Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1. Анализ центробежных распределяющих рабочих органов машин для внесения удобрений и мелиорантов 8
1.2. Методы определения параметров транспортно-технологических агрегатов 22
1.3. Анализ существующих технологических схем внесения удобрений и мелиорантов 30
1 .4. Постановка вопроса и задачи исследования. 45
2. Теоретические исследования технических средств и операционной технологии внесения дефеката 48
2.1. Обоснование общей схемы исследования 48
2.2. Выбор критериев эффективности и основных показателей проектирования 51
2.3. Моделирование процесса распределения дефеката рабочим органом центробежного типа 57
2.4. Определение энергозатрат на привод центробежных дисков 68
2.5. Обоснование оптимальной грузоподъемности разбрасывателя дефеката 71
2.6. Выбор технологической схемы внесения дефеката 77
2.7. Обоснование оптимальной ширины участка поля для внесения дефеката 79
2.8. Метод расчета рационального количества машин в звеньях 84
Выводы , 92
3. Программа и методика экспериментальных исследований 94
3.1. Программа исследований 94
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований 96
3.2.1. Общие вопросы методики 96
3.2.2. Определение показателей качества работы 100
3.2.3. Методика эксперимента по энергооценке 102
3.2.4. Методика определения физико-механических свойств дефеката 105
3.3. Программа и методика хронометражных наблюдений 107
3.3.1. Определение времени зачистки бурта 108
3.3.2. Определение скорости движения разбрасывателя 108
3.4.Методика обработки результатов экспериментов. 109
3.4.1. Обработка результатов энергетических испытаний 109
3.4.2. Определение неравномерности внесения дефеката 110
4. Результаты исследований и их анализ 113
4.1. Определение неравномерности распределения дефеката посредством моделирования процесса на ЭВМ 113
4.2.Результаты полевых исследований влияния параметров центробежных рабочих органов на качество распределения дефеката 121
4.3.Определение физико-механических свойств дефеката 131
4.4.Результаты энергетической оценки разбрасывающих дисков и их анализ 134
4.5.Результаты расчетов по определению оптимальной грузоподъемности разбрасывателя дефеката 137
4.6.Результаты хронометражных наблюдений 138
4.7.0пределение оптимальных параметров участка поля для внесения дефеката 141
4.8.Результаты расчетов по определению рационального состава звеньев производственной линии 145
Выводы 155
5. Экономическая оценка эффективности внедрения усовершенствованных рабочих органов и технологии внесения дефеката с использованием погрузчиков цикличного действия 158
5.L Расчет годового экономического эффекта при внедрении
усовершенствованных рабочих органов для внесения дефеката 158
5.2. Технико-экономическая эффективность технологии 161
Выводы 166
Общие выводы 167
Список использованных источников 169
Приложения 189
- Анализ существующих технологических схем внесения удобрений и мелиорантов
- Обоснование оптимальной ширины участка поля для внесения дефеката
- Программа и методика хронометражных наблюдений
- Определение неравномерности распределения дефеката посредством моделирования процесса на ЭВМ
Введение к работе
Обеспечение населения качественным и недорогим продовольствием неразрывно связано с повышением эффективности сельскохозяйственного производства, проявлением постоянной заботы о сохранности плодородного слоя почвы и защитой окружающей среды.
Черноземы - это уникальные природные образования. Однако в результате длительного, порой нерационального использования они утрачивают свое естественное плодородие. В связи с сокращением объемов внесения органических удобрений, применением в основном физиологически кислых форм минеральных удобрений, выпадением кислотных дождей и ряда других причин изменяются кислотные свойства почвы.
По данным агрохимической службы в настоящее время в ЦЧЗ свыше 5млн. га кислых почв, в том числе в Воронежской области - свыше 0,84 млн. га. Темпы прироста площадей кислых почв по ЦЧЗ составляют 0,6% в год [178].
Внесение дефеката является одним из весьма эффективных приемов снижения кислотности почвы и повышения урожайности большинства сельскохозяйственных культур.
