Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Физико-механические характеристики жидких комплексных удобрений (ЖКУ) 8
1.2. Современное состояние и перспективы развития производства и применения ЖУ 14
1.3. Способы распылнвания жидкостей. Общие сведения о распиливающих устройствах и требования, предъявляемые к ним при внесении ЖКУ 19
1.4. Процессы распиливания жидкостей и состояние экспериментально-теоретических вопросов исследования распылителей. Цель и задачи исследований 32
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ОБОСНОВАНИЮ РАБОЧИХ
ОРГАНОВ ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ ЖИДКИХ УДОБРЕНИЙ.
2.1. Исследование движения капель распыления ШУ под воздействием ветра при поверхностном внесении удобрений в почву
2.2. Распределение жидких комплексных удобрений плоскоструйными распылителями
2.3. Вероятностно-статистическое исследование процесса распыливания жидкости
3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ
УСТАНОВКА
3.1. Постановка вопроса
3.2. Методика экспериментальных исследований
3.3. Экспериментальная установка и измерительная аппаратура .
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Планирование эксперимента 92
4.1.1. Выбор плана эксперимента 92
4.1.2. Составление матрицы плана многофакторного эксперимента 94
4.1.3. Оценка воспроизводимости опытов и адекватности полученной модели 99
4.2. Определение гидравлических характеристик распылителей плоскоструйного типа и качественных показателей их работы 102
4.3. Определение дисперсности распиливания III
5. ЛАБОРАТОРНО-ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1. Лабораторно-полевые испытания щелевых распылителей плоскоетруиного типа 120
5.2. Методика расчета щелевого распылителя плоскоструйного типа 126
6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ
6.1. Экономическая эффективность машины для поверхностного внесения жидких комплексных удобрений 130
6.2. Реализация результатов исследований 132
ВЫВОДЫ 134
ЛИТЕРАТУРА 135
ПРИЛОЖЕНИЯ 142
- Физико-механические характеристики жидких комплексных удобрений (ЖКУ)
- Исследование движения капель распыления ШУ под воздействием ветра при поверхностном внесении удобрений в почву
- Методика экспериментальных исследований
- Выбор плана эксперимента
- Лабораторно-полевые испытания щелевых распылителей плоскоетруиного типа
Введение к работе
Важнейшим фактором интенсификации сельскохозяйственного производства в современных условиях является его химизация, в частности широкое применение минеральных удобрений.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что около половины прироста урожая достигается за счет прюленения минеральных удобрений.
Продовольственной Программой СССР предусматривается дальнейшее увеличение выпуска и потребления удобрений, а именно: "Обеспечить поставку сельскому хозяйству минеральных удобрений в 1985 году в количестве 26,5 млн,тонн и в 1990 году - 30... 32 млн.тонн /в пересчете на 100-процентное содержание питательных веществ/". /I/ Производство высококонцентрированных и сложных удобрений к 1990 году составит не менее 90 процентов общего выпуска. Расширяется производство жидких комплексных удобрений /ШКУ/, как одной из наиболее экономичных и перспективных форм удобрений.
Стоимость этих удобрений ниже стоимости эквивалентного состава твердых туков. В отличие от сухих все ШКУ растворимы в воде. Отсутствие в них свободного аммиака позволяет вносить их по поверхности поля с последующей заделкой почвообрабатывающими машинами. ЖКУ совместимы с большинством ядохимикатов и могут быть внесены во время вегетации культур.
Вместе с тем, ЖКУ обладают повышенной вязкостью и коррозийной агрессивностью. Зти факторы в некоторой степени затрудняют процесс внесения удобрений в виду повышенной вероятности забивания рабочих органов. На изготовление последних требуется коррозийно-стойкие материалы.
Несмотря на это, благодаря целому ряду перечисленных пре- имуществ и высокой эффективности ХіКУ получают все большее распространение. Однако рабочие органы зарубежных и отечественных машин по внесению ЖКУ далеки от совершенства, не обеспечивают надежности выполнения технологического процесса и качества распределения удобрений.
В связи с этим целью данной диссертационной работы, в научно-техническом плане представляющей собой один из этапов комплексной программы по созданию машин для химизации сельского хозяйства, явилось экспериментально-теоретическое исследование процесса поверхностного внесения ШКУ плоскоструйными рабочими органами и оптимизация их параметров.
В диссертации освещены: физико-механические свойства ЖКУ, перспективы развития их производства и применения; способы распыливания жидкостей и состояние экспериментально-теоретических вопросов исследования распиливающих устройств; экспериментально-теоретическое обоснование типа рабочего органа для внесения ЖКУ и его конструктивно-технологических параметров; программа и методика исследований, применение теории планирования многофакторного эксперимента к исследованию распылителей, методы и средства экспериментальных исследований; результаты лабораторно-полевых испытаний, производственной проверки и экономическая эффективность макетного образца машины для поверхностного внесения ЖКУ.
