Влияние физико-механических свойств удобрений на равномерность их распределения центробежным дисковым аппаратом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 631.333

ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УДОБРЕНИЙ НА РАВНОМЕРНОСТЬ ИХ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ДИСКОВЫМ АППАРАТОМ

© 2009 г. канд. техн. наук, доц. А.Б. Портаков

Азово-Черноморская государственная Azov-Blacksea State Agroengineering

агроинженерная академия, г. Зерноград Academy, Zernograd

Представлены результаты исследований влияния физико-механических свойств удобрений на равномерность распределения центробежным дисковым аппаратом.

Эффективность минеральных удобрений и их смесей зависит от равномерности внесения, то есть равномерности распределения компонентов смеси.

Обосновывается предлагаемый способ организации подачи компонентов смеси на центробежный диск.

Ключевые слова: распределение компонентов смеси, центробежный дисковый аппарат, физико-механические свойства удобрений.

The results of the studies of the influence of physic-mechanical characteristic of the fertilizers on uniformity of the distribution by centrifugal disc device are presented. Efficiency of the mineral fertilizers and their mixtures depends on uniformities of the contributing that is uniformities of the distribution component mixture. The proposed way to organizations of the presenting component mixture on centrifugal disk is motivated.

Key words: distribution component mixture, centrifugal disc device, physic-mechanical characteristic of the fertilizers.

Урожайность сельскохозяйственных культур зависит от эффективного использования минеральных удобрений. Эффективность самих минеральных удобрений и их смесей зависит от равномерности внесения (равномерности распределения компонентов смеси). Равномерность внесения минеральных удобрений и их смесей зависит от их физико-механических свойств [1].

Так, к расслоению готовой смеси вследствие различия физико-механических свойств компонентов приводит

относительное движение частиц, происходящее при погрузке,

транспортировке, перегрузке в

разбрасыватели, что не способствует её равномерному внесению [2].

Кроме того, при внесении удобрений центробежными разбрасывателями

происходит разрушение гранул, т.е. увеличение массовой доли порошковидной фракции, а это приводит к изменению технологических характеристик удобрений и, как правило, к повышению неравномерности высева удобрений и

снижению надёжности работы машины. Одним из факторов, определяющим сепарацию частиц удобрений при работе центробежного аппарата является коэффициент трения.

Задачей настоящей статьи является исследование влияния физико-механических свойств минеральных удобрений на равномерность их распределения центробежным дисковым аппаратом.

Влияние коэффициента трения проявляется в том, что частицы компонентов с разными коэффициентами трения движутся по лопаткам диска с разными скоростями, а это приводит к относительному сдвигу секторов метания компонентов, и увеличению

неравномерности внесения.

Положение сектора метания частиц каждого компонента при внесении смеси определятся, как известно величиной среднего угла сектора метания по [3].

aU=^1,2+®tU -Я+61,2, (1)

где 6^,2 - угол между радиус-вектором и вектором абсолютной скорости схода каждого компонента,

6U = arctg

ю-R

V

r1,2

Vri,2 - относительная скорость схода каждого компонента с лопаток рабочего органа по [4],

Vr1,2 =

ю2R cos^ 2 — gsin^ ю(1 + sin^ 2)

2

ю -t1>2 - углы поворота диска за время

t1,2 движения частиц компонентов 1, 2

(углы схода компонентов),

cos^12 2R

cotx2 =-------:— ln----------------;

’ 1 - sin^i,2 ri,2(1 + sin^i,2>

Я1,2 - углы подачи компонентов

соответственно 1 и 2;

щ, (р2 - углы трения компонентов соответственно 1, 2.

Относительное положение секторов метания можно определить по разности средних углов метания компонентов по [5]: Л а=Л ю - t+ЛЯп+Л в,

где ЛЯп - разность углов подачи

компонентов 1 и 2 смеси;

Лю t - разность углов схода компонентов.

Для большинства видов удобрений углы в1 и в2, как известно, отличаются незначительно, т.е. разность этих углов Лв«0 рад.

