vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2022-16-4-38-44vimjour-492Research ArticleИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕINNOVATIVE TECHNOLOGIES AND EQUIPMENTРазработка диска для распределения твердых минеральных удобрений с регулируемой дозой внесенияDevelopment of a Distributor Disc for Mineral Fertilizers With Variable Application RateТетеринВ. С.TeterinV. S.

Владимир Сергеевич Тетерин, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Москва

Vladimir S. Teterin, Ph.D.(Eng.), senior researcher

Moscow

v.s.teterin@mail.ruПанферовН. С.PanferovN. S.

Николай Сергеевич Панферов, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Nikolay S. Panferov, Ph.D.(Eng.), senior researcher

Moscow

nikolaj-panfyorov@yandex.ruПехновС. А.PekhnovS. A.

Сергей Александрович Пехнов, старший научный сотрудник

Москва

Sergey A. Pekhnov, senior researcher

Moscow

pehnov@mail.ruФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation2022131220221643844Copyright © Тетерин В.С., Панферов Н.С., Пехнов С.А., 20222022Тетерин В.С., Панферов Н.С., Пехнов С.А.Teterin V.S., Panferov N.S., Pekhnov S.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/492

Отметили, что большинство возделываемых полей в России имеют контуры неправильной формы, в связи с чем на пограничных участках  минеральные удобрения вносятся нерационально. Показали, что для устранения данной проблемы производители разбрасывателей твердых минеральных удобрений предлагают несколько технологических решений: в большинстве случаев зону внесения ограничивают, изменяя траекторию полета гранул. (Цель исследования) Разработать диск с изменяемой площадью распределения для разбрасывателей минеральных удобрений, оборудованных системами дифференцированного внесения. (Материалы и методы) Оценили зону внесения гранул минеральных удобрений в зависимости от угла излома лопаток диска распределителя. Спроектировали 3D-модели дисков с изменяемым углом излома лопатки от 0 до 25 градусов, которые в последующем загружали в программу RealFlow для последующей симуляции процессов распределения твердых минеральных удобрений. (Результаты и обсуждение) Получили координаты гранул минеральных удобрений, сошедших с диска и приземлившихся на поверхность. Построили графики распределения минеральных удобрений по поверхности поля. Установили, что изменение угла излома лопатки распределяющего диска в диапазоне до 20 градусов позволяет варьировать ширину и дальность полета гранул минеральных удобрений в пределах 10 и 8 метров соответственно. Разработали конструкцию диска распределителя минеральных удобрений с регулируемой дозой внесения. (Выводы) Предложили конструкцию диска для плавного изменения угла излома лопатки до 25 градусов, что позволит использовать данную систему совместно с автоматизированными системами дозирования, повысить точность распределения твердых минеральных удобрений и мелиорантов на пограничных, краевых и клиновидных участках полей.

Most of the cultivated fields in Russia are acknowledged to have irregular contours, therefore mineral fertilizers are applied irrationally at the field boundaries. To eliminate this problem, the manufacturers of solid mineral fertilizer spreaders offer several technological solutions: in most cases, the application area is limited by changing the granule flight path. (Research purpose) To develop a distributor disc for a variable application area to use in mineral fertilizer spreaders equipped with variable rate application systems. (Materials and methods) The trajectory for applying mineral fertilizer granules was estimated depending on the bend angle of the distributor disk blade. We designed 3D disk models with a variable blade bend angle from 0 to 25 degrees, which were uploaded into the RealFlow program for the subsequent simulation of solid mineral fertilizer distribution. (Results and discussion) The coordinates were obtained for mineral fertilizer granules that dropped from the disk and landed on the surface. We built graphs of the mineral fertilizer distribution on the field surface. It was found out that changing the bend angle of the distributor disc blade within a 20-degree range makes it possible to vary the granule flight path within 10 meters of width and 8 meters of length, respectively. We developed a design of a mineral fertilizer distributor disk with an adjustable application rate. (Conclusions) A disk design was proposed for a smooth change in the blade bend angle within up to 25 degrees, which will allow the use of this system in conjunction with automated rate application systems, improve the distribution accuracy of solid mineral fertilizers and ameliorants in the boundary, edge and wedge-shaped sections of fields.

