Совершенствование технологии внесения концентрированных органических удобрений в условиях засушливого земледелия

Введение. Большинство земель сельскохозяйственного назначения в ЮФО находится в зонах засушливого земледелия. В структуре земель сельскохозяйственного назначения Ростовской области пашня, сенокосы и пастбища занимают площадь более 8 тыс. га, при этом под зерновые отводится от 2200 тыс. га до 2500 тыс. га [1]. В шести природно-сельскохозяйственных зонах Ростовской области с разными климатическими условиями преобладают засухи и нехватка влаги в продукционном слое почвы.

В условиях засушливого земледелия важная роль отводится сохранению почвенного плодородия как основной составляющей получения высоких урожаев. Существует множество приемов, способствующих восстановлению почвенных ресурсов, основным из которых является использование органической системы земледелия [2, 3, 4]. Органическая система земледелия направлена на разработку прорывной технологии в отечественном производстве зерна, сосредоточенного в зонах засушливого земледелия путем создания технологии переработки побочной продукции растениеводства (незерновая часть урожая, пожнивные остатки на корню) и животноводства с птицеводством (навоза и помета различной консистенции) на основе промышленной обработки этих материалов с помощью специально приготовленных высокоэффективных биологических добавок [5, 6, 7]. Взаимодействие названной побочной продукции с биодобавками обеспечивает приготовление высокоэффективных концентрированных органических удобрений [8]. Для данной технологии разрабатывается система машин, основным элементом которой является техническое средство для их поверхностного внесения. Существующие машины для поверхностного внесения органических и минеральных удобрений не обеспечивают качественное распределение их по поверхности поля, так как их распределяющие рабочие органы не адаптированы к физико-механическим свойствам концентрированных органических удобрений (пылевидная форма, плотность от 0,6 до 0,8 т/м3, влажность 40– 50%). Неэффективное использование концентрированных органических удобрений приводит к недобору зерновых культур от 0,8 до 1,0 т/га. Предыдущими исследованиями установлено, что наиболее эффективной для поверхностного внесения концентрированных органических удобрений (КОУ) является машина с пневмо-центробежным рабочим органом [3].

Цель исследования. Совершенствование технологии внесения концентрированных органических удобрений в условиях засушливого земледелия путем разработки технологической схемы машины с пневмоцентробежным рабочим органом.

Материалы и методы исследования. Анализ исследований по сохранению почвенных ресурсов в условиях засушливого земледелия показал, что наиболее эффективным приемом является внесение концентрированных органических удобрений. Однако специфичные свойства твердых концентрированных органических удобрений (пылевидная форма, влажность 40–50%, плотность от 0,6 до 0,8 т/м³) не позволяют качественно вносить их серийной техникой. Совершенствование технологии внесения указанных удобрений основано на доработке существующих машин типа РУМ (МВУ) на основе применения методов системного подхода и основанного на нем системного анализа.

Результаты исследования и их обсуждение. На юге России распространение получило концентрированное органическое удобрение марки «Агровит-Кор» (разработчик кан- дидат биологических наук П.И. Короленко). Определяющими показателями работы машины для внесения удобрений являются надежность технологического процесса выгрузки удобрений из кузова машины и качество их распределения по поверхности поля [9, 10]. Под надежностью технологического процесса выгрузки удобрений из кузова понимается стабильная подача удобрений на распределяющий рабочий орган без образования сводов [11]. Качественным показателем является равномерность распределения удобрений по поверхности поля, которая должна быть не менее 80% по ширине внесения и 90% – по ходу движения агрегата [1, 11, 13]. Исследованиями ведущих НИИ Российской Федерации установлено, что внесение минеральных или органических удобрений с неравномерно- стью по ширине внесения более 40–50% приводит к недобору урожая зерновых культур до 30– 35%.

В Азово-Черноморском инженерном институте ФГБОУ ВО Донской ГАУ разработана и прошла широкую производственную проверку машина для поверхностного внесения минеральных и концентрированных органических удобрений, обеспечивающая требуемые качественные показатели и надежность протекания технологического процесса выгрузки удобрений из кузова. Машина выполнена на базе разбрасывателя минеральных удобрений РУМ-5 (МВУ-5). Отличительной особенностью является сочетание центробежного и пневматического способов распределения удобрений по поверхности поля (рисунок 1).