Несоответствие между действительным объемом накопления и объемом применения дефеката объясняется слабой механизацией трудоемких процессов по погрузке, вывозке и внесению дефеката, отсутствием рекомендаций по рациональному применению различных технологий, использованию имеющихся в хозяйстве машин, а также большой удаленностью полей фильтрации от потенциальных мест внесения дефеката. До недавнего времени практически отсутствовали научно обоснованные технологии и рекомендации по его использованию, не были разработаны высокопроизводительные комплексы надежных машин для различных зон страны. Выпускаемые промышленностью технические средства не обеспечивают качественного распределения дефеката. Кроме того, погрузочные, транспортные и разбрасывающие технические средства не увязаны между собой по технико-эксплуатационным параметрам.
В настоящее время в сельскохозяйственных предприятиях имеются разбрасыватели минеральных удобрений и известковых материалов типа РУМ (МВУ), которые хотя и обеспечивают приемлемое качество внесение дефеката,
5 но имеют малую производительность, так как для обеспечения требуемых доз внесения (5-25т/га) приходится работать на пониженных скоростях либо совершать по два прохода по одному и тому же следу.
Данная работа посвящена совершенствованию рабочих органов для обеспечения качественного и высокопроизводительного внесения дефеката, исследованию технологии внесения дефеката и обоснованию наиболее важных параметров прицепов разбрасывателей: их грузоподъемности и ширины захвата с учетом производственных и зональных условий ЦЧЗ.
Исследования по теме выполняли в 1995-2003 гг, они входят в план исследований Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки (тема №13, номер государственной регистрации 01.2001 1003986) и соответствуют специальности 05,20.01 - «Технологии и средства механизации сельского хозяйства».
Цель работы - повышение качества (равномерности) распределения и производительности при внесении дефеката за счет определения рациональных параметров технических средств и технологии внесения дефеката.
Объект исследования - технологический процесс внесения дефеката. Предметом исследований является установление закономерностей распределения частиц дефеката по поверхности почвы и взаимодействия машин и агрегатов в производственной линии. Научная новизна заключается в: совершенствовании математической модели процесса распределения частиц дефеката рабочим органом центробежного типа по поверхности почвы, учитывающей гранулометрический состав дефеката и особенности конструкции разбрасывателя, реализованной в виде компьютерной программы; уточнении методов: а) определения грузоподъемности разбрасывателя дефеката, с учетом энергетических возможностей трактора; б) обоснования оптимальной ширины участка поля для внесения дефеката; в) расчета рационального количества машин в звеньях производственного процесса внесения дефеката; конструкции рабочего органа центробежного разбрасывателя (Патент РФ № 2134947), обеспечивающего равномерное распределение дефеката с рабочей шириной захвата до 15 м.
Методика исследований. Теоретические исследования проводили на основе математического моделирования. Экспериментальные исследования проводили с использованием агрегата МТЗ-80+РУМ-5, оборудованного разработанным рабочим органом. Результаты экспериментальных исследований обрабатывали методами математической статистики с использованием ЭВМ.
На защиту выносятся: уточненная математическая модель распределения частиц дефеката по поверхности поля, учитывающая гранулометрический состав дефеката и особенности конструкции разбрасывателя; конструкция центробежного рабочего органа для внесения дефеката и его параметры; результаты качественных и энергетических показателей переоборудованного разбрасывателя при работе с большими подачами; уточненные методики обоснования оптимальной грузоподъемности разбрасывателя и оптимальной ширины участка поля при внесении дефеката и частные зависимости для их определения; значения параметров технологии транспортно-распределителыюго процесса внесения дефеката с использованием переоборудованных разбрасывателей типа РУМ (МВУ) и погрузчиков грейферного типа; методика и результаты расчетов по определению рационального количества машин в звеньях производственной линии.
Достоверность основных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается результатами лабораторно-полевых исследований, полученных с использованием измерительной аппаратуры при достаточном числе повторностей опытов, обработкой опытных данных с использованием методов математической статистики и актом проверки результатов исследований в производственных условиях.
