Аналитическое исследование движения удобрений по дефлектору разбрасывателя сыпучих минеральных и органо-минеральных удобрений Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 631.333

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ УДОБРЕНИЙ ПО ДЕФЛЕКТОРУ РАЗБРАСЫВАТЕЛЯ СЫПУЧИХ МИНЕРАЛЬНЫХ И ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

ШВАРЦ А.А.,

доктор сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВО Курская ГСХА; E-mail: aashwartz@mail.ru, +7-919-178-66-69. БЕСЕДИН Б.П.,

аспирант ФГБОУ ВО Курская ГСХА; E-mail: bbesedin@mail.ru, +7-919-273-20-35.

Реферат. Поверхностное внесение органических и минеральных удобрений в любом виде способствует повышению плодородия почвы и увеличению производства продуктов земледелия. Операция поверхностного внесения удобрений производится в основном разбрасывателями кузовного типа и требует соблюдения соответствующей агротребованиям равномерности. Объектом исследования является экспериментальный разбрасыватель гранулированных минеральных и органо-минеральных удобрений представляющий собой конструкцию кузовного типа расположенную на низкой раме, оснащенную ленточным транспортером и центробежным роторным рабочим органом с горизонтальной осью вращения. Недостатком данного роторного рабочего органа на горизонтальной оси вращения, как и большинства существующих, послужила невозможность работать в ветряную погоду, по причине малой плотности выбрасываемого потока удобрений. При выбросе удобрений под положительными углами к горизонту, частицы выбрасываются хаотично, тем самым образуя узкий веерный поток, в котором трудно обеспечить заданную равномерность. Выталкиваемые лопатками частицы разной массы, имеют различную траекторию полета, что отрицательным образом сказывается на равномерности распределения удобрений по поверхности поля. Необходимо добиться уплотнения и устранения веерности выбрасываемого потока, путем использования дефлектора для корректировки траектории. Целью исследования является определение влияния основных параметров дефлектора на траекторию полета частиц удобрения, плотность потока и равномерность распределения удобрений. В качестве метода исследования выбран графоаналитический способ построения и анализ траектории полета частиц и удобрений с учетом сил действующих на частицу при движении по поверхности дефлектора. В результате получено уравнение движения удобрения по касательной к поверхности дефлектора, и уравнение формы параболического дефлектора. При полевых испытаниях разбрасывателя с ротором диаметром 920мм, частота вращения 900 мин -1, преимущество получил дефлектор параболической формы. Незначительное усложнение конструкции позволяет устранить вертикальное веерное распределение частиц удобрения путем уплотнения выбрасываемого потока и повысить равномерность распределения.

Ключевые слова: телескопический дефлектор, дефлектор параболической формы, траектория движения, фокус, директриса.

ANALYTICAL TREATMENT OF THE MOTION PARTICLES ON THE FERTILIZER SPREADER DEFLECTOR

SHWARTZ A.A.,

Doctor of Agricultural Sciences, Kursk State Agricultural Academy named after I.I. Ivanov; E-mail: aashwartz@mail.ru, tel.: +7-919-178-66-69.

BESEDIN B.P.,

postgraduate student, Kursk State Agricultural Academy named after I.I. Ivanov; E-mail: bbesedin@mail.ru, tel.: +7-919-273-20-35.

Essay. Any way of fertilizer application contributes to preserving soil fertility and increasing crop yield. Top dressing is performed mainly by van-type fertilizer spreaders and on the basis of agro technical requirements, complied the uniform fertilizer spreading. The object of the researching is the experimental mineral and organo-mineral fertilizers spreader is a van-type lowboy, equipped with a belt conveyor and a vertical centrifugal rotor with a horizontal axis of rotation. As in most exciting, the main disadvantage of the vertical centrifugal rotor with a horizontal axis of rotation is inability to work in the wind, because the ejected stream is thin. During the positive angle ejection of fertilizers, the particles are moving erratically which could not follow the uniform fertilizer spreading. The flight paths of the ejected grains are different, which has a negative impact to the uniform spreading. The compression of ejected stream is adjusted separately by the deflector of the discharging window. The objective of the research is to define the effect of general properties along the trajectory of the ejected particles, stream compression and the uniformity of fertilizing spreading. The main research techniques are a graphical and analytical method and analysis of the trajectory of particles and fertilizers flight with regard to air drag generated by the vanes in the course of the deflector's surface acting forces. As a result, formulae of the fertilizer particles move tangentially along the deflector's surface and formulae of the parabolic deflector's shape, have been derived. During the field experiment in the configuration with rotor which diameter is 920mm, the rotation frequency is 900 min-1, the parabolic deflector showed the best result. A little complicate will eliminate the ejected grain's chaotic movement by the stream compression increase and improve the distribution uniformity of fertilizer.

Keywords: Extending deflector, parabolic deflector, mechanical trajectory, focus, directrix.

Значительное место в теоретических исследованиях движения сыпучих частиц уделяется дефлектору, как одному из элементов транспортирующей системы [1,2,3].

Использование дефлектора в разбрасывающем аппарате барабанного типа позволяет исключить веерный (по вертикали) полет частиц удобрений и регулировать плотность и дальность его полета. Повышением плотности потока органо-минеральных удобрений частично корректируется взаимодействие частиц удобрений с различной парусностью.

Исследуемые нами вопросы направлены на обоснование конструктивно-режимных параметров дефлектора и его влияния на технологические показатели (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема работы телескопического дефлектора:

где е - угол наклона выгрузного окна;

с - шаг измерения длины телескопического дефлектора;

Ьтах - максимальная длина вылета.

