МАШИНА ДЛЯ ВНУТРИПОЧВЕННОГО ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ ЖИДКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ Российский патент 2002 года по МПК A01C23/02 

Изобретение относится к области механизации сельскохозяйственного производства, в частности к машинам для дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений (ЖМУ) и других жидких средств химизации в почву.

Известно устройство для непрерывного внесения агрохимикатов тонкими струями в почву без ее разрезания специальными рабочими органами, включающее резервуар для рабочей жидкости, установленный на полевом опрыскивателе, вращательную раму с плечевыми кронштейнами, на концах которых установлены защитные экраны с инъекторными форсунками, насос высокого давления, связанный посредством трубопроводной, запорной и регулирующей технологической арматурой с форсунками, пульт управления работой устройства (Пaт. 4807544 США, кл. 111/7, A 01 23/02. Apparatus and method for subsurface injection of agrohemicals/ H. W. Cross. J. C. Lewis; Crooss Equipment Company. Заявлено 21.09.87; Опубл.28.02.89).

Недостатки такого устройства: внесение жидких химикатов в почву непрерывными струями под высоким давлением с заданными агротехническими дозами требует большого количества балластного разбавителя (воды), что снижает коэффициент использования времени смены и, как следствие, производительность машины-удобрителя; при работе машины на культурах сплошного сева защитные экраны в фазе кущения растений деформируют и сминают их вегетативную часть на всей рабочей ширине захвата, а в фазе трубкования растений такую машину применять нельзя, так как экраны настолько деформируют и повреждают растения, что они уже практически не восстанавливаются; перемещение защитных экранов по поверхности обрабатываемой почвы приводит к увеличению тягового сопротивления машины, а при обработке влажной и липкой почвы происходит ее налипание на экраны и, как следствие, влечет еще более существенное увеличение тягового сопротивления; размещение инъекторных форсунок с максимальным приближением к обрабатывемой поверхности почвы обусловлено тем, что при больших скоростях истечения жидкости (свыше 120 м/с) дробление струи жидкости и ее расширение начинаются сразу за выходным отверстием сопла форсунки (см. Дейч М.Е., Филлипов Г.А. Газодинамика двух фазных сред. - М.: Энергия, 1968. - С. 242-243), сила проникновения струи в почву с увеличением расстояния между соплом и обрабатываемой поверхностью резко уменьшается, струя не может осуществить работу по проникновению в почву - это не позволяет вносить жидкие химикаты как на культурах с высокой вегетативной частью, так и на почвах с невыравненным микрорельефом, например на лугax и пастбищах, когда экраны устройства копируют поверхность почвы по верхней части отдельных бугорков при наличии рядом понижей и западин почвы, следовательно, расстояние от выходного отверстия инъекторных форсунок до места внедрения струй в почву будет разное, глубина проникновения струй в почву на рабочей ширине захвата не одинакова, поэтому неравномерность распределения химикатов по глубине обработки почвы не будет соответствовать агротехническим требованиям; ручная перестановка инъекторных форсунок разных типоразмеров при изменении типа почвы и дозы вносимых удобрений снижает производительность машины и делает невозможным дифференцированно вносить жидкие химикаты, когда требуется мгновенное изменение дозы при переходе с одного элементарного участка поля на другой.

Известно устройство для импульсного инъектирования жидких агрохимикатов в почву, наиболее близкое к предложенному по своей технической сущности, содержащее резервуар, установленный на транспортном средстве, раму с ползунами и инъекторными форсунками, насос высокого давления, соединенный посредством трубопроводной запорной и регулирующей технологической арматурой с форсунками, пульт управления. Форсунки такого устройства состоят из корпуса с выходным соплом в виде конфузора, а в верхней части форсунок выполнено входное отверстие, перекрываемое иглой соленоидного клапана. Форсунка крепится к ползуну, а ее сопло входит в диаметральную камеру ползуна.

С помощью известного утройства обеспечивается импульсный впрыск концентрированных жидких химикатов - это снижает затраты энергии на внесение агрохимикатов в почву (Пат. 4907516 США, кл. 111/127, A 01 23/02. Pulsed ingection into the ground of liquid fertilizer/ R.B.Rogers. - Заявлено 17.06.88; Опубл. 13.03.90).

Недостатками известного устройства являются: повреждение вегетативной части растений копирами при внесении агрохимикатов на культурах сплошного сева; излишнее удельное тяговое сопротивление вследствие перемещения колес прицепного устройства и копиров с инъекторными форсунками по почве; стабильность высоты расположения выходного отверстия сопла относительно обрабатываемой поверхности не позволяет регулировать силу проникновения струи в почву и, как следствие, подачу удобрений на глубину оптимальной плотности и насыщения корневой системы отличных друг от друга растений; забивание диаметральных камер ползунов почвой и растительными остатками в каждый момент прекращения импульсов струй вызывает неравномерное распределение агрохимикатов по глубине обработки почвы, что приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур; отсутствие автоматического изменения площади выходных сопловых отверстий форсунок при переходе с одного элементарного участка поля на другой не дает возможность дифференцированно в каждый данный момент времени менять дозы агрохимикатов - основного агротехнического требования дифференцированного внесения удобрений.

