Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 9
1.1. Технологии и технические средства для механизированного внесения минеральных удобрений и их смесей 9
1.2. Истечение смесей минеральных удобрений из бункеров и их дозирование 15
1.3. Анализ процесса распределения минеральных удобрений штанговыми аппаратами 20
1.4. Выводы и задачи исследования 37
2. Анализ процессов смешивания и распределения минеральных удобрений спирально-шнековым аппаратом 39
2.1. Оценка качества распределения туковых смесей по поверхности поля 39
2.2. Обоснование технологической схемы машины для внесения нескольких видов минеральных удобрений .. 42
2.3. Определение длины смесительной камеры 49
2.4. Производительность туковысевающего аппарата 57
2.5. Выводы 61
3. Методика экспериментальных исследований 62
3.1. Цель, задачи и общая методика экспериментальных исследований 62
3.2. Методика экспериментальных исследований и технические средства для её реализации 69
3.3. Выявление наиболее значимых факторов, влияющих на однородность смеси при смешивании и дозировании 73
3.4. Методика обработки экспериментальных данных 78
4. Анализ результатов экспериментальных исследований 82
4.1. Факторы, влияющие на качество дозирования туковых смесей 82
4.2. Анализ результатов экспериментальных исследований см ее ительно-распределительного устройства 86
4.3. Обоснование параметров спирального смесителя-распределителя минеральных удобрений 96
4.4. Определение передаточной функции спирального смесителя-распределителя и её анализ 105
4.5. Методика расчёта спирального смесителя-распределителя минеральных удобрений 113
4.6. Выводы 114
5. Производственная проверка и технико-экономическое обоснование технических решений 117
5.1. Производственная проверка спирального смесителя-распределителя минеральных удобрений 117
5.2. Экономическая эффективность предлагаемых технических решений 120
5.3. Перспективы использования спирального смесителя-распределителя минеральных удобрений в технологиях координатного земледелия 122
Общие выводы 132
Литература 134
Приложения 150
- Технологии и технические средства для механизированного внесения минеральных удобрений и их смесей
- Обоснование технологической схемы машины для внесения нескольких видов минеральных удобрений
- Методика экспериментальных исследований и технические средства для её реализации
- Анализ результатов экспериментальных исследований см ее ительно-распределительного устройства
Введение к работе
Основной задачей сельскохозяйственного производства является увеличение объёмов производства продуктов питания. При современном уровне развития сельского хозяйства увеличение объёмов производства может быть достигнуто только за счёт повышения плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур, которое тесно связано с обеспечением почв питательными элементам.
Одним из путей повышения урожайности является применение минеральных удобрений. Наукой и практикой доказано /24, 28, 68, 95/, что до 40-50% прибавок урожая сельскохозяйственных культур можно получить за счёт качественного внесения удобрений.
Простое увеличение количества вносимых удобрений не всегда приводит к увеличению урожайности сельскохозяйственных культур. В настоящее время, когда многие хозяйства применяют высокие дозы удобрений, возрастает возможность риска, связанного со снижением урожайности в связи с некачественным их внесением.
Одна из причин низкой эффективности удобрений - неравномерное распределение их по поверхности поля. Это связано с несовершенством технологий внесения удобрений и технических средств, их осуществляющих, неправильной регулировкой ту ко высевающих аппаратов, порчей удобрений при хранении, отсутствием научно обоснованных приёмов регулирования нормы внесения, с нарушением сроков обработки почв.
По данным ВИУА /129/, увеличенная неравномерность внесения приводит к снижению эффективности азотных, фосфорных и калийных удобрений соответственно на 45...50, 15...20 и 36...40%.
Неравномерность внесения основного удобрения в пределах 40...60% приводит к недобору 4...6% урожая зерновых и пропашных культур. С увеличением неравномерности до 70...80% этот показатель достигает 11...15% /130/.
Растениям требуются одновременно все основные питательные элементы (азот, фосфор, калий) /60/. Однако содержание их в почве и соотношение в комплексных удобрениях обычно не соответствует потребностям тех или иных культур в отдельные периоды их роста. Поэтому по мере надобности вносят однокомпонентные туки или смешивают по два или три их вида /40, 122/.