Практическая значимость работы заключается в разработке уточненных методик инженерного расчета основных параметров рабочих органов, разбрасывателя и технологии внесения дефеката. Внедрение разбрасывателей типа РУМ (МВУ) с модернизированным рабочим органом и технологии внесения дефеката с использованием грейферных погрузчиков позволит увеличить производительность машин,
7 снизить затраты труда и денежных средств при внесении дефеката и увеличить годовую загрузку разбрасывателей, что положительно скажется на сроке их окупаемости.
Реализация результатов исследований. Работу выполняли согласно плану научно-исследовательских работ Воронежского ГАУ. По результатам исследования на кафедре разработан, изготовлен и испытан в производственных условиях рабочий орган к разбрасывателям типа РУМ (МВУ) для внесения дефеката большими дозами. Результаты диссертационной работы используют студенты агроинженерного факультета Воронежского ГАУ при выполнении дипломных проектов.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки (1997 -2003 гг.), межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Обеспечение стабилизации АПК в условиях рыночных форм хозяйствования» (1997 г.), международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Аграрная наука в начале XXI века» (2002 г.) и на международной научно-технической конференции, посвященной 75-летаю академика Нико-лаенко А.В. (СПб., 2003 г.). Опытный образец рабочего органа, рекомендации по переоборудованию кузовных разбрасывателей минеральных удобрений типа РУМ (МВУ) для внесения дефеката и новую перегрузочную технологию внесения дефеката демонстрировали на выставках: «Фермер Черноземья» (1997 г.), «Агротехмаш 98» (1998 г.) и «Агротехмаш. Ветеринария. Зоотехния» (2000 г.).
Публикации.
Основные положения диссертации опубликованы в 17 печатных работах, в их числе 4 - в центральной печати, из них 2 патента на изобретение.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованных источников (197 наименований, в том числе 7 на иностранных языках) и приложений. Диссертация изложена на 188 страницах машинописного текста и включает 44 рисунка. Кроме того, содержит приложение на 51 страницах с 23 таблицами и 35 рисунками.
8 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Анализ существующих технологических схем внесения удобрений и мелиорантов
Большое разнообразие применяемых удобрений и мелиорантов, производственных и природно-климатических условий различных зон нашей страны, обуславливает необходимость дифференцированного подхода к характеру и содержанию механизации внесения этих материалов, а также виду применяемой технологии.
Известковые удобрения, в частности дефекат, по дозам внесения и по некоторым физико-механическим свойствам занимают промежуточное положение между минеральными и органическими удобрениями [41]. Поэтому, при выборе оптимальной технологической схемы внесения дефеката, необходимо проанализировать существующие технологии внесения как органических, так и минеральных удобрений, а также мелиорантов.
Изучением и разработкой технологических схем внесения различных видов удобрений занимались И.М. Марченко, В.В. Воропаев, Ф.С. Завали шин, М.Г. До-гановский, Е.В. Козловский, Н.Ф. Скурятин, А.Н. Репетов, А.П. Дьячков, В.И. Глазков, B.C. Киров, И.В. Чефрасов и д.р. Проведенные в последнее время исследования и опытно-конструкторские работы позволили значительно повысить про 31 изводительность труда и снизить затраты средств на внесении удобрений. Однако применительно к внесению дефеката данный вопрос изучен не полностью.
В настоящее время известны следующие технологические схемы внесения удобрений и мелиорантов: прямоточная, перевалочная, двухфазная и перегрузочная.
В свою очередь каждая из этих схем, в зависимости от используемых машин, вида удобрений и условий производства может иметь какие-то свои отличительные особенности.
Прямоточная технология предусматривает внесение удобрений по схеме: склад - машина для внесения - поле. По прямоточной технологии транспортируют и вносят удобрения одними и теми же технологическими средствами (разбрасывателями). Данная технология устраняет разрыв во времени между операциями доставки и внесения. Она позволяет снизить потери удобрений, отпадает необходимость в дополнительных погрузчиках и транспортных средствах. Основным преимуществом прямоточной технологии является хорошее качество распределения удобрений по полю и исключение операции перегрузки удобрений. Такой способ внесения с точки зрения прямых издержек является наиболее выгодным.