Целью настоящего изобретения является обеспечение внутрипочвенного дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений по всей площади обрабатываемого поля с заданной дозой и качеством на каждом элементарном участке поля мобильной полевой машиной с повышением ее производительности, эффективности обработки сельскохозяйственных культур и расширением технологических возможностей.

Поставленная цель достигается изменением конструкций известных машин для инъектирования жидких агрохимикатов в почву тонкими струями - это является "промышленно-применимым", так как может использоваться в области механизации сельского хозяйства для дифференцированного внесения ЖМУ в почву.

В конструкцию машины введены рабочие органы в виде комбинации спола Лаваля и установленных по его оси симметрии не менее трех коноидальных насадков, последовательно входящих один в другой. Наряду с обычной гидравлической системой машина снабжена пневмосистемой для подачи сжатого воздуха в сопло Лаваля и системой автоматического изменения расхода удобрений в зависимости от потребной дозы на каждом элементарном участке поля. Потребная доза достигается как перепуском ЖМУ через тот или иной насадок, так и изменением частоты импульсов подачи струй.

Предложенная машина изображена на чертежах, где:
на фиг.1 изображен общий вид;
на фиг.2 изображена комбинированная принципиальная схема машины;
на фиг. 3 изображен рабочий орган для внесения ЖМУ в почву в продольном разрезе;
на фиг.4 изображен поперечный разрез А-А на фиг.3;
на фиг.5 - поперечный разрез Б-Б рабочего органа;
на фиг.6 изображена фронтальная схема внесения ЖМУ в корневую зону растений.

Машина для внутрипочвенного дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений содержит гидрорезервуар 1 для рабочей жидкости, блок 2 подачи и распределения ЖМУ к рабочим органам, блок 3 подачи и регулирования расходом сжатого воздуха, штангу 4 навесного типа, на которой размещен ряд рабочих органов 5, прибор управления 6. Блоки 2, 3 и электрошаговые двигатели (на фиг.2) рабочих органов 5 связаны интерфейсами 7, 8 и 9 соответственно с прибором управления 6. Гидрорезервуар 1 снабжен заправочной горловиной 10, фильтром 11 и обратным клапаном 12. Блок 2 включает насос 13 высокого давления, который посредством трубопроводов 14 и 15 через электромагнитный запорный клапан 13 и гидроклапан давления 17 соответственно соединен с гидрорезервуаром 1, а посредством распределяющего напорного трубопровода 18 через быстродействующие электромагнитные клапаны 19 - с рабочими органами 5. На трубопроводе 18 установлен гидропневмоаккумулятор 20. Блок 3 включает компрессор 21, который через ресивер 22, снабженный предохранительным клапаном 23, электропневмоклапан 24, регулятор давления 25 пневмотрубопроводом 26 соединяется с рабочими органами 5. Рабочий орган 5 содержит сопло Лаваля 27, не менее трех коноидальных насадков 28, 29 и 30, установленных по оси симметрии сопла 27. Входные отверстия насадков 28, 29 и 30 сообщаются с выполненными в распределителе 31 радиальными каналами 32, 33 и 34 соответственно. Корпус 35 распределителя 31 имеет внутреннюю кольцевую камеру 36. Между распределителем 31 и корпусом 35 размещен стакан 37, неподвижно соединенный с последним. Стакан 37 имеет радиальные сквозные отверстия 36, 39 и 40, оси которых лежат в плоскостях, совпадающих с плоскостями, проходящими через оси каналов 32, 33 и 34 соответственно. В верхней части стакана 37 установлен электрошаговый двигатель, вал которого соединен посредством шпоночного соединения с валом распределителя 31.

Предложенная машина работает следующим образом.

Дозы вносимых ЖМУ, их изменение при переходе с одного элементарного участка обрабатываемого поля на другой, тип почвы, показатели ее влажности и твердости, высота вегетативной части растений и фаза их роста, стартовые и текущие координаты положения машины на поле и соотношение перечисленных показателей с пикселями электронной карты поля, текущее значение рабочей скорости движения машины, режим работы рабочих органов, распределяющих удобрение, контролируются бортовым компьютером прибора управления 6 машины.

