Содержание к диссертации
Введение
1. Технологии и машины, применяемые для внесения органических удобрений (навоза) в почву 7
1.1. Органические удобрения и плодородие почвы 7
1.1.1. Сроки и нормы внесения .. 16
1.2.Технологические схемы внесения органических удобрений .18
1.3. Машины и приспособления для внесения органических удобрений .24
2. Теоретическое обоснование выбора параметров и режимов работы экспериментальной машины 41
2.1. Техно логический процесс локального внесения навоза в почву и машина для его осуществления 41
2.2. Связь нормы внесения удобрений, скорости движения агрегата и подачи материала транспортером к делителям .44
2.3. Определение толщины слоя подаваемых удобрений и производительности транспортера 45
2.4. Расчет параметров цепочно-планчатого транспортера 49
2.5. Расчет энергоемкости подачи удобрений 52
3. Программа и методика экспериментальных исследований 56
3.1. Программа экспериментальных исследований 56
3.2. Методика, условия и оборудование для проведения исследований
3.2.1. Методика закладки полевых опытов с целью обоснования способа по локальному внесению органических удобрений рядками в почву и выбора рабочих органов машины для его осуществления 57
3.2.2. Методика определения профиля борозды, глубины и нормы внесения органических удобрений.. 61
3.3. Методика энергетической оценки машины для локального внесения органических удобрений в почву 64
3.3.1. Методика проведения испытаний 65
3.3.2. Показатели энергетической оценки и методы их определения
4. Экспериментальные исследования 71
4.1. Исследование влияния различных способов внесения навоза на урожайность пропашных культур 71
4.2. Исследование процесса локального внесения навоза
4.2.1. Определение количественных и качественных показателей внесения навоза при локальном способе 76
4.2.2. Определение производительности агрегата
4.3. Рабочие органы машины для локального внесения навоза в почву 93
4.4. Энергетическая оценка процесса внесения навоза
5. Экономическая эффективность технологии локального внесения навоза в почву 103
6. Общие выводы 105
7. Список литературных источников 108
8. Приложения 1
- Сроки и нормы внесения
- Определение толщины слоя подаваемых удобрений и производительности транспортера
- Методика закладки полевых опытов с целью обоснования способа по локальному внесению органических удобрений рядками в почву и выбора рабочих органов машины для его осуществления
- Определение количественных и качественных показателей внесения навоза при локальном способе
Сроки и нормы внесения
Ценность органических удобрений заключается в большом содержании питательных веществ и прежде всего азота, фосфора, калия, кальция, магния, ряда микроэлементов. Поэтому при использовании органических удобрений пополняется запас подвижных питательных элементов в почве, что служит важным условием улучшения круговорота макро- и микроэлементов в системе почва - растение. Значительная часть питательных веществ, взятых растением из почвы, а также из внесенных минеральных удобрений, с кормами и подстилкой поступает в животноводческие помещения, переходит в навоз, с которым затем возвращается в почву. Поэтому полное и систематическое использование органических удобрений, получаемых от животноводчества, улучшает баланс питательных веществ в земледелии и способствует повышению урожаев и качества продукции [2].
С внесением навоза улучшается микробиологическая деятельность в почве, так как при этом в нее поступают микроорганизмы и органическое вещество, необходимое для активизации ее жизнедеятельности. Увеличивается образование углекислоты различных органических кислот, которые взаимодействуют с минеральной частью почвы.
Органические удобрения улучшают физические свойства почвы, поглотительную способность и другие показатели, характеризующие ее плодородие. Поэтому систематическое применение органических удобрений - одно из важнейших условий окультуривания почв, обеспечивающего более эффективное использование минеральных удобрений и получение высоких урожаев из года в год.
Наивысшие урожаи достигаются лишь тогда, когда мероприятия по внесению удобрений и организации севооборота обеспечивают в полной мере воспроизводство органического вещества почвы. Поэтому с интенсификацией земледелия повышается роль органических удобрений в поддержании бездефицитного баланса гумуса, питательных веществ в почве, а также в существенном улучшении ее агрофизических, физико-химических и биологических свойств [3, 4]. Анализ длительных опытов в разных странах показывает, что бездефицитного баланса гумуса в почве при интенсивном земледелии невозможно добиться без органических удобрений.
При длительном использовании земель без применения удобрений постепенно разрушается органическое вещество почвы и снижается в ней содержание общего азота. При систематическом внесении навоза содержание гумуса в почве заметно возрастает на всех ее типах. Использование минеральных удобрений значительно слабее влияет на накопление гумуса и общего азота по сравнению с навозом, так как источником гумуса в почве при внесении минеральных удобрений служат в основном корневые и пожнивные остатки.