Однако предельный радиус действия прямоточной технологии находится в прямой зависимости от грузоподъемности разбрасывателя, скорости транспортирования и в обратной зависимости от дозы внесения.
Это можно наблюдать при анализе диаграммы распределен времени циклов разбрасывателей минеральных и органических удобрений, работающих по прямоточной технологии (рисунок 1.2).
Из диаграммы видно, что при работе разбрасывателей органических удобрений большая часть времени цикла расходуется на холостые переезды с грузом и без него. Кроме того, можно отметить, что с увеличением расстояния транспортирования удобрений эта часть времени цикла растет. Особенно интенсивный рост наблюдается у разбрасывателей малой грузоподъемности.
Что касается разбрасывателей минеральных удобрений, то рост доли холостых переездов при увеличении расстояния транспортирования (особенно у большегрузных разбрасывателей) не столь интенсивный. Это связано с тем, что дозы внесения минеральных удобрений по сравнению с органическими практически на два порядка ниже. Однако и в этом случае тенденция увеличения доли холостых переездов также просматривается.
Аналогичные результаты были получены и другими исследователями [100].
Нельзя не отметить тот факт, что при внесении больших доз удобрений значительную часть времени цикла составляет время загрузки разбрасывателя, особенно это заметно у большегрузных разбрасывателей. Это указывает на необходимость применения высокопроизводительных погрузчиков. Отсюда следует, что для эффективного увеличения производительности прицепов разбрасывателей, используемых в прямоточной технологии, необходимо либо увеличивать их грузоподъемность и скорость движения, либо использовать их на распределении с небольшим расстоянием транспортирования от места загрузки.
Повышение грузоподъемности разбрасывателей приводит к увеличению отрицательного воздействия ходовьгх систем на почву. А резкого увеличения скорости движения разбрасывателей ожидать в скором будущем нет оснований. Остается последний вариант— использовать разбрасыватели только на распределении удобрений.
Высказанное предположение подтверждается данными, приведенными в работах [53, 99, 100, 101].
По мнению большинства исследователей прямоточную технологию целесообразно применять при расстоянии транспортирования удобрений до 5км для малых доз до 0,1 кг/м2 (минеральные удобрения) и до 2 км при внесении больших доз — 4...6 кг/м2 (органические удобрения) [69, 81, 110].
Увеличить радиус действия прямоточной технологии можно путем применения, разбрасывателей удобрений на базе автомобилей, что повысит скорость транспортирования, а также, как отмечалось выше, путем увеличения грузоподъемности разбрасывателя в 2 и более раз, но при этом они сильно уплотняют почву и разрушают ее структуру [17, 66].
Для снижения отрицательного воздействия ходовых систем на почву применяют такое мероприятие, как увеличение опорной поверхности шин по 34 средством снижения давления воздуха. Однако использование прицепов с пониженным давлением воздуха в шинах по прямоточной технологии приводит к существенному увеличению удельного расхода топлива вследствие возрастания коэффициента сопротивления перекатыванию при транспортировке. Кроме того, перевозка удобрений на значительные расстояния заметно снижает показатели эффективности использования дорогостоящего распределительного оборудования прицепов, так как большую часть времени смены оно попросту не работает.
К основным недостаткам прямоточной технологии следует отнести, прежде всего, низкую производительность разбрасывателей, что приводит к увеличению потребности в них для выполнения заданного объема в агротехнические сроки, а это не всегда приемлемо с точки зрения рационального маши-ноиспользования.
С целью совершенствования прямоточной технологии были проведены многочисленные исследования, анализ которых показал, что машины для внесения удобрений выполняют транспортную и распределительную функции. Если распределительная функция—это прямое назначение этих машин, то к транспортной функции они слабо приспособлены. Их скорость ограничена прежде всего из-за сложности конструкции прицепов-разбрасывателей, которая необходима для выполнения их прямого назначения. Кроме того, скорость зависит от расстояния транспортирования. Так, при расстоянии 1км скорость 10... 13 км/ч, а при расстоянии 10 км - 13...16 км/ч [99]. Скорость движения большегрузных прицепов разбрасывателей меньше, чем разбрасывателей малой грузоподъемности. Увеличить скорость транспортировки можно, как указывалось выше, путем применения автомобильных разбрасывателей. Однако их скорость часто ограничена пропускной способностью полевых дорог.
