Глубокорыхлитель-удобритель для основной обработки почвы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.816.11

ГЛУБОКОРЫХЛИТЕЛЬ-УДОБРИТЕЛЬ ДЛЯ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ С.Я. Семененко, доктор сельскохозяйственных наук, доцент

Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий г. Волгоград

В.Г. Абезин, доктор технических наук, профессор Д.В. Скрипкин, кандидат технических наук, доцент

Волгоградский государственный аграрный университет

А.Л. Сальников, доктор биологических наук, профессор

Астраханский государственный университет

Разработана конструкция глубокорыхлителя-удобрителя, позволяющая производить основную обработку почвы с одновременным напорным внесением минеральных удобрений в пахотный горизонт. Обоснованы основные параметры орудия.

Ключевые слова: глубокорыхлитель-удобритель, дисковый нож, туковоздушная смесь, туковысевающий аппарат, тукопроводы.

Целесообразность совмещения технологических операций определяется применяемыми системами земледелия, системами обработки почвы, метеорологическими условиями, параметрами энергетических средств, агрономическими, технико-экономическими и другими факторами. Совмещение операций позволяет обеспечить качественную подготовку почвы за более короткое время. Применение комбинированных машин позволяет сократить число проходов агрегатов по полю, снизить вредное воздействие ходовой системы тракторов на почву, обеспечить хорошее рыхление колеи трактора, снизить общую энергоемкость всех технологических операций, уменьшить влияние неблагоприятных погодных условий на завершение технологических процессов, лучше загрузить энергонасыщенные тракторы [2]. Совмещение технологических операций основной обработки почвы с одновременным напорным внутрипочвенным внесением минеральных удобрений является оптимальной технологией подготовки почвы к посеву.

Нами разработана конструкция глубокорыхлителя-удобрителя, обеспечивающая совмещение этих технологических операций.

Глубокорыхлитель-удобритель представляет собой навесное орудие, агрегати-руемое тракторами класса 1,4; 2; 3 кН [5].

На раме 1 глубокорыхлителя-удобрителя установлена стойка 2, вертикальная сверху и закруглённая по радиусу снизу. К задней части стойки, имеющей полукруглое углубление, закреплён кожух 3 тукопровода. К средней части стойки 2 закреплены горизонтальные _П - образные планки 4 для крепления дискового ножа 5. Дисковый нож 5 зафиксирован к раме 1 вертикальными _Л_ - образными планками 6. В нижней части стойки 2 установлены лемеха 7. На наружной поверхности лемехов предусмотрены треугольные рыхлительные выступы 8, наружные ребра которых смещены к стойке 2 под углом «5» относительно направления движения глубокорыхлителя-удобрителя. Продолжение рыхлительных выступов за кромкой лемеха выполнено в виде зубьев.

Рисунок 1

Для подачи туковоздушной смеси от тукопровода в подлемешное пространство предусмотрены распределительные сопла 9. Лемеха 7 закреплены к стойке 2 с помощью башмака 10.

Треугольные рыхлительные выступы 8 имеют внутреннюю полость, которая соединена окнами 11 с подлемешным пространством тукопроводом 11а.

Для установки необходимой глубины обработки на дисковом ноже предусмотрены реборды 12.

Крепление ножа с помощью _П_ - образных планок 4, 6 позволяет производить установку на диск ограничительных реборд 12 и использовать его как опорное колесо, обеспечивающее заданную глубину обработки.

В верхней части глубокорыхлителя-удобрителя установлен туковысевающий аппарат 13, вентилятор 14, напорный трубопровод 15, который сопряжен с туковысе-вающим аппаратом с помощью смесительной камеры.

Привод туковысевающего аппарата выполнен от вала дискового ножа через цепную передачу (не показаны). Привод вентилятора выполнен от гидромотора.

Глубокорыхлитель-удобритель работает следующим образом.

При установившемся движении по поверхности поля лезвийная часть вертикального дискового ножа 5 разрезает корнесодержащий пласт почвы на необходимую глубину обработки, что предотвращает обволакивание стойки 2 растительными и корневыми остатками и снижает тяговое сопротивление глубокорыхлителя-удобрителя. Лемехи 7 подрезают пласт в горизонтальной плоскости, производят его подъём под углом а и предварительное крошение.

