CC BY
20
УДК 631.531.027.2
А. В. ЧЕРВЯКОВ, С. В. КУРЗЕНКОВ, Д. А. МИХЕЕВ
ОБОСНОВАНИЕ ГРАНИЦ ВАРЬИРОВАНИЯ КОНУСНОСТИ И УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ДНИЩА КАМЕРЫ ДРАЖИРАТОРА
(Поступила в редакцию 09.04.14)
В статье изложены результаты теоретических и экспе- The article presents results of theoretical and experimental
риментальных исследований движения семенного материала research into the movement of seed material along mobile bot-
по подвижному днищу камеры дражиратора. Представлен tom of granulator chamber. We have presented analytical con-
аналитический вывод и методика реализации в МаthCad ма- clusion and methods of realization in MathCad of mathematical
тематической модели, позволяющая определить нижнюю model, which helps to determine lower limit of varying of angle
границу варьирования угловой скорости и угол наклона обра- velocity and the angle of slope of granulator chamber bottom,
зующей днища камеры дражиратора, выполненного в форме made in the form of reverse truncated cone. We have processed
обратного, усеченного конуса. Обработаны результаты экс- the results of experimental research, which help to confirm the-
периментальных данных, позволяющие подтвердить теоре- oretical research and determine the interval of varying of angle
тические исследования и определить интервал варьирования of slope of rotating bottom of granulator. Results of work can be
угла наклона вращающегося днища дражиратора. Результа- used for modeling of different conditions of granulating of seeds
ты работы могут быть использованы для моделирования of crops with the aim of intensification of this process. различных условий дражирования семян сельскохозяйственных культур с целью интенсификации данного процесса.
Введение
В современных условиях для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур, снижения затрат на их производство, необходимы технологии обработки, учитывающие особенности и свойства каждой культуры, ее потребности в питательных веществах по фазам развития, специфику ее посева и возделывания. Технология дражирования является перспективной для сельского хозяйства стран СНГ и Республики Беларусь, а создание эффективного оборудования представляется актуальной проблемой. Дражирование - способ обработки семян путем обволакивания их поверхности защитной питательной оболочкой правильной формы. Использование «семенного драже» позволяет обеспечить более равномерный высев семян, сократить в 2-3 раза затраты труда на обработку посевов, способствует экономии на 30-40 % посевного материала, улучшает условия роста растений, способствует более скорому прорастанию растений и повышению полевой их всхожести [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 81.
Целью данной работы являлось - проанализировать результаты теоретических и экспериментальных исследований движения семян по подвижному днищу камеры дражиратора (поверхности обратного конуса), для определения границ варьирования угловой скорости вращения и угла наклона образующей обратного конуса днища дражиратора.
Анализ источников
Анализ материалов [2, 3, 4] показывает, что динамика движения семян в камере дражиратора зависит от конструктивных и кинематических параметров ее подвижной части. В случае, когда подвижная часть камеры выполнена в форме обратного, усеченного конуса, такими параметрами являются: конусность - 0 (рад), диаметр нижнего основания - г0 (м), высота - H (м), а также угловая скорость вращения - со (с1). При этом существует широкий диапазон изменения приведенных параметров, при которых семенной материал будет совершать спиралевидное движение вверх с переходом на неподвижный цилиндрический корпус. Это означает, что влияние приведенных параметров должно быть изучено и уточнено в экспериментальных и теоретических исследованиях.
В УО БГСХА совместно c сотрудниками НПП «Белама плюс» (г. Орша) был разработан экспериментальный дражиратор, предназначенный для послойного нанесения питательно-защитных компонентов на поверхность семян. Подробное описание данного оборудования и принцип его работы рассмотрен в источниках [2, 5]. Особенность рабочей камеры дражиратора заключается в том, что она состоит из двух частей: цилиндрического неподвижного корпуса (или статора) и вращающегося днища (ротора), выполненного в виде усеченной конической поверхности, обращенной меньшим основанием вниз. Расположение узлов и механизмов внутри камеры дражирования позволяет совместить операции ввода необходимого количества жидкого и порошкообразного компонентов, его равномерное распределение в порции семян. Интенсификация процесса смешивания и наслаивания в предлагаемой установке достигается за счет активного взаимодействия семян с вводимыми компонентами. Для этого семенам придается движение, при котором они образуют внешнюю завесу при движении вверх, совпадающую по форме с коническим ротором, а затем, отражаясь, - формируют внутреннюю завесу при падении в основание ротора. Распределение компонентов в поток семян производится в процессе их движения в качестве внутренней завесы, а наслаивание и уплотнение при взаимодействии со стенками во время подъема.
