Научно-исследовательский, конструкторский и проектно- технологический институт жидких удобрений (RU)
Приоритеты:
Изобретение относится к устройствам для внутрипочвенного внесения жидких удобрений методом накалывания инъектирующими иглами за счет использования механизма подъема и сбрасывания молота, производящего удар по иглам, и механически с ним связанного механизма синхронного перемещения игл. Устройство содержит инъектирующие иглы и средство, заглубляющее иглы в почву, в виде падающего молота. Молот выполнен в виде обоймы, в которой подвижно соединены ударные молотки с возможностью взаимодействия со своей иглой. Каждая игла заглубляется в почву под воздействием своего молотка. Это обеспечивает перекос обоймы в случае попадания иглы на твердый предмет, что позволяет изготовить более надежное и менее материалоемкое устройство. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Формула изобретения
1. Устройство для внутрипочвенного внесения жидких удобрений методом накалывания, содержащий инъектирующие иглы, механизм для перемещения и средство для заглубления их в почву синхронно скорости движения полевой машины, отличающееся тем, что средство, заглубляющее инъектирующие иглы в почву, выполнено в виде падающего молота, соединенного с механизмом его подъема и сбрасывания, причем молот выполнен в виде обоймы, в которой подвижно установлены ударные молотки с возможностью взаимодействия со своей инъектирующей иглой.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод механизма синхронного перемещения инъектирующих игл механически связан с приводом механизма подъема и сбрасывания молота.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к устройствам для внутрипочвенного внесения удобрений.
Известны устройства для внесения жидких удобрений методом накалывания, включающие инжектирующие иглы, перемещаемые посредством бесконечных цепей и соединенные шлангами с распределителем, а также нажимной механизм для заглубления игл. Например, а.с. №398204 Устройство к машинам-растениепитателям для внесения жидких удобрений, патент №1552815 (Франция) от 08.05.67 года Автоматический инжектор для внесения жидких удобрений в почву.
Известны также устройства, включающие инжектирующие иглы, перемещаемые при заглублении в почву синхронно скорости движения машины специальными приводами, гидравлическими или механическими. Например, а.с. №292622 (Франция) Устройство для внесения в почву жидких удобрений и ядохимикатов, а.с. №410726 Устройство для внутрипочвенного внесения жидкостей, а.с. №345894 Механизм привода игл игольчатых подкормщиков; патент №2789522 (США) от 23.04.57 г. Аппарат для инъектирования веществ в почву.
Общим недостатком указанных устройств является их большая расчетная масса, под воздействием которой происходит заглубление инъектирующих игл в почву.
Известны устройства а.с. №470267 Устройства для глубокого очагового внесения жидких веществ в почву, а.с. №439263 Устройство для внутрипочвенного очагового внесения жидкостей, эффективность работы которых в меньшей мере зависит от массы агрегата за счет применения вращающихся инъекторов — буров. Однако эти устройства теряют в скорости выполнения технологических операций.
Из описываемых устройств наиболее близко к предложенному по своей технической сущности и достигаемому результату — это устройство по патенту №2789522.
Наряду с применяемым в известных устройствах заглублением инъектирующих игл способом вдавливания и бурения известны устройства, которые обеспечивают заглубление клиновидных предметов в почву или иное воздействие на почву способом удара. Из этих устройств наиболее близко к конструкции предложенного устройство с падающими грузами, например механизм подъема и сбрасывания плиты трамбовочной машины Д-471 (Справочник конструктора дорожных машин. Под ред. И.П.Бородачева. — М.: Машиностроение, 1965, с.423).
Целью настоящего изобретения является обеспечение скоростного внутрипочвенного внесения удобрений инъектирующими иглами, заглубляемыми в почву ударом.
Поставленная цель достигается изменением конструкции известных устройств. В предложенную конструкцию устройства вводится механизм подающего ударного молота с канатным управлением, связанный с механизмом синхронного перемещения инъектирующих игл с движением машины.
Предложенное устройство изображено на схемах, где
на фиг.1 изображен общий вид устройства, размещенного на шасси;
на фиг.2 изображена схема устройства;
на фиг.3 изображено устройства молота;
на фиг.4 изображен механизм синхронного перемещения игл;
на фиг.5 изображена инъектирующая игла.
