Устройство и способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов



Устройство и способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов
Устройство и способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов
Устройство и способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов
Устройство и способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов
Устройство и способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов
Устройство и способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов

 


Владельцы патента RU 2554987:

Михайленко Илья Михайлович (RU)
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Агрофизический научно-исследовательский институт" (ФГБНУ АФИ) (RU)

Группа изобретений относится к области механизации сельского хозяйства, в частности к машинам и способам для внесения твердых сыпучих удобрений. Устройство включает в себя рабочие органы, оборудованные индивидуальными объемными и весовыми дозаторами сыпучих агрохимикатов с индивидуальными регуляторами доз, при этом объемные дозаторы выполнены в виде шаговых двигателей с внешним ротором в виде зубчатых венцов для дозированной подачи агрохимиката. Для управления дозаторами устройство содержит регуляторы доз, к входам которых подключены поворотные управляемые весочувствительные заслонки и блоки определения заданных доз, входы которых соединены с сигнальными выходами оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды, а выходы регуляторов доз соединены с управляющими входами шаговых двигателей и поворотными механизмами весочувствительных заслонок и запорных клапанов воздухопроводов. Способ заключается в том, что для каждого элементарного участка поля формируют заданные дозы для локальных дозаторов рабочих органов в виде суммы, включающей в себя среднюю по полю дозу внесения агрохимиката, определяемую предварительно по картам урожая, полученного в текущем году, и корректирующую поправку, определяемую в реальном времени по оптической мультиспектральной информации о локальном состоянии посева и почвенной среды. Использование данной группы изобретений позволяет повысить урожайность основных сельскохозяйственных культур при одновременном снижении расхода агрохимикатов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области механизации сельского хозяйства, в частности к машинам и способам для внесения твердых сыпучих средств химизации в почву.

Известно устройство и способ внесения удобрений в почву, в основе которого лежит получение цифровой почвенной карты участков поля агроценозов, различающихся по типу почвы, содержанию питательных элементов, урожайности сельскохозяйственных культур, и устройство для дифференцированного внесения удобрений в соответствии с потребностями в питательных веществах каждого отдельного участка поля, содержащая емкости твердых минеральных удобрений и ядохимикатов, компьютер с навигационным оборудованием, распределяющие, подающие и дозирующие устройства, последние в процессе работы изменяют состав и дозу удобрений в каждый данный момент времени под программируемый урожай (Заявка США №85850358, МПК4 A01C 17/00, 1985 г., описание к Европейскому патенту EP 0181308 A1 "Способ и устройство для внесения удобрений", МПК A01B 79/00, A01C 17/00, 1986 г. ).

Данные способ и устройство позволяют вносить основную дозу минеральных удобрений, используя единственный узел устройства. Такой способ и конструкция машины не пригодны для дифференцированного внесения удобрений, так как при внесении твердых туков с изменением их дозы от максимальных до минимальных значений резко меняется неравномерность распределения удобрений на рабочей ширине захвата, вследствие чего необходимо постоянно менять величину перекрытия смежных проходов машины в соответствии с изменением дозы удобрений, что практически неосуществимо. Подача твердых туков на транспортерную ленту на разном расстоянии от места их схода с нее, далее на центробежный диск не обеспечивает заданного технологического качества смешивания исходных компонентов. Дифференцированное внесение удобрений предполагает внесение на каждый элементарный участок поля различных по составу и величине дозы удобрений. При полном заполнении всех бункеров машины часть из них может быть не выработана, при заполнении их в соответствии с картой обрабатываемого поля часть из них может быть заполнена не полностью, что в том и в другом вариантах снижает производительность машины. Указанные недостатки не позволяют осуществить все требования дифференцированного внесения удобрений.