Методы исследования
Нами предлагается анализ теоретических и эмпирических зависимостей, позволяющих определить рациональные интервалы варьирования конусности вращающегося днища камеры дражиратора и его угловой скорости.
Основная часть
Динамика движения семян в камере дражиратора предлагаемой конструкции зависит от конструктивных параметров ее подвижной части (днища) и режимов вращения [3, 4]. В случае, когда днище камеры дражиратора имеет коническую форму, такими параметрами являются: конусность - в (рад), диаметр нижнего основания - г0 (м), высота - Н (м), а также угловая скорость вращения - со (с1).
В приведенных ниже исследованиях нас интересовало влияние конусности и угловой скорости вращения днища на динамику движения семян в рабочей камере дражиратора. Ставилась задача ограничить диапазон изменения данных параметров только теми значениями, которые позволяют:
1) стабильно двигаться семенам вверх по вращающемуся днищу с переходом на неподвижный цилиндрический корпус;
2) избегать повреждения семян,
3) не допустить необоснованного увеличения металлоемкости установки.
В результате теоретических исследований [4] была получена система дифференциальных уравнений:
р - р-(о)-ф)2 ■ ят2 (0) - g • соя(в)--р
т ■ V
.. 9 . Л|ЛН .
=»;-8И1(0)- g + р -(СО- Ф)2 -СО$(0)
= ^р2 +(р-(со-ф)-ьт(0))2,
- определяющая в сферической системе координат траекторию движения семени по подвижной конической части дражиратора. В данной системе дифференциальных уравнений приняты следующие обозначения: 0 - конусность подвижной части рабочей камеры; со - ее угловая скорость; т - масса материальной точки; g - ускорение свободного падения тела; /- коэффициент трения; /V - величина
вектора нормальной реакции; - величина вектора скорости точки; р - радиус-вектор точки; ф - долгота точки; р - скорость изменения радиус-вектора точки; ф - скорость изменения долготы точки;
— риф — проекции ускорения материальной точки на соответствующие оси сферической системы координат. Методика реализации ее в МаthCad была показана в источнике [4].
Анализ решения этой системы в математическом пакете МаthCad позволил определить минимальные значения угловой скорости при фиксированных углах наклона образующей обратного конуса, для которых материальная точка (семя) совершает спиралевидное движение вверх, достигая при этом верхней кромки подвижной части. Условия начала движения семени вверх по поверхности обратного конуса при заданном коэффициенте трения /=0.3 определяются теоретической зависимостью (рис. 1.)
(О/г)
\ / /
Л - :
Л , N О/
; X У
ю 20 зам 50 60 70 во 90
зона неэффективного испо/ьэоВания
- Теоретическая эабиатость
---Экспериментальная зависимость
Рис. 1. Условия подъема семенного материала
Анализ данной зависимости показывает, что для подъема материальной точки (семени) при конусности подвижной части от 0 до 40° требуется угловая скорость в 1,5-3,5 раза большая, чем в диапазоне от 40 до 90°. Поэтому использование конусности подвижной части камеры дражирования в диапазоне от 0 до 40° для подъема вверх семенного материала является неэффективным при проведении дальнейших экспериментальных исследований и проектировании рабочего органа, предлагаемого типа.
Для подтверждения данных выводов были проведены экспериментальные исследования, результаты которых определяют эмпирическую зависимость (рис 1). В качестве материала использовались семена свеклы. Исследования проводились в рабочей камере с диаметром цилиндрического корпуса Орк =0,5 м, радиусом основания подвижной части г0 =0,1 м и изменяющейся ее высотой, зависящей от конусности устройства.