Машина с загруженным ЖMУ в резервуар 1 ставится на обрабатываемом поле в точке въезда. Локационное устройство (не показано) машины выдает начальные значения долготы и широты стартовой точки. В начальный момент движения машины от прибора управления и через интерфейсы 7, 8 и 9 подаются управляющие сигналы к блокам 2, 3 и шаговым двигателям 41 рабочих органов 5 соответственно. В блоке 3 включается компрессор 21, клапан 24 открывается, регулятор 25 устанавливает заданное давление сжатого воздуха, который подается по трубопроводу 26 в сопло Лаваля 27 рабочего органа 5. В блоке 2 включается насос 13, клапан 16 открывается, клапаны 19 устанавливаются на заданную частоту открытия для получения заданного импульса инъектируемого в почву удобрения, ЖМУ насосом 13 подается из бака 1 по трубопроводу 18 к клапанам 19 и далее в рабочий орган 5, при этом часть удобрения через клапаны 17 и 12 поступают в бак 1 для перемешивания. В шаговые двигатели рабочих органов подается импульсный ток от прибора управления 5, вал шагового двигателя, поворачиваясь на заданную угловую дискрету, поворачивает распределитель 31 в положение, в котором происходит соединение одного из насадков с подающим трубопроводом ЖМУ. Далее импульсная струя удобрения в коаксиальном потоке воздуха инъектируется в почву на заданную агротехнологическими требованиями глубину, при этом поток воздуха, ударяясь о почву как раздвигает в стороны вегетативную часть растений при обработке культур сплошного сева, так и отбрасывает растительные остатки от точки впрыска после уборки сельскохозяйственных культур, тем самым создает благоприятные условия для инъектирования струи в почву. Частота импульсов инъекций задается прибором управления 6.

Установка в рабочем органе не менее трех коноидальных насадков и переменная частота импульсов инъекций через них обеспечивает дифференцированное внесение ЖМУ на каждом элементарном участке обрабатываемого поля.

Применение для истечения жидкости коноидальных насадков, наиболее совершенных с гидравлической точки зрения, позволяет максимизировать коэффициент расхода до 0,98 при скорости истечения жидкости, близкой к скорости звука, обеспечивает компактность струи и, как следствие этого, существенно увеличивает силу проникновения струи в почву.

Выполнение рабочих органов в виде комбинации сопла Лаваля и установленных по его оси симметрии коноидальных насадков обусловлено тем, что истечение струи жидкости из насадка в коаксиальном (спутном и осесимметричном) потоке воздуха, имеющем скорость, равную или больше скорости звука, позволяет подавить винтовую неустойчивость струи, увеличить длину ее нераспадающейся компактной части (см. Альбом течений жидкости и газа: Пep. с англ. / Сост. М. Ван-Дайк. - М.: Мир, 1986. - C. 907). Это объясняется резким уменьшением аэродинамических сил, стремящихся деформировать и разорвать струю, причем коаксиальный поток воздуха является как бы двигающейся смазкой и уменьшает коэффициент трения диаметральной поверхности струи о воздух, а размещение выходного отверствия коноидального насадка наименьшего диаметра в одной плоскости с выходным отверстием сопла Лаваля ликвидирует возможность процесса эжекции жидкости внутри самого сопла Лаваля, что также повышает компактность струи.

Увеличение длины компактной части струи на порядок (т.е. в десять раз) и более по сравнению с известными устройствами обеспечивает в свою очередь регулирование силы проникновения струи в почву, уменьшая ее при увеличении высоты L₁ установки рабочих органов над обрабатываемой поверхностью почвы и увеличивая при уменьшении высоты L₁, и, как следствие, обуславливает дифференцированное изменение глубины L₂ внесения удобрений в почву, определенную агротехнологическими требованиями в зависимости от типа почвы, зоны корневого питания растений, получая при этом эффективное и качественное внутрипочвенное внесение удобрений.

Предлагаемое устройство по сравнению с известными обеспечивает размещение рабочих органов со свободным пространством, имеющим линейный размер L₃ между рабочими органами и вегетативной частью растений - это позволяет избежать повреждения растений в процессе внесения удобрений, ликвидировать применение копиров, ползунов, экранов и других приспособлений, движущихся по почве для размещения инъекторных форсунок непосредственно над почвой, что уменьшает тяговое сопротивление машины, увеличивает рабочую ширину захвата, расширяет интервал скоростного режима и, как следствие, повышает производительность и эффективность работы машины, расширяет ее технологические возможности.

Изобретение может быть использовано в сельскохозяйственном производстве. Машина содержит резервуар для рабочей жидкости, насос, компрессор, трубопроводную запорную, регулировочную и распределяющую арматуру, штангу с рабочими органами в виде комбинации сопла Лаваля и установленных по его оси симметрии не менее трех коноидальных насадков, прибор управления. Изобретение позволяет дифференцированно вносить в почву жидкие минеральные удобрения с заданной дозой и качеством на каждом элементарном участке поля с повышением эффективности обработки сельскохозяйственных культур, повышением производительности машины и расширением ее технологических возможностей. 6 ил.

Машина для внутрипочвенного дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений, содержащая транспортное средство с установленным на нем гидрорезервуаром для удобрений, насос высокого давления, компрессор, системы подачи, регулирования и распределения удобрений и сжатого воздуха, штангу с рабочими органами, прибор управления, связанный со всеми системами, отличающаяся тем, что рабочие органы выполнены в виде комбинации сопла Лаваля и установленных по его оси симметрии коноидальных насадков, последовательно установленных один в другом, причем выходное отверстие насадка наименьшего диаметра расположено в одной плоскости с выходным отверстием сопла Лаваля, а входные отверстия насадков выполнены с возможностью сообщения с соответствующими каналами распределителя жидкости по насадкам.