Исследование тукозаделывающего рабочего органа, предназначенного для внесения минеральных удобрений при одновременном окучивании корнеклубнеплодов

Введение. Доставка питательных элементов непосредственно к корневой системе корнеклубнеплодов является основной задачей тукозаделывающего рабочего органа. Окучивание картофеля происходит при непосредственном становлении у растения как корневой системы, так и зеленой массы, поэтому в этот момент питательные элементы минеральных удобрений необходимы как никогда [6, 10]. Процесс одновременного окучивания и внесения минеральных удобрений позволит разместить минералы в непосредственной близости к корневой системе картофеля, что позволит беспрепятственно и в кратчайшие сроки доставить питательные элементы растениям [1, 3, 4].

Цель исследований - разработка способа и рабочего органа для одновременного внесения минеральных удобрений при окучивании корнеклубнеплодов (на примере картофеля), обоснование конструкции и принципа работы приспособления.

Методика исследований. Тукозаделы-вающий окучник, предназначенный для одновременного окучивания и внесения минеральных удобрений, состоит из установочной рамы 1, двух сферических дисков 3, расположенных на определенном расстоянии и под определенным углом друг к другу, очистных ножей 4, тукопро-водов и бункера минеральных удобрений 5 (рисунок 1).

• 1    – установочная рама; 2 – прицепное устройство; 3 – два сферических диска; 4 – очистные ножи;

5 – бункер минеральных удобрений; 6 – тукопроводы; 7 – регулирующее колесо; 8 – балка Рисунок 1 – Тукозаделывающий рабочий орган, предназначенный для внесения минеральных удобрений при одновременном окучивании корнеклубнеплодов

• 1    – installation frame; 2 – hitch; 3 – two spherical discs; 4 – cleaning knives; 5 – mineral fertilizer hopper; 6 – fertilizer lines;

• 7 – regulating wheel; 8 – beam

Figure 1 – The coverer designed for the application of mineral fertilizers while the simultaneously hoeing root crops

Методика исследований заключается в виртуальной разработке приспособления и проведении прочностных испытаний рабочих органов (двух сферически вогнутых дисков) в программной среде КОМПАС 3D V15.2. Нагрузку при моделировании тягового сопротивления прикладывали при измененных углах и расстоянии между осями дисков. Полученные результаты заносились и анализировались на ПК при помощи программ Microsoft Office Word и Exel.

Принцип работы рабочего органа заключается в следующем. Благодаря колесу 7, закрепленному на установочной раме 1 таким образом, что оно может регулироваться по высоте на 90 градусов, появляется возможность изменять величину заглубления рабочего органа в почву. Также данное колесо служит для разбивания комьев, встречающихся на пути приспособления. Прицепное устройство 2, закрепленное на установочной раме 1, обеспечивает параллельное перемещение приспособления относительно горизонтальной поверхности. В бункере 5 находятся минеральные удобрения, которые поступают через тукопроводы 6 к корневой системе картофеля. Два сферически вогнутых диска 3 осуществляют окучивание картофеля и закрытие минеральных удобрений почвой. Очистные ножи 4 предотвращают налипание чрезмерно увлажненной почвы на диски.

В процессе исследования вопроса окучивания корнеклубнеплодов при одновременном внесении минеральных удобрений, а также из анализа изученной литературы [2, 5, 7, 8, 9] было установлено, что расстояние по осям, между сферическими дисками, должно составлять 90– 110 мм (рисунок 2 а ), угол наклона сферически вогнутых дисков относительно друг друга должен составлять 70–80 градусов (рисунок 2 б ).

Рисунок 2 – Тукозаделывающий рабочий орган, предназначенный для внесения минеральных удобрений при одновременном окучивании корнеклубнеплодов ( а – вид сбоку; б – вид сверху)

Figure 2 – The coverer designed for the application of mineral fertilizers while the simultaneously hoeing root crops ( a – side view, б – top view)

Результаты исследований и их обсуждение. В процессе детального изучения предлагаемого приспособления был разработан способ окучивания картофеля при одновременном внесении минеральных удобрений (рисунок 3). На рисунке показано, как осуществляется процесс окучивания и внесения удобрений поэтапно.

• а)    регулирующее колесо 5 проходит между рядами, разбивая крупные комья и определяя величину заглубления сферических дисков;

• б)    на этом этапе через тукопроводы происходит внесение минеральных удобрений справа, относительно рядка картофеля на расстоянии bk;

• в)    следом проходит правый сферически вогнутый диск, перемещая почву из междурядья на картофель, тем самым закрывая минеральные удобрения и образуя гребень шириной bmp и высотой hp;

• г)    на данном этапе происходит внесение минеральных удобрений на расстоянии bk с левой стороны относительно рядка;

• д)    на заключительном этапе происходит перемещение почвы, находящейся слева относительно рядка, на растения правым сфериче-

• ски вогнутым диском, что полностью закрывает минеральные удобрения и образует готовый двухсторонний гребень.