распределитель минеральных удобренийдиск распределителядифференцированное внесение твердых минеральных удобренийвнесение удобрений на краях полейточное земледелиеmineral fertilizer distributordistributor diskvariable rate application of solid mineral fertilizersfertilization at the field edgesprecision farmingReferencesЛичман Г.И., Белых С.А., Марченко А.Н. Способы внесения удобрений в системе точного земледелия // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2018. Т. 12. N4. С. 4-9.Lichman G.I., Belykh S.A., Marchenko A.N. Sposoby vnese­niya udobreniy v sisteme tochnogo zemledeliya [Methods of applying fertilizers in precision agriculture]. Sel'skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2018. Vol. 12. N4. 4-9 (In Russian)Волынкина О.В., Копылов А.Н. Сроки и способы внесения минеральных удобрений // Аграрный сектор. 2021. N3(49). С. 52-57.Volynkina O.V., Kopylov A.N. Sroki i sposoby vneseniya mineral'nykh udobreniy [Terms and methods of applying mineral fertilizers]. Agrarnyy sektor. 2021. N3(49). 52-57 (In Russian).Еремина Д.В., Демина О.Н. Экономика планируемых урожаев яровой пшеницы на пахотных черноземах за счет внесения минеральных удобрений // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2021. Т. 16. N1(61). С. 9-14.Eremina D.V., Demina O.N. Ekonomika planiruemykh urozhaev yarovoy pshenitsy na pakhotnykh chernozemakh za schet vneseniya mineral'nykh udobreniy [Economy of obtaining planned spring wheat yields on around chernozem due to mineral]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021. Vol. 16. N1(61). 9-14 (In Russian).Li Z.X., Chi F.Q., Zhang J.M., Kuang E.J., Su Q.R. Effects of Long-Term Localized Fertilization on Nutrient Balance and Dynamic Change of Hu Molecular Structure in Black Soil. Spectroscopy and spectral analysis. 2018. Vol. 38. N12. 3875-3882.Li Z.X., Chi F.Q., Zhang J.M., Kuang E.J., Su Q.R. Effects of Long-Term Localized Fertilization on Nutrient Balance and Dynamic Change of Hu Molecular Structure in Black Soil. Spectroscopy and spectral analysis. 2018. Vol. 38. N12. 3875-3882 (In English).Andreev K.P., Danilenko Zh.V., Kostenko M.Yu., et al. Determining the inequality of solid mineral fertilizers application. Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems. 2018. Vol. 10. N10, Special Issue. 2112-2122.Andreev K.P., Danilenko Zh.V., Kostenko M.Yu., et al. Determining the inequality of solid mineral fertilizers application. Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems. 2018. Vol. 10. N10. Special Issue. 2112-2122 (In English).Андреев К.П., Аникин Н.В., Бышов Н.В. и др. Внедрение системы точного земледелия // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2019. N2(42). С. 74-80.Andreev K.P., Anikin N.V., Byshov N.V., et al. Vnedrenie sistemy tochnogo zemledeliya [Introduction of exact farming system]. Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta named after. P.A. Kostycheva. 2019. N2(42). 74-80 (In Russian).Сычев В.Г. Влияние длительного применения минеральных и органических удобрений на основные показатели различных типов почв // Плодородие. 2021. N4(121). С. 3-5.Sychev V.G. Vliyanie dlitel'nogo primeneniya mineral'nykh i organicheskikh udobreniy na osnovnye pokazateli razlichnykh tipov pochv [Effects of long-term mineral use and organic fertilizers on key indicators different types of soils]. Plodorodie. 2021. N4(121). 3-5 (In Russian).Gavryushina I.V. Photosynthetic activity the yield and biomass of maize depending on mineral nutrition. Research journal of pharmaceutical biological and chemical sciences. 2018. Vol. 9. N6. 