Обоснование параметров дозирующего устройства для дифференцированного внесения жидких агрохими катов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 631.348

П.А. Юнкин

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДОЗИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ ЖИДКИХ АГРОХИМИКАТОВ

Одно из современных и развивающихся направлений в растениеводстве - точное земледелие, при котором учитывается неоднородность состояния каждого фрагмента обрабатываемого поля. С учетом агротехнических и экологических требований дозирующее устройство машин химизации, используемых в точном земледелии, должно отвечать особым требованиям, среди которых точность дозирования материала, удобство в управлении при простоте конструкции и ее надежности.

Автор предлагает один из видов разработанного им дозирующего устройства для внесения жидких агрохимикатов.

Разработанное нами дозирующее устройство (рис. 1) для дифференцированного внесения жидких агрохимикатов содержит дозирующую головку с золотником 4 с возможностью перемещения по ширине над патрубками конусообразной формы 3. К входу дозирующей головки подведены электроуправляемые клапаны 5, а также нагнетательная арматура для подачи рабочей жидкости из заправочных емкостей 7. Шина и патрубки конусообразной формы установлены на раме полевого агрегата поперек направлению его движения с шагом 15 см.

При движении агрегата по полю со скоростью Va(t) в дозирующую головку под давлением P(t) поступает рабочая жидкость. При перемещении головки вдоль направляющей шины открытием электроуправ-ляемого клапана обеспечивается подача определенной рабочей жидкости поочередно в каждый конусообразный патрубок без изменения скорости и характера движения головки.

Дифференцированное внесение жидкого агрохимиката обеспечивается заданным временем tm открытия электроуправляемого клапана при перемещении головки по направляющей шине над конусообразными патрубками для каждого патрубка отдельно. Из патрубков рабочая жидкость поступает к рабочим органам (сошникам) и далее к обрабатываемому объекту. Управление электромагнитными клапанами, а соответственно подачей рабочей жидкости к каждому обрабатываемому фрагменту поля, осуществляется по заданному алгоритму блоком управления 9, установленного в кабине трактора.

Рис. 1. Лабораторная установка: 1 - рама с направляющей шиной; 2 - электродвигатель;

3 - конусообразные питатели; 4 - головка с золотником; 5 - электромагнитные клапаны;

6 - нагнетатель; 7 - емкости для агрохимикатов; 8 - датчики давления; 9 - блок управления

Для обоснования параметров работы дозирующего устройства проведены лабораторные исследования методом планирования эксперимента [2-3; 5].

При проведения эксперимента изучалось влияние на точность дозирования трех факторов: давления рабочей жидкости Р скорости перемещения головки вдоль ширины \4, и времени открытия клапана Ьл без изменения скорости движения агрегата. Выбранные факторы оказывают наиболее существенное влияние на качество технологического процесса работы дозирующего устройства, а именно распределение рабочей жидкости по ширине установки.

Для выбора метода и составления плана проведения эксперимента проводилось исследование объекта на основе априорной информации и предварительных опытов, было установлено, что влияние факторов на полученный результат представляет собой не линейную, а квадратичную зависимость, что свидетельствует о принадлежности плана проведения эксперимента к планам второго порядка, предпочтение было отдано D-оптимальным планам.

Для выполнения условия совместимости и независимости факторов, фактор «время открытия клапана» бот заменен на длину участка открытого клапана ^ так как при варьировании скорости движения головки варьируется и время открытия клапана, что искажает методику проведения лабораторного эксперимента, а длина участка, на котором он должен открываться, остается неизменным при любой скорости движения головки.

Далее определялся центр эксперимента, интервал варьирования и уровни факторов, на основе этих данных строится матрица планировании экспериментов.

Количество опытов определялось в соответствии с таблицей 34 [2] для трехфакторного эксперимента. Матрица планирования, факторы, интервалы и уровни варьирования приведены в табл. 1.

Лабораторные опыты проводились на специально изготовленной нами лабораторной установке (рис. 1).

В качестве выходного параметра являлось количество полученной жидкости за один рабочий ход головки.

Рабочим ходом считался полный ход движения головки от начала до конца и обратно, т.е. длина пути рабочего хода составляла две ширины установки, а время рабочего хода соответственно равнялось отношению пути на скорость движения головки.

Методика проведения лабораторного исследования состояла в следующем. В соответствии с разработанным планом проведения эксперимента устанавливалась длина открытого участка клапана, а также напряжение питания на электродвигатель, что характеризовало его обороты и соответственно скорость головки. Далее включалась компрессорная установка, и доводилось давление рабочей жидкости до назначенного показания, перепускной клапан настраивался именно на это давление. Включалась лабораторная установка и производился один рабочий ход головки, при движении головки мимо каждого конусообразного питателя клапан открывался на определенное время и был открыт на той длине участка, который был выставлен до этого, при чем для каждого питателя уславливались одинаковые участки, после чего установка выключалась.

