Наукові основи екологічно ощадних технологій і технічних засобів для внесення рідких добрив та хімзахисту рослин : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук : 05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Abstract

У дисертації вирішено науково-технічну проблему, що пов’язана із внесенням у ґрунт рідких засобів хімізації рослинництва. Розроблені наукові основи узгодження процесів взаємодії робочих органів із ґрунтом та функціонування гідравлічних розпилювачів. При цьому ґрунт розглянуто як суцільне середовище, яке описано системою квазілінійних рівнянь в частинних похідних гіперболічного типу, а факел розпилу робочої рідини як векторне поле. При моделюванні посіву просапних культур застосовано метод Монте-Карло. Розроблено технологію стрічкового післяпосівного внутрішньоґрунтового внесення гербіцидів. Польові дослідження рівномірності розподілу рідких засобів хімізації під шаром ґрунту проведені із застосуванням ізотопних методів досліджень, з використанням сцинтиляційної техніки. Застосування розроблених технічних засобів та технологій дозволяє досягти економії препаратів, а відтак і зниження шкідливого впливу на навколишнє середовище, до 74 %. Термін окупності додаткових капіталовкладень 2,6 років.

В диссертации решена научно-техническая проблема, которая связана с процессами внесения в почву жидких средств химизации растениеводства. Разработаны научные основы взаимодействия рабочих органов с почвой, которая рассмотрена как весомая сплошная среда и описана системой квазилинейных уравнений в частных производных гиперболического типа. Для нее разработан новый метод поиска характеристического решения, который позволил получить соотношения, выполняющиеся вдоль декартовых координат, и, используя их, развить теорию образования трещин в грунте. Разработана математическая модель процесса распыления рабочей жидкости гидравлическими распылителями. В ее основу положено представление офакеле распыла как о векторном поле. На основе применения такой модели сформулированы требования к распылителям, в частности обоснована необходимость получения их нормированной двумерной характеристики. Для ее получения разработан стенд и математический метод представления двумерногораспределения жидкости распылителем в виде бикубического сплайна. Разработаны математические методы, позволяющие расчетным путем получать параметры распределения рабочей жидкости по обрабатываемой поверхности в случае произвольной ориентации распылителя. Разработаны функциональные связи, позволяющие согласовывать конструктивные и режимные параметры рабочего органа, предназначенного для внутрипочвенного внесения жидких средств химзащиты растений. Разработанные теоретические методы позволили создать ряд специализированных конструкций рабочих органов для ленточного внутрипочвенного внесения жидких средств химизации, в том числе предназначенных для работы на комковатых почвах и реализующих метод размазывания препарата по дну борозды. Разработана технология послепосевного ленточного внутрипочвенного внесения гербицидов, которая может быть реализована самостоятельными агрегатами, использующими метод их вождения по технологическим щелям в почве. Для осуществления такой технологии разработано ряд технических средств, предназначенных для нарезки технологических щелей и для вождения по ним агрегатов. Для случая, когда послепосевное ленточное внутрипочвенное внесение гербицидов осуществляется комбинированными машинами, орудиями или агрегатами, показано, что рабочие органы для внутрипочвенного внесения гербицидов должны располагаться на собственных подвесках и не иметь жестких связей с идущими впереди сошниками.Полевые исследования неравномерности распределения химикатов под слоем почвы в случае применения разработанных технических средств и технологий проведены с использованием изотопных методов, в основном (где это было необходимо) без выемки проб из почвы. При этом применена сцинтилляционная исследовательская техника, в том числе и авторской разработки. В качестве радионуклида использовался фосфор-32 (бета-излучатель) и технеций99m (гамма-излучатель). Обосновано, что в случае применения фосфора-32 удается регистрировать только тормозное гамма-излучение, что приводит к потере точности исследований. В этом смысле применение технеция-99m предпочтительнее, однако необходимо учитывать время на полураспад (6,02 ч.). Реализация технологии послепосевного внутрипочвенного внесения гербицидов влечет за собой вероятностное перераспределение ранее высеянных семян полезных растений. Проведены соответствующие исследования, для чего разработана специальная методика получения несмещенных оценок параметров распределения семян (растений) в пределах ленты рассева рядка. При этом использована разработанная модель посева. В ее основе лежит метод Монте-Карло. Параметры модели подтверждены полевыми исследованиями. Для экспресс-оценки эффективности и безвредности (для человека) гербицидного действия обосновано использование метода внутриклеточного микроэлектрофореза и показана его высокая перспективность. Экологичность и эргономичность реализованы в разработанных конструктивно-технологических решениях. Разработана специальная конструкция распылителя и метод его безрезьбового крепления. Проведенными полевыми испытаниями подтверждена эффективность предложенных инженерно-технологических решений. Их применение позволило отказаться от выполнения самостоятельных технологических операций (предпосевная культивация, заделка гербицидов, послепосевное прикатывание кольчатошпоровыми катками) и снизить расход препаратов и вредное воздействие на окружающую среду до 74 %. Окупаемость дополнительных капиталовложений не превышает 2,6 года.

The dissertation solves a scientific and technical problem of injecting liquid chemicals into soil for plant-growing purposes. Scientific grounds are established for coordinating processes of interaction between working organs with soil and functioning of hydraulic sprayers. Soil is considered as a continuous matter described by a system of quasilinear partial derivative equations of hyperbolic type, and spray torch of working liquid as a vector field. Monte Carlo method is used for modeling the sowing of cultivated cultures. Technology is established for tape post-sowing insoil injection of herbicides. The field studies of uniformity of the distribution of liquid chemicals inside a layer of soil had been conducted using radioisotope-based measurement methods and scintillation equipment. Application of the introduced devices and techniques allows to attain the economy of chemical agents, and therefore the decline of harmful influence on environment of up to 74%. Payback period for additional capital investments is 2.6 years.