Устройство состоит из подрамника 1, который прикрепляется к полевой машине 2 для внесения удобрений. Подрамник в транспортном положении поднимается. На подрамнике установлен механизм 3 подъема и сбрасывания молота 4, который помещен между направляющими стойками 5. Также на подрамнике установлен механизм синхронного перемещения 6 инъектирующих игл 7, к которым жидкие удобрения подводятся шлангами 8 от насоса машины 9. Привод механизмов осуществляется от колеса машины 10 механическими передачами 11.
Молот состоит из обоймы 12, в которой помещены ударные молотки 13 в количестве, равном числу инъектирующих игл. В верхней части обоймы прикреплен трос 14 от механизма подъема и сбрасывания.
Кроме молота и троса в механизм подъема и сбрасывания входит стрела 15, на верхнем конце которой закреплены неподвижные блоки полиспаста 16, подвижный кривошип 17 с блоками полиспаста, вал привода 18 с поводком.
Механизм синхронного перемещения инъектирующих игл включает цепную передачу 19 с одинаковым числом зубьев и поводком 20, прикрепленным к одному из звеньев цепи, каретку 21 с иглами, ведомую штангу 22 и скобу 23.
Инъектирующая игла состоит из корпуса 24, иглы 25, наковальни 26, буферной пружины 27 и возвратной пружины 28.
Работает устройство следующим образом.
На поле устройство опускается на подрамнике 1 из транспортного положения в рабочее. При движении машины механизмы устройства приводятся в движение от колеса 10. Механизм 3 подъема и сбрасывания молота работает следующим образом: вал привода с поводком 18 подхватывает подвижной кривошип 17 с блоками полиспаста и ведет его до точки ВМТ. При этом через неподвижные блоки 16 происходят выборка каната 14 и подъем молота 4. Одновременно механизм 6 синхронного перемещения инъектируюших игл передвигает каретку 21 с иглами в положение удара под молот. В положении ВМТ кривошип 17 под весом молота обгоняет поводок и происходит сброс и падение молота, который наносит удар по наковальне 26 иглы. Каждая игла заглубляется в почву под воздействием своего молотка 13. Молотки в обойме 12 сидят подвижно, что предотвращает перекос обоймы 12 в случае попадания иглы на твердый предмет в почве. От поломки иглы в этом случае предусмотрена буферная пружина 27. При углублении иглы в почву канал внутри иглы соединяется с отверстием в корпусе 24, к которому через шланг 8 подводится от насоса 9 жидкое удобрение. Происходит инъекция удобрения в почву. В случае попадания иглы на твердый предмет совмещения канала и отверстия не происходит, таким образом удобрение не выпрыскивается из иглы. После удара молот 4 поднимается механизмом 3, игла заглубляется пружиной 28 из почвы и передвигается обратно в положение удара. В случае сильного залипания иглы в почве дополнением к пружине 28 служит скоба 23, которая при движении каретки 21 принудительно извлекает иглу из почвы.
Расчет, подтверждающий рациональность технического решения.
Научно-исследовательским, конструкторским и проектно-технологическим институтом жидких удобрений (НИКПТИЖ) проводились исследовательские работы с устройствами для внутрипочвенного внесения жидких удобрений при помощи инъектирующих игл.
Глубина внесения определяется величиной 120. 140 мм. Средняя твердость почвы на этом горизонте пастбищ равняется 50 кг/см 2 . Опыты показали, что для полного заглубления иглы 14 под действием веса машины с устройством требуется не менее 40 кг. Также известно, что нагрузка на I нож культиватора при внесении аммиака агрегатом АБА-0,5 после вспашки составляет в зависимости от типа почвы от 90 до 200 кг.
Принимаем твердость почвы равной 50 кг/см 2 . Отсюда теоретическое давление, которое следует оказать на иглу 14 для вдавливания ее в почву будет равно
Рассчитаем вес молота предлагаемого устройства исходя из формулы удельного импульса удара (Справочник конструктора дорожных машин. Под ред. И.П.Бородачева. — М.: Машиностроение, 1965, с.424).
i = 0,15 кгс/см 2
F = 1,54 см 2 (игла 14)
Даже завышая дополнительный вес оснастки (канаты, рама, редуктор) до 5. 7 кг на одну иглу, приходим к выводу, что устройство, вдавливающее инъектирующую иглу в почву, на порядок тяжелее предлагаемого устройства, заглубляющего иглу в почву ударом молота.