Эксперименты проводились по следующей методике.
Семя свеклы помещалось в рабочую камеру дражиратора на вращающееся днище, выполненное в форме обратного, усеченного конуса. Затем производилось постепенное увеличение угловой скоро-
сти вращения днища и наблюдение за состоянием семени в рабочей камере. По достижению угловой скорости, при которой семя начинало двигаться вверх по поверхности обратного конуса, данное значение фиксировалось. Аналогичные действия проводились при разных углах наклона обратного конуса, вращающегося днища дражиратора. Таким образом, была получена зависимость угловой скорости вращения и угла наклона образующей обратного конуса (днища), при которой семя свеклы начинает свое движение вверх по поверхности днища.
Проанализировав данные зависимости, можно сделать вывод о схожести поведения эмпирической и теоретической кривой. Их незначительные расхождения объясняются влиянием погрешностей коэффициента трения, измерения угловой скорости и угла наклона образующей подвижной части дражиратора. Экспериментальные исследования подтвердили правомочность рассмотрения в дальнейших исследованиях конусности подвижной части дражиратора (днища) в пределах от 40 до 90°. При этом угловая скорость вращения днища не должна быть меньше 10 с"1.
Анализируя конструктивные особенности предлагаемой установки, можно сделать вывод, что есть предельная граница конусности, превышать которую нецелесообразно, с точки зрения технологичности процесса.
Конусность подвижной части дражиратора влияет на его производительность. Объем порции семенного материала ограничен вместимостью вращающейся части дражиратора, которую можно определить по формуле [3]:
1
■ Iя2+зя-я0+зя(?,,
где H - высота подвижной части;
щ =
Зависимость вместимости днища рабочей камеры дражиратора от изменения угла в при фиксированных значениях его оснований (г0 =0,1 м, Ло=0,25 м) приведена на рис. 2. Она показывает, что при конусности устройства в более 70° объем обрабатываемого за цикл семенного материала ограничен 0,005 м3 (примерно 5 л), а при фактической загрузке от 5 до 20 %, согласно источникам [3], технологичность данного процесса теряется из-за низкой производительности.
Ум'
0.01 0.025-0.02
0.01 от
о 10 20 30 40 50 60 70 80 90 в' Рис. 2. Зависимость вместимости днища рабочей камеры дражиратора от изменения угла наклона конуса днища
С другой стороны, конусность влияет на габариты рабочей камеры дражиратора, а значит на компактность (металлоемкость) установки и, как следствие, на энергетические затраты по ее эксплуатации. Расчеты показывают, что при конусности более 60° и одинаковой вместимости днища камеры дражиратора, его верхний диаметр увеличивается на 25-50 %, соответственно увеличивается и неподвижный цилиндрический корпус камеры дражиратора.
В данном случае увеличивается также вероятность повреждения семенного материала при переходе его с подвижной части на цилиндрический корпус, так как угол между этими элементами стремится к 90°, что приводит к прямому удару их о стенку корпуса.
Для более конкретной оценки предела изменения конусности днища дражиратора были произведены экспериментальные исследования, результатом которых явилась зависимость подъема семян
Зоиа неэффективного использования
Рис. 3. Зависимость высоты подъема семян по цилиндрическому корпусу от угла наклона конуса днища дражиратора
к
о
Можно сделать вывод, что высота подъема семян увеличивается по параболической зависимости при уменьшении угла наклона конуса 0. Высота подъема семян по неподвижной цилиндрической поверхности камеры дражиратора начинает более резко увеличиваться при сходе их с конической поверхности вращающегося днища дражиратора, в рамках интервала изменения угла 0 менее 65°.
Интервал с углами, превышающий 65°, будет неэффективен, поскольку для качественного нанесения оболочки, семена должны устойчиво подниматься на определенную высоту, достаточную для равномерного нанесения питательной оболочки.
