Способ оценки содержания минеральных удобрений по ширине разбрасывания центробежными разбрасывателями
METHOD FOR ASSESSING THE CONTENT OF MINERAL FERTILISERS BY THE WIDTH OF SPREADING WITH CENTRIFUGAL SPREADERS

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам оценки содержания гранулированных минеральных удобрений по ширине разбрасывания центробежными разбрасывателями.
Известен способ оценки содержания минеральных удобрений на учетных площадках по ширине разбрасывания центробежными разбрасывателями (ЦР), включающий расстановку на учетных площадках пробоотборников равномерно по всей ширине разбрасывания до прохода, взвешивание удобрений, поступивших в каждый пробоотборник после прохода ЦР с последующим расчетом показателей при разных величинах перекрытия в смежных проходах удобряемых полос (участков) (ГОСТ 28714-2007 Машины для внесения твердых минеральных удобрений. Методы испытаний. - М.: Стандартинформ, 2007. - 40 с.). При этом показатели содержания удобрений на учетных площадках с пробоотборниками по ширине разбрасывания необходимы для суммирования значений на сопрягаемых учетных площадках при перекрытии удобряемых полос.
Недостаток данного способа заключается в следующем.
Действующим стандартом (ГОСТ 28714-2007) рекомендованы к применению при испытаниях пробоотборники с размерами 0,5×0,5×0,15 м, предназначенные для сплошной трехрядной расстановки по ширине полосы разбрасывания. Но в связи с переоснащением производства высокопроизводительными ЦР с шириной разбрасывания до 40 м и более оценка неравномерности стала проблематичной. Потребность пробоотборников только для одной повторности возрастает до 80 шт. Их расстановка и взвешивание поступивших удобрений приводит к большим затратам труда и времени и усложняет испытания разбрасывателей. С применением современных ЦР как при испытаниях, так и в производственных условиях существующий метод настроек становится трудновыполнимым, что также препятствует возможности проверки настроек разбрасывателей, рекомендуемых инструкциями по их эксплуатации. Из-за указанных недостатков в производственных условиях качество распределения удобрений чаще всего оценивают визуально, допуская двух-трехкратное превышение требуемых показателей неравномерности, что приводит к ограничению прибавок продуктивности от применения удобрений. (Кореньков Д.А. Минеральные удобрения при интенсивных технологиях. - М.: Росагропромиздат, 1990. - 192 с, а также: Иванов А.И., Иванова Ж.А., Конашенков А.А., Спиридонов B.C. Агроэкологические последствия неравномерного внесения удобрений // Проблемы агрохимии и экологии. - 2009. - №1. - С. 37-41).
Проблематичность соблюдения допустимых значений неравномерности разбрасывания заключается в том, что удобрения каждой марки и каждой отдельной партии отличаются гранулометрическим составом, влажностью и устойчивостью к разрушению. Поэтому в каждом случае требуется настройка ЦР на заданную норму и допустимую неравномерность, а достижение заданных показателей и результативность настроек могут быть проверены лишь по результатам рабочих проходов ЦР, отбора проб удобрений в пробоотборники и получения фактических параметров содержания удобрений по ширине разбрасывания. Полученная таким образом информация является основой для осуществления регулирующих воздействий, а также при оценках в процессе испытаний ЦР.
Известно также рекомендуемое фирмой Bogballe применение ограниченного числа поддонов-пробоотборников (7-8 шт. ) для контроля правильности регулировок разбрасывателей (Bogballe M2(W) M3(W) // Инструкция по эксплуатации. - 2002. - 46 с.). При этом фирма Bogballe при оценках распределения удобрений по ширине разбрасывания рекомендует выбирать расстояние между поддонами-пробоотборниками в зависимости от ширины разбрасывания. При изменении ширины разбрасывания в пределах 12-38 м рекомендуемое расстояние между поддонами-пробоотборниками изменяется прямо пропорционально в пределах 1,5-5,5 м. Найденные значения содержания удобрений в пробоотборниках предназначены для ввода в компьютерную программу на домашней странице фирмы или в специальное приложение на компьютере, чтобы получить рекомендации-подсказки по корректировке регулировок разбрасывателя.
Недостаток такого применения ограниченного числа поддонов-пробоотборников заключается в отсутствии универсальности, так как результаты измерений предназначены для изменения регулировок данного разбрасывателя путем ввода результатов измерений в компьютерную программу без получения численных оценок содержания удобрений по ширине разбрасывания. Поэтому данный способ не может быть применим для разбрасывателей с разным уровнем оснащенности системами настроек (а также при отсутствии таких систем). Такой способ не может применяться для всего парка разбрасывателей, имеющихся в крупных российских с.-х. предприятиях, а также при испытаниях разбрасывателей.