Рабочая жидкость попадала в 6 емкостей, производился замер жидкости с помощью 20-кубового шприца, точность полученных результатов составляла 1 мл. Каждый опыт имел необходимое количество повторностей. Полученные данные использовались для расчета коэффициентов регрессии уравнения регрессии второго порядка

к к к

у = Ьо + £ Ь,х, + Е Ьих,х] + Е М", (1)

> 2= ]

где Ьо - свободный член; Ь - линейные коэффициенты регрессии; Ьу - коэффициенты регрессии при взаимодействии двух факторов; х - кодированные значения факторов.

По результатам эксперимента находим члены регрессии и проверяем их значимость с помощью нахождения доверительного интервала. Одновременно проверяем адекватность полученной модели по F-критерию Фишера.

Установлено, что значимы все одиночные члены регрессии, а также взаимодействия S - расстояния в течение пути которого был открыт клапан (бот - время открытия клапана), Уг - скорости головки; значимы коэффициент квадрата третьего фактора Уг - скорости головки. Значения коэффициентов и их интервалов сведены в табл. 2.

Адекватность модели подтверждается найденным значением F-критерия Р=1,60 Рт=1,8.

Таблица 1

Матрица планирования экспериментов

Условия эксперимента Фактор

Давление (Р), МПа Длина участка открытого клапана ^), м Скорость головки (Ч), м/с

Обозначение Х1 Х2 Х3

Интервал варьирования, £ 0,1 0,06 0,16

Уровни

1 0,4 0,14 0,56

0 0,3 0,08 0,4

-1 0,2 0,02 0,24

Опыты

1 1 1 0

2 -1 -1 0

3 1 -1 0

4 -1 1 0

5 1 0 1

6 -1 0 -1

7 1 0 -1

8 -1 0 1

9 0 1 1

10 0 -1 -1

11 0 1 -1

12 0 -1 1

13 0 0 0

14 0 0 0

15 0 0 0

Таблица 2

Результаты лабораторных экспериментов

Обозначение S2b + Л ь Ь

Фактор Значение

Ьо 8,79 1,5 12,5

Ь 3,3 1,4 Хі 3,3

Х2 12,5

хз -8,3

Ь 6,6 5,8 Х12 2,4

Хіз -1,3

Х23 -6,9

Ьц 8,79 2,5 Х11 -0,2

Х22 1,3

Хзз 5,1

После приведения кодированных факторов к натуральному виду уравнение регрессии описывающего влияния трех входных факторов на расход рабочей жидкости для одного питателя за рабочий ход головки принимает следующий вид:

qрх1 = 12,5 + 33Р + 209S - 32Уг - 443SVг + 75Уг2.

(2)

Аналогичные эксперименты и обработка информации были проведены для расхода рабочей жидкости за время рабочего хода головки для одного питателя. Установлено, что остаются значимы лишь линейные коэффициенты уравнения регрессии первого и второго членов, а третий член (скорость движения головки) вообще незначим. Данный факт подверг к более глубокому изучению технологического процесса.

При аналитическом анализе расход жидкости через клапан согласно [1; 4] можно выразить следующим выражением:

Є = ^

, ^ (3)

где 5* - площадь проходного сечения клапана, м;

Р - давление перед клапаном, МПа; р - плотность жидкость равная 1000 кг/м3.

После подстановки в формулу всех имеющихся значений (с учетом того, что диаметр проходного сечения клапана равняется 3 мм) и ее преобразования к нужному виду, получим следующее выражение:

е = 0,22-103л/р , см3/с . (4)

Для нахождения расхода жидкости за рабочий ход головки для одного питателя введем параметр времени їкл , в течение которого клапан будет открыт:

qрх1 = Оікп, (5)

Б

V, (6)

г

где 5 - это длина участка, в течение которого был открыт клапан, для одного питателя, м. Для данной установки эта величина находится в пределах 0-0,14 м, величина 5 регламентируема из шага установки питателей, которые устанавливаются с шагом в 15 см. Тогда 6 примет вид:

Б

■ 0,22 -10 Ъ4Р-

см3

(7)

Данное уравнение аналогично найденному уравнению регрессии 2. По результатам эксперимента и найденным уравнениям (2) и (7) построены зависимости (рис. 2).

Чрхї .

ст'

Рис. 2. Расход рабочей жидкости для одного питателя за рабочий ход головки:

1 - по экспериментальным данным; 2 - по уравнению регрессии; 3 - по аналитическому выражению

Из рис. 2 видно, что уравнение регрессии недостаточно адекватно описывает технологический процесс по сравнению с графиком, который получен по аналитическому уравнению. Аналитическое уравнение более точно описывает график, полученный опытным путем.

Для нахождения расхода жидкости для одного питателя за время рабочего хода введем в уравнение (7) параметр времени рабочего хода головки Т, которое описывает время движения головки от одного края установки к другому и обратно, т.е. путь рабочего хода головки будет равен двум ширинам установки.

