Содержание к диссертации
Введение
CLASS ГЛАВА I. Состояние вопроса и задачи исследовани CLASS я
1.1. Краткая характеристика орошаемых почв хлопкосеющих районов 7
1.2. Влияние глубокого внесения удобрений на урожайность хлопчатника 8
1.3. Требования к внесению удобрений в подпахотный горизонт II
1.4. Обзор конструкции машин для глубокого внесения удобрений в почву . 14
1.5. Выбор способа приготовления смеси органоминеральных удобрений 21
1.6. Анализ и выбор конструкции аппарата для высева органических удобрений 22
1.7. Анализ и выбор конструкции рабочего органа для внутрипочвенного широкополосного внесения удобрений 24
.1.8. Обзор экспериментально-теоретических исследований работы цепочно-планчатого дозатора 32
1.9. Обзор теоретических исследований внутрипочвенных рассевателей сыпучих материалов 39
1.10. Цель и задачи исследования 46
ГЛАВА 2. Исследование физико-механических свойств органических удобрений 49
2.1. Методика определения физико-механических свойств органических удобрений 49
2.2. Показатели физико-механических свойств органических удобрений 53
ГЛАВА 3. Теоретические предпосылки к обоснованию параметров устройства для глубокого внесения органоминеральных удобрений 59
3.1. Исследование процесса высева удобрений цепочно-планчатым высевающим аппаратом 59
3.2. Обоснование шага планок цепочно-планчатого транспортера высевающего аппарата 63
3.3. Исследование скорости движения рассеваемого материала по поверхности распределителя 66
3.4. Обоснование высоты распределителя 72
3.5. Условие нормального протекания процесса внутрипочвенного рассева удобрений воздушным потоком 74
ГЛАВА 4. Программ и методика экспериментальных исследований 82
4.1. Программа экспериментальных исследований 82
4.2. Методика определения качественных показателей работы высевающего аппарата 83
4.3. Методика исследований работы рабочего органа для внутрипочвенного рассева удобрений 87
4.4. Методика применения математического планирования эксперимента 95
4.5. Методика полевых опытов 98
ГЛАВА 5. Результаты лабораторно-шлевых исследований и определение экономической эффективности 99
5.1. Обоснование параметров цепочно-планчатого аппарата 99
5.2. Обоснование параметров рабочего органа для внутрипочвенного рассева удобрений 115
5.3. Результаты полевых испытаний 131
5.4. Определение показателей экономической эффективности внедрения результатов исследований 137
Общие выводы и предложения 142
Литература 144
Приложения 155
- Краткая характеристика орошаемых почв хлопкосеющих районов
- Методика определения физико-механических свойств органических удобрений
- Исследование процесса высева удобрений цепочно-планчатым высевающим аппаратом
- Методика определения качественных показателей работы высевающего аппарата
Введение к работе
Коммунистическая партия Советского Союза, последовательно осуществляя курс аграрной политики, выработанной на историческом мартовском (1965 г.) Пленуме ЦК КПСС и развитой в последующих Пленумах /Ї/ и ХХШ-ХХУІ съездах КПСС, проводит боьшую работу по обеспечению непрерывного развития сельскохозяйственного производства страны.
Решениями ХХУІ съезда КПСС предусмотрено в XI пятилетке довести среднегодовое производство хлопка-сырца в стране до 9,2...9,3 млн.тонн, а в Узбекистане - не менее 5,9 млт.т. /2/.
Увеличение производства продукции растениеводства должно происходить в основном не за счет расширения посевных площадей, а путем последовательной интенсификации сельского хозяйства, внедрения новых прогрессивных технологий обработки почвы и применения удобрений. Дальнейшее увеличение производства хлопка в одиннадцатой пятилетке также планируется главным образом путем повышения урожайности. Для этого необходимо осуществлять дальнейшую интенсификацию сельскохозяйственного производства путем коренного повышения плодородия орошаемых почв. В этом решающее значение имеет применение достаточного количества органических и минеральных удобрений. Примерно половину урожая хлопка-сырца получают за счет внесения минеральных удобрений. Однако многочисленными опытами доказано, что урожай хлопка-сырца повышается при внесении азота в дозе до 250...300 кг/га и соответствующем количестве фосфора и калия. Дальнейшее увеличение удобрений эффекта пока не дает. Кроме того, из вносимых фосфорных удобрений растениями используется около 20%, азотных и калийных - примерно половина. В связи с этим необходимо разработать такие способы внесения удобрений, которые обеспечивали бы высокую эффек- тивность их применения и резко повысили отдачу урожаем.
