Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 6
1.1. Технология внесения гранулированных удобрений 6
1.2. Конструктивные особенности средств механизации для внесения гранулированных материалов в почву 10
1.3. Обзор теоретических исследований движения частиц в воздушной среде 18
2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНШ ПРОЦЕССА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ГРАНУЛИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ ВОЗДУШНОЙ СТРУЕЙ ... 27
2.1. Анализ движения двухфазной струи 27
2.2. Траектория движения двухфазной струи при движении рабочего органа 38
2.3. Распределение толщины слоя гранул по поперечному сечению рабочего органа 48
3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ КОНСТРУКЦИИ
СТРОИТЕЛЯ 56
3.1. Методика проведения экстремального эксперимента 56
3.2. Лабораторная установка и объект
исследований 64
3.3. Результаты лабораторных исследований 85
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МАШИНЫ 96
4.1. Программа и методика проведения полевых экспериментов 96
4.2. Результаты экспериментальных исследований . . . 100
4.3. Анализ влияния конструктивных факторов на характер распределения гранул по ширине
захвата 108
Стр. 4.4. Исследование коэффициента равномерности
распределения 114
5. ПОКАЗАТЕЛИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАШИН 127
5.1. Определение экономических показателей 127
5.2. Лимитная цена на новую машину 135
5.3. Определение показателей экономической эффективности 135
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 139
ЛИТЕРАТУРА 142
ПРИЛОЖЕНИЕ 152
- Технология внесения гранулированных удобрений
- Анализ движения двухфазной струи
- Методика проведения экстремального эксперимента
- Программа и методика проведения полевых экспериментов
- Определение экономических показателей
Введение к работе
В решениях ХХУІ съезда КПСС, а также Майского (1982 г.) Пленума ПК КПСС подчеркивалось, что основной задачей агропромышленного комплекса является надежное снабжение страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьем /1,2/.
Среднегодовое производство сельскохозяйственной продукции должно возрасти за пятилетие на 12...14 процентов.
В земледелии важнейшей задачей является всемерное повышение плодородия почв и урожайности, дальнейший рост производства зерна, кормов и другой продукции на основе применения научно обоснованных зональных систем ведения хозяйства.
В Постановлении ХХУТ съезда КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I...I985 гг. и на период до 1990 года указано: "...снизить потери урожая от вредителей, болезней и сорняков, шире применять биологические средства защиты растений... ...последовательно осуществлять меры по увеличению поставок и более рациональному использованию средств химизации земледелия.. ...повысить роль агрохимической службы в сельском хозяйстве и ее ответственность за эффективное применение минеральных удобрений, известковых материалов, химических средств зашиты растений.. ."
Выполнение указанных задач непосредственно связано с повышением уровня механизации производства сельскохозяйственной продукции, улучшением использования существующих машин и разработкой новых высокоэффективных машин, устройств, с расширением внедрения прогрессивных форм использования техники.
В связи с поставленными задачами возникает проблема всестороннего исследования существующих машин в сельскохозяйственном производстве машин и устройств с целью выявления наиболее эффек- тивных и выработки рекомендаций по усовершенствованию существующих и созданию новых перспективных моделей.
В хозяйствах нашей страны в настоящее время работают различные типы машин и устройств одного и того же назначения. Это приводит к различному качеству выполнения соответствующих операций, и, в конечном счете, сказывается на количестве и свойствах получаемой сельскохозяйственной продукции. Кроме того, многообразие типов машин и устройств одинакового назначения создает трудности в их обеспечении запасными частями, централизованном ремонте и обслуживании.
Поэтому одна из важнейших задач - повышение уровня механизации производства сельскохозяйственной продукции - должна решаться в тесной связи с расширенной унификацией и рациональной специализацией.
Научно обоснованные выводы и рекомендации по решению указанных проблем могут быть получены только в результате всестороннего и глубокого исследования соответствующих машин и устройств и, в первую очередь, их рабочих органов.
В решении сформулированной выше общей проблемы важное место занимает также задача исследования и обоснования параметров рабочих органов пневматических разбрасывателей для высева гранулированных материалов - машин и устройств, широко используемых в сельскохозяйственном производстве для внесения удобрений и различных химических средств защиты растений.
Решению этой задачи и посвящено настоящее исследование.
