Устройство для внутрипочвенного дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений и пестицидов
DEVICE FOR INTRASOIL DIFFERENTIATED APPLICATION OF LIQUID MINERAL FERTILIZERS AND PESTICIDES

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к устройствам для внутрипочвенного дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений и пестицидов.
Известно устройство для рыхления почвы и внесения в нее растворов ядохимикатов, содержащее резервуары для рабочей жидкости, технологическое оборудование для контроля, регулирования и подачи рабочей жидкости к рабочим органам, рабочие органы в виде культиваторных лап с горизонтальными коллекторами, снабженными распылителями, ротационные рабочие органы (патент SU № 1782406, МПК A 01 C, 1990).
Недостатками известного устройства являются невозможность его применения в точном земледелии для дифференцированного внесения пестицидов и низкая надежность работы устройства вследствие забивания почвой распылителей, установленных на горизонтальных коллекторах плоскорежущих лап.
Известен рабочий орган для внутрипочвенного внесения жидких удобрений и ядохимикатов, содержащий стойку с закрепленным на ней трубопроводом, выпускной патрубок для внесения рабочей жидкости, расположенный на тыльной стороне стойки, обращенный в сторону, противоположную направлению движения рабочего органа, установленный внутри патрубка стержень с закрепленным на конце сферическим элементом с длиной, большей длины патрубка в 2-3 раза, и диаметром меньше в 2-3 раза внутреннего диаметра патрубка (патент SU № 1329652, МПК A01C 7/20 / A01C 23/02, 1985).
Недостатком известного рабочего органа является весьма низкая степень очистки внутреннего канала патрубка вследствие малой амплитуды  колебания стержня внутри канала патрубка, ограниченной внутренним диаметром на выходе из патрубка, независимо от амплитуды колебания конца стержня, при этом внутренний диаметр патрубка имеет ограниченный размер, определяемый, исходя из расходных характеристик системы распределения удобрений и пестицидов.
Известно устройство для внутрипочвенного внесения жидких удобрений, содержащее бак для удобрений, насос, всасывающий, напорные фильтры, регулятор-распределитель рабочей жидкости, магистральные, секционные и сливные трубопроводы, делители потока, отсекатели, вносители с отверстиями, стойки культиватора, культиваторные лапы с хвостовиками и грудью (патент RU 2272393, МПК A01C 23/02, 2004).
Недостатками известного устройства являются низкая эффективность и качество работы устройства, невозможность дифференцированного внесения удобрений, забивание отверстий вносителей почвой.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является система управления опрыскивателем для внесения пестицидов и минеральных удобрений, содержащая головное устройство в виде бортового компьютера с устройством буферизации, антенно–фидерный комплект в виде GPS/ ГЛОНАСС антенны, блок управления, соединенный с головным устройством, блок регулирования распределением и подачей рабочей жидкости, включающий клапаны с электромагнитным управлением: главный, пропорциональный, секционные, расходомер, датчик давления, блок управляемых рабочих органов – форсунок (патент RU 2706490 C1, МПК А01М 7/00, 2019).
Недостатком известного устройства является узкий диапазон регулирования доз, поскольку регулирование расхода, и как следствие, дозы минеральных удобрений и рабочей жидкости пестицидов осуществляется за счет изменения перепада давления, что не является рациональным (Регулирование доз внесения жидких минеральных удобрений // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2004. - № 9.- С.34-35).