Смеси удобрений разнообразны по своему составу и их легко приспособить к требованиям различных сельскохозяйственных культур как по концентрации, так и по соотношению питательных веществ. Этим они и отличаются от сложных удобрений, имеющих, как правило, постоянный состав.
Применение туковых смесей решает задачу одновременного внесения в почву нескольких питательных элементов, что приводит к экономии труда и средств на 46% /53/. Причём, эффективность минеральных удобрений, внесённых в виде тукосмесей, выше, чем тех же удобрений, но внесенных раздельно /116/.
По данным ВИУА /108/ потери урожая зерновых культур от неравномерного внесения полной дозы NPK составляют в среднем 12,5-14,5%, а потери урожая картофеля - 8-10%.
Использование смесей позволяет снизить затраты на подготовку и внесение удобрений в 2-6 раз, а также сократить время их внесения /59/.
Тукосмеси приготовляют, в основном, в стационарных условиях с помощью тукосмесительных установок. Стоимость их приготовления достигает иногда 60-80% стоимости самих туков /116/.
Многочисленными исследованиями /11, 34, 64, 59, 89, 93, 110, 132, 143/ доказано, что при использовании смесей удобрений наблюдается их расслоение на всех этапах технологического процесса, что отрицательно сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур /12, 13, 51, 74, 96, 123/, и, естественно, снижает эффективность их применения.
На расслоение смесей минеральных удобрений влияют физико-механические свойства компонентов смесей, вибрации, а также конструктив- ные, кинематические и геометрические параметры туковысевающих аппаратов.
Негативное влияние расслоения на качество смесей минеральных удобрений (заданное соотношение компонентов в смеси) не позволяет эффективно их использовать при возделывании сельскохозяйственных культур.
Внесение смеси без её предварительного приготовления исключает ряд недостатков, присущих внесению смесей, предварительно приготовленных. Однако усложнение конструкции и увеличение числа регулировок туковысевающих аппаратов не позволяют получить распределение смеси с допустимой неравномерностью /24, 29, 34, 73/. Этот способ внесения является наиболее перспективным, но требует дальнейшего изучения и совершенствования.
Спирально-шнековые сеялки используются как для основного, так и для локального внесения минеральных удобрений. Они высокопроизводительны, имеют простую конструкцию, удобны в обслуживании, надёжны в работе, однако они не всегда обеспечивают необходимую равномерность внесения удобрений и особенно тукосмесей /37, 38, 43/.
Кроме того, важным условием качественного распределения минеральных удобрений по поверхности поля является разработка методов и устройств для автоматического контроля и управления технологическими процессами/41, 94, 133/.
В связи с этим возникает необходимость в дальнейшем углублении научных исследований, направленных на обоснование параметров и режимов работы спиральных туковысевающих аппаратов для одновременного внесения нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания. Следовательно, создание конструкций спиральных смесителей-распределителей минеральных удобрений, оборудованных системами автоматического управления технологическим процессом, и обоснование параметров и режимов работы с целью повышения равномерности внесения не- скольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания является важной задачей.
Цель исследования - обоснование параметров и режимов работы смесительной и распределительной систем штанговых спиральных смесителей-распределителей минеральных удобрений, обеспечивающих качественное внесение нескольких видов минеральных удобрений.
Объект исследования - технологический процесс смешивания и распределения нескольких видов минеральных удобрений спиральным туковы-севающим аппаратом.
Предмет исследования - взаимосвязи между параметрами спирального смесителя-распределителя минеральных удобрений и качеством распределения смеси и её компонентов по поверхности поля.
Научная новизна работы состоит: в получении зависимости для определения показателя равномерности распределения компонентов по полю при внесении смесей минеральных удобрений; в установлении аналитических зависимостей для обоснования параметров смесительной камеры, обеспечивающей качественное смешивание удобрений, и расчёта производительности спирального аппарата; в обосновании параметров и режимов работы спирального смесителя-распределителя минеральных удобрений.
Практическая значимость заключается в; разработке спирально-шнекового смесителя-распределителя минеральных удобрений, обеспечивающего распределение нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания с неравномерностью в пределах агротребований; методике инженерного расчёта туковысевающего аппарата смесителя-распределителя минеральных удобрений.
На защиту выносятся:
1. Показатель оценки качества распределения смесей минеральных удобрений.