Таким способом является послойное внесение органоминераль-ных удобрений на глубину 0,15 и 0,30 м под двухъярусную вспашку и на глубину 0,50...0,55 м в сочетании с глубоким рыхлением почвы. Многолетними экспериментальными исследованиями Института экспериментальной биологии растений (ИНЭБР) АН УзССР установлено, что глубокое экранное внесение органоминеральных удобрений дозой 1000...1500 кг/га дает прибавку урожая хлопка-сырца до 2,9 ц/га, в том числе за счет внесения органических -1,0 ц/га. Причем последействие удобрений сохраняется до 4 лет.
Однако, отсутствие специальной машины сдерживает внедрение этого высокоэффективного способа внесения удобрений.
В соответствии с вышеизложенным, обоснование параметров устройства к глубокорыхлителю, обеспечивающего глубокое широкополосное внесение органоминеральных удобрений в подпахотный горизонт почвы является актуальной задачей и имеет важное народнохозяйственное значение.
Целью настоящей работы является выбор типа и обоснование параметров устройства для глубокого широкополосного внесения органоминеральных удобрений на глубину рыхления почвы в зоне хлопководства.
Постановка задачи. На основании обзора ранее выполненных научных исследований по изучаемому вопросу необходимо выбрать тип устройства и определить направление теоретических и экспериментальных исследований.
В работе изучены физико-механические свойства органических удобрений, как основного материала, взаимодействующего с рабочими органами, уточнено выражение для определения подачи цепочно-планчатого высевающего аппарата и рационального шага планок из условия обеспечения минимальной неравномерности высева; обосно- вана форма образующей поверхности наибыстрейшего ската частиц удобрений; получены аналитические зависимости для определения параметров распределителя; оптимизированы значения угла раствора крыльев распределительного короба и скорости воздушного потока; аналитически рассмотрено и экспериментально проверено условие нормального протекания процесса внутрипочвенного рассева удобрений воздушным потоком; определена аэродинамическая характеристика пневмосети устройства для глубокого широкополосного внесения удобрений. Эти результаты работы отражают научную новизну исследования, основные положения которой выносятся на защиту.
Работа выполнена в Среднеазиатском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (САИМЭ) согласно тематическому плану НИР по теме 2.2, разделу 4 на 1979-1983 гг. госрегистрации № 810996640 "Разработать параметры технических средств для внесения навоза при глубоком рыхлении почвы, севе хлопчатника (мульчировании) и в междурядье хлопчатника с агротехнической оценкой" утвержденному Среднеазиатским отделением ВАСХНЙН.
Краткая характеристика орошаемых почв хлопкосеющих районов
Староорошаемые почвы образовались и окультуривались при непосредственном воздействии человека на протяжении длительного времени путем применения искусственного орошения, интенсивной обработки, внесения удобрений. Ежегодное наращивание почвы в течение длительного времени привело к образованию мощного агроир-ригационного слоя, достигающего толщины I...2 м.
По данным Института экспериментальной биологии растений (ИНЭБР) АН УзССР /3/ общий запас азота в горизонте 0-200 см составляет 12...15 т/га, из которых только 2,0...3,5 т. приходится на пахотный слой, остальные - на подпахотные горизонты. В метровом слое гумуса содержится 132,6 т/га, общего азота 8,97, общего фосфора - 24,0, из которых 73,5, 4,37 и 16,0 т соответственно равномерно распределены в подпахотном (28-100 см) горизонте.