Технической задачей изобретения является повышение эффективности и качества работы устройства за счет снижения норм расхода удобрений и пестицидов, сведения к минимуму потерь пестицидов и излишнего расхода удобрений, уменьшения рисков загрязнения окружающей среды пестицидами, повышения производительности и качества выполнения технологического процесса.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в устройство для внутрипочвенного дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений и пестицидов, содержащем блок управления с бортовым компьютером, электронным модулем и приемником сигналов глобальной спутниковой навигационной системы, блок размещения и подачи рабочих жидкостей с баком, насосом, запорным и переливным клапанами, блок регулирования подачей рабочей жидкости с фильтром тонкой очистки, переливным и редукционным, пропорциональными клапанами, расходомером, датчиком давления, запорным клапаном, блок дозирования и распределения рабочей жидкости с дозатором-распределителем, запорными клапанами, блок рабочих органов с коллекторами, питающими трубопроводами, рабочими органами, согласно изобретению, дозатор-распределитель снабжен выполненными соосно с вертикальной осью симметрии дозатора-распределителя приемной камерой, камерами дозирования и распределения рабочей жидкости, при этом приемная камера соединена с одной стороны гидролинией с блоком регулирования подачей рабочей жидкости, с другой стороны - с камерой дозирования входными дозирующими отверстиями, каждое из которых имеет эффективное проходное сечение, начиная с наименьшего, вдвое больше предыдущего, причем, выходное отверстие камеры дозирования соединено каналом коноидальной формы с камерой распределения рабочей жидкости, при этом камеры дозирования и распределения рабочей жидкости выполнены в виде сплюснутых вдоль вертикальных осей сфероидов вращения, соосных с вертикальной осью симметрии дозатора-распределителя, а приемная камера выполнена в виде внутренней полости, образованной  верхней и эквидистантной ей нижней поверхностями сплюснутых вдоль вертикальной оси сфероидов вращения, усеченных по горизонтальной оси, а устройство очистки выпускного патрубка рабочего органа выполнено в виде спирально-винтового безосевого упругого шнека, прикрепленного одним концом к свободно вращающейся втулке, посаженной на ось, закрепленной в торце выпускного патрубка и свободным вторым концом, выходящим из полости патрубка на расстоянии от конца патрубка, по крайней мере, не меньше длины патрубка.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема устройства для внутрипочвенного дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений и пестицидов; на фиг.2 изображен дозатор-распределитель в продольном разрезе; на фиг.3 - то же, вид А сверху на фиг. 2; на фиг. 4 - рабочий орган для внесения удобрений и рабочей жидкости пестицидов, вид сбоку, на фиг.5 - то же, вид сверху, на фиг. 6 изображен выпускной патрубок.
Устройство для внутрипочвенного дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений и пестицидов монтируется на пропашной культиватор или культиватор - растениепитатель, агрегатируемые с мобильным энергетическим средством (не показано). Оно содержит блок управления устройством 1, блок размещения и подачи рабочих жидкостей 2, блок регулирования подачей рабочей жидкости 3, блок дозирования и распределения рабочей жидкости 4 и блок рабочих органов 5.
Блок управления 1 содержит бортовой компьютер 6 с центральным процессором для накопления, обработки информации, формирования команд управления, преобразования их в управляющие сигналы в соответствии с программой дифференцированного внесения удобрений и обработки сельскохозяйственного поля пестицидами, электронный модуль 7 автоматического управления работой электрогидравлического оборудования блоков 2, 3, 4, приемник сигналов 8 глобальной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPS с антенной 9. Бортовой компьютер 6 соединен линиями связи 10 и 11 с приемником сигналов 8 и модулем 7. Модуль 7 соединен линиями связи 12, 13,14 с блоками 2, 3, 4 соответственно.
Блок для размещения и подачи рабочих жидкостей 2 содержит бак 15 для рабочей жидкости, насос 16 для создания давления и перемещения рабочей жидкости из бака 15 к блоку 4, байпасную систему с линией слива 17 и переливным клапаном с электромагнитным управлением 18. Бак 15 оснащен электронным уровнемером 19, заправочной горловиной 20 и эжекторной мешалкой 21.
Между баком 15 и насосом 16 установлен запорный электромагнитный клапан 22 и фильтр грубой очистки 23. Посредством гидролинии 24 насос 16 подключен к блоку 3.
Блок регулирования подачей рабочей жидкости 3 содержит фильтр тонкой очистки 25, переливной электрогидравлический клапан с пропорциональным управлением 26, соединенным с гидролинией с 27 с мешалкой 21, пропорциональный редукционный клапан 28, с гидролинией отвода 29 излишнего потока жидкости в бак 15, регулирующий давление и расход рабочего потока в соответствии с опорными сигналами, электромагнитный расходомер 30, датчик давления жидкости 31, электромагнитный запорный клапан 32.