Известно устройство для дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов в почву, содержащее расположенные соосно на различной высоте и имеющие индивидуальный привод центробежные разбрасывающие диски. При этом верхний диск выполнен с центральным отверстием, а разбрасывающие диски установлены на одной неподвижной оси, выполненной с внутренней полостью до уровня нижнего диска, а ниже сплошной. В верхней части оси расположена ассиметричная заборная горловина, а на уровне нижнего диска - боковое выпускное окно. Днище полости внутри оси имеет уклон в сторону выпускного окна с углом образующей относительно горизонтальной плоскости не менее двух углов внутреннего трения частиц удобрений по материалу, из которого изготовлена ось (патент RU №2448448 от 29 ноября 2010 г.). Такое выполнение устройства снижает неравномерность распределения удобрений по поверхности поля в зоне расположения самого рабочего органа и обеспечивает уменьшение материалоемкости и упрощение конструкции при обеспечении дифференцированного внесения различных по составу и дозе минеральных удобрений на каждом участке поля.

Недостатком данного устройства является то, что оно обеспечивает дифференцированное внесение агрохимикатов только по ходу движения машины, а по ширине захвата расход агрохимиката является постоянным, независимо от состояния посевов и почвенной среды. Кроме того, равномерность внесения агрохимикатов в зоне расположения рабочего органа зависит от влажности, текущего расхода и плотности, а также размеров частиц разбрасываемого вещества.

Известно более совершенное устройство для дифференцированного внесения удобрений, наиболее близкое к предложенному по своей технической сущности и достигаемому результату, содержащее механизм подачи агрохимикатов с приводом и устройством для регулирования расхода в виде шнека, выполненного в виде пружины, с приводом от колеса или электродвигателя. Пружина установлена с возможностью регулирования ее шага при помощи винтового управляющего устройства с приводом от шагового электродвигателя, управляемого через бортовой компьютер (патент RU №2454058, A01C 17/00, дата начала действия 28.02.2011 - прототип устройства).

Данное устройство за счет регулирования расхода в зоне действия одного рабочего органа обеспечивает изменение расхода удобрения, что создает возможности оптимизации режима питания с учетом пространственной неоднородности состояния посевов и почвенной среды. Однако эта возможность в данном устройстве не реализуется, в силу отсутствия блока определения оптимального расхода удобрений в зависимости от состояния посевов и почвенной среды. Кроме того, данное устройство обладает ошибками в дозировании заданного расхода, что связано с изменениями плотности и реологических свойств агрохимикатов, что приводит к различной степени наполняемости дозирующего шнека и изменению его производительности.

Известен способ дифференцированного внесения сыпучих минеральных удобрений, включающий уборку зерновых культур зерноуборочным комбайном, оборудованным датчиком урожайности, измерение потока зерна, поступающего в бункер, определение количества удобрений, необходимых для конкретного участка почвы, и внесение их в почву разбрасывателем минеральных удобрений, оборудованным системой автоматического дозирования. Сигнал от датчика урожайности передают непосредственно на бортовой компьютер зерноуборочного комбайна, где производят обработку данных, определяют количество минеральных удобрений, необходимых для участка почвы, с которого был убран урожай. Затем управляющий сигнал, изменяющий величину открытия или закрытия автоматических заслонок, установленных на разбрасывателе минеральных удобрений, посылают на разбрасыватель минеральных удобрений, который агрегатирован с зерноуборочным комбайном (патент RU №2477597 A01C 17/00, дата начала действия 13.05.2011). Способ обеспечивает снижение энергоемкости дифференцированного внесения минеральных удобрений.

Указанный способ не позволяет обеспечить оптимальные условия питания посевов, так как в нем отсутствует операция определения требуемого количества минеральных удобрений, необходимых для участка почвы, с которого был убран урожай. Кроме того, указанный способ имеет ограниченное применение только для азотных удобрений, действующих в течение одного сельскохозяйственного сезона, в то время как твердые сыпучие удобрения чаще всего это калийные и фосфорные удобрения, а также мелиоранты, регулирующие кислотность почвы, действуют несколько лет в полевых севооборотах. Это еще в большей степени затрудняет выбор определения требуемого количества удобрений для убранного и будущего урожаев.

