CC BY
4Технические науки
43
2014. - № 08 (102). - S. 864- 876. - Rezhim dostupa: http://ej.kubagro.ru/2014/08/pdf/54.pdf, 0,812 у.п.л. 4. Li, R.I. Osnovy nauchnykh issledovaniy [Tekst]: ucheb. posob. /R.I. Li. - Lipeczk: LGTU, 2013. - 190 s
УДК 001.8:631.333
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗДУШНО-МИНЕРАЛЬНОИ СМЕСИ В ШТАНГАХ МАШИНЫ ДЛЯ РАССЕИВАНИЯ ТВЕРДЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИИ
КУЛЕШОВ Михаил Сергеевич, аспирант ФГБНУ ВНИМС, e-mail: vnimsot7@mail.ru,
Многочисленными исследованиями установлено, что от характера распределения дозы удобрений по полю зависит средняя урожайность сельскохозяйственных культур. С ростом неравномерности рассеивания удобрений значительно ухудшается отзывчивость растений на удобрения. Неравномерное внесение удобрений оказывает существенное влияние на свойства урожая (снижает его технологические и биологические достоинства, способствует накоплению нитратов в сельскохозяйственных культурах), а также приводит к загрязнению окружающей среды. Для распределения минеральных удобрений наибольшее распространение получили центробежные и штанговые аппараты, которые удовлетворительно вносят удобрения, но не обеспечивают требуемого качества распределения частиц по полю. Следует отметить, что центробежные аппараты обладают неравномерностью свыше 25%, а штанговые - около 10%. В этой связи разработка технологических процессов и рабочих органов машин, обеспечивающих адаптированное к видам минерального питания растений внесение удобрений, обоснование способов контроля и управления технологическими процессами является важной научной проблемой. При движении потока воздушно-минеральной смеси по каналам штанг часто возникают потери энергии потока в разных участках. В данной статье приводятся расчеты, которые показывают потери в конкретных участках и по всей длине штанги. Для более правильной работы системы необходимо стабилизировать ее. Сделав определенные расчеты, можно понять, на каких участках штанги происходят наибольшие потери, можно также рассчитать оптимальную мощность потока. Сокращение потерь приведет к меньшим затратам энергии и, соответственно, к более корректной работе всей системы.
Ключевые слова: потери, воздушно-минеральная смесь, минеральные удобрения, штанговые машины.
Введение
Исследованиями установлено, что при движении воздушно-минеральной смеси в штангах энергия потока расходуется на преодоление сопротивления движению (потери напора). При этом возникающее движение воздушно-минеральной смеси можно разделить на два вида:
1)сопротивление по длине штанги, обусловленное силами трения;
2) местные сопротивления, обусловленные изменением скорости потока по величине и направлению.
В предлагаемой статье мы будем рассматривать потери на разных участках каналов штанги
штанговой машины для внесения твердых минеральных удобрений. Согласно вычислениям можно будет определить, где их будет больше и как можно их уменьшить.
Объекты и методика исследования В данной работе мы исследуем потери напора потока по всей длине штанги, а также местные потери. Рассмотрим так же потери, возникающие при обтекании отверстия эжектора.
Теоретическая часть На рисунке 1 графически изображены потери напора по длине штанги и потери на каждом участке.
1 - вентилятор; 2 - штанга; 3 - эжектор Рис.1 - Схема потерь давления воздушно-минеральной смеси в штанге машины для рассеивания
удобрений по поверхности поля
_© Кулешов М. С. 2015г_
ф
Вестник РГАТУ, № 3 (27), 2015
Из рисунка 1 следует, что потери по длине штанги зависят от длины участка: чем длиннее участок, на котором подсчитываются потери, тем больше их величина.
Местные потери возникают в местах изменений конфигурации штанги, приводящих к изменению и деформации эпюр распределения скоростей. На изменение концентрации потока расходуется дополнительная его энергия ^К
При достаточном удалении местных сопротивлений друг от друга потери можно определить по формуле:
где ХЛ - сумма потерь по длине штанги;
V/, - сумма местных потерь на рассматриваемой
длине штанги.
Таким образом, в конце первого участка потери
по длине равны к^ , а местные потери вызваны эжектором.
На конце второго участка потери составят по длине у к = к. + к ,
г г1 г2
сумма местных потерь У к =Ик + к^
Суммарные потери по длине штанги в конце второго участка составят:
у к = к + к + к + к
* г г 2 л л
(2)
Я£ = 02^2 = Яз£з = Я£
(4)
(6)
коэффициент гидравлического
£ -
сопротивления по длине штанги; £л - коэффициент местных сопротивлений;
Ьв- коэффициент гидравлического сопротивления вентилятора.
Для определения потерь напора по длине штанги можно воспользоваться формулой Шези [1]
(7)
Я - общий расход воздушно-минеральной смеси по длине штанги, л/с;
Ж - расход воздуха, л/с;
£ - коэффициент гидравлического сопротивления;
Я - радиус штанги гидравлический, м. Знаменатель в формуле (7) зависит от геометрических размеров потока и шероховатости стенок трубы.