Источник
Способ внутрипочвенного удобрения сельскохозяйственных культур
Владельцы патента RU 2338363:
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для внутрипочвенного удобрения различных сельскохозяйственных культур преимущественно в засушливых условиях. Способ включает подачу жидкого удобрения в направлении корневой системы растений. На глубину, ниже максимальной глубины основной обработки почвы, закапывают параллельные перфорированные трубы, одни концы которых перекрывают, а вторые — выводят на дневную поверхность и соединяют с емкостями с жидким удобрением, находящимся под регулируемым давлением. В качестве жидкого удобрения используют угольную кислоту Н2СО3, которую в период вегетации растений периодически подают из указанных емкостей в перфорированные трубы, выдавливая оттуда углекислый газ, который поднимается по пустотам в почве и преобразуется при взаимодействии с почвенной микрофлорой в питательные для растений вещества. Способ обеспечивает возможность внесения удобрений непосредственно под корневую систему растений в период их вегетации и способствует выработке в почве питательных для растений веществ преимущественно в засушливых условиях. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно к способам внутрипочвенного удобрения различных сельскохозяйственных культур преимущественно в засушливых условиях.
Известен способ (в составе комплексного изобретения) внесения жидких и суспензированных удобрений одновременно со вспашкой почвы, включающий, в частности, подачу удобрения на поверхность поля, формирование борозды и закрытие борозды почвой из последующей борозды с одновременной послойной заделкой удобрения (RU №2080042 С1, МПК А01C 21/00, 23/00, А01В 49/06, 27.05.1997).
Технический недостаток подобных способов: ограниченные возможности, в том числе внесение только определенных удобрений на ограниченную глубину и только при основной обработке (зяблевой вспашке) почвы; невозможность удобрения (подкормки) сельскохозяйственных культур в процессе их вегетации.
Известен также рабочий орган для внесения жидких удобрений и гербицидов, содержащий культиваторную лапу с устройствами для подвода жидкости в почву и другие элементы (см. RU №2269885 С1, А01С 23/02 (2006.01), А01В 49/06 (2006.01), 20.02.2006). По принципу действия данный рабочий орган условно можно трактовать как соответствующий способ, включающий подачу жидкого удобрения в направлении корневой системы растений.
Технический недостаток данного способа: внесение жидких удобрений на ограниченную глубину и в удалении от корневой системы растений; затруднение с внесением удобрений после увеличения стеблей растений, несмотря на наличие устройств, уменьшающих «размах» листостебельной массы; невозможность внесения летучих удобрений; не решаются проблемы гумусообразования и плодородия почвы.
Техническая задача: расширение возможностей удобрения сельскохозяйственных культур в процессе их вегетации с решением проблемы гумусообразования и плодородия почвы преимущественно в засушливых условиях.
Технический результат: обеспечение возможности внесения удобрений непосредственно под корневую систему растений с учетом их потребности в период вегетации; развитие процессов выработки в почве питательных для растений веществ преимущественно в засушливых условиях на бедных гумусом полях.
Согласно изобретению в способе внутрипочвенного удобрения сельскохозяйственных культур, включающем подачу жидкого удобрения в направлении корневой системы растений, на глубину, ниже максимальной глубины основной обработки почвы, закапывают параллельные перфорированные трубы, одни концы которых перекрывают, а вторые концы выводят на дневную поверхность и соединяют с емкостями с жидким удобрением, находящимся под регулируемым давлением, в качестве жидкого удобрения используют угольную кислоту Н2СО3, которую в период вегетации растений периодически подают из указанных емкостей в перфорированные трубы, выдавливая оттуда углекислый газ, который поднимается по пустотам в почве и преобразуется при взаимодействии с почвенной микрофлорой в питательные для растений вещества.
Наряду с этим основную обработку почвы выполняют посредством чизельно-отвального орудия, формирующего гребнистое дно борозды с углублениями, расположенными над перфорированными трубами, над которыми размещают ряды растений.