Треугольные рыхлительные выступы 8 разрезают поднимаемый пласт в вертикальной плоскости и производят его крошение. Благодаря углу а крошения лемехов 7 пласт почвы поднимается, а под лемехами 7 образуется свободное пространство. В это свободное пространство через распределительные сопла 9 и тукопровод 11а подаются порошкообразные и гранулированные удобрения совместно с воздушным потоком, создаваемым вентилятором 14 орудия. Смесь удобрений с воздухом через окна 11 поступает во внутреннюю полость треугольных рыхлительных выступов и подаётся в разрушенный зубьями сходящий с лемеха 7 пласт почвы. При этом удобрения равномерно распределяются на всей глубине обработанной почвы, оптимально используются корневой системой растений, что значительно повышает урожайность сельскохозяйственных культур. Так как наружное ребро треугольных рыхлительных выступов смещено к стойке под углом «¿», то разрушенный почвенный пласт сдвигается к стойке 2 и после прохода за стойкой не образуется развальной борозды.

После прохода глубокорыхлителя-удобрителя образуется выровненная поверхность, наиболее приспособленная к посеву сельскохозяйственных культур, что значительно снижает трудоёмкость подготовки почвы к посеву.

Одним из важнейших параметров глубокорыхлителя-удобрителя является характеристика воздушного потока, который является несущей средой удобрений [1]. Основной задачей воздушного потока является равномерное распределение удобрений по всему пахотному горизонту, поэтому необходимо обосновать производительность и напор вентилятора, обеспечивающего транспортировку удобрений от туковысевающе-го аппарата.

Производительность вентилятора зависит от процентного соотношения туковоз-душной смеси и необходимой нормы внесения удобрений. Насыщенность потока воздуха частицами транспортируемого материала служит характеристикой аэросмеси и определяет режим работы пневмотранспортной установки.

Различают весовую и объемную концентрацию смеси. Коэффициентом весовой концентрации смеси называется отношение весового количества материала Ом к весовому количеству воздуха Gв, поступающих в тукопровод 3 в единицу времени [3] /л= —

кг/кг (1).

Коэффициент объемной концентрации р определяется по формуле

р = = -м— = ¡л— м3/м3, (2)

О — — —

в в м / м

где Qм и Qв - соответственно количество материала и воздуха в м , поступивших в тукопровод 3 в единицу времени; ув и ум - соответственно удельный вес воздуха и материала в кг/м3.

Из уравнения (2) определяется количество воздуха, транспортирующего удобрения в единицу времени

О = ОмК = м3. (3)

—вЛ —л

3 —— 3

Для обычного воздуха ув = 1,2 кг/м или Ов = —— м . (4)

1,2л

При расчете транспортировки удобрений принимаем ^=0,5.. .0,6 [1].

Окончательно производительность вентилятора определяется для данного конкретного случая из уравнения Qв = 1,4 Ом м . (4)

Необходимый напор вентилятора определяется с учетом потерь давления в магистрали от вентилятора до распределительных сопел 9 и необходимого напора для насыщения пахотного горизонта минеральными удобрениями (динамическое

2, Г V2

2\ ¡см

давление кг/м )

2 Я

Возникающие потери от вентилятора до распределительных сопел включают потери по длине Ие и местные Им

Н = Не + Им.

Потери по длине определяются по уравнению Дарси-Вейсбаха

I V2

К =Л~—; (5)

где ^ = 64 - коэффициент гидравлического трения по длине (коэффициент Дарси); I -

Ке

длина тукопровода; ё - диаметр тукопровода; V - скорость потока; g - ускорение свободного падения; Яе - число Рейнольдса.

По упрощенной формуле Ие = Я1 кг/м , где Я - удельные потери давления на трение на 1 м воздуховода определяется по таблицам Шевелева Д.А. [6].

В разработанной нами конструкции имеются следующие местные сопротивления:

у V2

' / см н.т.