Удобрения движутся по длине дуги поверхности дефлектора, соответствующей углу 90о, за счет имеющегося у него запаса кинетической энергии при скорости V в конце дефлектора. Принимаем поверхность

дефлектора постоянного радиуса (рисунок 2).

где а =55°; е = 35°; Y = 55°;

На частицу удобрения, находящуюся на поверхности дефлектора, действуют следующие силы: сила тяжести - mg; составляющая силы тяжести- mg cosa, направленная по касательной к поверхности дефлектора; составляющая силы тяжести, направленная нормально к поверхности дефлектора - mg sina; центробежная сила

dt-

инерции -

; сила инерции - т

di

Уравнение движения удобрения по касательной к поверхности дефлектора составит

(1)

dv i

mTt = -f~

■ mg casa.

При выходе удобрений из дефлектора, то есть у+а=90°, уравнение (1) примет вид:

в,V

171— = —/-,

1 г

Установлено, что составляющая сила тяжести при максимальных значениях незначительна, в сравнении с силой трения, поэтому ею можно пренебречь.

Тогда при принятом допущении, получим

Интегрируя это выражение в пределах от Уф до V и от О до ^ получим зависимость между скоростью движения транспортируемой массы по дефлектору и временем t

.— (2)

где Vр - скорость движения удобрения при сходе с лопатки.

Форма параболического дефлектора должна совпадать с траекторией движения удобрений выходящих в нижней области выгрузного окна (рисунок 3).

Рисунок 2 - Схема сил, действующих на частицу удобрения при движении ее по дефлектору

Рисунок 3 - Схема параболического дефлектора.

Траектория движения тела брошенного под углом к горизонту выражается [4]

х = р„ ■ t ■ casa,

(3)

После сокращения получим

.1 ■ tga -

9*

1 2 2 ' ■ cos а

Парабола, ветви которой направлены вниз симметрич-

но прямой xt

.чг

cos а ■ tga, при а=55о.

Уравнение формы дефлектора получаем переносом осей на величину у0=200мм. Следовательно, фокус параболы дефлектора будет расположен выше на то же расстояние = —

Необходимо получить уравнение формы дефлектора относительно новой оси Х в виде X2 = 2рУ. (4)

Координаты вершины параболы дефлектора определяются

tga • 2vg • cos2a

tg2a -Vq ■ cos*a tga ■ ■ cos2a g4 ■ 2i?0 ■ cos2a g

Ув = ~9

+ y0.

При параллельном переносе осей имеем 9& + XJ1

у+у1 = -

■ cos1 а

+ (X + xjtga + у0,

д(Х* + 2XxL + *?) У = --—-^-+ Xtga + х^да + у0

2vj ■cos2а

Y =

-9Хг Х-х1в

4з

2v£ 'cos1 а 1?5! ■ соггн 1 соягн

¥ = -

2vq ■ cos1

- + [ 3 Xl32 + eflDf) x +

a ■ cosia }

С учетом

В итоге получили уравнение формы дефлектора относительно вершины его параболы

Y = --

2 К

(6)

или

Расстояние от вершины до фокуса, а также от вершины до деректрисы параболы выражается

(7)

BF1 =

i

гр ■cos а

29

Проведенные летом 2016 г., на полях ООО "Перспектива- Агро", испытания телескопических дефлекторов различных радиусов (650,890,980мм) (рисунок 4) с регулируемой длиной, показали что разбрасыватель органо-минеральных удобрений с дефлектором радиусом 980 и длиной 565 мм имеет самые лучшие эксплуатационные показатели, позволяет добиться минимального коэффициента вариации при максимальной дальности.

■f Xtg or + Xjtgar -f у0 - yv

Рисунок 4 - Опытный образец телескопического дефлектора

Длина полосы рассева, с одновременным устранением вертикального веерного распределения частиц снизились на 0,1 м, относительно испытаний без дефлектора. Коэффициент вариации не вышел за пределы требуемых 10%.

Выводы. Исследования, проведенные с опытным низкорамным разбрасывателем, оснащенным дефлектором параболической формы, указывают на эффективность его применения в совокупности с роторными рабочими органами расположенными на горизонтальной оси вращения. Дефлектор способствует устранению вертикального веерного распределения частиц удобрения и уплотнению выбрасываемого потока, не уменьшая при этом рабочую ширину разбрасывателя.

Список использованных источников

1. Глебов В.Д., Иванова В.М. Выгрузной трубопровод сельскохозяйственной уборочной машины. - Авторское свидетельство на изобретение № 1519566 от 01.07.87, бюллетень № 41 от 07.11.89.

2. Горячкин В.П. Собрание сочинений, изд.2-е. - Т.З. - М.: «Колос», 1968. - 525 c.

3. Турбин Б.Г. Вентиляторы сельскохозяйственных машин. - Л.: Машиностроение, 1968. - 164 c.

4. Привалов И.И. Аналитическая геометрия. Издание тридцатое стереотипное. - М.: Наука, 1966. - 272 с.

List of sources used

1. Glebov V.D., Ivanova V.M. The uploading pipes of harvesters. Authors certificate № 1519566 from 01.07.87, бюллетень № 41 from 07.11.89.

2. Goriatchkin V.P. Collected works, 2nd edition. - T.3. - M.: Kolos. - 1698. - 525 p.

3. Turbin B.G. Ventilators of agricultural machinery. -L. - Mechanical engineering. - 1968. - P. 164.

4. Privalov I.I. Analytic geometry. 30d edition. -M.: Nauka, 1966. 272 p.