В результате применения минеральных удобрений большая часть живого вещества гибнет и прекращает создавать то, что входит в понятие плодородия - пищу для растений (гумус, углекислый газ) [5].
Использование органических удобрений на низкогумусированных почвах существенно повышает содержание в них гумуса. На богатых гумусом почвах удобрении обеспечивают относительно меньшие прибавки урожая и накопление пожнивных и корневых остатков в сравнение с низкогумусированными. Это приводит к меньшему действию удобрений на содержание гумуса и азота в почве.
Необходимо учитывать, что внесение навоза повышает содержание гумуса как за счет гумификации навоза, так и образующихся при его применении дополнительных корневых и пожнивных остатков растений, а при внесении минеральных удобрений - только за счет последних. Этим можно объяснить заметно большее накопление гумуса при использовании навоза по сравнению с минеральными удобрениями [6, 7]. Ежегодное пополнение гумуса в почвах за счет пожнивных и корневых остатков сельскохозяйственных культур определяется почвенно-климатической зоной, биологическими особенностями растений, уровнем урожайности.
Коэффициент гумификации навоза также зависит от почвенно-климатической зоны, условий агротехники, орошения, содержания сухого вещества в навозе, его вида. В целом он колеблется в переделах 15... 30 % на сухое вещество навоза. Коэффициент гумификации растительных остатков зерновых культур и многолетних трав приравнивается к коэффициенту гумификации подстилочного или стандартного навоза, а пропашных - в два раза меньше. Зная нормы внесения навоза в севообороте, в каждом конкретном случае можно подсчитать накопление гумуса. Установлено, что почвы под зерновыми ежегодно теряют 0,5... 1,0 т/га гумуса; под пропашными культурами потери в 1,5... 3,0 раза выше.
Внесение органических удобрений не только улучшает баланс гумуса, но и азотный режим, так как на каждый грамм углерода помогает фиксировать от 15 до 40 мг атмосферного азота [8]. Значительно улучшается и фосфорное питание.
Содержание гумуса в почве заметно снижается прежде всего в условиях интенсивной ее обработки, монокультуры, особенно пропашных культур, при отсутствии в севообороте многолетних трав, недостаточном применении органических удобрений.
Определение толщины слоя подаваемых удобрений и производительности транспортера
Распределение навоза машиной РУН-15Б крайне неравномерно из-за того, что при движении валок уменьшается, а следовательно, уменьшается и количество вносимых органических удобрений.
Машина для внесения удобрений МТТ-19 предназначена для транспортирования и сплошного поверхностного внесения навоза, компостов. Может быть использована как саморазгружающийся тракторный прицеп.
Рама с кузовами сварной конструкции имеет в передней части сницу для соединения с трактором и кронштейн для крепления подкатной тележки. В задней части установлены кронштейны для крепления ходовой системы типа тандем. Конструкция более прочная и жесткая по сравнению с выпускаемыми машинами типа ПРТ.
Транспортер для подачи удобрений к распределяющему органу цепочно-планчатого типа уложен на дне кузова. Он представляет собой четыре сварные калиброванные цепи, на которых закреплены скребки.
Распределяющее устройство состоит из трех горизонтальных барабанов, закрепленных в единых штампованных стойках. Равномерность распределения и качество измельчения комков удобрений соответствуют агротехническим требованиям, ширина захвата -8 м.
Привод рабочих органов осуществляется от ВОМ трактора с помощью механических передач. Привод на ведущий вал транспортера производится от планетарного редуктора. Требуемые дозы внесения удобрений устанавливаются с помощью блока шестерен.
Сменный агрегат АВТ-5 представляет собой переоборудованную машину РОУ-6М со снятыми движителями. Кузов установлен на раме энергонасыщенной самоходной высокопроходимой машины ЭСВМ-7. Рабочие органы и все регулировки в сменном кузове такие же, как и у машины РОУ-6М. Привод рабочих органов осуществляется от ВОМ машины ЭСВМ-7.
Машина для внесения удобрений МТА-7 состоит из автомобиля «Урал-5557», на раме которого закреплена переоборудованная машина РОУ-6М со снятыми движителями. Привод рабочих органов осуществляется от раздаточной коробки автомобиля.
В настоящее время во ВНИИКОМЖе разработаны две модификации машины для внесения органических удобрений с унифицированной конструкцией шасси. Первая базовая - машина МТУ-6. Предназначена для транспортировки и сплошного поверхностного внесения твердых удобрений. При установке гидрофицированного борта используется для перевозки сельскохозяйственных грузов. Вторая модификация - полуприцеп ТИМ-18 для перевозки измельченных грузов.