а – проход регулировочного колеса;

б – внесение правой нормы минеральных удобрений; в – окучивание правым диском;

г – внесение левой нормы минеральных удобрений; д – окучивание левым диском Рисунок 3 – Способ окучивания картофеля при одновременном внесении минеральных удобрений a – passage of the adjusting wheel;

б – application of the right rate of mineral fertilizers; в – hilling with the right disc; г – application of the left rate of mineral fertilizers; д – hilling with the left disc

Figure 3 – Method of hilling potatoes while applying mineral fertilizers

Из анализа рисунка 3 можно сказать, что минеральные удобрения 2 располагаются на необходимом расстоянии bk, что позволит в кратчайшие сроки попасть питательным элементам к корневой системе растений. Образованный путем окучивания предлагаемым приспособлением гребень послужит хорошей опорой зеленой массы растения и предотвратит высыхание минеральных удобрений.

Виртуальное исследование прочностных характеристик и тягового сопротивления пред- ложенного рабочего органа проводилось в программной среде КОМПАС 3D V15.2, в которой изменялись расстояние и угол между осями сферически вогнутых дисков. Полученные результаты представлены в таблице.

Из данных таблицы видно, что минимальное тяговое сопротивление происходит при угле 60°, межосевом расстоянии 90–110 см и составляет 578 Н. Максимальное сопротивление показал результат при угле 85° и межосевом расстоянии 70–90 см и составляет 642 Н.

Результаты виртуального исследования тягового сопротивления окучника (размерность Н)

Results of the virtual research of the traction resistance of the hiller (dimension N)

Расстояние, см Distance, cm	Угол, град. Angle, degrees
	60	65	70	75	80	85
50–70	580	594	598	609	627	633
70–90	584	593	602	612	631	642
90–110	578	586	589	608	619	637
110–130	582	587	594	615	627	639

Используя методы регрессии для аппроксимации функции одной переменной (угла 70°), получаем следующее.

• 1.    Линейная регрессия составила: y=-2,5000x+599,5000, при этом коэффициент линейной парной корреляции -0,5805, коэффициент детерминации 0,3369, средняя ошибка аппроксимации 0,5880%.

• 2.    Квадратичная регрессия составила: y=0,2500x2-3,2500x+599,7500, при этом коэффициент корреляции 0,5828, коэффициент детерминации 0,3396, средняя ошибка аппроксимации 0,5877%.

• 3.    Кубическая регрессия составила: y=5,8333x3-26,0000x2+24,1667x+598,0000,  при

  этом коэффициент корреляции 1, коэффициент детерминации 1, средняя ошибка аппроксимации 0,0000%.

Уравнение линейной регрессии Linear regression quation

y=1.3000x+635.8000

y=-1.2000x+627.8000

y=1.4000x+608.9000

y=-2.5000x+599.5000

y=-2.8000x+594.2000

y=0.0000x+581.0000

50-70               70-90               90-110              110-130

угол 60       угол 65 . —угол 70 „ —е— угол 75 . —угол 80       угол 85

angle 60      angle 65       angle 70      angle 75       angle 80      angle 85

Рисунок 4 – Результаты виртуального исследования тягового сопротивления окучника

Figure 4 – Results of the virtual study of the traction resistance of the hiller

Анализируя диаграмму на рисунке 4, можно сказать, что уменьшение тягового сопротивления происходит по всем рассматриваемым углам при межосевом расстоянии 50–70 см и 90–110 см. Однако из-за конструктивных особенностей сферических дисков расстояние 50– 70 см нам не подходит. Межосевое расстояние

90–110 см справится с поставленной задачей при минимальном тяговом сопротивлении. Также наблюдаются наименьшие показатели тягового сопротивления при углах осей дисков 60, 65 и 70°. Однако из-за ширины междурядья картофеля углы в 60 и 65° нам не подходят, так как диски не смогут окучивать растения полностью.

Угол осей дисков в 70° в полном объеме справится с поставленной задачей.

Выводы. Таким образом, предложенный тукозаделывающий рабочий орган, предназначенный для внесения минеральных удобрений и одновременного окучивания корнеклубнелодов, состоящий из двух сферически вогнутых дисков, чистящих ножей, регулировочного колеса и ту-копроводов, вносит минеральные удобрения в относительной близости от корневой системы растений, закрывает их слоем почвы, тем самым предотвращая высыхание удобрений, и образует качественный гребень, поддерживающий зеленую массу картофеля.

Поэтапное рассмотрение способа одновременного внесения удобрений и окучивания картофеля наглядно показывает работоспособность и целесообразность предложенного приспособления.

Анализ полученных результатов, при расчете на прочность тукозаделывающего рабочего органа, при помощи программы КОМПАС 3DV 15.2 показал, что при угле 70° и межосевом расстоянии дисков 90–110 см мы добьёмся наименьшего тягового сопротивления.