Способ иллюстрируется схемами-чертежами, где на фиг.1 изображена схема размещения перфорированных труб с емкостями для углекислоты; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — поперечный разрез пахотного горизонта с гребнистым дном борозды и с расположенными ниже углублений перфорированными трубами; на фиг.4 — выноска I из фиг.3; на фиг.5 — схема вегетации растений и поступления углекислого газа из перфорированных труб.
Способ внутрипочвенного удобрения сельскохозяйственных культур реализуют следующим образом.
На этапе подготовки поля к внутрипочвенному удобрению сельскохозяйственных культур закапывают параллельные перфорированные трубы 1 (фиг.1 и 2). Глубину Н расположения в почве труб определяют из условия (фиг.2 и 3):
где h — максимальная глубина основной обработки (зяблевой вспашки) почвы; d — диаметр труб; h1 — гарантированный запас (расстояние) между углублениями на дне борозды и верхней кромкой труб.
После укладки перфорированных труб и запуска их в эксплуатацию основную обработку почвы выполняют посредством чизельно-отвального орудия, формирующего гребнистое дно борозды с углублениями 2, расположенными над трубами (фиг.3). Глубина h при чизелевании почвы в засушливых условиях 36-42 см; принимаем максимальное значение 420 мм. Диаметры d перфорированных труб ≈100 мм; гарантированный запас (расстояние) h1 между углублениями 2 и верней кромкой труб 1 принимаем 80 мм. Тогда Н=420-0,5·100+800=550 мм. Перфорацию — отверстия 3 в трубах 1 — располагают в сторону дневной поверхности (фиг.4). Трубы выполняют, как правило, из полимерного материала.
Количество труб 1 в блоке равно числу рабочих органов чизельно-отвального орудия или, что равносильно, числу сошников сеялки для широкорядного посева сельхозкультур. Предпочтительное количество труб в одном блоке, как показано на фиг.1, равно шести. Одни концы перфорированных труб 1 перекрывают — снабжают торцовыми заглушками 4 (фиг.1 и 2). Вторые концы труб посредством изогнутых трубопроводов 5 меньшего диаметра (без перфорации) выводят на дневную поверхность и соединяют с поперечным коллектором 6, который, в свою очередь, соединяют с емкостями 7 для жидкого удобрения. Трубопроводы 5 выполняют из известной деформируемой полимерно-металлической композиции. В качестве емкостей 7 могут применяться баллоны высокого давления — на 16 и более МПа. Баллоны снабжают регулятором давления (редуктором) 8 и манометром 9. На фиг.1 показано два баллона, по расчетам их может быть больше, для чего на коллекторе 6 предусмотрены соответствующие посадочные гнезда 10. Для оптимальной металлоемкости системы и удобства эксплуатации общее количество баллонов определяют из расчета одного выпуска жидкого удобрения в трубы 1. Между баллонами (емкостями) 7 — после их редукторов 8 — и коллектором 6 устанавливают вентили 11. Коллектор снабжают своими манометрами 12 для контроля сбалансированного давления после редукторов 8.
В качестве жидкого удобрения используют угольную кислоту Н2СО3. Известно, что на растения, в том числе их корневую систему, весьма благоприятно воздействует углекислый газ СО2 — носитель углерода — источника жизни растений. Но на практике для хранения газа СО2 под давлением (в баллонах под давлением ≥16 МПа, на ряде предприятий — в рессиверах большой вместимости под давлением ≈0,8 МПа) предпочитают иметь дело с кислотой Н2СО3. Это объясняется технологией ее получения, безопасностью и весьма простым («автоматическим») отделением от кислоты углекислого газа СО2 по схеме:
В кислоте вода содержится в небольших количествах (с наличием СО2 в газообразном состоянии), тем не менее Н2СО3 — это экологическая, сжимаемая, удобная и безопасная в хранении жидкость. Применительно к предлагаемому способу подача удобрения в виде углекислоты обеспечивает ее поступление на всю длину перфорированных труб 1, и лишь после этого газ СО2 отделяется — выдавливается и через отверстия в трубах поступает в почву.