О-*

~ ^ кл

Ч — ~^-, (8)

Т

Т 2Н а

V

где На - ширина установки или агрегата, м.

01

= 0,22-103 л/Р —■

Б V

V 2На .

Из уравнения (10) видно, что скорость движения головки можно исключить.

Б

01

= 0,22-■ 103л/Р

2н , см3/с.

(9)

(10)

(11)

Уравнение (11) подтверждает проведенные эксперименты при нахождении расхода рабочей жидкости для одного питателя за время рабочего хода головки. На данную величину скорость движения головки не оказывает никакого влияния. Существенное значение имеет лишь ширина агрегата и длина пути открытия клапана, т.е. величина расхода зависит от доли открытого участка клапана ко всему участку хода головки. В ходе проведения эксперимента фактор ширины агрегата не учитывался, так как это привело бы к повышению трудоемкости проведения эксперимента и обработки информации, а выведенное аналитическое выражение более точно описывает технологический процесс, то дальнейший анализ был проведен по аналитическому выражению.

д, ст3/с

Рис. 3. Общий расход рабочей жидкости за время рабочего хода головки:

1 - по экспериментальным данным; 2 - по аналитическому выражению

Расход рабочей жидкости для всех питателей будет равен произведению расхода для одного питателя на количество питателей к„.

Ч - , (12)

=

Т

На_

0,15

= 0,22- 103л/Р-

— И„

2На 0,15'

Из (14) видно, что ширину агрегата можно исключить. После преобразования получим:

Ч — 0,7 -103 - Б - у/~Р , см3/с .

(13)

(14)

(15)

Данное аналитическое уравнение описывает влияние входных факторов на выход, также следует, что расход рабочей жидкости для всей ширины захвата установки не зависит ни от скорости движения головки, ни от ширины установки, а только от величины участка открытого клапана. Выведенное уравнение подтверждается рис. 3.

Литература

1. Кальбус, Г.Л. Гидропривод и навесные устройства тракторов / Г.Л. Кальбус. - М.: Колос, 1982. - 287 с.

2. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. - Л.: Колос, 1980. - 168 с.

3. Налимов, В.В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов / В.В. Налимов, Н.А. Чернова. - М.: Наука, 1965. - 340 с.

4. Палишкин, Н.А. Гидравлика и сельскохозяйственное водоснабжение / Н.А. Палишкин. - М.: Агропромиздат, 1990. - 351 с.

5. Хартман, К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шеффер; под ред. Э.К. Лецкого. - М.: Мир, 1977. - 553 с.

----------♦'------------

УДК 631*348 П.В. Бырдин

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКИ СЕЯНЦЕВ ХВОЙНЫХ ПОРОД ЖИДКИМИ ПРЕПАРАТАМИ В ЛЕСНЫХ ПИТОМНИКАХ

Разработано новое устройство для объемной обработки сеянцев хвойных пород жидкими препаратами. Определено влияние основных параметров устройства на устойчивость колебаний рабочего органа.

В различных регионах нашей страны от 70 до 100% лесов восстанавливается естественным путем. Однако в целом ряде случаев такое восстановление происходит через смену пород, то есть на смену вырубленным хвойным породам лесные площади покрываются малоценными лиственными насаждениями (осиной, березой и другими породами). Таким образом, рассчитывать только на естественные силы природы в условиях формирования рыночных отношений не следует. Поэтому оправданным в экологическом, экономическом и лесоводственном аспектах является содействие естественным силам природы в лесообразовательном процессе. Следовательно, для реализации неистощительного природопользования необходим комплексный подход, включающий меры содействия естественному возобновлению лесов и искусственное ле-совостановление путем создания лесных культур различными способами.

Площади искусственного лесовосстановления в различных регионах страны составляют до 30% от общих объемов воспроизводства лесов. Преобладающим способом искусственного лесовосстановления является посадка лесных культур стандартным посадочным материалом. Около 10% искусственных посадок списывается, так как посадочный материал имеет низкое качество из-за несоблюдения технологий выращивания, снижения уровня механизации технологических процессов в лесных питомниках и при уходах за лесными культурами.

В сложившихся хозяйственно-экономических условиях повысить уровень механизации, производительность и качество работ по искусственному лесовосстановлению можно при использовании современного многооперационного оборудования, использующего прогрессивные способы реализации технологических процессов. Применение такого оборудования позволит сократить номенклатуру технических средств для механизации работ в лесном хозяйстве и затраты на его приобретение и эксплуатацию.

Одним из реальных путей повышения качества искусственного лесовосстановления является применение качественного посадочного материала с повышенной конкурентоспособностью, получаемого вследствие комплексного ухода за сеянцами с применением жидких препаратов. Эффективность всего комплекса мероприятий по обработке и защите сеянцев от вредителей и болезней состоит в нанесении жидкого препарата на всю поверхность сеянца разбрызгиванием в виде дисперсного потока или методом контактного нанесения (смачивания) поверхности сеянца рабочим органом (контактором). Полное смачивание всей по-