Блок дозирования и распределения потока рабочей жидкости 4 содержит дозатор-распределитель 33, соединенный гидролинией 34 с блоком 3, клапаны запорные 35, 36, 37, нормально закрытые с электромагнитным управлением, соединенные гидролиниями 38, 39, 40 с блоком рабочих органов 5.
Блок рабочих органов 5 содержит коллекторы 41, 42, 43, питающие трубопроводы 44, рабочие органы 45.
Дозатор-распределитель 33 содержит корпус 46 с входным патрубком 47, выполненные внутри корпуса 46 соосно с вертикальной осью симметрии a-a дозатора-распределителя 33 и соединенные последовательно между собой камеры приемную 48, дозирования 49, распределения рабочей жидкости 50 с горизонтальной осью c-c параллельной оси b-b.
Приемная камера 48 соединена с камерой дозирования 49 входными дозирующими отверстиями 51, расположенными по периметру камеры 49 с расстоянием  между осями отверстий по хорде m-m, по крайней мере, вдвое больше наибольшего диаметра d из ряда отверстий 51. Горизонтальные оси n-n отверстий 51 лежат в одной горизонтальной плоскости, проходящей через общую горизонтальную ось симметрии b-b. Каждое отверстие 51 имеет эффективное проходное сечение, начиная с наименьшего вдвое больше предыдущего.
Выходное отверстие камеры дозирования 49 соединено каналом 53 коноидальной формы с камерой распределения рабочей жидкости 50. Камера 50 имеет выходные отверстия 52, сопряженные с входными отверстиями штуцеров 54, соединяемые с клапанами 35, 36, 37.
Снизу камеры 50 имеется сливное отверстие 55, закрытое заглушкой 56, ввернутой в нижний торец корпуса 46. По периметру корпуса 46 установлен блок 57 электромагнитных штоковых, игольчатых, нормально закрытых клапанов 58 с цифровым пропорциональным управлением, каждый из которых содержит подвижный шток 59 и иглу 60, входящую в дозирующие отверстия 51.
Камеры дозирования 49 и распределения рабочей жидкости 50 выполнены в виде сплюснутых вдоль вертикальной оси сфероидов вращения, соосных с осью симметрии a-a.
Приемная камера 48 выполнена в виде внутренней полости, образованной верхней 61 и эквидистантной ей нижней 62 поверхностями, сплюснутых вдоль вертикальной оси сфероидов вращения, соосных с осью симметрии a-a и усеченных по горизонтальной оси b-b.
В нижней части приемной камеры 48 выполнена кольцевая проточка 63 для обеспечения хода штока с 59 с иглой 60.
0
1
2
3
n
Выполнение каждого проходного сечения входных дозирующих отверстий 51, вдвое больше предыдущего обеспечивает расходные характеристики дозирования пропорционально ряду 2, 2, 2, 2, …, 2 (n – число отверстий 51 камеры дозирования 49), что дает широкий диапазон регулирования расхода рабочей жидкости.
Выполнение приемной камеры 48 в виде внутренней полости, образованной верхней 61 и эквидистантной ей нижней 62 поверхностями, сплюснутых вдоль вертикальной оси сфероидов вращения, соосных с осью симметрии a-a и усеченных по горизонтальной оси b-b обеспечивает равномерное распределение и подачу рабочей жидкости в дозирующие отверстия 51.
Выполнение камер дозирования 49 и распределения рабочей жидкости 50 в виде сплюснутых вдоль вертикальных осей сфероидов вращения, соосных с осью a-a и соединение их коноидальным каналом минимизирует потери энергии при дозировании и распределении потоков рабочей жидкости.
Расположение входных дозирующих отверстий 51 по периметру камеры 49 с расстоянием между осями отверстий по хорде m-m, по крайней мере, вдвое больше наибольшего диаметра d из ряда отверстий 51 обеспечивает их равномерное распределение по периметру камеры 49 без пересечения смежных диаметров.
1
2
Каждый рабочий орган 45 содержит стойку культиватора 64, культиваторную лапу 65, трубопровод 66 подачи рабочей жидкости, отсечной клапан 67, выпускной патрубок 68 с продольной осью симметрии n-n, во внутренней полости 69 которого соосно с осью n-n установлено устройство очистки выпускного патрубка, выполненное в виде спирально-винтового безосевого упругого шнека 70, прикрепленного одним концом к свободно вращающейся втулке 71, посаженной на ось 72, закрепленной в торце выпускного патрубка 68 и свободным вторым концом, выходящим из полости 69 на расстоянии от конца патрубка 68 L, по крайней мере, не менее длины патрубка L.