В результате ежегодной вспашки на глубину 25...30 см, многократных поливов и других причин, на границе пахотного и подпахотного горизонтов, начиная примерно с 25 до 40 см, образовалась твердая "плужная подошва". Полевыми экспериментами /3/ было установлено, что в плужной подошве и нижних плотных подпахотных слоях с плотностью 1500 кг/мэ и более, крайне неблагоприятные физические, химические и микробиологические условия: затруднено впитывание воды и проникновение корней растений в глубокие горизонты и, следовательно, использование больших запасов питательных элементов, содержащихся в нижних слоях. В результате этого основная масса корней развивается главным образом в пахотном слое, подверженном частому иссушению в знойный летний период. В итоге на таких плотных почвах урожай снижается на 25...40 . По этому, вовлечение подпахотных слоев в сельскохозяйственный оборот за счет эффективных агротехнических мероприятий является крупным резервом повышения урожайности хлопчатника и других культур. Одним из таких агроприемов является разрушение пужной подошвы рыхлением подпахотного горизонта почвы на глубину 0,50 ...0,55 м с одновременным внесением органоминеральных удобрений на дно борозды.
На важное значение глубокой обработки почвы указывали крупнейшие советские ученые. К.А.Тимирязев /4/ писал:"Глубокая распашка одно из наилучших средств борьбы с засухой и вместе с тем это возможность накопления влаги. Глубокая распашка - это средство увеличения не только запаса воды, а кроме того и средство развития корней в глубинных слоях почвы". Академик В.Р.Вильяме /5/ считал, что прогресс в земледелии невозможен, если не будет создаваться в почве окультуренный пахотный слой, за счет глубокой обработки почвы.
Углубление пахотного слоя соответствует биологическим свойствам хлопчатника, люцерны, кукурузы и др. растений развивать мощную глубокоидущую корневую систему. Экспериментально установлено /6,7,8,9,10/, что значение глубокого рыхления для усиления роста и развития корней и наземных органов растений, а также биологической активности подпахотных слоев, особенно велико при сочетании его с глубоким послойным внесением органоминеральных удобрений, Этот прием намного повышает эффективность глубокого рыхления. Длительные исследования по изучению влияния послойного внесения органоминеральных удобрений в сочетании с глубоким рыхлением почвы проведены в ИНЭБР и СоюзНИХИ.
Для изучения влияния послойного внесения органоминеральных удобрений на развитие корней хлопчатника в колхозе имени Свердлова Ташкентской области на типичном сероземе с плотным подпахотным слоем были заложены опыты /10/ со следующими вариантами: 1. Обычная вспашка на 0,3 м (контроль). 2. Вспашка на 0,3 м с рыхлением на 0,5 м. 3. Вспашка на 0,3 м с рыхлением на 0,5 м и внесением удобрений на 0,15, 0,30 и 0,50 м. Годовая доза - 160, 130, 60 кг/га. В каждый слой вносилась одна треть годовой дозы. Для повышения биологической активности почвы на каждый килограмм суперфосфата добавляли 2 кг перепревшего навоза. По полученным данным (приложение I) авторы вышеприведенных работ установили, что глубокое рыхление, сочетаемое с послойным внесением удобрений, активизирует рост корней сильнее, чем без внесения удобрений. Начиная с глубины 0,30 м масса воздушно-сухих корней возрастает в 1,5...2,0 раза по сравнению с контролем. Этот показатель еще выше в горизонте 0,6...1,5 м. Такие результаты объясняются улучшением условий для контакта корней с внесенными удобрениями, в результате чего они интенсивно поглощают элементы питания и усиленно растут.
Послойное внесение удобрений ускоряет ростовые процессы,уве-линивает количество плодоорганов и повышает продуктивность хлопчатника.
Прибавка урожая в варианте 3 составила 6,8 ц/га. Высокая прибавка урожая получена и в первый и во второй годах последействия послойного внесения удобрений - 4,8 и 2,0 ц/га по отношению к контролю.
Методика определения физико-механических свойств органических удобрений
Физико-механические свойства минеральных удобрений, применяемых в Средней Азии, подробно изучены многими исследователями /88,89/, а по сыпучим органическим удобрениям, которые будут высеваться отдельно от минеральных цепочно-планчатым аппаратом, таких данных практически нет. Нами были изучены следующие основные свойства, которые влияют на выполнение технологического процесса высева и рассева: фракционный состав, влажность, плотность коэффициенты трения, угол естественного откоса и парусность.