Известен способ и устройство дифференцированного предпосевного внесения минеральных удобрений в виде основной и стартовой доз, которые вносят одновременно с посевом и совместно с семенами на 4-10 см глубже заделки семян. Перед посевом получают информацию о параметрах плодородия поля в системе глобальных координат. Затем составляют электронную карту рациональной потребности в элементах питания возделываемой культуры для получения оптимальной урожайности. Устанавливают необходимую дозу внесения минеральных удобрений на каждый элементарный участок поля. Данные с карты передаются в микропроцессор, управляющий работой дозатора минеральных удобрений. Высеваемое количество удобрений, предназначенное для каждого элементарного участка поля, распределяют на стартовую и основную дозы.

Устройство для дифференцированного предпосевного внесения основных и стартовых доз минеральных удобрений включает бункер для семян и бункер для удобрений, дозатор семян, высокоадаптивный дозатор удобрений, пневматические системы высева семян и удобрений. Устройство снабжено системой позиционирования ГЛОНАС/GPS. Способ и устройство обеспечивают рациональное управление продукционным процессом, повышающим окупаемость и эффективность минеральных удобрений (патент RU №2452167 A01C 17/00, дата начала действия 01.11.2010).

В указанном способе, как и в других аналогах, отсутствует операция определения доз минеральных удобрений, обеспечивающих рациональное управление продукционным процессом, как на текущем периоде вегетации, так и на последующие годы действия удобрений. В свою очередь в указанном устройстве отсутствует блок определения требуемой дозы внесения удобрений, кроме того, ему свойственны ошибки в дозировании, связанные с изменением плотности, влажности и фракционного состава твердых сыпучих минеральных удобрений и мелиорантов.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является способ дифференцированного точного внесения планируемой под определенный урожай дозы удобрения с учетом полевой неоднородности содержания элементов питания растений в почве, включающий в себя отбор образцов почвы на анализ, определение элементов питания для растений в почвенных образцах, расчет компенсационной дозы удобрений с учетом исходного содержания элементов питания в почве, автоматизированное внесение компенсационной дозы с использованием современных средств навигации. При этом отбор почвенных образцов на агрохимический анализ производят индивидуально в пределах участков различной урожайности, определенных по схеме урожайности поля, а также по уборке урожая, после чего определяют момент пересечения границ участков различной урожайности путем сравнения координат, осуществляют расчет компенсационной дозы вносимого удобрения по формуле: Nki=Nтр-Nуч.i, где Nki - вносимая компенсационная для данного участка доза удобрения, кг/га действующего вещества; Nтр - требуемая доза удобрения, кг/га действующего вещества; Nуч.i - количество элемента питания в почве данного участка, кг/га действующего вещества; i - номер участка (патент RU №2463763 A01C 17/00, дата начала действия 06.05.2011 - прототип способа). Данный способ обеспечивает повышение эффективности и упрощение использования удобрений.

В указанном способе отсутствует процедура определения требуемой дозы внесения удобрений, как для текущего года, так и для последующих лет севооборота, что не позволяет обеспечить оптимальный питательный режим растений ни на текущем, ни на последующих периодах вегетации, что существенно снижает эффективность использования удобрений, независимо от точности последующих устройств для внесения удобрений и мелиорантов.

Заявляемое устройство решает задачу повышения точности дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов, пролонгированного действия, т.е. действующих несколько сельскохозяйственных сезонов.

Заявляемое устройство дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов, как и прототип, включает в себя механизм подачи агрохимикатов для регулирования расхода при помощи управляющего механизма с приводом от шагового электродвигателя, управляемого через бортовой компьютер.

Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что оно содержит число рабочих органов равное числу обслуживаемых элементарных участков поля, размеры которых составляют 1,5-2,0 м2, причем рабочие органы устройства оборудованы индивидуальными объемными и весовыми дозаторами сыпучих агрохимикатов с индивидуальными регуляторами доз, при этом объемные дозаторы выполнены в виде шаговых двигателей с внешним ротором в виде зубчатых венцов для дозированной подачи агрохимиката, снизу которых закреплены тройники, на выходе которых установлены весовые дозаторы, выполненные в виде поворотных управляемых весочувствительных заслонок, а боковые входы тройников соединены с воздухопроводами, оборудованными запорными электромагнитными клапанами, при этом сигнальные выходы весочувствительных заслонок соединены с первыми входами регуляторов доз, вторые входы которых соединены с выходами блоков определения заданных доз, входы которых соединены с сигнальными выходами оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды, а выходы регуляторов доз соединены с управляющими входами шаговых двигателей и поворотными механизмами весочувствительных заслонок и запорных клапанов воздухопроводов.

Повышение точности дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов достигается тем, что устройство по ширине захвата содержит несколько рабочих органов, обслуживающих элементарные участки поля площадью 1,5-2,0 м2, что позволяет уменьшить ошибку, обусловленную наличием пространственной неоднородности сельскохозяйственного поля. Уменьшение ошибки дозирования на каждом рабочем органе достигается тем, что по сигналам оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды определяют заданные дозы внесения на каждом элементарном участке, а затем каждую дозу формируют путем дробного объемного дозирования, осуществляемого зубчатыми венцами на внешних роторах шаговых двигателей, и взвешиванием доз поворотными управляемыми весочувствительными заслонками, управляемыми регуляторами доз.

Приведенные существенные отличия устройства обозначают новую последовательность операций, что является предметом другого объекта изобретения, непосредственно вытекающего из первого, - способа дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов.

Заявляемый способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов решает задачу повышения точности дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов, пролонгированного действия и снижения суммарных потерь урожая всех культур используемого севооборота при одновременном снижении расхода вносимого агрохимиката пролонгированного действия по всей площади обрабатываемого поля.

Заявляемый способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов, как и прототип, включает в себя операции по формированию заданной дозы агрохимикатов и внесению ее путем автоматического регулирования расхода рабочих органов.

Заявляемый способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов, отличается тем, что заданные дозы агрохимикатов для каждого элементарного участка поля и локальных дозаторов рабочих органов формируют в виде суммы, включающей в себя среднее по полю значение дозы внесения агрохимиката, определяемое предварительно по картам фактического урожая, полученного в истекшем году для известных условий и локальной корректирующей поправки, при этом корректирующая поправку определяют в реальном времени в процессе внесения сыпучих агрохимикатов, для чего измеряют сигналы оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды на каждом элементарном участке поля в пределах ширины технологического захвата устройства, а поправку определяют по следующему закону:

где: - оптимальная доза внесения агрохимиката на i - том элементарном участке поля, - оптимальная доза внесения агрохимиката, средняя по площади поля, ei - сигнал оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды на i - том элементарном участке поля, - среднее значение сигналов оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды, b - параметр регулятора.

Кроме того, способ отличается тем, что среднее по полю значение дозы внесения агрохимиката на каждый год севооборота определяют путем минимизации прогнозируемых потерь урожая в среднем по полю по всем культурам севооборота и затрат на внесение сыпучего агрохимиката пролонгированного действия, для чего используют математические модели, отражающие потери урожая от отклонения от оптимального значения параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом, для всех культур севооборота, и динамическую модель параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом.

Снижение суммарных потерь урожая всех культур используемого севооборота при одновременном снижении расхода вносимого агрохимиката пролонгированного действия по всей площади обрабатываемого поля достигается тем, что оптимальная доза внесения агрохимиката определяется непосредственно из условия минимума потерь урожая и расхода агрохимиката на всех годах севооборота сначала в среднем по полю, с коррекцией доз по состоянию посевов и почвенной среды на каждом элементарном участке поля площадью 1,2-1,5 м2. При этом оптимальные дозы, реализуемые заявляемым способом, являются заданием для отработки регуляторами заявляемого устройства, что за счет повышения точности дозирования обеспечивает высокую точность и надежность получения положительного эффекта от использования изобретения.