Такая конструкция очистного устройства обеспечивает эффективную очистку внутренней полости 69 выпускного патрубка 68, отсутствие забивания ее почвой и, как следствие, стабилизацию расхода рабочей жидкости по рабочим органам.
Устройство для внутрипочвенного дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений и пестицидов работает следующим образом.
Устройство смонтировано на культиваторе, агрегатируемым с мобильным энергетическим средством (не показано).
Перед началом работы в бортовой компьютер 6 блока управления 1 вводится электронная карта-задание, являющаяся программой дифференцированного внесения удобрений или дифференцированной обработки пестицидами сельскохозяйственных поля. Для каждого поля устанавливаются границы, площадь, длина гона, координаты обрабатываемых элементарных участков, координаты реперных точек начала обработки, доза внесения минерального удобрения или норма рабочей жидкости почвенного гербицида (далее рабочая жидкость).
В соответствии с электронной картой-заданием обрабатываемого поля в бак 15 через заправочную горловину 20 загружается рабочая жидкость, контролируемая уровнемером 19. По данным координат, получаемых от GPS/ГЛОНАСС приемника 8, культиватор с устройством устанавливается на исходную реперную точку начала обработки - линию первого прохода, а рабочие органы 45 заглубляются в почву на заданную глубину (не показано).
Бортовой компьютер посредством программного обеспечения обрабатывает заданную электронной картой-заданием информацию и передает алгоритм управления устройством в электронный модуль 7 автоматического управления работой электрогидравлического оборудования блоков 2, 3, 4. Электронный модуль 7 передает управляющие сигналы в блоки 2, 3, 4. Открываются клапан 22 блока 2, клапан 32 блока 3, клапаны 35, 36, 37 блока 4. Включается в работу насос 16, рабочая жидкость из бака 15 через фильтр 23 по гидролинии 24 подается к блоку 3, часть жидкость по  гидролинии 17, через клапан 18 байпасируется в бак 15. В блоке 3 рабочая жидкость, пройдя фильтр 25, поступает в переливной клапан 26, со сбросом части жидкости по гидролинии 27 через гидромешалку 21 в бак 15, и далее рабочая жидкость поступает в редукционный клапаны 28, посредством которого устанавливается заданное модулем 7 рабочее давление потока жидкости. Расходомер 30 и датчик 31 контролируют текущие значения расхода и давления и передают показания в бортовой компьютер 6 через модуль 7. Через открытый клапан 32 рабочая жидкость поступает во входной патрубок 47 дозатора-распределителя 33. По сигналу от модуля 7 включаются заданное количество клапанов 58, штоки 59 с иглами 60 поднимаются, открывается заданное количество отверстий 51, посредством которых рабочая жидкость дозируется в камеру 49 и далее по каналу 53 поступает в распределительную камеру 50. Из камеры 50 рабочая жидкость посредством штуцеров 54, соединенных с клапанами 35, 36, 37 распределяется по коллекторам 41, 42, 43 блока 5, от которых подается в питающие трубопроводы 44 к клапанам 67 рабочих органов 45. Под напором рабочей жидкости клапаны 67 открываются, и рабочая жидкость поступает в выпускные патрубки 68, из которых истекает в почву.
В процессе движения культиватора в подлапном пространстве рабочих органов 45 происходит вращение спирально винтовых шнеков 70 в выпускных патрубках 68 за счет действия обрабатываемой почвы, а также за счет действия потока рабочей жидкости на шнеки 70, что позволяет избежать забивание почвой внутренние полости 69 выпускных патрубков 68.
Применение устройства для внутрипочвенного дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений и пестицидов обеспечит выполнение технологического процесса внесения удобрений и средств защиты растений в системе точного земледелия, повышение качества выполнения технологического процесса, снижение норм внесения, сведение к минимуму потерь, повышение эффективности действия удобрений и пестицидов, уменьшение рисков загрязнения окружающей среды пестицидами, повышение производительности  технологического процесса.