1696-1703.Gavryushina I.V. Photosynthetic activity the yield and biomass of maize depending on mineral nutrition. Research journal of pharmaceutical biological and chemical sciences. 2018. Vol. 9. N6. 1696-1703 (In English).Xinyu Z., Wenyi D., Xiaoqin D., Sean S., Xiaomin S. Responses of absolute and specific soil enzyme activities to long term additions of organic and mineral fertilizer. Science of The Total Environment. 2015. Vol. 536. 59-67.Xinyu Z., Wenyi D., Xiaoqin D., Sean S., Xiaomin S. Responses of absolute and specific soil enzyme activities to long term additions of organic and mineral fertilizer. Science of The Total Environment. 2015. Vol. 536. 59-67 (In English).Андреев К.П., Костенко М.Ю., Шемякин А.В. и др. Совершенствование центробежных разбрасывателей для поверхностного внесения минеральных удобрений // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2017. N1(33). С. 54-59.Andreev K.P., Kostenko M.Yu., Shemyakin A.V., et al. Sovershenstvovanie tsentrobezhnykh razbrasyvateley dlya po­verkhnostnogo vneseniya mineral'nykh udobreniy [Improvement of centrifugal spreaders for surface application of mineral fertilizers]. Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta named after P.A. Kostycheva. 2017. N1(33). 54-59 (In Russian).Дорохов А.С., Новиков Н.Н., Митрофанов С.В. Интеллектуальная технология формирования системы удобрения // Техника и оборудование для села. 2020. N7(277). С. 2-5.Dorokhov A.S., Novikov N.N., Mitrofanov S.V. Intellektual'naya tekhnologiya formirovaniya sistemy udobreniya [Intelligent fertilizer system technology]. Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2020. N7(277). 2-5 (In Russian).Даниленко Ж.В., Шемякин А.В., Ерошкин А.Д. и др. Координатное внесение удобрений на основе полевого мониторинга // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2018. N4(40). С. 167-172.Danilenko Zh.V., Shemyakin A.V., Eroshkin A.D., et al. Koordinatnoe vnesenie udobreniy na osnove polevogo monito­ringa [Coordinate fertilizer approaches based on field monitoring]. Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta named after P.A. Kostycheva. 2018. N4(40). 167-172 (In Russian).Панферов Н.С., Тетерин В.С., Митрофанов С.В. и др. Тенденции развития машин с центробежными рабочими органами для поверхностного внесения твердых минеральных удобрений // Техника и оборудование для села. 2021. N12(294). С. 18-24.Panferov N.S., Teterin V.S., Mitrofanov S.V., et al. Tendentsii razvitiya mashin s tsentrobezhnymi rabochimi organami dlya poverkhnostnogo vneseniya tverdykh mineral'nykh udobreniy [Trends in the development of machines fitted with centrifugal working bodies for surface application of solid mineral fertilizers]. Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2021. N12(294). 18-24 (In Russian).Стенин С.С. Самозагружающийся разбрасыватель минеральных удобрений // Молодой ученый. 2017. N11-3(145). С. 53-55.Stenin S.S. Samozagruzhayushchiysya razbrasyvatel' mi­neral'nykh udobreniy [Self-loading spreader of mineral fertilizers.]. Molodoy uchenyy. 2017. N11-3(145). 53-55 (In Russian).Volina T., Pylypaka S., Rebrii A., Pavlenko O., Kremets Y. Particle Movement on Concave Coulter of the Centrifugal Distributor with Radially Installed Vertical Blades. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2021. 237-246Volina T., Pylypaka S., Rebrii A., Pavlenko O., Kremets Y. Particle Movement on Concave Coulter of the Centrifugal Distributor with Radially Installed Vertical Blades. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2021. 237-246 (In English).Митрофанов С.В., Белых С.А., Благов Д.А. и др. К вопросу разработки карт-заданий для дифференцированного внесения удобрений // Техническое обеспечение сельского хозяйства. 