Технология внесения гранулированных удобрений
На долю расходов по химизации в СССР приходится 18...20 % себестоимости растениеводческой продукции и около 20 % общего объема механизированных работ в полеводстве, причем в ближайшее время этот показатель увеличится в 1,6 раза /80/. Поэтому производство минеральных удобрений в стране растет очень высокими темпами. К концу пятилетки производство минеральных удобрений должно быть доведено не менее чем до 115 млн. т в условных единицах, или 26,7 млн. т в пересчете на 100 % -ное содержание питательных веществ. Увеличение производства минеральных удобрений происходит одновременно с увеличением выпуска концентрированных форм как простых удобрений, так и высококонцентрированных сложных удобрений. Средняя концентрация удобрений, поставляемых сельскому хозяйству нашей страны, в 1965 и 1979 гг. составила: соответственно 25,1 и 35,4 %. В ближайшее время намечается концентрацию питательных веществ довести до 44 %, а потребление сложных удобрений - до 35 % и организовать высококачественное тукосмешение на основе высококонцентрированных односторонних и сложных удобрений с выравненным гранулированным составом.
Хотя поставки минеральных удобрений сельскому хозяйству за последние годы значительно возросли, их еще недостаточно, чтобы гарантировать планируемое производство продукции земледелия и повышать надлежащим образом плодородие почвы. Так по научно обоснованным нормам для выращивания одной тонны зерна требуется внести в почву около 142 кг питательных веществ. При этих условиях для удобрения посевных площадей зерновых культур нужно внести 18 млн.т питательных веществ, в то время как в конце десятой пятилетки вносилось под зерновые культуры минеральных удобрений лишь около 57 % их общей потребности.
В связи с таким положением весьма актуальной становится проблема качества использования удобрений.
Качество внесения удобрений в почву определяется равномерностью дозы внесения, т.е. количеством удобрений, вносимых на единицу площади. Равномерное распределение обеспечивает одновременность созревания, отсутствие пятен полеглости, более полное использование питательных веществ, возможность одновременного внесения с удобрениями пестицидов и т.д.
Качество внесения минеральных удобрений влияет на урожайность сельскохозяйственных культур. По данным полевых опытов Центрального института агрохимического обслуживания при внесении удобрений различных видов с неравномерностью 60...80 % урожайность сельскохозяйственных культур снижается в среднем на 13 %, Помимо этого, отклонение от заданных доз и неравномерность внесения удобрений приводят к его косвенным потертл, достигающим более 10 %. В денежном отношении эти потери могут оцениваться миллионами рублей.
В решении общегосударственной задачи резкого увеличения производства важнейших продовольственных культур и повышения их урожайности помимо расширенного применения минеральных удобрений большое значение приобретает защита растений от сорняков, болезней и вредителей с помощью высокоэффективных средств - пестицидов.
Во всех странах мира сейчас используется порядка тысячи различных хшлических соединений, на основе которых выпускаются десятки тысяч препаративных форм пестицидов.
class2 АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНШ ПРОЦЕССА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ГРАНУЛИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ ВОЗДУШНОЙ СТРУЕЙ class2
Анализ движения двухфазной струи
Под организованным движением (о.д.) гранулированных материалов будем понимать совокупность процессов, сопровождающих их "истечение" из насадки. Этот процесс представляет собой движение двухфазной струи, состоящей из смеси воздуха с твердыми частицами.
Изучению процесса организованного движения двухфазных потоков посвящены многочисленные исследования отечественных и зарубежных специалистов /34,48 и др./. Их анализ позволяет выделить следующие направления исследований: изучение природы процесса истечения; исследование характеристики распределяющих аппаратов; изучение движения двухфазной струи после истечения из аппарата.
Работы первого направления, как правило, посвящены жидкостно-газовым потокам. Их авторы из условия равновесия силы поверхностного натяжения и аэродинамического давления среды на частицу определяют критическую величину критерия Вебера, характеризующую движение и устойчивость частицы в потоке /16,26/.
Другие исследователи для этого же случая принимают гипотезу аэродинамического разрушения струи, полагая, что процесс распыления вызывается в основном турбулентными пульсациями, или объясняют процесс распиливания кавитационными разрушениями внутри соплового отверстия /49,67/.
Такое разнообразие предпосылок объясняется чрезвычайной сложностью и многообразием комплекса явлений, возникающих при движении двухфазных потоков.