Теоретическое и экспериментальное обоснование параметров и режимов работы спирального смесителя-распределителя минеральных удобрений, обеспечивающих равномерное распределение нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания.
Методика инженерного расчёта смесителя-распределителя минеральных удобрений.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО АЧГАА (г. Зерноград, 2002-2005 гг.); на П-ой Российской научно-практической конференции "Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе" (г. Ставрополь, 2003 г.); на научно-технической конференции ЧГАУ (г. Челябинск, 2004 г.); на Всероссийской научно-практической конференции "Вавиловские чтения - 2004" (г, Саратов, 2004 г.).
Публикация результатов исследований. Результаты проведенных исследований отражены в 10 печатных работах, в числе которых 2 патента.
Диссертационная работы выполнена на кафедре сопротивления материалов и деталей машин в ФГОУ ВПО "Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия" (г. Зерноград, Ростовской обл.) по плану НИР академии.
Технологии и технические средства для механизированного внесения минеральных удобрений и их смесей
Минеральные удобрения являются концентрированными питательными элементами, поэтому нормы их внесения в почву небольшие, хотя и колеблются в довольно широких пределах (по агротехническим требованиям к машинам - от 50 до 1500 кг на 1 га) /35/. Стоимость этих удобрений также значительная. Основная часть минеральных удобрений вносится в короткий агротехнический срок, и, следовательно, большая их часть к моменту внесения должна быть сосредоточена вблизи хозяйств. Минеральные удобрения не могут храниться под открытым небом или в неприспособленных помещениях. Производство минеральных удобрений непосредственно не связано с местом их потребления и не подчинено сельскохозяйственным организациям. Все эти обстоятельства накладывают ряд особенностей на технологические схемы использования минеральных удобрений.
В наиболее общем случае технология использования минеральных удобрений состоит в следующем (рис. 1.1, а) /40/. На заводе-поставщике удобрения загружаются в железнодорожные вагоны и транспортируются к прирельсовым складам. Здесь удобрения разгружаются и некоторое время хранятся. Затем для хозяйств, удаленных от железной дороги, удобрения доставляются автомобильным транспортом и складируются в глубинных хозяйственных или межхозяйственных складах. Из складов, при наступлении агротехнических сроков, приготовленные удобрения загружаются в кузовные разбрасыватели, которые доставляют их на поля (внутрихозяйственная транспортировка), а затем, не прерывая рабочего процесса, осуществляют внесение удобрений в почву.
В этой схеме возможны другие варианты, Так, например, на большие по размерам поля и удаленные на значительные расстояния от склада доставку удобрений даже от хозяйственного склада целесообразно осуществлять с помощью автомобилей-самосвалов, снабженных механизмом для предварительного подъёма кузова (типа САЗ-3502), или обычными автомобилями-самосвалами с применением передвижных эстакад. Удобрения, доставленные этими машинами в поле, перегружаются непосредственно в кузовные разбрасыватели, которые постоянно работают только на внесении удобрений и не участвуют в транспортных операциях. Согласованная работа автосамосвалов и разбрасывателей достигается наиболее просто, когда кузова самосвалов и разбрасывателей равны по объему.
В некоторых районах, где часто встречаются мелкоконтурные разрозненные участки возделывания сельскохозяйственных культур, твердые минеральные удобрения вносят навесными разбрасывателями, агрегатируемы-ми с тракторами класса 9-14 кН. В этом случае технологическая схема имеет следующий вид (рис. 1.1, в). К навешенному на трактор разбрасывателю присоединяется двухосный тракторный прицеп, в который на складе хозяйства загружают удобрения. Агрегат, состоящий из трактора, навесного разбрасывателя и загруженного прицепа переезжает к месту внесения удобрений. На поле прицеп отсоединяется и из него периодически производится загрузка удобрений в разбрасыватель. Обработав один участок, агрегат переезжает на следующий, пока не израсходует все удобрения, имеющиеся в прицепе. После этого агрегат возвращается на склад хозяйства, и процесс повторяется.
