CC BY
87
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.303.08
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ УДОБРИТЕЛЯ К СТОЙКЕ «СибИМЭ» ДЛЯ ВНУТРИПОЧВЕННОГО ВНЕСЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПРИ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКЕ ПОЧВЫ
THEORETICAL MOTIVATION TO DESIGNS FERTILIZER TO RACK «SibIME» FOR FFRTILIZZRS STTBSOTL THE MINERAL APPLYING UNDER MAIN SOIL CULTIVATION
В.М. Новохатский, аспирант
МН. Шапров, кандидат технических наук, профессор, декан факультета механизации сельского хозяйства
ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
V.M. Novokhatskiy, M.N. Shaprov
Volgograd state agricultural academy
Предложено теоретическое обоснование конструкции удобрителя к стойке СибИМЭ, позволяющего совместить основную плоскорезную обработку почвы и внутрипочвенное внесение твердых минеральных удобрений.
It Is Offered theoretical motivation to designs fertilizer to rack «SibIME», allowing, to combine the main flatcutting soil cultivation and hard mineral fertilizers main dose subsoil applying was offered.
Ключевые слова: удобрение, основная безотвальная обработка почвы,
тукораспределяющее устройство, стойка «СибИМЭ»
В условиях применения почвозащитной системы земледелия на светлокаштановых почвах Волгоградской области наиболее эффективно внутрипочвенное внесение основной дозы удобрений на глубину устойчивой влажности почвы и развития корневой системы растений плугами, оборудованными стойками СибИМЭ и имеющими приспособление для внесения удобрений.
Разработанный удобритель крепится к задней части стойки рабочего органа 1 (рис. 1 а, б, в, г). Он включает: смеситель 2, параболический направитель 3 с полуконусом 4, трубку-распределитель 5 и стрельчатый отражатель 6, установленный за полуконусом 4.
Смеситель 2 имеет патрубки 7 и 8 для подвода соответственно воздуха и туков, а внизу - расширение 9 под параболический направитель 3, который имеет левую и правую направляющие плоскости, а в центре внизу - полуконус 4, приваренный к задней пластине 10 параболического распределителя. Своим острием параболический распределитель 3 входит в расширение 9 снизу смесителя и с помощью шпильки прочно там закреплен.
Удобритель прикреплен болтами снизу к смесителю и башмаку рабочего органа 11. Он включает сверху защитную пластину 12, а под ней трубку-направитель 5.
Удобрения подаются дисковым дозатором в патрубок смесителя, где они подхватываются воздушным потоком, создаваемым вентилятором, и посредством параболического направителя с полуконусом, трубки-распределителя и стрельчатого отражателя, распределяются по всей ширине рабочего органа.
При конструировании удобрителя к стойке СибИМЭ главным критерием, характеризующим его работу, является равномерность распределения удобрений.
В случае неравномерного распределения удобрений возникает ряд неблагоприятных явлений: пестрота урожая, ухудшение его качества и неоднородность структуры, неравномерность созревания и уменьшение эффективности удобрений. Чем больше неравномерность, тем значительнее отрицательные последствия.
Исследование процесса распределения удобрений условно можно разделить на следующие этапы:
1. Движение частиц от туковысевающего аппарата до конуса-направителя.
2. Придание частицам удобрений необходимой траектории движения с помощью конуса-направителя и стрельчатого отражателя.
3. Движение удобрений от конуса-направителя до дна борозды.
Несущей средой удобрений (в нашем случае) является воздух.
Воздушный поток подается из патрубка в смеситель распределителя, где он подхватывает удобрения, подаваемые из тукопровода, и транспортирует к конусу-направителю.
Определяющим фактором, влияющим на скорость частиц удобрений в конце смесителя, является скорость воздушного потока. Если скорость воздушного потока превышает скорость частиц удобрений, он будет их разгонять, если не превышает -затормаживать. Таким образом, скорость частиц будет соответствовать скорости воздушного потока.
Для расчета потерь скорости потока используем уравнение Бернулли для установившегося движения идеальной, несжимаемой жидкости [3].
р1 + р-У1/2 + уг1 = р2 + р-У2/2 + у22, (1)
где - характеризует потенциальную энергию выделенного объема потока, происходящую от земного притяжения. Эта сила не представляет собой реально действующую в потоке силу; р - плотность воздуха, кг\м3; У1 и У2 -скорость воздушного потока на рассматриваемых участках, м\с; р1 и р2 - статическое давление на рассматриваемых участках, Па.
Потеря скорости является причиной падения статического давления на выделенном участке, следовательно, падение статического давления будет соответствовать потерям напора
Имеем
Ар = р-УР/2 - р-У22/2 = (2)
Таким образом, зная сумму потерь напора на участке, можно из формулы (2) определить скорость воздушного потока в конце смесителя.
Минуя смеситель, двухкомпонентный поток попадает на конус-направитель.
Ударяясь, частицы удобрений отражаются от поверхности конуса-направителя, изменяя свою скорость и приобретая необходимую траекторию движения в горизонтальной плоскости.