Обоснование оптимальной ширины участка поля для внесения дефеката
Известно, что производительность разбрасывателя резко возрастает с уменьшением расстояния транспортирования. Поэтому, если поле свободно, то дефекат следует сразу же раскладывать на поле в виде буртов и вносить по схеме, представленной на рисунке. 2,9;
При этом возникает вопрос о том, где должны раскладываться бурты и какова должна быть их масса.
В связи с тем, что доставка дефеката на обрабатываемое поле и его распределение чаще всего не совпадает по времени, следует помнить, что при размещении буртов без учета их массы, дозы внесения, типа используемых разбрасывателей и способа их движения невозможно добиться четкой организации работ, высокой производительности машин и производственной линии в целом.
Погрузку дефеката из буртов в разбрасыватели предполагается производить погрузчиком грейферного типа.
Большая масса бурта приводит к значительным затратам энергии и времени на холостые переезды разбрасывателя по полю как с грузом до места распределения, так и без груза к месту загрузки. Небольшая масса бурта требует частых переездов погрузчиков, зачистки остатков дефеката на месте нахождения бурта, что приводит к простою разбрасывателей. Следовательно, на производительность разбрасывателей влияют размеры участка поля, обрабатываемого из бурта. Бурт следует расположить в центре участка, при этом будем иметь наименьшие затраты энергии на его распределение [60]. На размеры участка влияет способ движения разбрасывателя при распределении. Согласно данным [44, 49] и учитывая максимальную дозу внесения дефе ката (до 2,5 кг/м ), при внесении дефеката из бурта следует использовать "Г" образный способ (рисунок 2.9).
В этом случае масса бурта будет равна Q« = -0,. (2-57) Р где Вуч - ширина участка поля, м; Qp - грузоподъемность разбрасывателя, кг; Вр - рабочая ширина захвата разбрасывателя, м. Грузоподъемность и рабочая ширина захвата разбрасывателя зависят от его марки. Остается только определить ширину участка поля. Для этого в качестве критерия эффективности берем эксплуатационную производительность разбрасывателей. Тогда поставленную задачу математически можно сформулировать так: найти экстремум функции ,=Ф,Л (2.58) При решении этой задачи выбранный критерий эффективности выражаем в функции ширины участка поля, находим частную производную и приравняем ее к нулю = 0, (2.59) dBy4 а затем определяем оптимальное значение ширины участка. Для "Г" - образного способа движения разбрасывателя эксплуатационная производительность производственной линии «,= -5сн, (2.60) уч где Fy4 - площадь участка поля, обрабатываемого из одного бурта, м ; Туч -время обработки участка, с; 6СМ — коэффициент циклового времени смены (коэффициент, учитывающий затраты времени на проведение ТО в начале смены, переезды в начале и конце смены, время отдыха). Площадь участка поля
где t06 - время оборота разбрасывателя, с; пр - количество разбрасывателей, работающих на участке; п - количество загрузок разбрасывателей из одного бурта; 1зип - время зачистки остатков дефеката на месте нахождения бурта и переезда погрузчика к следующему бурту, с.
Программа и методика хронометражных наблюдений
С целью определения составляющих выражений 2.72 и 2.73, а именно времени зачистки остатков дефеката на месте нахождения бурта (t ,,) и коэффициентов пь n2, mi и т2, были проведены хрономегражные наблюдения в полевых условиях.
Программа хронометражных наблюдений включала в себя следующие вопросы:
определение средней продолжительности времени зачистки остатков дефеката на месте нахождения бурта;
определение скорости движения распределительного агрегата в зависимости от расстояния транспортировки при движении с грузом и без груза по стерне и черному пару.