Физико-механические свойства сыпучих органических удобрений (перепревший и полуперепревший навоз) определялись по известным методам, изложенным в специальной литературе /46,90/.
Степень разложения органических удобрений и их насыпная плотность определялись по ОСТ 70.7.2-74 "Машины для внесения органических удобрений. Программа и методы испытаний".
Степень уплотнения удобрений определялась с помощью мерного ящика размером 0,25x0,25x0,25 м. Ящик заполнялся удобрением и подвергался вибрации на вибростоле в течение I мин. При этом постоянно засыпалось удобрение, пока не прекращалась их усадка. Степень уплотнения 1С. определялась отношением массы уплотненного удобрения в ящике к их массе до уплотнения. Влажность удобрений определялась по ГОСТ 20.917-75 "Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытаний" по формуле: W= 100-а/Ь. где W - влажность удобрений, % ; Of - масса испарившейся воды, г; Ь - масса влажной навески удобрений, г. Фракционный состав удобрений определялся по методике,изложенной в ГОСТ 21560,1-82 "Удобрения минеральные. Метод определения гранулиметрического состава" с помощью набора сит с диаметром отверстий от 10 до 0,25 мм. Содержание фракций ( X-L ) в процентах вычислялось по формуле: xt = nv OO/m , где Ш - масса пробы, г; Средний размер ( (дер ) фракций подсчитывался по формуле где (JL - размер L -той фракции; ГПІ - масса L -той фракции. Взвешивание производилось на весах ВЛТК-500 с погрешностью не более 0,1 г.
Углы естественного откоса и обрушения определялись с помощью специального ящика (рис.2.1), в днище которого имеется окно с задвижкой. После засыпания ящика удобрением, задвижка выдвигалась и материал высыпался через окно на горизонтальную плоскость образуя конус с углом естественного откоса СХ при основании. Оставшиеся в ящике удобрения располагались под углом обрушения (X 05 . Углы ОС и 0( 05 замерялись с помощью угломера.
Коэффициент трения скольжения органических удобрений определялся по пластинам трения, изготовленных из пластмассы, окрашенной и неокрашенной стали с черной необработанной поверхностью. Каждая пластина трения 4 (рис.2.2) из соответствующего материала перемещалась по поверхности удобрения 3, нижний слой 2 которого с целью фиксации приклеивался к плоскости I. Опыты проведены для полуперепревшего и перепревшего навоза с влажностью 16...48% при удельном давлении 5,9...13,0 гПа, соответствующем давлению удобрений на дно бункера высевающего аппарата.
Вес образцов незначительный, поэтому вертикальная нагрузка создавалась гирей весом Cr . Образец 4 перемещался с помощью ручной лебедки и тростика 6. Сила натяжения тростика Г , равная силе трения Гтр измерялась с помощью чувствительного тнезо-элемента 5, соединенного с тензоусилителем "Топаз-4" и быстродействующим самописцем H302I/3.
Коэффициент трения определялся по следующей формуле: где G - сила веса; G - ГТШ , где ГП - масса гири.
Коэффициент внутреннего трения определялся с помощью прибора И.М.Литвинова /46/. Прибор состоит из гильзы, разрезанной под углом 2 на неподвижную (верхнюю) и подвижную части. Подвижная часть установлена на платформе, катящейся на четырех шариках. Перед опытами обе половины гильзы совмещают и засыпают удобрением. На верхнюю открытую часть гильзы устанавливается груз, создающий нормальную нагрузку u . После этого подвижная часть гильзы перемещается с помощью ручной лебедки. Сдвигающее усилие Т определялось с помощью тензорезисторного чувствительного элемента и фиксировалось быстродействующим самописцем.