Если хозяйство расположено в зоне прирельсового склада, то целесообразно его обслуживание вести непосредственно от прирельсового склада, не прибегая к использованию дополнительных складов на территории хозяйства. Соответственно и технология работ для этих хозяйств принимает частный - упрощенный вариант. От прирельсового склада удобрения доставляются автосамосвалами с механизмом предварительного подъема кузова или кузовными тракторными разбрасывателями непосредственно на поле. Удобрения в почву в том и в другом случае вносят кузовным разбрасывателем.
Общая технологическая линия использования минеральных удобрений упрощается также, если хозяйства расположены недалеко от заводов-поставщиков минеральных удобрений и если выявляется целесообразность прямых автомобильных перевозок удобрений до складов хозяйств, минуя железнодорожный транспорт, В самих хозяйствах технология использования минеральных удобрений складывается по одному из направлений, рассмотренных выше.
Очевидно, что в некоторых случаях железнодорожный транспорт может быть заменен водным, а прирельсовый склад - пристанским, но принципиально технология от этого не изменится. Необходимо также отметить, что уже в течение ряда лет наша промышленность поставляет сельскому хозяйству автомобильные разбрасыватели удобрений КСА-3. С технологической точки зрения особенность этой машины заключается в том, что выполняя транспортные операции с удобрениями она же производит и рассев удобрений непосредственно на поле. Таким образом, на заключительном этапе технологии КСА-3 может заменить две машины - автосамосвал с механизмом предварительного подъема кузова (САЗ-3502) и тракторный разбрасыватель удобрений. Целесообразность такого совмещения операций в реальных условиях определяется главным образом проходимостью автомобильного разбрасывателя по намечаемым для обработки сельскохозяйственным угодьям.
При внесении смесей минеральных удобрений технологическая схема дополняется операциями загрузки компонентов в смесительную установку и смешивания компонентов.
Для подготовки минеральных удобрений к внесению применяют следующие средства механизации.
Погрузка удобрений в растариватель-измельчитель осуществляется ленточными транспортёрами (ЛТ-6, КЛП-500 и др.) или погрузчиками (ПФ-0,75, ПЭ-0,8Б, ПВА-1,0 и др.).
Для растаривания и измельчения минеральных удобрений используют растариватели-измельчители (АИР-20 и др.). Технологический процесс работы этих машин заключается в том, что затаренные минеральные удобрения подаются в измельчающее устройство, а после измельчения масса поступает на сепарирующее устройство, производящее выделение из удобрений измельчённой мешкотары. Очищенные минеральные удобрения подаются отгрузочным транспортёром в бурт, транспортное средство или в смесительную установку.
Смешивание удобрений может производиться в местах его подготовки с помощью тукосмесительных установок (УТС-30 и др.) или с помощью смесителя-загрузчика минеральных удобрений СЗУ-20.
Обоснование технологической схемы машины для внесения нескольких видов минеральных удобрений
Неравномерность распределения удобрений по поверхности поля при таком способе будет складываться из неравномерности дозирования удобрений из бункера и неравномерности распределения удобрений по ширине захвата машины.
Неравномерность дозирования удобрений бункерными устройствами составляет 5-6% /120/. Машины для внесения минеральных удобрений, оборудованные спирально-шнековыми рабочими органами, обеспечивают распределение удобрений по ширине захвата машины с неравномерностью до 2% /38, 43/. В результате суммарная неравномерность составит 7-9%, что значительно ниже допускаемой агротехническими требованиями неравномерности (15%/40/).
При внесении смесей минеральных удобрений, приготовленных предварительно в тукосмесительной установке, схема технологического процесса включает все приведенные выше операции (рис. 2,2).
При внесении удобрений по такой схеме суммарная неравномерность распределения компонентов будет складываться из неравномерности дозирования компонентов при загрузке их в смесительную установку, неоднородности смешивания удобрений, расслоения полученной смеси при перегрузках и транспортировании, неравномерности дозирования удобрений из бункера машины для внесения удобрений, расслоения смеси при движении её в распределительном рабочем органе, неравномерности распределения удобрений по ширине захвата машины.
Исследованиями установлено /113/, что тукосмесительные установки обеспечивают смешение минеральных удобрений с неравномерностью 3-5%. При перегрузках, транспортировании, движения в полости бункера и дозировании неоднородность смеси достигает 30-50% /47, 55, 109/. При движении смеси в распределительном рабочем органе неоднородность смеси увеличивается на 5-25% в зависимости от параметров и режимов работы распределительного устройства /99/. В результате суммарная неравномерность распределения каждого из компонентов может достигать 50-90% и более, что значительно превышает агротехнические требования.