В качестве объектов исследования были взяты: грейферный погрузчик ЮМЗ-6КЛ+ПЭ-Ф-1А и разбрасывающий агрегатМТЗ-80+РУМ-5.
Почва черного пара имела относительную влажность 25%, а почва стерни - 27%. Относительную влажность почвы определяли согласно методике, изложенной в пособии [163].
Остальные вопросы методики, характеризующие состояние исходного материала, подготовку агрегатов к проведению экспериментов, условия опытов, соответствовали изложенным в подразделе 3.2.
Наблюдения за работой грейферного погрузчика показали, что с одной позиции, в основном, производят 3...4 загрузки разбрасывателя. При переезде на другую позицию на прежней остается часть дефеката, которую погрузчик не может "взять" по своим конструктивным возможностям. Чаще всего, перед переездом на другую позицию, погрузчик предварительно сдвигает остатки дефеката к основному бурту и так до тех пор, пока не займет последнюю позицию. После забора дефеката с последней позиции происходит её зачистка. Остаток собирают в малый бурт, который составляет около 2...3 т, погрузчик производит загрузку его в разбрасыватель. После этого остается остаток около 200...300 кг, который погрузчик отвалом распределяет по поверхности почвы.
Поскольку к времени зачистки (t3a,() относили время последней зачистки погрузчиком места расположения бурта, погрузку подчищенного дефеката и распределение отвалом остатка, то для определения искомого параметра (времени зачистки - t3a4), на поверхности поля было выгружено десять куч дефеката массой около 2,5...3 т. Затем при помощи погрузчика дефекат из этих куч был распределен по поверхности, имитируя остаток дефеката на месте расположения бурта. После подготовки объектов, непосредственно производили их зачистку. Время начала и конца зачистки фиксировали при помощи секундомера.
Для получения зависимостей характеризующих изменение скорости движения распределительного агрегата от расстояния транспортировки при движении с грузом и без груза по стерне и черному пару, были проведены хронометражные наблюдения за работой агрегата на соответствующих агротехнических фонах.
Скорость движения разбрасывающего агрегата и с грузом и без груза определяли при помощи секундомера на учетном проходе длиной не менее 20 м. Всего было принято шесть учетных проходов длиной от 20 до 270 м с интервалом 50 м. В соответствии с принятой схемой (рисунок 2.9), с целью уменьшения уплотнения почвы, движение осуществляли по одному и тому же следу. Секундомер включали в момент трогания от погрузчика, а выключали в момент начала поворота. При движении без груза секундомер включали в момент окончания поворота и выключали в момент остановки около погрузчика. Место условного нахождения погрузчика и места начала поворотов были предварительно обозначены вешками. Количество повтори остей в каждом опыте не менее 6й.
Как уже отмечалось выше, при энергетической оценке усовершенствованных рабочих органов сигналы датчиков фиксировались на ленте осциллографа. Для определения статистических характеристик осциллограмм нами использовали прибор ПОБД-12 конструкции ВИСХОМ [32]. В основу принципа обработки осциллограмм на этом приборе положен метод ординат — полуавтоматическое получение вариационного ряда кривой. Прибор позволяет обрабатывать бумажные осциллограммы шириной до 120 мм путем классифицированной фиксации на 12 счетчиках значений ординат кривой.
Методика обработки осциллограмм заключается в следующем.
Прежде чем приступить к обработке осциллограмм — подготавливали кривые. Для этого на осциллограмме выделяли участок, подлежащий обработке, и отмечали его границы. При необходимости, в силу того, что луч гальванометра на некоторых участках ленты оставлял довольно слабый след (очевидно, это связано с качеством используемой фотобумаги), оставленный лучом след дополнительно обводили карандашом. Затем определяли амплитуду изменения ординат кривой и наносили границы этой амплитуды. Далее фиксировали положение нулевой линии и находили значения минимальной (nmin) и максимальной (hmax) ординат. Пропустив осциллограмму между прижимным и ведущим валиками лентопротяжного механизма, завершали настройку прибора установкой необходимого размера движения визирной линзы. При этом следили за тем, чтобы в крайнем правом положении визирной линзы точка на ней точно совпадала с соответствующей границей амплитуды изменения кривой, а размах перемещения ее равнялся или несколько превышал величину амплитуды.
