].
По результатам анализа почвы на каждом участке была составлена карта плодородия данного поля. Также был проведен анализ содержания питательных веществ в имеющихся твердых органических удобрениях (перегнивший навоз). Далее с учетом этих данных по карте плодородия было найдено необходимое количество удобрений в каждой точке участка и была составлена карта необходимого количества удобрений на каждом участке (рис. 3).
Далее с учетом рабочей ширины захвата в 8 метров данное поле было разбито на полосы, а каждая полоса - на участки (рис. 4), для каждого участка была определена оптимальная доза удобрений. При этом для обеспечения необходимой дозы в зонах перекрытия и на рабочей ширине захвата машины при внесении удобрений производилось изменение ширины захвата изменением угла а наклона измельчающего и распределяющего барабанов относительно дна кузова, частоты вращения разбрасывающих рабочих органов и скорости движения подающего цепочно-планчатого транспортера.
Для определения этих величин пользовались выражением по определению общей ширины захвата машины [14]:
1
-1п
кх ■и/ -сов а0
( Ж •I arctg■
-вт а0 ек> --+атк-
0 ^
сов 8 I
1+1
(1)
Рис. 3. Потребность участков поля в твердых органических удобрениях
хсов аб + Ь6, где Н0 - высота расположения барабана над поверхностью почвы, м; Ь6 - длина барабана, м; а0 - угол вылета частиц с разбрасывающего рабочего органа, град.;
Во =2
-б - угол наклона измельчающего и распределяющего барабанов относительно дна кузова, град.;
и - скорость вылета частиц с конца витка разбрасывающего рабочего органа, м/с; кх, ку, - коэффициенты, учитывающие
угол вылета частиц с разбрасывающего рабочего органа;
8 - коэффициент, учитывающий расположение разбрасывающих рабочих органов и скорость вылета частиц;
а - коэффициент, учитывающий размеры и вес частиц удобрений;
с - коэффициент лобового сопротивления.
кх=Ш8 —+441 - ; (2)
1 к 2 4) /
а=с £ -рР^- О ; х ми 2 (3)
к 1/со8 аб-1 ; (4)
У ^ аб-а б
8=аг^ ук^-Оу«ш-6-; (5)
где £м - Миделево сечение, м ; рв - плотность воздуха, кг/м ; О - вес частицы удобрений, Н. Качественные и количественные показатели внесения удобрений определялись в соответствии с ОСТ 70.7.2.-82 «Машины для внесения органических удобрений. Программа и методы испытаний». Перед проведением опытов противни для отбора проб устанавливались на рабочей ширине захвата разбрасывателя, проводились необходимые измерения скорости и направления ветра, температуры воздуха, а также физико-механических свойств применяемых твердых органических удобрений. После проведения опытов, согласно методике, взвешивалась масса удобрений в противнях, проверялось соответствие расчетной дозы удобрений фактической, вычислялась неравномерность внесения удобрений по рабочей ширине захвата машины.
По традиционному способу внесения удобрений доза внесения рассчитывается на
все поле и она составила бы 40,17 т/га. При этом необходимое количество удобрений для внесения на поле будет равно 36,9 т.
При дифференцированном способе внесения удобрений доза рассчитывается для каждого участка поля отдельно в зависимости от содержания в ней питательных веществ. Для этого определяют среднюю дозу для каждого участка. По полученным данным была рассчитана доза для каждого участка. Количество вносимых удобрений на каждом участке определялось как произведение площади участка на дозу, вносимую на данном участке, суммарное количество затрачиваемых на все поле удобрений составило 18,7 т, что говорит об экономии удобрений по сравнению с существующим способом внесения удобрений на 49,5 %.
По имеющимся нормативам потребления топлива агрегатом, состоящим из трактора Т-150К и предлагаемой машины, выполненной на основе машины ПРТ-10, определены затраты топлива для каждого способа внесения. Общее потребление топлива для внесения требуемого количества удобрений составит 45 литров. При дифференцированном способе внесения удобрений потребление топлива изменяется на каждом участке, так как изменяется доза внесения и, соответственно, затраты мощности на внесение удобрений. Суммарные затраты топлива при дифференцированном внесении удобрений при проведении опытов составили 22,9 л, что говорит об экономии топлива по сравнению с существующей методикой внесения удобрений на 49 %.