1 – бункер; 2 – вентилятор высокого давления; 3 – воздуховоды; 4 – донный транспортер;

5 – роторный диск; 6 – регулирующая задвижка

Рисунок 1 – Схема машины с пневмоцентробежным рабочим органом для поверхностного внесения удобрений 1 – bunker; 2 – high pressure fan; 3 – air ducts; 4 – bottom conveyor; 5 – rotary disk; 6 – control valve Figure 1 – Scheme of a machine with a pneumatic centrifugal working body for surface fertilization

В зоне выброса удобрений донным транспортером установлен роторный диск с лопатками. По бокам бункера установлены два вентилятора высокого давления и воздуховоды, которые проходят через зону выгрузки удобрений. Регулирующая задвижка фиксирует требуемую подачу удобрений на распределяющие рабочие органы: роторный диск и воздуховоды.

Работает машина следующим образом. В процессе работы удобрения из бункера донным транспортером подаются на распределя- ющие рабочие органы. Диском удобрения разбрасываются в центральной части прохода агрегата, а воздушные потоки через воздуховоды распределяют удобрения слева и справа по ходу движения агрегата.

Функционально-кинематическая схема данной машины показана на рисунке 2.

На функционально-кинематической схеме машины показаны направления приводов рабочих органов машины (вентиляторов высокого давления, донного транспортера и дискового разбрасывателя) при подключении системы к карданному валу трактора и колесу машины.

Для ликвидации последствий сводообразования в кузове машины боковины её выполнены подвижными с приводом от гидроцилиндров.

1 – вал карданный; 2 – редуктор конический; 3 – привод вентиляторов высокого давления;

4 – вентилятор высокого давления; 5 – воздуховоды; 6 – транспортер донный планчато-цепной;

7 – гидромотор привода дискового разбрасывателя; 8 – разбрасыватель дисковый; 9 – гидрораспределитель Рисунок 2 – Функционально-кинематическая схема машины с пневмоцентробежным рабочим органом 1 – drive shaft; 2 – bevel gear; 3 – high pressure fan drive; 4 – high pressure fan; 5 – air ducts;

6 – bottom slat and chain conveyor; 7 – hydraulic motor drive disc spreader; 8 – disc spreader; 9 – hydraulic distributor Figure 2 – Functional and kinematic diagram of a machine with a pneumatic centrifugal working body

Экспериментально установлено, что при выгрузке концентрированных органических удобрений образование сводов на боковинах кузова начинается после опорожнения около половины их объема. Подвижные боковины кузова машины, посредством вращения вокруг нижних осей, гидроцилиндрами перемещаются до вертикального положения, что позволяет осуществлять полную выгрузку удобрений из кузова машины и повышает надежность процесса их поверхностного внесения. После опорожнения кузова его боковины занимают первоначальное положение.

Для повышения качества распределения удобрений по поверхности поля на воздуховодах в их нижней части установлены дополнительно регулировочные заслонки, посредством которых изменяются траектории выброса частиц, что обеспечивает высокую равномерность распределения удобрений по поверхности поля [14].

Данная функционально-кинематическая схема машины с пневмоцентробежным рабочим органом позволяет эффективно вносить минеральные и концентрированные органические удобрения с заданными дозами и требуемым качеством распределения по поверхности поля. Теоретические дозы внесения удобрений представлены в таблице 1.

В производственных условиях наблюдаются отклонения фактических показателей плотности удобрений, рабочей ширины внесения удобрений от представленных в таблице 1.

Таблица 1 – Теоретические дозы внесения удобрений машиной РУМ-5-03 с использованием пневмоцентробежного рабочего органа

Table 1 – Theoretical doses of fertilizer application by a machine of type RUM-5-03 using a pneumatic centrifugal working body

Вид удобрений Type of fertilizer	Плотность, т/м3 Density, t/m3	Рабочая ширина внесения, м Application width, m	Доза внесения удобрений, кг/га Dose of fertilizer application, kg/ha
			200	250	300	700	800	900	1000
			Пониженная скорость донного транспортера Reduced speed of the bottom conveyor			Повышенная скорость донного транспортера Increased speed of the bottom conveyor
			Высота открытия Valve opening			задвижки (расчетная), мм height (calculated), mm
Нитроаммофоска Nitroammophoska	1,0	10,8	45	58	70	51	58	66	75
КОУ марки «Агровит-Кор» COF of the brand «Agrovit-Kor»	0,6	8,0	80	99	118	85	98	110	122
Схема переключения скоростей донного транспортера Scheme of gear shifting for a bottom conveyor			z=12           z=15 ʋ дт = 0,15м/с			z=33 z=20 ʋ дт = 0,47м/с

Тогда корректировка параметров производится по формуле

H 0 =

H P • Y P B P

Y ф B ф

где H и H – высота открытия задвижки, соответственно, фактическая и расчетная, мм;

Y и Y – расчетная и фактическая плотность удобрений, т/м³;

B и B – фактическая и расчетная рабочая ширина внесения удобрений, м.