Пропустив осциллограмму через прибор, получали вариационный ряд значений ординат кривой, обработав который, выводили необходимые количественные характеристики.
Для обработки вариационных рядов применяли метод сумм, предусматривающий выполнение всех расчетов по заполнению вспомогательной таблицы (таблица П.2.9) в виде арифметических действий сложения и вычитания.
Данный метод по сравнению с методом моментов позволяет повысить точность расчетов, но более сложен в вычислениях, так как вычисления приходится производить с более многозначными числами.
Для облегчения расчетов, связанных с применением данного метода были разработаны специальные программы в среде электронных таблиц Excel. Они позволили автоматизировать расчеты и сократить затраты времени на обработку результатов полученных при помощи прибора ПОБД-12.
Для расчета статистических характеристик достаточно ввести данные частот по классам (третья графа таблицы), а также значения амплитуды и минимальной ординаты (hmin) все остальные ячейки таблицы заполняются автоматически.
Прибор ПОБД обеспечивает, по данным ЦМИС, предельную ошибку обработки не более 0,54% [32].
Определение неравномерности распределения дефеката посредством моделирования процесса на ЭВМ
Анализ работ, посвященных исследованию центробежно-дисковых аппаратов, и причин, вызывающих низкое качество их работы, позволил определить факторы, оказывающие наибольшее влияние на характер распределения материала по поверхности поля. Наряду с этим, стало ясно, что большая часть исследований посвящена изучению распределения удобрений, обладающих более-менее выровненным гранулометрическим составом, а эксперименты проводили при относительно небольших подачах материала на диски.
В связи с тем, что исследуемый нами материал отличается неоднородным гранулометрическим составом, а его подача на диски может достигать 50кг/с и более, не представляется возможным напрямую использовать результаты предыдущих исследований применительно к процессу распределения дефеката.
Всё вышесказанное побудило к совершенствованию разработанной ранее математической модели распределения дефеката по поверхности поля [176].
Сущность методики, заложенной в основу программы расчета распределения материала по поверхности поля, подробно изложена во втором разделе данной работы. Усовершенствованная математическая модель и компьютерная программа расчета распределения частиц «POLET» позволили смоделировать процесс рассева дефеката и определить характер его распределения в зависимости от различных параметров центробежного аппарата, а также гранулометрического состава разбрасываемого материала.
Результаты этого моделирования представлены на рисунках 4.1. ..4.7.
При моделировании в качестве исходных данных использовали результаты экспериментальных исследований проводившихся на кафедре в конце 80 в начале 90s гг. [26].
На графиках по оси ординат отложен процент частиц попавших в тот или иной квадрат зоны распределения по ширине захвата агрегата (ось абсцисс).
Нами принято допущение, что распределение материала 2 дисковым центробежным аппаратом носит симметричный характер. Это допущение применимо только к идеальным условиям (отсутствие бокового ветра, хорошо выровненная горизонтальная поверхность поля, равномерная подача материала на диски и т.д.). В реальных же условиях эксплуатации из-за целого ряда факторов, в том числе перечисленных выше, оказывающих влияние на характер распределения, половинки графика распределения будут несколько различаться. Однако применительно к математической модели такое допущение возможно и оправдано, поскольку заранее не представляется возможным учесть все вышеназванные случайные факторы. На графиках представлена только правая половинка общего распределения, левая часть в нашей математической модели имеет зеркальное отображение.
Анализируя результаты компьютерного моделирования можно сделать вывод, что наиболее существенное влияние на характер распределения частиц оказывают следующие конструктивные и режимные параметры: длина и угол установки лопаток на центробежном диске, зона подачи материала на диск, частота вращения дисков и расстояние между ними, а также конусность дисков. Однако влияние этих параметров неодинаково. Разберем более подробно значимость каждого из них.