Объектом исследования работ другого направления являлась разработка аналитических зависимостей для определения геометрических характеристик распылителей. Анализ результатов этих работ показывает, что они пригодны при расчете параметров конкретных устройств лишь в условиях, при которых проводились эксперименты. Распространение результатов на другие условия практически невозможно .
Проведение подавляющего числа теоретических исследований задачи о движении двухфазных сред связано с упрощением реальной картины и определенной степенью идеализации ее свойств. В то же время использование полученных в ряде работ систем дифференциальных и интегральных уравнений для описания общего случая движения двухфазной среды, как правило, не представляется возможным.
class3 ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ КОНСТРУКЦИИ
СТРОИТЕЛЯ class3
Методика проведения экстремального эксперимента
Лабораторные эксперименты показывают, что на форму "факела" при распределении гранул оказывают влияние многие факторы. Главными из них являются: высота расположения рабочего органа над поверхностью И , конструкция самого рабочего органа, определяемая шириной щели В и углом распределения сх и скорость воздуха при выходе из рабочего органа IT . Поскольку задача исследования распределения гранул является многофакторной и, кроме того, сам механизм рассматриваемого процесса изучен недостаточно полно, то для ее решения применим кибернетический подход, связанный с описанием изучаемых явлений на основе так называемого экстремального эксперимента /44,59/.
Анализ результатов экстремального эксперимента позволит провести исследование влияния указанных выше технологических и конструктивных факторов на качество распределения гранул по поверхности и определить их оптимальные значения. Существо методики проведения экстремальных экспериментов состоит в том, что необходимо определить функцию отклика при действии ряда факторов где у функция отклика;
независимые переменные варьируемые факторы. Факторами являются переменные величины, которые существенным образом влияют на функцию отклика у . Они должны быть управляемы и однозначны, а также совместимы и линейно некоррелированы. Этим всем условиям вполне отвечают факторы, выбранные выше Геометрический образ функции отклика (3.1) называется поверхностью отклика в факторном пространстве, которая аппроксимируется уравнением регрессии в следующем виде где В ,0,6. , R. - коэффициенты уравнения регрессии.
В результате обработки эксперимента получают оценки коэффициенты регрессии и тогда уравнение регрессии (3.2) принимает следующий вид где у - оценка выходного эффекта.
Так как соотношение (3.3) получено в результате ограниченного эксперимента (выборки), то функция отклика вида (3.3) является только оценкой истинной функции отклика (3.2). Приемлемость такой оценки определяет дополнительный статический анализ, задача которого состоит в том, чтобы оценить параметры генеральной совокупности по данным имеющейся выборки, учитывая ошибку, вносимую ограниченностью экспериментального материала.
При проведении экстремального эксперимента рассмотрим планирование эксперимента для получения поверхности отклика, которая описывается уравнением второго порядка
Программа и методика проведения полевых экспериментов
На основе результатов лабораторных исследований на базе серийного культиватора КП-4А было сконструировано специальное приспособление (рис. 4.3, 4.4) для внесения гранулированных пестицидов на поверхность почвы пневматическим способом одновременно с перемешиванием их с почвой /3/.
Целью полевых испытаний была проверка агротехнических показателей и определение оптимальных значений ряда основных технологических параметров (равномерность распределения гранул по поверхности почвы; равномерность распределения гранул по горизонтальным и вертикальным плоскостям в почве), а также дробление гранул в зависимости от технологических параметров разработанного приспособления: высоты установки, угла наклона высевающих элементов и скорости машины.
Программой были определены следующие задачи:
- оценить равномерность распределения гранул по поверхности почвы;
- определить равномерность распределения гранул после их заделки в почву;
- оценить величину дробления гранул.
Полевые эксперименты проводились в колхозе им. "Ази Асланова" Касум-Исмайловского района Азерб. ССР.
Экспериментальная установка агрегатировалась с трактором класса 14 кН. Для определения равномерности распределения гранул по поверхности почвы (ширине захвата) были установлены противни, состоящие из четырех отсеков (рис. 4.1).
Каждый отсек противня состоит из цельной рамы размером 100 x 10 см и перегородок размером 10 х 10 см. До прохода агрегата по ширине захвата устанавливаются четыре отсека, оставляя только узкие проходы для колес трактора. На каждом противне имеется последовательная нумерация отсеков для фиксирования распределения гранул.
После прохода агрегата слева направо каждый отсек в отдельности под своим номером освобождается от материала и взвешивается.