2020. N1(2). С. 141-150.Mitrofanov S.V., Belykh S.A., Blagov D.A., et al. K voprosu razrabotki kart-zadaniy dlya differentsirovannogo vnese­niya udobreniy [On the issue of creating prescription maps for variable rate fertilizer application]. Tekhnicheskoe obes­pechenie sel'skogo khozyaystva. 2020. N1(2). 141-150 (In Russian).Васильев С.И., Машков С.В., Крючин П.В. Теоретическое обоснование автоматизации картирования поля для совершенствования способа отбора проб почвы // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2019. N1. С. 47-55.Vasil'ev S.I., Mashkov S.V., Kryuchin P.V. Teoreticheskoe obosnovanie avtomatizatsii kartirovaniya polya dlya sovershenstvovaniya sposoba otbora prob pochvy [Theoretical substantiation of field mapping automation to improve the soil sampling method]. Izvestiya Samarskoy gosudarstvennoy sel'skokhozyaystvennoy akademii. 2019. N1. 47-55 (In Russian).Шаяхметов М.Р., Шойкин О.Д. Точное земледелие на основе космической информации // Актуальные проблемы науки и образования в области естественных и сельскохозяйственных наук. 2018. N1. С. 272-274.Shayakhmetov M.R., Shoykin O.D. Tochnoe zemledelie na osnove kosmicheskoy informatsii [Precision agriculture based on space information]. Aktual'nye problemy nauki i obrazovaniya v oblasti estestvennykh i sel'skokhozyaystvennykh nauk. 2018. N1. 272-274 (In Russian).Hwang S.J., Nam J.S. DEM simulation model to optimise shutter hole position of a centrifugal fertiliser distributor for precise application. Biosystems Engineering. 2021. N204. 326-345.Hwang S.J., Nam J.S. DEM simulation model to optimise shutter hole position of a centrifugal fertiliser distributor for precise application. Biosystems Engineering. 2021. N204. 326-345 (In English).Панферов Н.С., Тетерин В.С., Пехнов С.А., Сухоруков Д.Г. Разработка лабораторного стенда для исследования рабочих органов распределителей удобрений центробежного типа // Техника и оборудование для села. 2020. N7(277). С. 26-29.Panferov N.S., Teterin V.S., Pekhnov S.A., Sukhorukov D.G. Razrabotka laboratornogo stenda dlya issledovaniya rabochikh organov raspredeliteley udobreniy tsentrobezhnogo tipa [Development of a laboratory bench for the study of the working bodies of centrifugal fertilizer spreaders]. Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2020. N7(277). 26-29 (In Russian).Исханов И.Г., Зиганшин Б.Г., Халиуллин Д.Т. Дисковый разбрасыватель минеральных удобрений // Сельский механизатор. 2017. N6. С. 15-16.Iskhanov I.G., Ziganshin B.G., Khaliullin D.T. Diskovyy razbrasyvatel' mineral'nykh udobreniy [Disc fertilizer spreader]. Sel'skiy mekhanizator. 2017. N6. 15-16 (In Russian).Ахалая Б.Х., Шогенов Ю.Х., Старовойтов С.И., Ценч Ю.С., Шогенов А.Х. Трехсекционный почвообрабатывающий агрегат с универсальными сменными рабочими органами // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2019. Т. 14. N3(54). С. 92-95.Ahalaya B.Kh., Shogenov Yu.Kh., Starovoytov S.I., Tsench Yu.S., Shogenov A.Kh. Trekhsektsionnyy pochvoobrabatyvayushchiy agregat s universal’nymi smennymi rabochimi organami [Three-section tillage unit with universal replaceable working bodies]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2019. Vol. 14. N3(54). 92-95 (In Russian).Ахалая Б.Х., Ценч Ю.С., Квас С.А. Технология комбинированного способа посева и высевающие аппараты для его осуществления // Вестник ВИЭСХ. 2018. N4(33). С. 61-65.Ahalaya B.Kh., Tsench Yu.S., Kvas S.A. Tekhnologiya kombinirovannogo sposoba poseva i vysevayushchie apparaty dlya ego osushchestvleniya [Technology of the combined method of sowing and seeding machines for its implementation]. Vestnik VIESH. 2018. N4(33). 61-65 (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.