УДК 631.333: 631.334
Ветохін В., доктор техн. наук, доцент,
ORCID ID 0000-0002-7299-3094, e-mail: veto.vladim@gmail.com
Негребецький І.,
ORCID ID 0000-0002-1122-4152, e-mail: igor.negrebetskyi@pdaa.edu.ua
Рижкова Т.,
ORCID ID 0000-0002-2403-6396, e-mail: tetiana.ryzhkova@pdaa.edu.ua
Полтавський державний аграрний університет, м. Полтава, Україна
Сало Я.,
ORCID ID 0000-0002-1542-0599, e-mail: lfilia@ukr.net,
Львівська філія УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого, смт. Магерів, Україна
Вознюк Т.,
ORCID ID 0000-0002-2196-0938, e-mail: vozniuk.taras@gmail.com,
«Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Київ, Україна
Анотація.
Мета досліджень – виявити тенденції технічного розвитку голчастих ротаційних засобів для впорскування (інжектування, ін’єкції) в шар ґрунту рідинних сумішей з урахуванням сутності технологічної операції, як керівної дії зі зміни стану ґрунту.
Методи дослідження – аналіз та узагальнення суттєвих ознак технічних рішень голчастих знарядь для обробітку ґрунту та внесення рідких добрив у шар ґрунту. Для вироблення критеріїв оцінки технічних рішень попередньо аналізувалися наукові дослідження з класифікації знарядь такого типу та узагальнені тлумачення сутності технологічних операцій обробітку ґрунту, внесення хімічних речовин, сівби тощо.
Результати. Оцінити місце конкретного знаряддя в етапі розвитку дає змогу аналіз із точки зору можливості керування процесом та ступені його виконання конкретним знаряддям. Відповідно до «Системи властивостей та показників стану ґрунту» [Ветохін 2009], будь яке внесення/вилучення речовини, енергії та/або інформації вважається керівним фактором зміни стану системи, кінцева мета якого – зміна рівня обмінних процесів та, як наслідок, зміна врожайності. Напрямком розвитку аграрних технологій і технічних знарядь, спрямованому на кардинальне зменшення витрат ресурсів, вважається збільшення інформаційної складової техногенних процесів [Ветохін, Алтибаєв 2019].
Одне з перших технічних рішень голчастих знарядь для внесення рідини шар ґрунту відоме з американського патенту 1898 року [Morris, 1898]. Метою автора винаходу є створення приладу, пристосованого для утворення лунки в ґрунті, посадки рослини та подачі води в лунку.
Сучасний стан розвитку технічних засобів ілюструється запатентованим в США, РФ та ЄС винаходом «Системи, методи та апарати для внесення сільськогосподарських рідин» [Stoller та інші, 2020], [Радтке та інші, 2020], [Levy та інші, 2015]. Якісно новий рівень досягається включенням в систему керування процесом датчиків поточного стану ґрунту. Датчики контактують з ґрунтом для моніторингу його стану, зокрема щільності, температури, вологості, відсоткового вмісту вуглецю, органічних речовин, калію, фосфору, азоту та таке інше. У системі подачі рідини кожен із випусків з’єднаний з окремими джерелами матеріалу, який вводиться, і можуть містити різнорідні рідкі матеріали, наприклад, різні типи добрив, рідкі інсектициди.
Висновки. Встановлено, що технічні рішення голчастих знарядь пройшли розвиток від ручних пристосувань періодичної дії до ротаційних голчастих знарядь безперервної дії для дозованого внесення комплексних добрив та одночасного розпушення ґрунту.
Наступним кроком технічного розвитку слід очікувати створення автоматизованих комплексів з ротаційними голчастими робочими органами, що здатні безперервно оцінювати стан ґрунту та керувати процесом розпушення і внесення сільськогосподарських матеріалів різними дозами вздовж кожного рядка.
Перспективний етап техніко-технологічного розвитку – створення знарядь, які напряму будуть керувати обмінним процесами в системі з шаром ґрунту. У науковому сенсі, дослідження тенденцій розвитку знарядь підтвердило раніш опубліковане теоретичне узагальнення властивостей ґрунту стосовно процесу керування його станом з мінімальними витратами ресурсів.