Основным технологическим параметром рассматриваемого агрегата является его рабочая скорость при внесении удобрений, которая может меняться от 2,5 км/ч (1-я передача трактора) до 12,33 км/ч (6-я передача трактора). Качественными параметрами работы агрегата являются равномерность распределения по поверхности поля и дозы их внесения. На рисунке 3 показано изменение доз внесения КОУ от рабочей скорости движения агрегата.

Из рисунка 3 видно, что на каждом скоростном режиме агрегата при увеличении ско- рости донного транспортера (ʋдт) возрастает подача удобрений на распределяющие рабочие органы и, соответственно, дозы их внесения. При ʋдт = 0,47 м/с дозы вносимых удобрений меняются от 23,3 т/га (ʋагр= 2,5 км/ч) до 4,7 т/га (ʋагр =12,33 км/ч). При ʋдт = 0,15 м/с дозы вносимых удобрений меняются от 7,4 т/га (ʋагр= 2,5 км/ч) до 1,5 т/га (ʋагр =12,33 км/ч).

Изменение параметров скорости донного транспортера, высоты открытия задвижки машины и скорости движения агрегата позволяет вносить КОУ с дозами от 0,2 до 10,0 т/га.

Техническая характеристика машины представлена в таблице 2.

Из представленных в таблице 2 данных видно, что машина с пневмоцентробежным рабочим органом является универсальной и с высоким качеством может вносить как минеральные, так и концентрированные органические удобрения, что важно для сохранения почвенного плодородия и предотвращения потерь выращиваемых зерновых культур применительно к условиям засушливого земледелия.

1 – ʋ дт = 0,15 м/с; 2 – ʋ дт = 0,47 м/с

Рисунок 3 – Влияние скорости движения агрегата ( ʋ агр ) с пневмоцентробежным рабочим органом на дозы внесения КОУ марки «Агровит-Кор» при Y ф = 0,6 т/м³ и Н ф =0,08 м 1 – ʋ дт = 0,15 м/с; 2 – ʋ дт = 0,47 м/с

Figure 3 – Influence of the speed of the machine ( ʋ агр ) with a pneumatic centrifugal working body on the dose of fertilizer application of COF of the brand «Agrovit-Коr» at Y ф = 0,6 т/м³ and Н ф =0,08 м

Таблица 2 – Техническая характеристика машины с пневмоцентробежным рабочим органом Table 2 – Technical characteristics of a machine with a pneumatic centrifugal working body

Показатели Indicators	Концентрированные органические удобрения (КОУ) Concentrated organic fertilizer (COF)		Минеральные удобрения Mineral fertilizer
Агрегатируется с трактором Aggregated with a tractor	кл. 1,4		кл. 1,4
Привод рабочих органов Drive for working parts	от ВОМ и гидросистемы трактора from the PTO and hydraulic system of the tractor
Способ распределения удобрений Fertilizer distribution method	пневмоцентробежный pneumatic centrifugal
Рабочая ширина внесения, м Application width, m	8		20–40
Неравномерность распределения удобрений, %: Uneven fertilizer distribution, %:
– по ширине внесения – by application width	до 20	до 25
– по ходу движения агрегата – by the direction of motion of the machine	до 10	до 10
Доза внесения удобрений, т/га Dose of fertilizer application, t/hа	0,2–10,0	0,05–0,5

Вывод. Разработана функциональнокинематическая схема машины с пневмоцен-тробежным рабочим органом, адаптированным к физико-механическим свойствам концентрированных органических удобрений, техническая характеристика, которой позволяет при рабочей ширине внесения концентрированных органиче- ских удобрений 8 м получить неравномерность распределения по ширине внесения менее 20%, по ходу движения агрегата – менее 10%.

Совершенствование технологии внесения концентрированных органических удобрений в условиях засушливого земледелия заключается в разработке машины с пневмоцентробежным рабочим органом на базе существующих разбрасывателей типа РУМ (МВУ), что обеспечивает качественное распределение минеральных и концентрированных органических удобрений с заданными дозами внесения и, как следствие, позволяет дополнительно получить до 0,8–1,0 тонны зерновых с одного гектара пашни.