Применение ограниченного числа поддонов-пробоотборников для численной оценки содержания удобрений по ширине разбрасывания также затруднено из-за больших интервалов между пробоотборниками (до 5,5 м). При повышенном разрушении гранул лопатками разбрасывающего диска, образовании и оседании мелких фракций в зоне прохода корпуса разбрасывателя зона наибольшего значения содержания удобрений (в окрестности оси прохода ЦР) может оказаться между соседними пробоотборниками, что исказит общую картину оцениваемого распределения. К тому же отсутствующие значения содержания удобрений между расставляемыми пробоотборниками (на протяжении до 5,5 м) не позволят смоделировать необходимые значения перекрытий удобряемых полос и просуммировать их значения в перекрываемых учетных площадках.
Цель изобретения - сокращение количества пробоотборников, продолжительности и затрат ручного труда для оценки содержания минеральных удобрений по ширине разбрасывания центробежными разбрасывателями.
Предложенный способ оценки основан на результатах исследований, полученных в 2020 г. (Отчет о НИР «Исследование и обоснование нового способа оценки показателей качества работы центробежных разбрасывателей минеральных удобрений», Новокубанск, 2020, 53 с. Рег. № НИОКТР АААА-А20-120101490037-2).
Существенными признаками изобретения является новая совокупность последовательных действий: пробоотборники устанавливают на полосах, примыкающих к оси прохода ЦР шириной не более 1/6 общей ширины разбрасывания удобрений по 3 с каждой ее стороны, определяют содержание удобрений на учетных площадках с пробоотборниками, по найденным значениям содержания удобрений в пробоотборниках в привязке каждого из них к расстоянию от края ширины разбрасывания находят аппроксимирующее уравнение - зависимость значений массы удобрений от расстояния по ширине разбрасывания и путем подстановки равномерно распределенных по ширине значений расстояний от края ширины разбрасывания в полученное аппроксимирующее уравнение определяют соответствующее расстояниям содержание удобрений по ширине разбрасывания.
При поиске способа оценки содержания удобрений по ширине разбрасывания вначале в полевых условиях получали показатели содержания удобрений разбрасывателем Bogballe М2 (W) на каждом метре ширины разбрасывания с применением 36 пробоотборников. Для этого до прохода разбрасывателя в пробоотборниках располагали матерчатые вкладыши для исключения отскока гранул (Фиг. 1). После прохода разбрасывателя матерчатые вкладыши с поступившими удобрениями извлекали из пробоотборников (Фиг. 2) для пересыпания в пронумерованные пластиковые стаканчики. Пластиковые стаканчики с удобрениями взвешивали (Фиг. 3), результаты взвешивания записывали в порядке нумерации слева-направо (по ходу разбрасывателя). В результате был получен исходный ряд значений содержания удобрений по ширине разбрасывания на каждом метре 36-метровой ширины разбрасывания и определено среднее арифметическое значение массы удобрений в пробоотборниках (1,06 г) и коэффициент вариации (51,5%). По показателям исходного ряда значений был построен график (Фиг. 4) и получено уравнение аппроксимирующей кривой:
3
2
у=-5Е-05⋅х-0,0022⋅х+0,1422⋅х+0,0672
Данные показатели использовали в дальнейшем поиске для оценки вариантов расположения пробоотборников.
Так как для около трети ширины разбрасывания от нулевых точек (с каждой стороны) представлены участками кривой приближенно соответствующим прямым линиям, то при наличии нулевой точки в этих зонах нет необходимости устанавливать пробоотборники. В то же время их должно быть больше (при меньшем интервале между ними) в зоне закругления кривой, т.е. в центральной трети ширины разбрасывания.
Для полученного в результате проведенных исследований оптимального варианта с симметричным относительно оси прохода расположением 6 пробоотборников (по 3 с каждой стороны оси прохода ЦР) с соответствующими значениями содержания в них удобрений и в привязке каждого из них к расстоянию от края ширины разбрасывания, также был построен график (Фиг. 5) и получено уравнение аппроксимации, однотипное с предыдущим:
3
2
у=-1Е-04⋅х+0,0005⋅х+0,1172⋅х-0,0034
Для получения искомых значений содержания удобрений по ширине разбрасывания в новом предлагаемом способе с 6 пробоотборниками в полученное уравнения аппроксимации поочередно через равные интервалы (в 2 м) подставляли значения ширины (0, 2, 4, 6 м и т.д.). По полученному соответствующему ряду значений содержания удобрений в данных равномерно рассредоточенных по ширине точках (Фиг. 6) определяли среднее арифметическое значение содержания удобрений в пробоотборниках по ширине (1,05 г) и значение коэффициента вариации. При этом средняя масса удобрений в новом варианте (с 6 пробоотборниками) получена практически одинаковой с показателем исходного распределения с 36 пробоотборниками (соответственно 1,05 и 1,06 г) при различии коэффициентов вариации распределений 11%. Полученные результаты показывают, что с применением аппроксимации по 6 значениям содержания удобрений на контрольных площадках в центральной трети ширины разбрасывания возможно получение показателей распределения, существенно не отличающихся от исходного варианта с 36 пробоотборниками.