Коэффициент внутреннего трения определялся как отношение:
Коэффициент парусности определялся на пневмоклассификаторе РПП-30 по следующей методике. Для испытаний подготавливались фракции размером 7-5, 5-3, 3-2, 2-І, 1-0,5 мм. Затем 50...60 г удобрения одной фракции помещали на приемную сетку классификатора. После этого включив вентилятор, постепенно повышали скорость воздушного потока в вертикальной трубе. Как только первые частицы удобрений начали попадать в стакан отстойника, по положению
Исследование процесса высева удобрений цепочно-планчатым высевающим аппаратом
Высеваемый слой удобрений в питающей емкости (бункере)аппарата перемещается с планками транспортера в направлении высевной щели. Установлено, что часть удобрений, расположенная между планками транспортера, образует слой, перемещающийся со скоростью транспортера, а другая, расположенная выше, - образует активный слой. Активный слой образуется за счет трения поверхности планок и удобрений, расположенных между ними, о выше расположенный материал. Сила трения между частицами активного слоя задерживает движение І поэтому они движутся с убывающей скоростью, доходящей до нуля, на верхней границе активного слоя.
В соответствии с изложенным подачу 0 материала цепочно-планчатым аппаратом можно выразить как сумму: 9= Ь+ % . (3.1) где 0ПЯ- подача материала, расположенного между смежными планками (подача планками); CLK подача материала активным слоем, С учетом формулы (I.I) подачу планками запишем:
Спл= ТРЬІ1ПЯ #нКгКу , (3-2) гдк /тр - скорость транспортера, м/с; Ппл - высота планок, м; и - ширина высевной щели, м; YH - насыпная плотность удобрений, кг/м3. Наблюдения за процессом работы аппарата показали, что слой, выносимый планками, высевается отдельными призмами между которыми имеется разрыв и высев прерывается, происходит пульсирующая подача. Причиной образования отдельных призм является в основном скопление материала перед планками из-за действия сил трения высеваемого слоя о дно транспортера и верхний неподвижный слой у высевной щели (рис.3.I). Призмы образуются практически во всем рабочем диапазоне кинематического режима работы транспортера.Следует отметить, что образование призм или тела волочения перед планками является характерным для работы цепочно-планчатых аппаратов независимо от вида высеваемого материала (корм, торф,минеральные удобрения, навоз). Это подтверждается выводами, сделанными также в ряде работ /69,71,73/.
Образующиеся пустоты между отдельными призмами снижают подачу, что необходимо учитывать в формуле (3.2) коэффициентом неравномерности подачи Кці Геометрический коэффициент Кг определим по формуле: где VL - суммарный объем, занимаемый материалом и планками в слое высотой, равной высоте планок ППл ; Vp - объем рабочего органа транспортера (планок); Коэффициент Кг, определяемый по формуле (3.4) имеет постоянное числовое значение для конкретного аппарата. При шаге планок t = 152 мм и ширине планок Q = 30 мм, Kj, = 0,8. Подача материала активным слоем равна: где {/д« - средняя скорость активного слоя; Пак - высота активного слоя, равная разности ( П -Пм ). Коэффициент использования площади высевной щели равен к0= haK/hflK, (з.б) где Па)( - фактическая высота активного слоя, которая бывает меньше Пак из-за гранулометрического состава материала и образования неподвижного слоя над высевной щелью. Нпосредственными замерами установили, что ( иак -г)ок ) составляет 1,5...2,0 мм, К0= 0,90...0,94. Для определения средней скорости активного слоя примем, что скорость движения частиц по толщине активного слоя непостоянна и убывает по мере их удаления от поверхности планок (рис.3.2) Щ = і(и ) . При решении этой функции воспользуемся методом, который принят проф.Летошневым М.Н. для исследования работы катушечного высевающего аппарата. В первом приближении примем линейную зависимость для этой функции. Тогда будет справедливо отношение:
Методика определения качественных показателей работы высевающего аппарата
Поток удобрений, движущийся в тукопроводе под действием воздушного потока, делится на две части и направляется в два противоположных рукава. Удобрения из рукавов вылетают и попадают в противни, разделяющие зону падения удобрений в поперечном направлении на участки шириной 50 мм каждый. Ввиду неоднородности фракционного состава удобрений, в противни они попадают с большим разбросом. Дальность полета частиц оценивалась по математическому ожиданию высева удобрений в противни и расстояния их до центра тукопровода. Содержимое противней взвешивалось на весах ВЛТК-500. Математическая обработка результатов взвешивания производилась по следующим формулам. Оценка математического ожидания дальности полета частиц: п m A Xi Pi. , L=i I где П - число противней ( П = 12); Xj. - расстояние от і -той противни до центра тукопровода; nL - статистическая вероятность возможного значения Х( где Ь[ - масса удобрений в I -той противне, г.