На защиту выносятся следующие новые результаты теоретического, научно-методического и практического плана: аналитические зависимости для определения величины сноса ветровым потоком капель распыливаемого агента и распределения последнего по ширине захвата распылителя с учетом сопротивления воздушной среды и массы жидкости; вероятностно-статистическая модель процесса распыливания, учитывающая режим распыливания и физико-механические свойства жидкости; методика экспериментального определения закона распределения и дисперсности распиливаемой жидкости; методика расчета геометрических и технологических параметров щелевого распылителя плоскоструйного типа; макет на базе разбрасывателя РЕТ-8,0 штангового опрыскивателя для внесения ЖКУ.
Б работе экспериментально подтверждены теоретические выводы о распределении и дисперсности распиливаемых удобрений плоскоструйным распылителем. Выполнена оптимизация параметров и режима работы штангового рабочего органа, дана оценка экономической эффективности. По результатам исследований разработана конструкция машины, которая Госкомитетом Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий признана изобретением.
Работа выполнена в лабораториях ЦНЙШЭСХ Нечерноземной зоны СССР механизации внесения минеральных удобрений и мелиорантов, механизации применения средств защиты растений, сотрудникам которых выражаю благодарность за помощь при создании установки и проведении лабораторно-полевых исследований.
Заслуженному деятелю науки и техники БССР, члену-корреспонденту БАСХНИЛ, доктору технических наук, профессору С.И.Назарову выражаю глубочайшую признательность и благодарность за научное руководство диссертационной работой.
Физико-механические характеристики жидких комплексных удобрений (ЖКУ)
Жидкие сложные удобрения представляют собой растворы, содержащие в своем составе одно или несколько действующих веществ /азот, фосфор, калий/. По химическому составу различают азотные и комплексные жидкие удобрения. Действующее вещество жидких азотных удобрений находится в аммиачной, нитратной или амидной форме. В качестве азотных удобрений применяют водный аммиак, жидкий аммиак и аммиакаты.
ЖКУ содержит два и более действующих вещества. В состав ЖКУ вводят микроэлементы, гербиииды, инсектициды и стимуляторы роста. ЖКУ подразделяются на прозрачные растворы и суспензии. Прозрачные удобрения не содержат в жидкой фазе диспергирован ных твердых частиц. В суспендированных жидких удобрениях дис пергированы мелкие частицы нерастворенного твердого удобрения, а иногда и совершенно постороннего инертного вещества. Кроме того, ЖКУ разделяются на базисные растворы с соотношением N РаОв ИлО I 7 - 21 - 0, 8 - 24 - 0, 10 - 34 - О, II - 37 - 0 и т.д./ и растворы, уравновешенные до требуемо го соотношения - микроэлементы/ методом го рячего или холодного смешения. Базовые растворы главным образом используются для приготовления /методом холодного смешения/ растворов ЖКУ с заданным соотношением действующих веществ на установках, располо-женных вблизи районов применения. Кроме того, базовые растворы используют также в качестве удобрений без предварительного приготовления. От соотношения и общей суммы действующих веществ, расхода и состава исходного сырья зависят свойства ЖКУ.
Одним из основных качественных показателей ЖКУ является температура кристаллизации. Она зависит от суммарной концентрации действующих веществ A/j РгО И2 0 [ 2] , что видно из зависимости, представленной на рис. I.I. С увеличением процента суммы действующих веществ температура кристаллизации возрастает.
class2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ОБОСНОВАНИЮ РАБОЧИХ
ОРГАНОВ ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ ЖИДКИХ УДОБРЕНИЙ. class2
Исследование движения капель распыления ШУ под воздействием ветра при поверхностном внесении удобрений в почву
При создании рабочих органов машин для внесения ЇНКУ необходимым условием является определение параметров распыла, от чего зависит качество и эффективность работы машины. Дисперсность и равномерность распределения удобрений по поверхности почвы -два основные показатели качества распыла.
Учитывая, что в условиях Нечерноземной зоны СССР большую часть года дуют ветры со средней скоростью 3 м/с и более, нахождение оптимального размера капель в факеле распиливаемых удобрений играет немаловажную роль.
По опытным данным [Зб] Дз?] установлено, что при штанговом опрыскивании капли размером 20. ..50 мкм сносятся ветром /Ue до 5 м/с/ на расстояние до 200 м, а при наземном вентиляторном и авиационном опрыскивании капли всех фракций /до 200 мкм/ сносятся на расстояние 1000 и более метров.