В новом варианте важно соблюдать симметричность расположения пробоотборников относительно оси прохода со сравнительно небольшими интервалами относительно оси прохода (1,5-2,5 м) из-за вероятности бокового ветра и возможного смещения из-за этого эпюры распределения. При соблюдении данной рекомендации вершина распределения в любом случае окажется в зоне расположения пробоотборников, что наиболее выражено на Фиг. 5 (из-за отбора проб исходного распределения при скорости бокового ветра 1 м/с).
Таким образом, предложенный способ заключается в выполнении ряда последовательных действий.
1 По результатам пробного прохода определяют границы ширины разбрасывания, принимая следующие за границами ширины метровые участки за нулевые точки.
2 Пробоотборники устанавливают на полосах, примыкающих к оси предстоящего прохода ЦР шириной не более 1/6 общей ширины разбрасывания по 3 на каждой полосе с каждой стороны от оси.
3 После прохода разбрасывателя выполняют взвешивание удобрений из каждого из 6 пробоотборников с фиксацией массы удобрений У в сочетании с расстоянием X до него от левой по ходу разбрасывателя нулевой точки удобренной полосы.
4 По полученным взаимосвязанным значениям находят уравнение аппроксимирующей кривой У=f(X) - зависимость значений массы удобрений от расстояния по ширине разбрасывания (например уравнение третьей степени).
5 С использованием полученного уравнения аппроксимации для заданного ряда значений расстояний X (например, с интервалом 1-2 м в зависимости от ширины разбрасывания) путем подстановки значений X в уравнение аппроксимации определяют соответствующий численный ряд значений массы удобрений на учетных площадках по ширине разбрасывания. Для визуального восприятия и контроля воспроизводят график распределения удобрений по ширине разбрасывания.
Пример конкретной реализации предложенного способа. При реализации предложенного способа выполнены следующие действия:
- в полевых условиях при пробном проходе разбрасывателя определили общую ширину разбрасывания -36 м;
- от нулевых точек (от левого и правого краев ширины разбрасывания) откладывали по 1/3 ширины (в данном случае для ширины 36 м - это учетные площадки, удаленные от левого края на 12 и 24 метров);
- расстояние между этими точками делили на 6 равных частей и симметрично относительно оси намечали расположение 6 пробоотборников (например, на 12, 14, 16, 20, 22 и 24 метрах). При этом по оси прохода разбрасывателя и на удалении от нее до 2 м пробоотборники не ставили и располагали их по 3 в каждую сторону от оси с интервалами 2 метра. Таким образом, их устанавливали в центральной части ширины разбрасывания на полосах, примыкающих к оси прохода ЦР шириной не более 1/6 общей ширины разбрасывания (т.е. на полосах шириной по 6 м);
- после прохода разбрасывателя путем взвешивания определили содержание удобрений на указанных выше учетных площадках с пробоотборниками, соответственно: 1.25, 1.46, 1.67, 1.72, 1.74, 1.74 г.
По полученным результатам взвешивания в привязке к расстоянию каждого пробоотборника от левого края ширины разбрасывания (при дополнении нулевых точек) определили уравнение аппроксимации:
3
2
у=-0,00012⋅х+0,0015⋅х+0,11⋅х-0,0024
При поочередной подстановке в полученное уравнение значений ширины 0, 2, 4, 6 м и так далее (согласно схемы Фиг. 6) получили численный ряд значений содержания удобрений по ширине разбрасывания для последующего моделирования вариантов перекрытия удобряемых полос с шагом 2 м). При необходимости оценки вариантов с меньшим шагом перекрытий (что актуально при небольшой ширине разбрасывания) для подстановки в аппроксимирующее уравнение необходимо задавать значения ширины с соответствующими меньшими интервалами.
Эффективность предложенного способа заключается в сокращении в 6 раз потребности пробоотборников для получения показателей содержания удобрений по ширине разбрасывания, а также сокращение труда и времени на отбор проб и их взвешивание. Применительно к современным механизированным производственным структурам (растениеводческие бригады или фермерские хозяйства) выполнение разовых ручных работ усложняет организацию производственного процесса. Организация перед началом технологической операции по разбрасыванию удобрений пробных проездов разбрасывателя для определения численных значений ширины разбрасывания, для расстановки пробоотборников, взвешивания поступивших в них удобрений с фиксацией массы удобрений и расстояния от края полосы разбрасывания занимает сравнительно продолжительное время. Сокращение потребного числа пробоотборников и затрат времени делает более доступной оценку содержания минеральных удобрений по ширине разбрасывания.