Главным недостатком описанных выше машин является то, что они лишь распределяют органические удобрения по поверхности поля и не заделывают их.
ВНИИ механизации сельского хозяйства предлагает машину для внесения органических удобрений в предварительно нарезанные борозды [53]. Внесение осуществляется машиной РОУ-6 со снятым верхним барабаном и кожухом со шнековым распределителем, который обеспечивает равномерное дозирование органики в борозды. Удобрения по направляющим подаются в центр гряды. За один проход органические удобрения вносят в три борозды.
Привод шнека-распределителя осуществляется от вала распределяющего устройства навозоразбрасывателя. Верхний шнековый барабан навозоразбрасывателя установлен на бортах кузова для выравнивания подаваемого в кожух слоя удобрений, а шнек вращается от нижнего барабана навозоразбрасывателя.
Эта машина вносит навоз локально и заделывает его, но недостатком является то, что для нарезки борозд требуются дополнительные технические средства, а это ведет к удорожанию процесса.
Для внесения удобрений на гладкой пахоте этот агрегат оборудован бороздообразователями, которые устанавливают в передней части на поворотном брусе. Заглубление и выглубление бороздробразователей осуществляют с использованием гидроцилиндра.
Регулировку агрегата на норму внесения осуществляют изменением радиуса кривошипа.
В.П. Ушаковым разработана комбинированная машина для локального внесения органических удобрений в почву и посева (Рис. 1.4). Она состоит из бункера 1 с установленным в нем барабаном с ячейками (Рис. 1.5), приемника удобрений и сошников 3 [5]. Из бункера навоз поступает в ячейки барабанов и при движении машины навоз из них высыпается в приемники, а оттуда через сошники в бороздки, кучками на расстоянии 22 см друг от друга. Кучки с навозом прикрываются почвой на 1...2 см загортачами, расположенными сзади сошников.
Методика закладки полевых опытов с целью обоснования способа по локальному внесению органических удобрений рядками в почву и выбора рабочих органов машины для его осуществления
В большинстве случаев в области техники нельзя обосабливать теоретические и экспериментальные исследования, так как в основе теоретических исследований лежит опыт, а обобщение опытных данных развивает теорию. Исследования, состоящие из экспериментальной и теоретической части, называются комплексными [66].
Анализ литературных источников [14, 42, 67, 68, 69] и теоретические исследования показали необходимость проведения экспериментальных исследований с целью нахождения такого технологического процесса внесения органических удобрений в почву, который бы наиболее соответствовал агротехническим требованиям.
Программа экспериментальных исследований включает следующие вопросы: 1. Исследование влияния различных способов внесения органических удобрений на урожайность разных культур. 2. Агротехническое обоснование выбора типов делителя, бороздо-делателей, загортачей и лотков машины. 3. Исследование процесса внесения органических удобрений машиной в почву. 4. Инженерное обоснование выбора параметров делителей и загортачей агрегата. Экспериментальные исследования проводились в двух направлениях: а) агротехнические исследования с целью обоснования технологии локального внесения органических удобрений в рядки; б) исследования по обоснованию конструктивных параметров машины для локального внесения органических удобрений.
Методика экспериментальных исследований состоит из двух частей. Первая часть содержит методические положения по локальному внесению органических удобрений рядами в почву.
Вторая часть включает методику определения качественных показателей работы машины. Методика закладки полевых опытов с целью обоснования способа по локальному внесению органических удобрений рядками в почву и выбора рабочих органов машины для его осуществления Агротехнические исследования по локальному внесению органических удобрений рядками в почву проводились в III агроклиматической зоне Ставропольского края. Место проведения исследований (СПК «Темижбекский» Новоалександровского района) отличается среднегодовым выпадением осадков в количестве 450...500 мм, из них большая часть приходится на вегетационный период до 360 мм. Однако осадки носят в весеннее-летний период ливневый характер, плохо впитываются почвой и приводят к возникновению эрозионных процессов. Гидротермический коэффициент для этого района неустойчивого увлажнения составляет 0,9... 1,1. В хозяйстве преобладают восточные и юго-восточные ветры, которые характеризуются большой устойчивостью, понижают относительную влажность воздуха, уменьшают облачность, а следовательно, и количество выпадающих атмосферных осадков. СХЕМА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ 1. Вспашка + культивация + локальное внесение органических удобрений в рядки + предпосевная культивация + посев по рядкам + прикатывание. 2. Вспашка + культивация + предпосевная культивация + посев по рядкам + прикатывание. 3. Распределение навоза по полю + вспашка + культивация + предпосевная культивация + посев + прикатывание (контроль). 4. Локальное внесение органических удобрений в рядки по невспаханному полю + посев по рядам + химическая обработка сорных растений.