При малообъемном и ультрамалообъемном опрыскивании штанговыми рабочими органами количество осевшей жидкости за пределами ширины захвата машины с использованием центробежных и дефлек-торных распылителей составляет 7,1...14,2 процента, с использованием дисковых и пневматических - 43,2...45,1 процента при боковом ветре 2,5...3 м/с [Зб] . Отсюда следует, что от дисперсности распыла при известных технологических параметрах /давлении, скорости истечения и т.д./ в конечном счете будет зависеть равномерность распределения НКУ по ширине захвата машины, так как часть капель жидкости за время движения от распылителя до поверхности почвы под действием ветра может оседать за пределами ширины захвата. Поэтому с целью создания распылителей, обеспечивающих надежное выполнение технологического процесса, нами рассмотрено движение капель ЖКУ под действием ветра. В связи с этим решена задача о движении капли ЖКУ в воздушном потоке постоянной скорости при наличии нелинейного сопротивления. На каплю с начальной скоростью ІЛ, направленной перпендикулярно к направлению горизонтального ветрового потока действуют силы /рис. 2.1/: тяжести С, сопротивления потока ветра по горизонтали пх и аэродинамического сопротивления по вертикали п .
class3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ
УСТАНОВКА class3
Методика экспериментальных исследований
В настоящей работе проведено исследование плоско струйных распылителей щелевого типа. Предусматривалось изучение влияния геометрических параметров распылителей и оизических свойств жидкости на их гидравлические характеристики; а также влияние параметров распылителей, места и способа их расположения на коллекторе широкозахватной штанги на качество распределения жидких комплексных удобрений по обрабатываемой поверхности. Б основу исследований положен метод проведения многосТакторного планируемого эксперимента с применением ортогональной матрицы второго порядка. На первом этапе, в документе исследований влияния геометрических параметров щелевого распылителя на его гидравлические характеристики, определялись оптимальные параметры распылителя.
Согласно [5б] , учитывая пизическую сущность процесса распиливания жидкостей и требуемую производительность приняли пределы зменения: і op равными I 10 ...3 10 м, dgx - 7 # 10 ... 13 10 м, р - 0,1...0,45 мПа. Расстояние С изменяли в преде-л ах 0,,.7 10 мс пелыо проверки работы распылителя как в дефлектирном варианте, так и со сталкивающимися струями.
Выбор плана эксперимента
Методом априорного ранжирования установлено, что из многочисленных факторов при исследовании щелевых распылителей плоскоструйного типа следует учесть на первом и втором этапах исследований по пять независимых переменных. Т.е., в данном случае рассматривается многофакторный эксперимент [бб] .
Применение метода планирования эксперимента значительно сокращает объем и время его проведения, которые в свою очередь зависят от вида плана.
Наименее трудоемки планы первого порядка, латинские квадраты и квадраты Юдена. Первые удобны для применения в тех случаях, где допускается весьма грубая оценка существа изучаемых явлений. Латинские КЕадраты и их разновидности приводят к существенной экономии усилий на проведение эксперимента, однако при этом теряется часть информации, т.к. в математической модели такого плана отсутствуют члены, описывающие взаимодействие факторов f 64 j . Кроме того, построение латинского квадрата оказывается не всегда возможно, в частности - при числе факторов равным 2 или б [64] .
Эти недостатки могут быть устранены ортогональными планами типа ПФЭ2 /полный факторный эксперимент/ и ДФ32 /дробный факторный эксперимент/ второго и более высоких порядков. При большом числе факторов I п ,5 / особенно удобны дробные реплики [бЗ ] , т.к. там удается уменьшить число опытов и, вместе с тем, смешивать коэффициенты при факторах.
Учитывая перечисленные соображения и сложность рассматриваемого процесса мы применили к исследованию щелевых распылителей ортогональное планирование первого или более высокого порядка.
При разработке плана исходили из того, что современные математические методы планирования многофакторного эксперимента в качестве некоторого приближения функции отклика рассматривают ее разложение в степенный ряд [ 57 ] . Полиномное представление функции всегда ограничивается конечным числом членов разложения, ап-прокисимируя тем самым функцию отклика полиномом некоторой степени.
class5 ЛАБОРАТОРНО-ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ class5
Лабораторно-полевые испытания щелевых распылителей плоскоетруиного типа
Для проведения лабораторно-полевых испытаний и производственной проверки распылителей изготовлен опытно-экспериментальный образец машины для поверхностного внесения ЖКУ РЖТ-8 Ш на базе разбрасывателя жидких органических удобрении РЖТ-6 /рис. 5.1/. Машина оборудована штангой шириной захвата 15 м, на которой устанавливают распылители с шагом 1,79 м
Лабораторно-полевые испытания проводили согласно методики ОСТ 70.7.1-74 с целью определения качественных характеристик работы распылителей: поперечной и продольной неравномерности, оцениваемые коэффициентом вариации V в процентах.
Температуру, плотность и вязкость исходного материала /ЖКУ марки 10-34-00/ определяли известными методами и приборами /см. гл.Ш/ согласно ТУ 6-08-ІІ4-78 в трехкратной повторности. За результат анализа принимали среднее арифметическое повторностей, допускаемые расхождения между которыми не должны превьжать 15 процентов.
Тип почвы, рельеф и микрорельеф, определены согласно ГОСТ 20915-75. Скорость и направление ветра определяли анеморумбометром на высо те 1,5 м, температуру воздуха на вксоте 0,5 м и ,0 м - термометром с ценой деления 0,1С. Измерения проводили в трехкратной повторно сти.