На чертеже фиг. 1 представлена схема рабочего органа устройства, на фиг. 2 - продольная схема агрегатирования устройства с трактором, на фиг. 3 - поперечная схема агрегатирования устройства с трактором, на фиг. 4 - схема блока формирования заданных доз.

Устройство содержит общий для всех рабочих органов бункер 1 (фиг. 1), в котором содержится агрохимикат 2. В донной суживающейся части бункера 1 размещены рабочие органы объемного дозирования 3, число которых равно числу обслуживающих элементарных участков площадью 1,2-1,5 м2. Рабочие органы объемного дозирования 3 выполнены в виде шаговых двигателей 4 с внешним ротором 5, на которых закреплены зубчатые венцы 6. Статоры 7 всех шаговых двигателей 4 фиксируются на общей оси рабочих органов 3. Нижняя часть рабочих органов объемного дозирования 3 сопрягается с верхними раструбами 8 тройников 9, в нижних раструбах 10 которых установлены поворотные управляемые весочувствительные заслонки 11, оборудованные круговым электромагнитным исполнительным механизмом 12. К боковым раструбам 13 тройников 9 прикреплены воздухопроводы 14, перекрываемые запорными клапанами 15 с исполнительными механизмами 16. Воздухопроводы соединены с воздушным ресивером 17, давление воздуха в котором поддерживается компрессором 18. Нижние раструбы 10 тройников 9 соединены с транспортными воздуховодами 19, выходы которых соединены с вихревыми диффузорами 20. Сигнальные выходы поворотных весочувствительных заслонок 11 соединены с первыми входами регуляторов доз 21, вторые входы которых соединены с блоками формирования заданных доз 22, к входам которых подключены сигнальные выходы мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды 23, установленные в зонах обслуживания каждого элементарного участка поля 24. Управляющий выход регулятора доз 21 соединен управляемыми входами (статорами) 7 шаговых двигателей 4, а пусковой выход - с круговым электромагнитным исполнительным механизмом 12 поворотных весочувствительных заслонок 11 и исполнительными механизмами 16 запорных клапанов 15.

Устройство базируется на тракторе 25, на полунавесной раме 26, опирающейся на колеса 27 (фиг. 2, 3). На раме крепится общий бункер 1 для агрохимикатов, внизу которого находится блок с дозирующими рабочими органами 3, кроме того, на раме 26 крепится воздушный ресивер 17 и компрессор 18. Ресивер 17 соединен воздухопроводами 14 с дозирующими рабочими органами 3, выходы которых соединены транспортными воздуховодами 19 с вихревыми диффузорами 20, закрепленными на складной ферме 28. Оптические мультиспектральные измерители состояния посевов 23 установлены на раздвижной ферме 29 в передней части трактора. Для измерения состояния посевов оптические мультиспектральные измерители содержат 3-4 канала в области спектра 390-500 нм, а для измерения состояния почвы 3-4 канала в области спектра 440-690 нм и 3-4 канала в области 700-1100 нм. Выбор такого сочетания каналов позволяет выделить все необходимые для реализации способа состояния посевов и почвенной среды (Барталев С.А., Лупян Е.А., Нейштадт И.А., Савин И.Ю. Дистанционная оценка параметров сельскохозяйственных земель по спутниковым данным спектрорадиометра MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов). Сборник научных статей - М. "GRANP-Poligraph", 2005. Т. П. С. 228-236; Мурашко Н.И., Орешкжа Л.В., Мурашко А.Н., Решетник С.В. Почвенный мониторинг с использованием данных дистанционного зондирования. Journal of Research and Agricultural Ingeneering. 2007, Vol. 52 (30), p. 117-119).