Цель опытов: определить наиболее эффективный способ внесения навоза при возделывании пропашных культур. В день закладки опытов определяли влажность, твердость почвы, а также ее агрегатный состав.
Влажность почвы определяли каждый раз перед началом опыта термостатно-весовым способом по горизонтам 0...5, 5... 10, 10... 15 см [70, 71, 72, 73]. Повторность опыта 5-кратная. Для этого пробы при температуре 105 С высушивали в течение 6 ч до постоянного веса в сушильном шкафу СНОЛ-25.25.25/2-М2УУ.2 ТУ ОНН 531414-70. Высушенные пробы взвешивали, используя весы ВЛКТ-500г-М4 класса ГОСТ 19491-74. Влажность почвы вычисляли по формуле w = qB 4c-ioo, Яс где W - влажность почвы, %; qB - масса влажной почвы (навески), г; qc - масса сухой почвы, г. Твердость почвы определяли плотномером конструкции Ю.Ю. Ревякина. Замеры проводили в ряду и в междурядье после прохождения машины. Плотномер тарировали до и после проведения работ. Твердость почвы вычисляли по формуле р——. где р - твердость почвы, кг/см2; Ьд - величина средней ординаты диаграммы, определяемая как среднее арифметическое ряда ординат, см; Кп - масштаб пружины, кг/см; f - площадь поперечного сечения плунжера, см2. Плотность почвы определяли по длине гона в слое 0...5, 5... 10, 10... 15 см. Повторность опыта 5-кратная.
Агрегатный состав почвы после внесения органических удобрений определяли методом разделения комков на отдельные фракции с размерами: больше 10 мм; 10...5; 5...2,5; 2,5... і мм и меньше 1 мм. Первые три фракции отбирали вручную, остальные просеивали через набор решет с соответствующими отверстиями. Каждую фракцию взвешивали с точностью до 50 г. Содержание в почве каждой фракции вычисляли по формуле А = 5 .100, Щ где А - содержание отдельной фракции в общей массе, %; то - масса данной фракции грунта, г; Ш] - масса средней пробы грунта, взятой для анализа, г. По результатам агрегатного анализа вычисляли коэффициент структурности (К), под которым понимается отношение количества агрегатов от 1 до 10 мм к суммарному содержанию агрегатов менее 1 и более 10 мм в %. Повторность опыта 5-кратная.
Определение количественных и качественных показателей внесения навоза при локальном способе
Вследствие неравномерного распределения удобрений снижаются технологические и биологические свойства урожая, повышаются потери при механизированной уборке, уменьшается производительность агрегатов, загрязняются грунтовые воды [14].
Для каждой сельскохозяйственной культуры и конкретных природно-климатических условий существует оптимальная норма внесения удобрений, соответствующая их максимальной окупаемости. Из-за несовершенства дозирующих и распределяющих органов машин, технологий приготовления и внесения не удается вносить удобрения с оптимальной нормой. От характера распределения навоза по полю зависит средняя урожайность сельскохозяйственных культур.
Учитывая множество факторов, влияющих на качество распределения удобрений, многие из которых носят случайный характер (неровность поверхности поля, неоднородность физико-механических свойств удобрений, нестабильность скорости движения агрегата), количество удобрений, выпадающих на единицу площади поля, можно также рассматривать как случайную величину.
По мере увеличения неравномерности значительно падает максимально возможная урожайность. С ростом неравномерности значительно ухудшается отзывчивость растений на удобрения. На практике при определении оптимальных норм внесения удобрений необходимо принимать во внимание и показатель неравномерности распределения их по полю, так как уменьшая этот показатель за счет более качественного внесения удобрений, можно существенно повысить их окупаемость.
Оценка неравномерности распределения удобрений по обрабатываемой площади сводится к определению массы навоза в каждом ряду на полуметровом отрезке. После прохода агрегата удобрения собирали с этих отрезков и определяли их массу. Полученные данные образуют ряд чисел, которые используем для подсчета показателя неравномерности распределения.
Количество вносимых удобрений изменялось в зависимости от объема навоза, находящегося в кузове. При полной загрузке кузова навозоразбрасывателя к делителям подается меньшее количество навоза, чем при его дальнейшей разгрузке. Количество навоза, внесенного в борозды в начале движения, отображено в таблице 4.5.