После монтажа и запуска в эксплуатацию системы производят с помощью чизельно-отвального орудия с наклонными стойками основную обработку (зяблевую вспашку) почвы, выставляя долота стоек по оси перфорированных труб. Указанное орудие формирует гребнистое дно борозды (фиг.3) с упомянутыми углублениями 2 и гребнями 13. Ширина междуследия пахоты равна расстоянию L между осями перфорированных труб. Чизельно-отвальное орудие с наклонными стойками исключает вертикальную щель в почве, которая остается в случае использования прямых стоек; оборачивает верхний взрыхленный слой 14 почвы на глубину hот=15-20 см. Последняя операция окончательно закрывает пустоты и щели в верхнем пахотном горизонте; удаляет с поля и «закапывает» на указанную глубину hот органику — сорняки, остатки культуры-предшественницы, поверхностный мульчирующий слой, традиционные удобрения, желательно навоз. Известно, что в верхнем слое почвы — на глубине до 20 см — происходит наиболее интенсивная переработка органики посредством почвенной микрофлоры и червей с образованием питательных для растений веществ и с гумусообразованием.
Основную обработку почвы проводили, как обычно, поздним летом или осенью — в сентябре-октябре. После выпадения осадков или таяния снега вода, проникая через рыхлую почву, скатывается в углубления 2, а при интенсивном (кратковременном) поступлении воды влага накапливается и в межгребневых взрыхленных понижениях 15 (фиг.3). При некотором уклоне поля трубы 1 укладывают, а вспашку производят поперек уклона. Благодаря этому предотвращают или существенно уменьшают наружный и внутрипочвенный стоки воды и смыв почвы, т.е. сводят к минимуму водную эрозию почвы. С учетом указанной глубины h чизелевания и в результате накопления влаги в углублениях 2 и в понижениях 15 почва по пути проникновения центрального ствола корневой системы имеет повышенную влажность даже в жаркое время года. По этой причине снижается и внутренняя температура пахотного горизонта.
Проводили внутрипочвенное удобрение сахарной и кормовой свеклы в засушливых условиях на бедной гумусом светло- каштановой почве. Посев семян проводили в оптимальные сроки. Ширину междурядий принимали равной ширине L=70 см междуследия орудия, располагая ряды растений по одной оси I-I, проходящей через ось перфорированной трубы 1 и углубления 2 в гребнистом дне борозды; на этой оси располагали и посевные ложе 16 для семян. После развития растений в фазе 5-7 листьев проводили первое удобрение (подкормку) растений. С помощью манометров 9 проверяли наличие давления углекислоты в баллонах 7. Давление на выходе из баллонов посредством редукторов 8 устанавливали в диапазоне 0,2-0,3 МПа. Открывая вентили 11, углекислоту подавали в коллектор 6, откуда под давлением кислота поступала в трубопроводы 5 и далее — в перфорированные проложенные в почве трубы 1. Прохождение кислоты контролировали манометрами 12, при необходимости с помощью редукторов 8 давление на выходе из баллонов 7 повышали. Процесс подачи углекислоты в трубы 1 завершали, как правило, после полной разрядки баллонов, после чего вентили 11 закрывали.
Находясь в трубах 1 (сечение труб полностью не заполняется), от углекислоты относительно быстро отделяется углекислый газ CO2, который через отверстия 3 в трубах выходит (выдавливается) наружу труб и по пустотам в почве поднимается к корневой системе растений 17 (фиг.5). Быстрый уход газа CO2 в атмосферу предотвращается названными техническими и технологическими приемами: глубоким залеганием труб ниже обработанной почвы; исключением вертикальной щели при почвообработке; оборотом верхнего слоя почвы. Углекислый газ сам по себе оказывает благоприятное воздействие на корни, стимулируя их интенсивное развитие, что передается и надземной части растений; эффективность этого процесса повышается и расположением труб непосредственно под корнями растений, и наличием «раструба» для корней повышенной влажности в виде углублений 2 и межгребневых понижений 15 в борозде.
