Paper • open access machine for carrying out work on deep soiling with the simultaneous application of liquid organic fertilizers To cite this article: n b martynova et al 2020 J. Phys.: Conf. Ser

 
2. Materials and methods 
To carry out work on deep loosening of the soil, it is proposed to use a set of machines with a leading 
machine - a subsoiler - a passive fertilizer with double-row curved stands and additional plowshares for 
loosening mineral soils of III - IV categories to a depth of 0.5 m with a working width of 2.5 m (figure 
1) [14]. The design of the machine provides for the installation of additional equipment for intra-soil 
application of liquid organic fertilizers to a depth of 0.2 m using a nozzle apparatus [6].
a) 
b) 
Figure 1. Subsoiler - fertilizer: a) side view and b) front view; 1 - fertilizer tank, 2 - pipeline for 
supplying fertilizer to the soil, 3 - nozzle, 4 - second row ripper (rack), 5 - first row ripper, 6 - bracket 
for aggregation with the base machine, 7 - tank cover. 
To obtain a homogeneous loosened soil structure and to prevent compacted areas in the inter-rack 
space, we determine the angle of the cleavage cone [5]: 
𝜓 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (√sin(𝛼 + (𝑓 + 𝜑)) + √cos(𝛼 − (𝑓 + 𝜑))
2
+ 1 ∙
3
) (1)
where: α – plowshare cutting angle, degree; f – angle of friction of soil against metal; φ – the angle of 
friction of the soil against the soil. 
Knowing the angle of soil cleavage, we determine the required width of the ploughshare on the basis 
of avoiding not loosened areas in the inter-column space [10]: 

---

APITECH II
Journal of Physics: Conference Series
1679 (2020) 042091
IOP Publishing
doi:10.1088/1742-6596/1679/4/042091
3
𝐵
г
≥ ℎ
г
∙ √
𝜋 ∙ cos 𝜓
10 ∙ 𝐶 ∙ sin
2
𝜓 ∙ √1 + 𝑡𝑔
2
𝑓
(2)
where: С – the number of blows of the DorNII density meter; h
г
– loosening depth, m. 
For the given parameters of the machine, it is necessary to determine the soil resistance to 
development [4]: 
𝐹
т
= 𝐹
р
+ 𝐹
𝑣
+ 𝐹
тр
(3) 
where: F
р
– soil pull-off resistance, N; F
v 
– soil resistance to acceleration, F
тр
– friction resistance of the 
soil against the surface of the share and stand, N. 
Deciphering each of the terms, we get: 
𝐹
т
=
0,8𝜋𝑛 ∙ cos 𝜓 ∙ sin 𝛼 ∙ 𝑡𝑔𝜑 ∙ 𝐶 ∙ ℎ
г
2
sin
2
𝜓 ∙ √1 + 𝑡𝑔
2
𝑓
+ 10
−3
𝑏 ∙ 𝜌 ∙ 𝑘
м
∙ 𝑘
пр
∙ ℎ
г
(
𝑣
м
2
2𝑘
𝑣
+
𝐿 ∙ 𝑡𝑔𝑓
𝑔
)
 
where: n – the number of ripper shanks; b – ripping width, m; ρ – soil density, kg/m
3
; L – ripper length, 
m; v
м
– ripper working speed, m/s; k
м
- coefficient of resistance to the rise of the soil mass; k
пр
– 
loosening completeness coefficient; k
v
– coefficient of resistance to acceleration of the soil. 
The distance of processing with fertilizers from one position is determined from the equation [8]: 
р
н
= р +
10
−5
𝜌
у
2𝑔
(𝑣
2
− 𝑣
н
2
(1 + 𝜗 + 𝜆
𝑙
п
𝑑
п
)) (4) 
where: р
н
– pump outlet pressure, Pa; р – pressure at the nozzle inlet, Pa; ρ
у
– fertilizer density, kg/m
3
; 
v – speed at the entrance to the nozzle, m/s; v
н
– speed at the pump outlet, m/s; ϑ – dynamic loss factor; 
λ – coefficient taking into account local resistance; d
п
– total pore length, m; l
п
– fertilizer spray length, 
m.