Заключение
В результате теоретических и экспериментальных исследований движения семян по подвижному днищу камеры дражиратора, выполненного в форме обратного, усеченного конуса, были получены зависимости рис. 1, 2, 3 , позволившие определить нижнюю границу варьирования угловой скорости вращения днища, а также определить рациональный интервал изменения угла наклона образующей обратного конуса, днища дражиратора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Червяков, А. В. Повышение посевных качеств семенного материала методом дражирования / А. В. Червяков, С. В. Курзенков, Д. А. Михеев // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы Между-нар. научно-практ. конф., Минск, 19-20 октября 2010 г. в 2 томах. Т 1: НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства. - Минск, 2010. - С. 70-74.
2. Червяков, А. В .Теоретические исследования движения семян по поверхности камеры смешивания центробежного дражиратора / А. В. Червяков, С. В. Курзенков, Д. А. Михеев // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2011. - № 1. - С. 146-153.
3. Червяков, А. В. Изучение динамики движения семенного материала по вращающейся конической части камеры дражиратора / А. В. Червяков, С. В. Курзенков, Д. А. Михеев // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - № 2. - С. 131-137.
4. Червяков, А. В. Динамика движения семенного материала по неподвижной цилиндрической части камеры дражиратора / А. В. Червяков, С. В. Курзенков, Д. А. Михеев // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - № 4. - С. 123-128.
5. Устройство для дражирования семян: пат.8750 Респ. Беларусь. МПК А 01С1/06 / А. В. Червяков, С. В. Курзенков, Д. А. Михеев, Р. В. Новиков, С. Л. Червякова, Е. А. Червякова; заявитель ООО «Научно-производственное предприятие Белама плюс». - № u 20120165; заявл. 17.02.2012; опубл. 30.12.2012 // Афшыйны бюл. / Нац. Центр штэлектуал. уласнасщ. -2012. - № 6. - С. 171.
6. Мухин, В. Д. Дражирование семян сельскохозяйственных культур / В. Д. Мухин. - М.: Колос, 1971. - 95 с.
7. Яковлева, И. Г. Механизация изготовления и посева дражированных семян сельскохозяйственных культур / И. Г. Яковлева. - Ф.: Кыргыстан, 1971. - 76 с.
8. Кротова, О. А. Предпосевная подготовка семян овощных культур / О. А. Кротова. - Тула, 1965. - 38 с.
УДК 638.1:539.3
В. Р. ПЕТРОВЕЦ, И. С. СЕРЯКОВ, В. А. ГАЙДУКОВ, А. Н. ШЕРШНЕВ
ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ФАКТОРА В ДВУХБЛОЧНОМ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОМ ПЧЕЛИНОМ УЛЬЕ
(Поступила в редакцию 14.04.14)
В статье показана связь и дано научное обоснование пря- The article shows the relation and gives scientific basing of
мой зависимости сохранности пчелиного расплода и полноцен- the direct dependence of viability of bee brood and full devel-
ного развития всех особей пчелиной семьи от условий микро- opment of all bees of the bee family on the microclimatic condi-
климата гнезда. Его зависимость от внешней температуры, и tions of the hive. We have also shown its dependence on the
также необходимость применения механического модуля external temperature and the necessity to apply mechanical
технологической перегородки в создании оптимальных условий module of technological wall for the creation of optimal condi-
микроклимата гнезда. Дана электрическая схема управления tions of hive microclimate. We have shown electrical scheme of
механическим модулем технологической перегородки двух- operation of mechanical module of technological wall of two-
блочного пчелиного улья. Указаны их конструктивные особен- block beehive. We have pointed out their constructive peculiari-
ности, представлена оптимальная комплектация. ties and presented their optimal set.
Введение
С каждым годом все большее значение приобретает эффективное использование пчел на опылении сельскохозяйственных энтомофильных культур. Установлено, что медоносные пчелы совершают 80-90 % всей работы по опылению сельскохозяйственных растений, а остальная часть приходится на долю диких насекомых. В связи с этим ускоренными темпами совершенствуется и промышленная технология производства пчеловодной продукции. Основа ее - высокая производительность труда пчеловодов, которая немыслима без использования современного оборудования на пасеках. О применении специального инвентаря и оборудования при уходе за пчелами известно очень давно, однако