Для определения равномерности распределения гранул в вертикальной плоскости был изготовлен специальный прибор из стальных труб (рис. 4.2).
Прибор позволяет определить количество гранул по глубине заделки через каждые 3 см до глубины в 20 см.
После прохода агрегата прибор углубляется в почву на заданную глубину, перпендикулярно поверхности движения машины, затем, осторожно вынимается. С помощью ручных пластинок, гранулы высыпаются и подсчитывается количество гранул в данном слое.
Во время определения агротехнических показателей скорость движения агрегата составляла 1,52; 1,77 и 2,5 м/с, а глубина обработки 8...14 см.
Дробление гранул в дозирующих устройствах определялось по общеизвестной методике. Материалом служили гранулированный пестицид и гранулированный суперфосфат (рис. 4.4).
Во время полевых экспериментов использовался рабочий орган 15 с параметрами h = 100 мм, А = 10 мм, В - 120 мм, который показал наилучшие результаты при проведении лабораторных исследований.
Для охлаждения масла гидросистемы на машине был дополнительно установлен масляный радиатор (рис. 4.5).
Определение экономических показателей
1. На основании проведенных аналитических исследований движения двухфазной струи, состоящей из смеси воздуха с твердыми гранулированными частицами выведена формула, которая характеризует взаимосвязь параметров воздушного потока с параметрами рабочего органа, а также сформулировано условие оптимального расположения рабочих органов и получено аналитическое выражение для его определения.
2. Изучение физико-механических свойств гранулированных пес тищтдов показали, что свободное истечение гранул начинается с о площади: у треугольной формы отверстия 2,7 см . у четырехуголь ной - 2,25 см , у круглой - 0,79 см . При одинаковой площади сечения скорость истечения при треугольной площади отверстия меньше, чем при круглой и четырехугольной, а при треугольной площади отверстия меньше, чем при круглой и четырехугольной, и при четырехугольной форме сечения меньше, чем при круглой.
3. Исследованиями установлено, что при увеличении высоты слоя материала скорости истечения уменьшаются у отверстий расположенных на дне цилиндра эксцентрично, а при центральном его расположении наоборот возрастают.
4. Лабораторные эксперименты показали, что с увеличением частоты вращения дозирующего устройства от 50 мин до 250 глин -I с интервалом 25 мин расход материала увеличивается от 66 до 261,3 кг/час, а дробление гранул соответственно от 1,83 до 7.6 процентов.
Установлено, что если расход материала в зависимости от частоты вращения дозирующего аппарата в начале меняется линейно, то после частоты вращения 230 мин" эта закономерность нарушается, оно объясняется тем, что при этих частотах вращения гранулы не успевают заполнить желобки, катушки дозирующего аппарата, т.к. возникающие силы в зоне активного слоя этому препятствуют.
5. Установлены оптимальные параметры самого рабочего орга на: конструктивная ширина основания рабочего органа 120 мм, тол щина щели 10 мм, высота конуса 100 мм. Установлено, что с увеличением высоты установки рабочего органа от 30 до 70 см, угла установки от 0 до 20 и скорости движения агрегата от 1,52 до 2,5 м/с коэффициент неравномерности в начале уменьшается до определенного предела, затем резко увеличивается.
Оптимальные параметры и режим работы разработанного приспособления: высота установки рабочего органа 50 см, угол установки 20 и скорость движения агрегата 1,52 м/с.
6. Определение влияния стрельчатых и рыхлящих рабочих орга нов культиватора, а также бороны "зиг-заг" на качество распреде ления гранул по глубине обработки показали, что при глубине обра ботки 14 см гранулы в основном располагаются на горизонте 0... ... 9 см. Установлено, что с увеличением скорости движения агрегата от 1,52 до 2,5 м/с во всех вариантах опыта больше количество гранул находился в слоях почвы 3...6 см. чем 0...3 и 6...9 см.
7. На основе проведенных экспериментальных исследований построена регрессионная модель, характеризующая зависимость равномерности распределения гранул от основных конструктивных и технологических параметров рабочего органа.
8. На основании проведенных теоретических и лабораторно-по-левых исследований было разработано специальное приспособление к культиватору для внесения гранулированных материалов при сплошной обработке почвы, которое включено в Систему машин на 1981... ...1990 гг под шифром Р.29.19.