Ключові слова. голчасті ротаційні знаряддя, внесення рідких добрив, шар ґрунту, розпушення, властивості ґрунту, керування процесом
ANALYTICAL REVIEW OF TECHNICAL SOLUTIONS OF NEEDLE ROTARY TOOLS FOR APPLYING LIQUID FERTILIZERS TO THE SOIL LAYER
Vetokhin V. I., D-r of Tech. Scs, Associate Prof.,
ORCID ID 0000-0002-7299-3094, e-mail: veto.vladim@gmail.com
Negrebetsky I. S.
ORCID ID 0000-0002-1122-4152, e-mail: igor.negrebetskyi@pdaa.edu.ua
Ryzhkova T. Yu.
ORCID ID 0000-0002-2403-6396, e-mail: tetiana.ryzhkova@pdaa.edu.ua
Poltava State Agrarian University, Poltava, Ukraine
Salo Y. M.,
ORCID ID 0000-0002-1542-0599, e-mail: lfilia@ukr.net,
Lviv branch of L. Pogorilyy UkrNDIPVT, Mageriv, Ukraine
Voznyuk T. A.
ORCID ID 0000-0002-2196-0938, e-mail: vozniuk.taras@gmail.com,
National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
Abstract.
The purpose of the research is to identify trends in the technical development of needle rotary means for injecting liquid mixtures into the soil layer, taking into account the essence of the technological operation, as a control action to change the state of the soil.
Research methods - analysis and generalization of essential features of technical solutions of needle tools for processing and applying liquid fertilizers to the soil layer. In order to develop criteria for evaluating technical solutions, scientific research on the classification of tools of this type and generalized interpretations of the essence of technological operations of tillage, application of chemicals, sowing, etc. were preliminary analyzed.
Research results. An analysis from the point of view of the possibility of controlling the process and the degree of its implementation by a specific instrument allows to assess the place of a specific tool in the development stage. In accordance with the "System of properties and indicators of soil condition" [Vetokhin 2009], any introduction / extraction of matter, energy and / or information is considered a controlling factor in changing the state of the system, the ultimate goal of which is to change the level of metabolic processes and, as a result, to change the yield. An increase in the information component of processes is considered to be a tendency in the development of agricultural technologies and technical means aimed at a radical reduction in resource consumption [Vetokhin, Altybaev 2019].
One of the first technical solutions of needle tools for applying liquid to the soil layer is known from the American patent of 1898 [Morris, 1898]. The aim of the inventor is to provide a device adapted to form a hole in the soil for receiving a plant and supplying water to the hole.
The current state of the development of technical means is illustrated by the invention, patented in the USA, RF and EU, "Systems, methods and devices for the introduction of agricultural liquids" [Stoller et al., 2020], [Radtke et al., 2020], [Levy et al., 2015]. A qualitatively new level is achieved by the inclusion of sensors of the current state of the soil in the process control system. Sensors come in contact with the soil to monitor its condition, in particular, density, temperature, humidity, percentage of carbon, organic matter, potassium, phosphorus, nitrogen, etc. In a fluid delivery system, each of the outlets is connected to separate sources of input material and may contain dissimilar fluid materials, for example, different types of fertilizers, liquid insecticides.
Conclusions. It has been established that the technical solutions of needle tools have been developed from manual devices of periodic action to rotary needle tools of continuous action for dosed application of complex fertilizers and simultaneous loosening of the soil.
The next step in technical development is to expect the creation of automated complexes with rotary needle working bodies, which are able to continuously assess the condition of the soil and control the process of loosening and applying agricultural materials with different doses along each row.
A promising stage of technical and technological development is the creation of means that will directly control metabolic processes in a system with a layer of soil.
In a scientific sense, the study of trends in the development of technical means confirmed the previously published theoretical generalization of soil properties in relation to the process of managing its condition with minimal resource costs.
Key words. needle rotary tools, application of liquid fertilizers in the soil layer, loosening of the soil, soil properties, process control.