Блок формирования заданных доз 22 (фиг. 4) содержит блок формирования базы данных пространственного распределения урожая и параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом 30, к входу которых подключены оптические мультиспектральные измерители состояния посевов и почвенной среды 23. Выход блока формирования базы данных 30 соединен с входом блока оперативной идентификации математической модели потерь урожая 31, выход которого соединен с блоком формирования оптимальной программы средних по полю доз внесения агрохимиката 32, к которому также подключен блок динамической модели параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом, 33. Выход блока 32 подключен к блоку корректирующих регуляторов 34, а также к первым входам сумматоров 35, ко вторым входам которых подключены выходы корректирующих регуляторов 34. Выходы сумматоров 35 соединены с входами регуляторов доз 21 устройства для внесения агрохимиката.

Устройство для дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов работает следующим образом. Перед началом работы устройства в блоке формирования оптимальной программы средних по полю доз внесения агрохимиката 32 содержится информация о средней по полю дозе внесения. Перед моментом начала движения трактора 25 посредством оптических мультиспектральных измерителей 23 измеряется состояние посева и почвенной среды по всей линии отдельных элементарных участков 24, обслуживаемых отдельными рабочими органами устройства и расположенных вдоль фермы 28 устройства. Сигналы от измерителей 23 поступают на корректирующие регуляторы 34, которые формируют поправки в локальных дозах внесения агрохимиката. Сигналы поправок с выходов корректирующих регуляторов 34 складываются в сумматорах 35 с сигналами блока формирования оптимальной программы 32, и на выходе сумматора 35 формируются сигналы задания на формирование локальных доз внесения, которые поступают на входы регуляторов доз 21. С сигнальных выходов регуляторов доз 21 подаются сигналы управления на статоры шаговых двигателей 7 рабочих органов объемного дозирования 3. При поступлении управляющих сигналов внешние роторы 5 начинают шаговые угловые перемещения и посредством зубчатых венцов 6 дозируют агрохимикат 2, отбирая его из бункера 1 и сбрасывая его малыми объемами через верхние раструбы 8 тройников 9 в нижние раструбы 10, где установлены поворотные управляемые весочувствительные заслонки 11. Сигналы с выходов чувствительных элементов заслонок 11 поступают на входы регуляторов доз 21. Как только сигналы чувствительных элементов заслонок 11 сравняются с сигналами заданий блока формирования заданных доз 22, на управляющих выходах регуляторов доз 21 вырабатываются пусковые сигналы, одновременно поступающие на круговые электромагнитные исполнительные механизмы 12 весочувствительных заслонок 11 и исполнительные механизмы 16 запорных клапанов 15. Это приводит к одновременному опрокидыванию весочувствительных заслонок 11 и открытию запорных клапанов 15, за счет чего смесь воздуха и агрохимиката по воздухопроводам 19 подается на вихревые диффузоры 20, и дозы агрохимиката равномерно вносятся на элементарные участки 24. После внесения дозы трактор 25 начинает движение, и устройство перемещается к линии очередных элементарных участков 24, расположенных вдоль складной фермы 28 устройства. При этом регулятор доз на управляющих выходах вырабатывает сигналы, приводящие в исходное закрытое состояние весочувствительные заслонки 11 и запорные клапаны 15. За время перемещения трактора с устройством от одной линии элементарных участков к другой, отсчитываемое таймером (не показанным на схеме), в блоке 22 формируются новые задания регуляторам доз 21, и такая последовательность действий осуществляется по всей площади обслуживаемого поля.

Способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов осуществляется следующим образом.

Предварительно, перед началом очередного вегетационного периода на рассматриваемом поле используемого севооборота в блоке формирования базы данных 30 по сигналам оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды 23 и данным о величине показателя, регулируемого вносимым агрохимикатом, и фактически внесенных дозах агрохимиката, вносимым вручную, формируют информацию, которую затем подают в блок идентификации математической модели потерь урожая 31. С выхода блока идентификации 31 информацию о параметрах математических моделей подают на блок формирования оптимальной программы средних по полю доз внесения агрохимиката 32, на который также подают информацию от блока динамической модели параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом 33.