Конус-направитель состоит из двух частей: конической и параболической, он расположен несимметрично относительно центра рабочего органа. Условно конус-направитель делит трубку-распределитель на две части: левую и правую.
Распределение удобрений левой и правой частями конуса-направителя обнаруживает существенные теоретические отличия.
Определение равномерности распределения удобрений по ширине осуществлялось путем деления ширины захвата рабочего органа на «зоны распределения», равные между собой, и сравнением масс удобрений, движущихся по ним. Частицы удобрений, сходящие с левой части параболического направителя, должны иметь скорость, при которой они смогут достичь крайней точки трубки-распределителя, или скорость, при которой после соударения с полевой доской частицы остались бы в своей «зоне распределения». В противном случае они будут её покидать, что отрицательно скажется на равномерности распределения удобрений по ширине захвата рабочего органа. В свою очередь частицы, сходящие с правой части конуса-направителя, должны обладать такой скоростью, которая позволит им достичь дальней точки ширины захвата рабочего органа.
Для решения данной задачи был проведен анализ опубликованных работ, на основе которого сделали вывод, что наибольшую скорость движения имеет частица при сходе с
образующей в форме параболы [1, 2]. Она была выбрана нами в качестве отражающей поверхности.
Скорость частицы удобрения после удара о конус-направитель будет зависеть от ее угла падения коэффициента восстановления. Таким образом, изменяя коэффициент параболы а, мы можем увеличить или уменьшить скорость движения частиц удобрений после их контакта с параболическим направителем.
Аналогично изменяя высоту полуконуса, оставляя его основание нетронутым, можно добиться необходимой скорости частиц удобрений после контакта с его поверхностью.
После контакта с конусом-направителем частица транспортируется на дно борозды, при этом на нее действуют силы трения качения и сила сопротивления среды, которые замедляют ее движение.
В потоке объективно более не существует никаких сил, замедляющих движение частицы, следовательно, её кинетическая энергия будет равна сумме работ, совершенных силами трения качения и силами сопротивления среды:
Ек = Атр.к. + Ас.с. (3)
где Ек - необходимая кинетическая энергия частиц удобрений, Дж; Атр.к. - работа сила трения качения, Дж; Ас.с. -работа силы сопротивления среды, Дж.
Зная работу сил и необходимую величину кинетической энергии частицы, мы можем определить ее скорость.
Огромное значение для равномерного распределения по ширине захвата рабочего органа играет придание конусом-направителем необходимой траектории движения в горизонтальной плоскости частицам удобрений.
Данная задача решается следующим способом.
Будем считать, что в смесителе частицы движутся вертикально вниз. Тогда траектория движения каждой из них после отражения от поверхности конуса-направителя будет лежать в вертикальной плоскости, проходящей через нормаль к отражающей поверхности в точке соударения об нее частицы.
Таким образом, изменяя положение поверхности отражения в пространстве, мы можем задать частицам удобрения необходимую траекторию движения в горизонтальной плоскости.
Большая часть удобрений, сходящих с полуконуса, будет сконцентрирована в зонах распределения, находящихся у конуса-направите-ля, что является следствием издержки его конструкции. Установив за полуконусом стрельчатый отражатель, мы можем добиться того, что часть удобрений будет перенаправляться от указанных зон распределения к периферии, что существенно повысит равномерность их распределения.
Вследствие того, что конус-направитель расположен несимметрично относительно центра рабочего органа, участки, на которые распределяют удобрения левая и правая части трубки-распределителя, будут неравны. Следовательно, конус-направитель необходимо сместить относительно центра смесителя в сторону меньшей части трубки распределителя на величину отрезка а (рис.1 г). При этом расстояния от центра конуса-направителя до стенок смесителя с обеих сторон должны быть равны отношению величин участков, на которые вносят удобрения соответственно левая и правая части трубки распределителя.
HИЖHЕВOЛЖСКOГO АГРOУHИВЕРСИТЕТСКOГO КOMПЛЕКСА
б)
А-А
—|Б
ЧБ \ \ -4 5
в)
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
Б - 6
3
г)
Рис. 1 а, б, в, г. Конструкция удобрителя к стойке СибИМЭ:
1 - стойка рабочего органа; 2 - смеситель; 3 - параболический направитель;
4 - полуконус; 5 - трубка-распределитель; 6 - стрельчатый отражатель; 7 - патрубок для подвода воздуха; 8 - патрубок для подвода туков; 9 - расширение;
10 - задняя пластина; 11 - башмак рабочего органа; 12 - защитная пластина
Библиографический список
1. Булаев, В.Е. Агрохимические основы и технология локального внесения удобрений / Булаев В.Е. - М.: Колосс, 1976. - 220 с.
2. Резников, Б.И. Создание глубокорыхлителя-удобрителя к трактору классу 5 ТС: Отчет о законченной теме 0.51.01.02.06. Тема 8, раздел 8/2 № ГР 76049853 / Нефедов Б.А. - М.: ВИМ, 1978.
3. Фабрикант, Н.Я. Аэродинамика / Фабрикант Н.Я. - М.: Главполиграфиздат, 1949. - 624 с.