Среднее квадратическое отклонение дальности полета частиц удобрений относительно математического ожидания
Оценка математического ожидания дальности полета частиц удобрений по всей совокупности опытов определялась как среднеарифметическое по 1Л повторности.
Вычисление перечисленных показателей производилось на ЭЦВМ "Искра-124" по стандартной программе.
Определение неравномерности рассева удобрений по ширине захвата. В результате обзора литературы и теоретических исследований установлено, что на качество рассева удобрений по ширине захвата рабочего органа влияют такие факторы: как параметры распределительного короба, скорость воздушного потока в туко-проводе, влажность удобрений, подача аппарата, условия рассева удобрений в почве. Влияние подачи на неравномерность рассева удобрений изучено при подачах 80,110 и 140 г/с. Параметры рабочего органа оптимизировались при номинальной подаче НО г/с. Опыты проводились на специально созданном лабораторном стенде (рис.4.4).
Схема лабораторной установки для определения неравномерности рассева удобрений по ширине захвата и аэродинамических показателей пнев-мосети: I - измерительный коллектор; 2- микроманометр; 3 - заслонка; 4 - вентилятор; 5 - воздухопроводы; б - рабочий орган; 7 - противни
На стенд устанавливался экспериментальный рабочий орган, состоящий из тукопровода б, распределителя с оптимальными параметрами поверхности ската и распределительного короба с углами J3 =4, 9 и 14. Общая ширина захвата распределительного короба равнялась ширине захвата рьклительной лапы 0,50 м. Для определения неравномерности рассева удобрений по ширине захвата, вдоль распределительного короба устанавливались противни размером 20x50x120 мм (всего 10 шт). Противни разделяли зону рассева на участки шириной 50 мм. В опытах использовались смесь перепревшего навоза естественной влажности (15...20%) и аммофоса в пропорции 7:1. Продолжительность высева удобрений за одну пов-торность составляла 5 с.
Показатель неравномерности рассева органоминеральных удобрений не отражает качество рассева минеральных удобрений, которые являются главным компонентом смеси. Поэтому, для определения качества распределения минеральных удобрений по ширине захвата при выбранных оптимальных параметрах короба и воздушного потока, после высева смеси в противни производилась выборка гранул аммофоса вручную с помощью пинцета. Затем они взвешивались отдельно для каждого противня, расчитывалась неравномерность рассева и сопоставлялась с рассевом смеси.
4 3.3. Исследование кинематики движения частицы удобрений по рабочей поверхности распределителя методом скоростной фотосъемки. Скорость и траектория движения частицы по поверхности распределителя определялась с помощью скоростной фотосъемки /99,100/ Этот метод позволяет на одном кадре светочувствительного материала получать изображение последовательных положений движущейся частицы через равные промежутки времени, что значительно упрощает обработку результатов и экономит светочувствительный материал.
Установка для скоростной фотосъемки (рис.4.5) состоит из стойки и укрепленных на ней электродвигателя, обтюратора и фотоаппарата. Обтюратор представляет собой диск с симметричными прорезями, закрепленный на валу электродвигателя и расположенный в неподвижном кожухе. Кожух имеет одно отверстие в центре под вал электродвигателя и одно сквозное отверстие на периферии, в которое вставляется объектив фотоаппарата и производится съемка объекта исследования. При вращении диска происходит совпадение его прорезей с отверстием в кожухе через равные про межутки времени, в которые и происходит съемка. Частота вращения диска и число прорезей в нем подбираются расчетным и экспериментальным путем.