По карте распределения урожая по площади поля, хранимой в блоке формирования базы данных 30, определяют его среднюю величину U, полученную для фактических условий, обозначаемых вектором F, компонентами которого являются: f1 - сумма активных температур за истекший сезон, °C; f2 - сумма выпавших осадков, мм; f3 - среднегодовое содержание доступного азота в почве, г/кг.

Для фактических условий истекшего сезона оценивают величину потенциального урожая для убранной культуры севооборота j=1

указанную оценку сравнивают с фактической величиной урожая U и определяют величину потерь урожая

По модели потерь урожая, связанных с отклонением показателя, регулируемого данным агрохимикатом, от оптимального значения k* для данной культуры

определяют среднее значение этого показателя по полю , принимаемое в качестве начального значения для его прогнозирования на последующие годы севооборота. Таким показателем может быть гидролитическая кислотность почв, содержание доступного калия или фосфора.

В блоке формирования оптимальной программы средних по полю доз внесения агрохимиката 32 определяют среднее значение дозы агрохимиката путем минимизации следующего критерия оптимизации

для следующей динамической модели изменения показателя, регулируемого внесением агрохимиката, в годовом времени

Для этого реализуют следующий алгоритм оптимизации:

шаг 0. Задают итерационную переменную n=0, задают начальное значение регулируемого показателя для первого года севооборота - , принимают среднемесячные нормы осадков по всем годам севооборота f2(T), принимают начальную программу внесения агрохимиката по годам севооборота dn(T), T=1, 2, … N.

шаг 1. Решают уравнение для динамики регулируемого показателя

ряд решения kn(T), T=1, 2, … N разворачивается во времени kn(-T), -T=N, N-1, … 1.

шаг 2. Решают уравнение для сопряженной модели справа - налево (от конца в начало севооборота)

где kn(T) - это развернутое во времени решение уравнения динамики регулируемого показателя, λ - сопряженная переменная для динамической модели регулируемого показателя, имеющая смысл чувствительности критерия оптимизации к регулируемому показателю k(T).

шаг 3. Для прямого во времени решения kn(T), T=1, 2 … N вычисляют критерий оптимизации

который сравнивают с заданным пороговым числом δ. Если In≤δ, то СТОП, иначе-переход к п. 4

шаг 4. Уточняют программу внесения агрохимиката по годам севооборота

dn(Т)=0, если , переход к п. 1, вплоть до выполнения условия In≤δ.

Для реализации способа в реальном времени из всей оптимальной программы внесения агрохимиката выбирают только величину средней дозы внесения агрохимиката на данном поле для текущего года севооборота , которая является базовым компонентом задания всем регуляторам доз 21. Это задание корректируют посредством регуляторов доз 21 по сигналам оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды 23. При этом корректирующую поправку определяют в реальном времени в процессе внесения сыпучих агрохимикатов, для чего измеряют сигналы оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды на каждом элементарном участке поля в пределах ширины технологического захвата устройства, а поправку определяют по следующему закону:

где: - оптимальная доза внесения агрохимиката на i - том элементарном участке поля, - оптимальная доза внесения агрохимиката, средняя по площади поля, ei - сигнал оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды на i - том элементарном участке поля, - среднее значение сигналов оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды, b - параметр регулятора.

Откорректированные сигналы заданий подают на входы регуляторов доз 21 устройства для дифференцированного внесения агрохимиката.

Использование заявляемого изобретения позволит повысить урожайность основных сельскохозяйственных культур не менее чем на 30-35%, при одновременном снижении расхода агрохимикатов на 40-45%.