Обозначим модуль расхода как к = Тогда формулу Шези можно записать в виде
к
0 к2
(8)
Общие потери равны алгебраической сумме потерь по длине штанги и местных потерь на рассматриваемом участке:
2Х=5Л+2>л (3)
>=1 /=1
Уравнение же расхода воздушно-минеральной смеси по эжекторам штанги примет вид:
Местные потери напора можно вычислить по формуле Вейсбаха:
V2 к = £ — 1 2^
Потери, возникающие при обтекании эжектора, можно выразить формулой:
к.
уе
£ V
где Яп - расход объема воздушно-минеральной смеси на п-ом участке, л/с;
Е, - коэффициент гидравлического сопротивления по участкам штанги.
Тогда общий расход объемов воздушно-минеральной смеси составит:
Тогда общий расход объемов воздушно-минеральной смеси составит:
Яш =£ (Я + 02 + 03 +.....+Яп) (5)
2 ^ (9) Для определения расхода воздушно-минеральной смеси через эжектор можно воспользоваться уравнением Бернулли [2].
У
V1 о
атм +-
2 Ш
У
(10)
Тогда, подставив выражение (9) в выражение (10), имеем:
(11)
Напор нагнетания в таком случаи можно записать в виде:
(12)
В этом случае расход воздушно-минеральной
Технические науки
-з
смеси через эжектор примет вид:
(13)
где / - коэффициент расхода;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
£ - площадь отверстия эжектора, м2 . Тогда уравнение баланса истечения воздушно-минеральной смеси из эжекторов запишем в виде:
(14)
где ^. - коэффициент местных сопротивлений;
- коэффициент сопротивления вентилятора [2].
Результаты и выводы
В данной работе мы рассмотрели потери энер-
гии потока по всей длине штанги и в отдельных ее участках, провели расчеты, позволяющие узнать, где и как это происходит. Если поток будет более равномерным и число потери его напора уменьшатся, то система будет работать более корректно и с меньшими затратами энергии.
Список литературы
1. Киселев, П. Г. Справочник по гидравлическим расчетам [Текст] / П. Г. Киселев. - М. : Энергия, 1972. - 312 с.
2. Лайцянский, Л. Г. Механика жидкости и газов [Текст] / Л. Г. Лайцянский. - М. : Дрофа, 2003. -842 с.
3. Хмыров, В. Д. Исследования процесса распределения воздушного потока в воздуховодных трубах [Текст] / В. Д. Хмыров, В. Б. Куденко, Б. С. Труфанов // Вестник Мич ГАУ. - 2008. - № 2, - С. 60-64.
4. Кулешов, М. С. К вопросу создания машины для подкормки зерновых культур [Текст] / М. С. Кулешов // Проблемы механизации агрохимического обслуживания сельского хозяйства : сб. науч. тр. / ГНУ ВНИМС. - Рязань: ГНУ ВНИМС, 2013. - С.121-126.
NVESTIGATION OF THE PROCESS OF AIR-MINERAL MIXTURE SPREAD IN CAR RODS TO DIFFUSE
SOLID MINERAL FERTILIZERS
Kuleshov Mikhail S., Graduate student FGBNU VNIMS, e-mail: vnimsot7@mail.ru
Numerous studies have found that the nature of the dose distribution of fertilizer on the field depends on the average yield of crops. With the growth of uneven dispersion is much worse responsiveness fertilizer plant fertilizer. Uneven fertilizer has a significant influence on the properties of the crop (reduces its technological and biological advantages, contributes to the accumulation of nitrates in crops), and also leads to environmental pollution. For the distribution of fertilizer most common are centrifugal and rod devices that adequately fertilized, but do not provide the required quality of the particle distribution in the field. However, it should be noted that the centrifugal device has unevenness exceeding 25% and about 10% rod. In this regard, the development of technological processes and working bodies of machines, providing adapted to the types of mineral fertilizer plant nutrition, study ways to control and process control is an important scientific problem.When driving the air-flow channels mineral mixture rods often have energy losses in various flow sections. This article describes the calculations that show loss in specific areas and the entire length of the rod. For proper operation of the system it is necessary to stabilize it. Make certain calculations, it is possible to understand what areas of the bar occurs most losses. You can also calculate the optimal power flow. Reduction of losses will lead to lower energy consumption, and thus to a correct working of the whole system.
Key words: loss, air-mineral mix, fertilizer, rod machine.
Literatura
1. Kiselev, P.G. Spravochnik po gidravlicheskim raschetam [Tekst] / P.G. Kiselev. - M. : Ehnergiya, 1972. - 312 s.
2. Layczyanskiy, L.G. Mekhanika zhidkosti i gazov [Tekst] / L.G. Layczyanskiy. - M. : Drofa, 2003. - 842 s.
3. Khmyrov, V.D. Issledovaniya processa raspredeleniya vozdushnogo potoka v vozdukhovodnykh trubakh [Tekst] /V.D. Khmyrov, V.B. Kudenko, B.S. Trufanov //Vestnik Mich GAU. - 2008. - № 2, - S. 60-64.
4. Kuleshov, M.S. K voprosu sozdaniya mashiny dlya podkormki zernovykh kul'tur [Tekst]/M.S. Kuleshov // Problemy mekhanizacii agrochimicheskogo obsluzhivaniya sel'skogo khozyaystva : sb. nauch. tr. / GNU VNIMS. - Ryazan': GNU VNIMS, 2013. - S.121-126.