Как видно из рисунка 4.1 изменение длины лопатки всего лишь на 4 сантиметра привело к резкому изменению характера распределения основной массы частиц относительно центра диска. Этот факт в дальнейшем натолкнул нас на идею создания диска с лопатками различной длины [15, 131].
В ходе исследований влияния угла установки лопаток на диске (рисунок 4.2), было замечено, что более равномерное распределение получается при угле установки лопаток сс=+5 ...+10.
Однако экспериментальные исследования показали обратное — лучшее распределение получается при а=-5...-10. Это объясняется тем, что при положительном угле установки лопаток на диске увеличивается их залипаемость и процесс схода частиц нарушается. Этот момент в дальнейшем был учтен в ма 119 тематической модели. Результаты экспериментов подтвердили нашу гипотезу. Как видно из рисунка 4.8, расчетная и экспериментальные кривые достаточно хорошо согласуются.
Еще в процессе теоретических исследований было замечено, что сильное влияние на характер распределения оказывает место подачи материала на диск. Из рисунка 4.3 видно, что при смещении зоны подачи ближе к центру диска и вперед по ходу движения разбрасывателя, равномерность распределения частиц материала улучшается. Это в дальнейшем было подтверждено в ходе экспериментальных исследований. К сожалению, конструкция разбрасывателей типа РУМ (МВУ) не позволяет в больших пределах варьировать зоной подачи, однако и в стандартном диапазоне регулировок это влияние четко просматривается.
Что касается частоты вращения диска (рисунок 4.4), можно заметить существенное изменение характера распределения в диапазоне от 300 до 700 мин"1. При дальнейшем увеличении частоты вращения дисков распределение практически не изменяется. Так как частота вращения дисков на серийном разбрасывателе РУМ-5 — 767 мин" , что соответствует рациональной частоте применительно к распределению дефеката, было решено этот режим оставить без изменений. Тем более что для изменения частоты вращения потребовалось бы вмешательство в конструкцию серийного разбрасывателя. А, как отмечалось ранее, мы стремились к переоборудованию разбрасывателя с минимальным вмешательством в конструкцию серийной машины.
В ходе изучения различных конструкций современных зарубежных центробежных разбрасывателей удобрений, было замечено, что на многих из них междисковое расстояние в полтора-два раза больше, нежели на отечественных разбрасывателях.
Нами была предпринята попытка исследовать влияние этого параметра на характер распределения материала, тем более что наша математическая модель позволяет это легко выполнить. Результаты данного исследования, представленные на рисунке 4.5, наглядно показывают преимущества, получаемые в результате увеличения междискового расстояния. К сожалению, конструкция се 120 рийного разбрасывателя не позволяет реализовать это на практике. Полученные результаты, как нам представляется, могут быть использованы при создании новых разбрасывателей.
Относительно влияния конусности дисков на характер распределения частиц (рисунок 4.6) можно сделать вывод аналогичный выводу по частоте вращения дисков. Так как наиболее заметное влияние конусности просматривается в диапазоне от 0 до 6, а дальнейшее изменение наклона образующей диска не приводит к заметному улучшению распределения, то было решено использовать для внесения дефеката, в качестве основы, стандартные диски с конусностью 4,5...7.
Как уже отмечалось ранее, при разработке математической модели и программы расчета распределения дефеката центробежными дисками особое внимание было уделено возможности учета гранулометрического состава разбрасываемого материала и его аэродинамическим характеристикам. О важности этого учета можно судить, глядя на рисунок 4.7. Для сравнения на рисунке представлен экспериментальный график распределения дефеката и два расчетных, один из которых получен при помощи программы «VIK», разработанной ранее [28, 176]. В данной программе отсутствовала возможность учета гранулометрического состава разбрасываемого материала. За основу брали средневзвешенную частицу и все расчеты шли с использованием ее аэродинамических параметров, что естественно сказывалось на итоговых результатах. Второй график построен с помощью программы «POLET», в которой уже предусмотрена возможность учета разнообразного гранулометрического состава разбрасываемого материала.