1. Устройство для дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов, включающее в себя механизм подачи агрохимикатов для регулирования расхода при помощи управляющего механизма с приводом от шагового электродвигателя, управляемого через бортовой компьютер, отличается тем, что оно содержит число рабочих органов, равное числу обслуживаемых элементарных участков поля, размеры которых составляют 1,5-2,0 м2, причем рабочие органы устройства оборудованы индивидуальными объемными и весовыми дозаторами сыпучих агрохимикатов с индивидуальными регуляторами доз, при этом объемные дозаторы выполнены в виде шаговых двигателей с внешним ротором в виде зубчатых венцов для дозированной подачи агрохимиката, снизу которых закреплены тройники, на выходе которых установлены весовые дозаторы, выполненные в виде поворотных управляемых весочувствительных заслонок, а боковые входы тройников соединены с воздухопроводами, оборудованными запорными электромагнитными клапанами, при этом сигнальные выходы весочувствительных заслонок соединены с первыми входами регуляторов доз, вторые входы которых соединены с выходами блоков определения заданных доз, входы которых соединены с сигнальными выходами оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды, а выходы регуляторов доз соединены с управляющими входами шаговых двигателей и поворотными механизмами весочувствительных заслонок и запорных клапанов воздухопроводов.

2. Способ дифференцированного внесения сыпучих агрохимикатов, включающий в себя операции по формированию заданной дозы агрохимикатов и внесению ее путем автоматического регулирования расхода рабочих органов, отличающийся тем, что заданные дозы агрохимикатов для каждого элементарного участка поля и локальных дозаторов рабочих органов формируют в виде суммы, включающей в себя среднее по полю значение дозы внесения агрохимиката, определяемое предварительно по картам фактического урожая, полученного в истекшем году для известных условий и локальной корректирующей поправки, при этом корректирующая поправку определяют в реальном времени в процессе внесения сыпучих агрохимикатов, для чего измеряют сигналы оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды на каждом элементарном участке поля в пределах ширины технологического захвата устройства, а поправку определяют по следующему закону:

где: - оптимальная доза внесения агрохимиката на i-том элементарном участке поля, , оптимальная доза внесения агрохимиката, средняя по площади поля, ei - сигнал оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды на i - том элементарном участке поля, - среднее значение сигналов оптических мультиспектральных измерителей состояния посевов и почвенной среды, b - параметр регулятора.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что среднее по полю значение дозы внесения агрохимиката на каждый год севооборота определяют путем минимизации прогнозируемых потерь урожая в среднем по полю по всем культурам севооборота и затрат на внесение сыпучего агрохимиката пролонгированного действия, для чего используют математические модели, отражающие потери урожая от отклонения от оптимального значения параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом, для всех культур севооборота, и динамическую модель параметра состояния почвы, регулируемого вносимым агрохимикатом.



 

Похожие патенты:

Машина для подсева трав содержит раму, опорные колеса, технологическую емкость, два центробежных диска с лопатками, туконаправитель и дозирующую заслонку. Один из центробежных дисков закреплен на валу гидромотора c возможностью регулирования угла наклона в зависимости от крутизны склона при повороте относительно оси под действием тяги и шарнирно взаимосвязанных с ним рычага и штока гидроцилиндра.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для внесения удобрений, и предназначено для поверхностного внесения твердых минеральных удобрений в гранулированном или кристаллическом виде.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к рабочим органам центробежных разбрасывателей удобрений и других сыпучих материалов. Рабочий орган центробежного разбрасывателя удобрений содержит конусный диск 1, имеющий лопатки 2, 3, одна из которых более короткая, а одна более длинная.

Центробежный разбрасыватель включает бункер 1, приемную камеру 4 с выпускным отверстием 5 и рассевающий диск 2 с плоскими лопатками 3 и съемной крышкой 16. Приемная камера 4 снабжена кольцевой подвижной заслонкой 8.

Разбрасыватель содержит закрепленный на раме бункер с наставкой, предохранительной решеткой и отверстием в днище и рассеиватель с лопастями. Рассеиватель с лопастями приводится в движение от вала отбора мощности трактора.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к разбрасывателям минеральных удобрений. .

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам и устройствам для внесения минеральных удобрений. .

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к центробежным разбрасывателям, например, твердых минеральных удобрений. .

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и предназначено для транспортировки и разбрасывания сыпучих минеральных удобрений и мелиорантов. .

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к рабочим органам для поверхностного внесения минеральных удобрений и известковых материалов, а также других сыпучих продуктов.
Наверх