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ИГОЛЬЧАТЫХ РОТАЦИОННЫХ ОРУДИЙ ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ ЖИДКИХ УДОБРЕНИЙ В СЛОЙ ПОЧВЫ
Ветохин В. И., д-р техн. наук, доц.,
ORCID ID 0000-0002-7299-3094, e-mail: veto.vladim@gmail.com
Негребецкий И. С.
ORCID ID 0000-0002-1122-4152, e-mail: igor.negrebetskyi@pdaa.edu.ua
Рыжкова Т. Ю.
ORCID ID 0000-0002-2403-6396, e-mail: tetiana.ryzhkova@pdaa.edu.ua
Полтавский государственный аграрный университет, г. Полтава, Украина
Сало Я. М.,
ORCID ID 0000-0002-1542-0599, e-mail: lfilia@ukr.net,
Львовский филиал УкрНИИПИТ им. Л. Погорелого, пгт. Магеров, Украина
Вознюк Т. А.
ORCID ID 0000-0002-2196-0938, e-mail: vozniuk.taras@gmail.com,
«Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского", Киев, Украина
Аннотация.
Цель исследований – выявить тенденции технического развития игольчатых ротационных средств для впрыскивания (инжектирования, инъекции) в пласт грунта жидких смесей с учетом сущности технологической операции, как управляющего действия по изменению состояния почвы.
Методы исследования – анализ и обобщение существенных признаков технических решений игольчатых орудий для обработки и внесения жидких удобрений в слой почвы. С целью выработки критериев оценки технических решений, предварительно анализировались научные исследования по классификации орудий данного типа и обобщенные толкования сущности технологических операций обработки почвы, внесения химических веществ, посева и т. д.
Результаты. Оценить место конкретного орудия в этапе развития позволяет анализ с точки зрения возможности управления процессом и степени его осуществления конкретным орудием. В соответствии с «Системой свойств и показателей состояния почвы» [Ветохин 2009] любое внесение/извлечение вещества, энергии и/или информации считается управляющим фактором изменения состояния системы, конечная цель которого – изменение уровня обменных процессов и, как следствие, изменение урожайности. Тенденцией развития аграрных технологий и технических средств, направленное на кардинальное уменьшение расходов ресурсов, считается увеличение информационной составляющей процессов [Ветохин, Алтыбаев 2019].
Одно из первых технических решений игольчатых орудий для внесения жидкости в слой почвы известно из американского патента 1898 года [Morris, 1898]. Целью автора изобретения является создание прибора, приспособленного для образования лунки в почве, посадки растения и подачи воды в лунку.
Современное состояние развития технических средств иллюстрируется запатентованным в США, РФ и ЕС изобретением "Системы, методы и аппараты для внесения сельскохозяйственных жидкостей" [Stoller and others., 2020], [Радтке и др., 2020], [Levy and others, 2015]. Качественно новый уровень достигается включением в систему управления процессом датчиков текущего состояния почвы. Датчики контактируют с почвой, для мониторинга ее состояния, в частности, плотности, температуры, влажности, процентного содержания углерода, органических веществ, калия, фосфора, азота и т. д. В системе подачи жидкости каждый из выпусков соединен с отдельными источниками вводимого материала и может содержать разнородные жидкие материалы, например, разные типы удобрений, жидкие инсектициды.
Выводы. Установлено, что технические решения игольчатых орудий прошли развитие от ручных приспособлений периодического действия до ротационных игольчатых орудий непрерывного действия для дозированного внесения комплексных удобрений и одновременного разрыхления почвы.
Следующим шагом технического развития следует ожидать создание автоматизированных комплексов с ротационными игольчатыми рабочими органами, которые способны непрерывно оценивать состояние почвы и управлять процессом рыхления и внесения сельскохозяйственных материалов разными дозами вдоль каждого рядка.
Перспективный этап технико-технологического развития - создание средств, которые будут напрямую управлять обменными процессами в системе со слоем почвы.
В научном смысле исследование тенденций развития технических средств подтвердило ранее опубликованное теоретическое обобщение свойств почвы относительно процесса управления ее состоянием с минимальными затратами ресурсов.
Ключевые слова. игольчатые ротационные орудия, внесение жидких удобрений, слой почвы, рыхление, свойства почвы, управление процессом.