При опорожнении кузова на 30...35% навоз (Рис. 4.3) скучивается в месте его разделения на три потока, и количество вносимого навоза несколько изменяется (Табл. 4.6). При этом среднее квадратическое отклонение равно т = 0,01, а коэффициент вариации составил V- 0,39
При дальнейшем внесении и опорожнении кузова на 65... 70 % толщина слоя подаваемого к делителям навоза уменьшается, а следовательно, уменьшается и количество вносимого навоза, что отображено в таблице 4.7. Среднее квадратическое отклонение о = 0,04, а коэффициент вариации V= 1,98 %.
Эффективность органических удобрений зависит не только от количества содержащихся в них питательных веществ, норм, сроков применения, но и в значительной мере от затрат трудовых и материальных ресурсов, связанных с внесением, а следовательно, от производительности машин [31], которая определяется зависимостью w = 1 1 тех tu где WTex - производительность, т/ч; Q - грузоподъемность машины, т; т - коэффициент использования времени смены; 1ц - время цикла, ч. Раскрывая по операциям содержание времени цикла, получим Q 10-Q 2R _J _ + — + — + т поф Dp Ураб Утр.ср где Wnorp - производительность погрузчика, т/ч; D - требуемая норма внесения, т/га; Вр - рабочая ширина захвата машины, м; раб рабочая скорость машины при внесении, км/ч; R - расстояние перевозки от места загрузки к месту внесения, км; УТр ср - средняя транспортная скорость груженой и опорожненной машины, км/ч; Твсп - суммарное время вспомогательных операций, ч. Таким образом, производительность машин для внесения органических удобрений определяется уровнем производительности погрузчика, функ 83 циональными параметрами самих машин и производственными условиями.
Подготовка поля для работы кузовных машин заключается в разбивке поля на загоны, отбивке поворотных полос, устранении препятствий, мешающих работе агрегатов, определении места укладки штабелей, провешивании линии первого прохода агрегата [32, 33]. В зависимости от размеров и конфигурации полей их разбивают на загоны, кратные длине рабочего хода разбрасывателя в следующих сочетаниях: - длина гона (L) больше в кратное число раз рабочего хода разбрасывателя (LP); - длина гона (L) равна рабочему ходу разбрасывателя (Lp); - длина гона (L) меньше в кратное число раз рабочего хода разбрасывателя (Lp). При перевалочной технологии работы разбрасывателей необходимо обозначить места расположения буртов органических удобрений. Расстояния между буртами определяют по формуле D-Bp где А - расстояние между буртами органических удобрений, м; Q - количество удобрений, загружаемых в кузов разбрасывателя, т: Вр - ширина разбрасывания, м. При длине гона (L), большей в кратное число раз рабочего хода разбрасывателя (Lp), поле разбивают на участки, равные Lp/2 и Lp, это же расстояние сохраняется и для размещения буртов удобрений при перевалочной технологии. Схемы движения разбрасывателей при работе по прямоточной и перевалочной технологиям при длине гона, большей в кратное число раз рабочего хода разбрасывателя, показаны на рисунке 4.4.
Если длина гона L равна рабочему ходу разбрасывателя Lp, то поле разбивают на два равных участка, а зону размещения буртов с удобрениями устанавливают вдоль обеих сторон поля с интервалами А. Разбрасыватель работает согласно схеме, изображенной на рисунке 4.5. При наличии одного погрузчика навозоразбрасыватели движутся перпендикулярно к ряду буртов на расстояние, равное половине рабочего хода, и при обратном ходе, возвращаясь под погрузку, вносят оставшуюся в кузове часть удобрений. При наличии двух погрузчиков их устанавливают у противоположных буртов соседних рядов. Навозоразбрасыватели, загрузившись у одного погрузчика, движутся на полную длину рабочего хода до полного опорожнения и становятся под погрузку у другого погрузчика. При такой организации работы с одним и двумя погрузчиками сводятся до минимума потери рабочего времени на холостые пробеги. В случаях, когда длина гона меньше рабочего хода разбрасывателя в кратности L = Lp/2 и L = Lp/4, то зону размещения буртов с удобрениями располагают вдоль одной из поперечных сторон поля с интервалами А. Движение разбрасывателей осуществляется по схеме, приведенной на рисунке 4.6.
При одновременной работе на одном поле двух и более разбрасывателей каждый агрегат работает на отдельном загоне.
По окончании внесения органических удобрений на поле приступают к обработке поворотных полос. Схемы движения разбрасывателя на поворотных полосах аналогичны способам движения на основном поле. Поворотные полосы по длине или по ширине поля разбивают на участки Lp и Lp/2 и поочередно обрабатывают их.