Для использования такой схемы внесения удобрений необходимо совершенствовать параметры и режимы работы всех рабочих органов, направленное на снижение неравномерности дозирования и распределения, а также расслоения туковых смесей.
Обеспечить внесение нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания возможно при оборудовании машины смесительным устройством. В результате схема технологического процесса упрощается из-за исключения операций дозирования, загрузки компонентов в смесительную установку и смешивания в ней удобрений, а движение материала по распределительному рабочему органу заменяется движением по смесительно-распределительному рабочему органу (рис. 2.3).
В результате реализации такой технологической схемы исключается влияние первоначальной неоднородности смеси (3-5%), а также значительно снижается время воздействия внешних факторов на готовую смесь при перегрузках и транспортировании, в результате которых происходит её расслоение. Кроме того, при движении смеси удобрений в смесительно-распредели-тельном рабочем органе не только не происходит её расслоение, а наоборот, происходит её смешивание.
При такой схеме неравномерность распределения удобрений будет складываться из неравномерности дозирования удобрений из бункера, неоднородности смешивания удобрений и неравномерности распределения удобрений по ширине захвата машины. Спиральные смесители обеспечивают смешивание с неоднородностью 3...5% /113/. Суммарная неравномерность распределения каждого из компонентов при таком способе будет находиться в пределах 10-13%.
Кроме того, в машинах, оборудованных смесительным устройством или сочетающих его с распределительным рабочим органом, имеется возможность изменять соотношение компонентов в процессе работы, например, при наличии системы автоматического управления в соответствии с заложенной агрохимической картой поля.
Однако, отсутствие машин для внесения минеральных удобрений без их предварительного смешивания сдерживает применение такой схемы технологического процесса. Следовательно, необходимо провести исследования, направленные на разработку технологических и конструктивных схем машин для внесения минеральных удобрений без их предварительного смешивания и обоснование параметров и режимов их работы. На основании анализа технологических схем машин для внесения нескольких видов минеральных удобрений установлено, что наиболее перспективными путями повышения качества распределения минеральных удобрений являются: 1) совершенствование рабочих органов, направленное на снижение расслоения тукосмесей; 2) разработка и использование машин, в которых смешивание осуществляется самим распределительным рабочим органом или смесительным устройством, установленным на машине. В технологиях координатного земледелия требуется периодически изменять соотношение компонентов. В этих условиях наиболее перспективным является второй из предложенных вариантов. Для этого нами разработан спирально-шнековый смеситель-разбрасыватель минеральных удобрений (патент РФ №2244395) (рис. 2.4), в котором бункер разделён перегородками на несколько отсеков для каждого вида удобрений. В нижней части отсеков имеются дозаторы, а спирально-шнековый аппарат разделён на смесительную часть, в которой материал движется в кожухе и перемешивается, и распределительную, в которой смесь через высевные окна распределяется по полю. Высевные окна выполнены в кожухе спиралей и расположены под углом к образующей кожухов.
Методика экспериментальных исследований и технические средства для её реализации
Изменение коэффициента неоднородности смеси в процессе истечения из бункера при производительности 25,7 кг/мин представлено на рис. 4.3.