По полученным результатам можно сделать вывод, что дифференцированное внесение удобрений предлагаемой машиной позволяет существенно сократить затраты на внесение твердых органических удобрений, при этом неравномерность внесения удобрений по рабочей ширине захвата машины и в зонах перекрытия не превышает допустимых норм по агротехническим требованиям к машинам данного типа [15].
5; «о
оа
3; «о
1 1 * т т гм
1 г _ А 1 р ЧМ ' 1
Я к А. ' 1 1. 11 1
■ ш ШГ ч Ш 1 ]ИГ В к. 1
i 111111111111 380 м
Рис. 4. Схема разбивки поля на участки
Нива Поволжья № 4 (25) 2012 45
Сама модернизация машины для внесения удобрений не является сложной. Но необходимо отметить, что используемые в предлагаемой машине навигационное оборудование и программы для составления карт плодородия поля являются дорогостоящими и требующими существенных материальных затрат. Однако применение данного разбрасывателя позволяет существенно снизить затраты на топливо и на удобрения, при этом повысить урожайность поля за счет сокращения пестроты плодородия его почвы. Это позволяет окупить затраты на их приобретение в достаточно быстрые сроки, повысить рентабельность производства продукции растениеводства.
Литература
1. Личман, Г. И. Механика и технологические процессы применения органических удобрений: монография / Г. И. Личман, Н. М. Марченко. - М., 2001. - 335 с.
2. Якушев, В. П. На пути к точному земледелию / В. П. Якушев - СПб.: Издательство ПИЯФ РАН, 2012. - 458 с.
3. Якушев, В. П. Информационное обеспечение точного земледелия / В. П. Якушев
- СПб.: Издательство ПИЯФ РАН, 2007. -384 с.
4. Личман, Г. И. Технологические и технические аспекты использования органических удобрений в системе точного земледелия / Г. И. Личман // Материалы Всероссийской научно-практической конференции / ГНУ ВИМ. - М., 2008.
5. Измайлов, А. Ю. Точное земледелие: проблемы и решения / А. Ю. Измайлов, Г. И. Личман, Н. М. Марченко // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2010.
- № 5. - С. 9-14.
6. Абрамов, Н. В. Космические системы в управлении продукционными процессами агроценозов / Н. В. Абрамов // Сельскохо-
зяйственные машины и технологии. - 2012. - № 2. - С. 33-37.
7. Михайленко, И. М. Управление системами точного земледелия / И. М. Михай-ленко. - С.-Петербургский университет, 2005. - 233 с.
8. Соловьева, Н. Ф. Опыт применения и развитие систем точного земледелия / Н. Ф. Соловьева. - М.: ФГНУ «Росинформ-тех», 2008. - 100 с.
9. Марченко, Н. М. Механизация внесения органических удобрений / Н. М. Марченко, Г. И. Личман, А. Е. Шебалкин. - М.: ВО «Агропромиздат», 1990. - 207с.
10. Личман, Г. И. Дифференцированное внесение комплексных удобрений / Г. И. Личман, В. А. Батурин, А. Н. Марченко // Вестник ВНИИМЖ. - 2011.- № 4. - С. 10 - 15.
11. Машина для дифференцированного внесения твердых органических удобрений: пат. 2452164 РФ А01 С 3/06 № 2010123331/13; заявл. 07.06.2010; опубл. 10.06.2012. Бюл. № 16.
12. Устройство измерения удельной электрической проводимости почв полей: пат. 114166 РФ С01 Р 27/00 № 2011100957/28; заявл. 12.01.2011; опубл. 10.03.2012. Бюл. № 7.
13. Щербаков, С. И. К вопросу определения разнородных по плодородию участков поля по электропроводности почв / С. И. Щербаков, А. А. Кошелев // Сборник научных докладов 15 международной научно-практической конференции. - Тамбов: ВНИПТИ - ИТНСХ, 2009. - С. 305-309.
14. Щербаков, С. И. Обоснование параметров машин для дифференцированного внесения твердых органических удобрений / С. И. Щербаков, Ю. Е. Елизаров, Г. И. Личман // Нива Поволжья. - 2010. - № 3. - С. 59-63.
15. Исходные требования на базовые машинные технологические операции в растениеводстве - М.: ФГНУ «Росинформ-тех», 2005. - С. 73-76.