Как известно, углекислый газ относится к природным экологическим биологическим ингредиентам, которые являются составной частью биомассы почвы и, в частности, гумуса. Находящиеся в почве — в основном на указанной глубине (до 20 см) — микроорганизмы перерабатывают часть газа СО2 и не только отщепляют углерод — основу жизнедеятельности микрофлоры, но и перерабатывают и его. Отсоединившийся кислород О2 является окислителем биологического материала, что способствует его ускоренному разложению. В результате этого в почве возрастает содержание питательных веществ, прежде всего соединений азота NO3 и частично другой формы азота NH4, соединений фосфора P2O5 и калия К2О, причем эти вещества находятся в почве в форме, легкодоступной корням растений. Этот процесс весьма активно протекает в первые дни после подачи в перфорированные трубы 1 углекислоты, в дальнейшем, например через 21 день, процесс замедляется, и количество соединений азота NO3 несколько уменьшается. Несмотря на это, после внесения углекислоты органические вещества в почве накапливаются в различных формах.
Повышению плодородия почвы способствует также возрастание гуминовых кислот — высокомолекулярных органических веществ, образующихся при бактериальном разложении внутрипочвенного органического материала. Этому способствует углекислый газ СО2 и отделившийся от него кислород. Гуминовые кислоты являются, как известно, высокоэффективной составной частью гумуса. Кроме показанного выше преобразования углекислоты, в полном объеме ее образование и разложение может проходить по следующей схеме:
Углекислота может давать два ряда солей: карбонаты с анионом СО3 2- и гидрокарбонаты НСО3 — . Несмотря на бедные гумусом светло-каштановые почвы, в поле, где проводили опыты, почва была богата калием. В этих условиях реально образование калийных солей — карбонатов К2СО3 и гидрокарбонатов (бикарбонатов) КНСО3. Карбонат К2СО3 — это одна из разновидностей калийного удобрения. Гидрокарбонаты выполняют важную физиологическую роль. Обе разновидности калиевых карбонатов растворимы в воде, при разложении выделяется СО2. Эти процессы, протекающие в почве после внесения углекислоты, дополнительно подтверждают ее благоприятное влияние на плодородие почвы.
Приведенных данных достаточно, чтобы судить о повышении плодородия бедных гумусом почв за счет их обогащения углекислым газом — посредством подачи углекислоты в стационарные перфорированные трубы, расположенные на большой глубине (≈550 мм). Этому способствует и оригинальная чизельно-отвальная глубокая основная обработка почвы. Выше показана первая подкормка сахарной и кормовой свеклы. В процессе вегетации растений — в периоды их наибольшей потребности в питательных веществах — таких подкормок может быть 3-4. Углекислый газ в сочетании с названной почвообработкой (с накоплением почвенной влаги) обеспечивает возделывание влаголюбивых культур в засушливых условиях без орошения. Для сахарной свеклы иногда потребуется разовая поверхностная подкормка фосфорным удобрением (при достаточном наличии в почве калийных удобрений).
Полевые опыты показали, что при внедрении предлагаемого способа корневая система свеклы более интенсивно развивается вглубь (достигая двух метров) и «обрастает» боковыми корнями. А это дополнительный источник пополнения и влагой, и элементами питания, что весьма важно в засушливых условиях на бедных почвах. По предварительным данным, крупность корнеплодов увеличивается в 2,5-3,0 раза (по сравнению с контролем) при соответствующем увеличении урожайности. Мощная листостебельная масса — это дополнительный источник ценных зеленых кормов, а развитая корневая система — это в дальнейшем дополнительное накопление в почве органических веществ и разуплотнение почвы в глубоких горизонтах.
1. Способ внутрипочвенного удобрения сельскохозяйственных культур, включающий подачу жидкого удобрения в направлении корневой системы растений, отличающийся тем, что на глубину, ниже максимальной глубины основной обработки почвы, закапывают параллельные перфорированные трубы, одни концы которых перекрывают, а вторые концы выводят на дневную поверхность и соединяют с емкостями с жидким удобрением, находящимся под регулируемым давлением, в качестве жидкого удобрения используют угольную кислоту Н2СО3, которую в период вегетации растений периодически подают из указанных емкостей в перфорированные трубы, выдавливая оттуда углекислый газ, который поднимается по пустотам в почве и преобразуется при взаимодействии с почвенной микрофлорой в питательные для растения вещества.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что основную обработку почвы выполняют посредством чизельно-отвального орудия, формирующего гребнистое дно борозды с углублениями, расположенными над перфорированными трубами, над которыми размещают ряды растений.