Изменение коэффициента неоднородности смеси при дозировании из бункера Анализ зависимости показывает, что она может быть описана линейной возрастающей функцией, что свидетельствует о расслоении смеси. В начальный момент времени коэффициент неоднородности, равный 3,04%, обусловлен неравномерностью смешивания материалов перед загрузкой в бункер. В дальнейшем этот коэффициент увеличивается со скоростью 0,71%/с и через 20 секунд его значение превышает 17%. По данным экспериментальных исследований процесса истечения смесей минеральных удобрений из бункера было выявлено влияние производительности выпускного отверстия бункера на скорость увеличения коэффициента неоднородности (рис. 4.4). Из приведенной зависимости следует, что при малых значениях производительности выпускного отверстия интенсивность расслоения смеси незначительна. С увеличением производительности скорость расслоения увеличивается по степенной зависимости. Так, при производительности #=2,12 кг/мин =0,011 %/с, а при увеличении q до 25,7 кг/мин скорость расслоения увеличивается до 0,71%/с. То есть при увеличении производительности в 12 раз скорость расслоения увеличилась в 64 раза. Следовательно, использование бункеров в качестве накопителей, устанавливаемых на машинах для внесения удобрений, при внесении туковых смесей требует их дальнейшего совершенствования. Иначе, неравномерность внесения тукосмесей будет превышать агротехнические требования ввиду значительного расслоения. Влияние длины смесительной камеры на качество смешивания материалов спирально-шнековым аппаратом изучалось при угловой скорости спирали у,.=20,9 с"1 и отношении шага спирали к её диаметру / =0,82 (рис. 4.5). Анализ полученной зависимости (рис. 4,5) позволяет заключить, что увеличение длины смесительной камеры от 0 до 0,07 м приводит к резкому уменьшению коэффициента неоднородности смеси, что обусловлено конвек тивным смешиванием материала, переходящим в диффузионное, и формиро Щ ванием качественной смеси на уровне макрообъёмов подаваемого материала. При дальнейшем увеличении длины смешивания до 0,14 м коэффициент неоднородности смеси снижается незначительно, что связано с преобладанием диффузионного процесса смешивания. При длине смешивания более 0,14 м на ход процесса смешения начинает оказывать сегрегация, в результате чего неоднородность смеси повышается. Влияние угловой скорости спирали на неоднородность смеси удобрений изучалось для спирали с соотношением шага к диаметру SId=0,&2 как при дозировании смесей, приготовленных предварительно, так и при приготовлении самим рабочим органом (рис. 4.6). Из рис. 4.6 следует, что с увеличением угловой скорости спирали коэффициент неоднородности убывает как для смесей, приготовленных предварительно (кривая 2), так и приготовленных аппаратом в процессе распределения (кривая 1). Причём при приготовлении смеси распределительным рабочим органом коэффициент неоднородности значительно ниже. Так, при УС=10 с" коэффициент неоднородности предварительно приготовленной смеси составил 20,6%, а при смешивании рабочим органом - менее 4,45% (различие v более чем в 4,5 раза). С ростом угловой скорости это отношение убывает, но и при сос=30 с составляет более 3,5. Однако, при всех угловых скоростях показатель неоднородности смеси ниже в 3,54-6,49 раз для смесей, приготовляемых спирально-шнеко-вым аппаратом в процессе распределения. При угловой скорости спирали сос \0 с"1 коэффициент неоднородности высокий. Это обусловлено тем, что материал движется, в основном, поступательно и интенсивность его перемешивания низкая. Угловая скорость спирали оказывает влияние на неравномерность распределения минеральных удобрений по ширине захвата машины /38, 43/. Влияние угловой скорости спирали на неравномерность распределения удобрений для спирали с отношением шага спирали к её диаметру S/d-0 2 представлено нарис. 4.7. Наилучшее качество дозирования (неравномерность менее 4%) обеспечивается в интервале угловых скоростей 14...27 с 1. Меньшие значения угловой скорости приводят к пульсации подачи, а сыпучее тело формируется в основном за счёт гравитационных сил. Так при сос=\ 0 с 1 неравномерность распределения увеличилась до 5,4%. При угловой скорости спирали более 27 с 1 неравномерность дозирования увеличивается и при сос=30 с"1 составляет 5%. Это обусловлено влиянием центробежных сил инерции.
Анализ результатов экспериментальных исследований см ее ительно-распределительного устройства
Одним из способов повышения эффективности использования минеральных удобрений является дифференцированное их внесения в зависимости от неоднородности почвенного плодородия. В решении данной проблемы важное место отводится точным технологиям и координатному внесению удобрений, реализуемыми автоматизированными техническими средствами /61,66/.
В технологиях координатного земледелия машина для внесения удобрений должна обеспечивать автоматическое изменение доз высева компонентов в зависимости от наличия питательных элементов в почве.
Из анализа факторов, определяющих качество выполнения технологического процесса внесения минеральных удобрений, следует /42/, что на качественные показатели процесса внесения минеральных удобрений влияют технологические воздействия, управляемые параметры и случайные факторы, Кроме того, качество выполнения технологического процесса внесения минеральных удобрений зависит от точности настройки рабочих органов машин. Настройку рабочих органов необходимо выполнять систематически, так как в процессе работы изменяются виды удобрений и их соотношения. Кроме того, на точность настройки влияют случайные факторы.