1. В сопряжении напорный патрубок - напорный трубопровод 15 Км1 = Ь1

2Я

где С - коэффициент местного сопротивления в сопряжении (£с=0,7); Ун.т. - скорость потока в напорном трубопроводе м/с; усм - удельный вес туковоздушной смеси в кг/м3; g - ускорение свободного падения.

2. В смесителе при заборе удобрений из туковысевающего аппарата 13

у V2

р. _ г /см см.

Км2 = Ь с

2я

При заборе удобрений из туковысевающего аппарата 13 С = 1,8.

у V2

3. В закруглении кожуха 3 тукопровода кмЪ = Ь3 см з. .

2 Я

Коэффициент местного сопротивления для закругления = 0,3.

/тг тг \ 2

4. При выходе из распределительных сопел 9 Кмеых =Уы—1-2—, где V1 -

2 Я

скорость туковоздушной смеси в распределительных соплах в м/сек; V2 - скорость туковоздушной смеси в тукопроводе 11а.

Скорость V туковоздушной смеси в распределительных соплах 9 и тукопроводе

11а, определяется из уравнения расхода Qсм = а Vсм или ^ = , где а - площадь

а

живого сечения потока; У1см = , где гс - радиус сопла; n - число сопел; V2CM = Qcm,

ттгс n щ

где гт - радиус тукопровода.

Гс« V 2

5. При выходе из-под рыхлительных выступов 8 h 5 = Ç5 см р '.

2 g

Местные сопротивления определяются как при повороте потока на 900 Ç5 = 1,0.

6. Потери напора при насыщении разрыхленного слоя почвы удобрениями

V V2

hf6 =С6 = 0M2MVn2om (кг / м2) [3]. 2g

Для равномерного распределения удобрений по всему пахотному горизонту скорость туковоздушной смеси находится в пределах Vno4e = 2,85-3,19 м/с [4].

Окончательно местные сопротивления определяются из уравнения

hM Ьм1+Ьм2+Ьм3+Ьм eux+hM5+hM6-

После подстановки значений получаем

( Q Q Y

ZLsCM _ г^СМ

2 2

h = 0,046VV + 0,09v V2 + 0,015V V2 + v ^^—+ 0,05V2V + 0,057V2 .

M ? нт/ CM ? / CM CM ? / см з * CM ^ ? рз CM ? почв

2 g

По производительности и напору выбирается необходимая марка вентилятора, а так же гидромотор для привода.

Библиографический список

1. Вейсман, М.Р. Вентиляционные и пневмотранспортные установки [Текст]/ М.Р. Вейсман, И.Я. Грубиян. - М.: Колос, 1969. - 256 с.

2. Кленин, Н.И. Сельскохозяйственные машины [Текст]/ Н.И. Кленин, С.Н. Киселев, А.Г. Левшин. - М. : КолосС, 2008. - 816 с.: ил.

3. Малис, А.Я. Пневматический транспорт для сыпучих материалов [Текст] /А.Я. Малис, М.Г. Касторных. - М. : Агропромиздат, 1985. - 344 с., ил.

4. Новохатский, В.М. Повышение качества внутрипочвенного внесения твердых минеральных удобрений при основной безотвальной обработке почвы путем совершенствования параметров пневматического тукораспределительного устройства [Текст]: дис. канд. техн. наук/ В.М. Новохатский. - Волгоград, 2009. - 146 с., ил.

5. Плоскорез-глубокорыхлитель удобритель [Текст] : патент 2490845 С1 Российская Федерация А 01 В 49/06, А 01 С 7/20. / В.Г. Абезин, А.Л. Сальников, В.Н. Руденко, А.Г. Беспалов. - Заявка: 2011152896/13; заявлено 15.02.2012; опубл. 27.08.2013; Бюл. № 24 - 7 с.

6. Шевелев, Ф.А. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб [Текст]: справ. пособие / Ф.А. Шевелев, А.Ф. Шевелев. - 6-е изд. доп. и перераб. - М.: Стройиздат, 1984. - 116 с.

E-mail: pniiemt@yandex.ru