Для использования спирально-шнекового смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений в технологиях координатного земледелия нами предложена система автоматического управления дозой высева и соотношением компонентов.
Система автоматического управления (рис, 2.12) состоит из блока управления, выполненного на основе микропроцессорного контроллера, к первому входу которого подключена навигационная система, а ко второму - индуктивный бесконтактный датчик положения заслонки щелевого типа. К первому и второму выходам блока управления подключены первый и второй входы схемы управления, а к выходу схемы управления подключен исполнительный механизм. Навигационная система (рис. 2.13) состоит из разнесённых в пространстве подсистем; приёмопередатчика, установленного на смесителе-разбрасывателе и двух приёмопередатчиков, размещенных на стационарных пунктах. Схема управления представляет собой две транзисторных оптопары, к выходам которых подключены реле, через контакты которых включен электродвигатель постоянного тока исполнительного механизма. Исполнительный механизм представляет собой редуктор, червячное колесо которого кинематически связано с рейками заслонки дозатора, а червяк с валом электродвигателя постоянного тока. Количество схем управления и исполнительных механизмов определяется числом отсеков бункера. При наличии такой системы автоматического управления смеситель-разбрасыватель минеральных удобрений работает следующим образом. До начала работы на поле устанавливаются стационарные приёмопередатчики и в блок управления вносится базовое расстояние между ними. Удобрения засыпаются в секции бункера и в блок управления вносятся качественные показатели удобрений (вид удобрений, концентрация действующего вещества, плотность и так далее), а также указывается соответствие отсеков бункера виду удобрения и необходимое количество питательных веществ в почве. До начала движения машины дозаторы находятся в закрытом состоянии. При движении положение и координаты машины на поле определяются навигационной системой и передаются блоку управления, в котором на основе заложенной агрохимической карты поля определяется необходимое количество питательного элемента 0зад В зависимости от степени открытия заслонки hnwK, определяемой индуктивным бесконтактным датчиком положения заслонки, микроЭВМ вычисляет величину текущей дозы высева компонента Отек, которая находится в функциональной зависимости со степенью открытия заслонки QmeK=f(hmeK). Далее производится вычисление разности заданной и текущей доз высева Если полученное значение АО не превышает предельно допустимого отклонения доз высева [є], то производится повторный опрос навигационной системы и индуктивного бесконтактного датчика положения заслонки. Опрос продолжается до тех пор, пока разность сигналов AQ не превысит предельно допустимое отклонение [є]. В случае, когда разность AQ превышает предельно допустимое отклонение [є], определяется знак этой разности. Если разность АО положительна, то блок управления формирует сигнал на первый выход на включение исполнительного механизма через схему управления на закрытие заслонки. Если разность АО отрицательна, то блок управления формирует сигнал на второй выход схемы управления на включение исполнительного механизма на открытие заслонки. Одновременно с регулировкой происходит дальнейший опрос навигационной системы и индуктивного бесконтактного датчика положения заслонки. Исполнительный механизм остаётся включенным до тех пор, пока разность показаний АО не будет меньше предельно допустимого отклонения. В этом случае схема управления прекращает подачу сигнала на включение исполнительного механизма. Аналогичные регулировки осуществляются для остальных видов удобрений, загруженных в другие отсеки бункера. Для предлагаемого спирально-шнекового смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений нами разработан алгоритм контроля и управления дозой высева каждого из компонентов смеси и неравномерностью её распределения по ширине захвата машины (рис. 2.14). Система управления работает следующим образом. Перед началом работы оператор (тракторист) вводит в бортовую ЭВМ заранее составленную программистом совместно с агрономом программу выполнения операции внесения минеральных удобрений, которая содержит следующие показатели: виды удобрений и концентрацию действующего вещества, дозу внесения. Кроме того, бортовая ЭВМ содержит заранее введённые требования и характеристику средства механизации: рабочая ширина захвата, количество высевных окон, максимальное значение неравномерности дозы высева, предельные значения угловой скорости спирали.