Следовательно, разность в углах метания компонентов можно определить выражением Ла=Лю-t+ЛЯ или

Ла

cos щ . 2R

----—— ln-----------

1 - sin^j r (1 + sin^!)

cos®9 ,

----—— ln

1 - sin щ

2R

r2(1 + sin^2)

+ ЛЯ

(2)

Из анализа зависимости (2) следует, что на смещение секторов метания частиц компонентов оказывают влияние: углы

трения щ, Щ2 каждого из компонентов, их углы Я1, Я2 подачи и радиусы r1 и r2 подачи.

Для обеспечения совмещения секторов метания компонентов и соответственно увеличения равномерности необходимо выполнение условия совпадения средних углов метания, т. е. Ла = 0 или

Ла = С0Щ In—^------C0!£_ta—2R— + Я-Я= 0

1 - sin^j r (1 + sin^j) 1 - sin^2 r2 (1 + sin^2)

(3)

Из этого условия вытекает, что если компоненты подаются на лопатки рабочего органа в общую зону, т. е. зону с координатами r1 =r2 = r и Я1 = Я2, (минеральная смесь приготовлена предварительно и ЛЯп = Я - Я = 0 ), то увеличение разности Аф в углах трения компонентов увеличивает отклонение их углов схода Лю t. Особенно это наглядно при малых радиусах подачи.

Так, из зависимости (3) следует, что, если r=0,04 м, то изменение разности углов трения от Аф=0,1 рад до Аф=0,3 рад увеличивает отклонение Лю t углов схода компонентов от 0,313 до 0,805 рад (кривая

1, рис. 2). А при r=0,12 м (кривая 2, рис. 2) отклонение Лю -t увеличивается от 0,121 до 0,305 рад. Совмещение углов схода и соответственно секторов метания, обеспечивающее равномерное

распределение компонентов смеси, возможно только при равенстве их углов трения этих компонентов.

Кроме того, зависимость (3) показывает, что изменение радиусов r1 и r2 подачи компонентов, приводящее к изменению их разности Ar = r1 - r2 при

одном и том же угле подачи Я = Я2 = Я (ЛЯп = 0), приводит к увеличению

отклонения Am -t их углов схода.

Если компоненты подаются двумя потоками и увеличивается радиус r2 подачи компонента с большим углом трения ф2>ф1 при разности Дф=0,3 рад в углах трения, то значение отклонения Да 4 углов схода компонентов изменяется от -0,81 до 1,02 рад (кривая 3, рис.3). Причем при разности Дг=0,026 м радиусов подачи смещение углов схода отсутствует, т. е. Да 4=0. Следовательно, при таком положении

возникает возможность выполнения условия Да=0 совмещения секторов метания и обеспечения тем самым распределения смеси с допустимой неравномерностью. Но оптимальное значение разности радиусов Дг с

изменением разности Дф в углах трения меняется. Так, при Дф=0,2рад разность углов схода изменяется от Да-t =-0,577 рад до Да-t =1,25 рад (кривая 2, рис. 3).

Условие Да^0 выполняется при Дг=0,17 м, т.е. дисковый центробежный рабочий орган требует дополнительных регулировок положения зоны подачи

компонентов при изменении их углов трения ф{ для обеспечения выполнения условия (3) и соответственно требуемой равномерности распределения.

В данном случае изменение радиусов подачи приводит к изменению траектории движения частиц по лопаткам диска.

Увеличение радиуса подачи компонента с большим коэффициентом трения уменьшает его траекторию, уменьшение радиуса подачи компонента с меньшим коэффициентом трения

увеличивает траекторию движения этого компонента по лопаткам диска. Тем самым при определённых значениях координат зоны подачи углы схода компонентов совпадают, уменьшается влияние

коэффициента трения на положение сектора рассева смеси.

Однако если зоны подачи компонентов поменять местами и увеличивать радиус r1 подачи компонента с меньшим углом трения ф1 < ф2, то при разности Дф=0,3 рад в углах трения этих компонентов отклонение Д^ их углов схода увеличивается от 0,806 до значения 2,13 рад (кривая 1, рис. 3).

Условие Да=0 совмещения секторов метания выполнить невозможно. В данном случае центробежный аппарат не поддаётся настройки на равномерное внесение смеси и её компонентов.

Из анализа зависимости, приведённой на рисунке 3, следует, что при изменении физико-механических свойств вносимых компонентов смеси для обеспечения условия Да=0 требуется систематическая перенастройка аппарата. Необходимо выбирать новое положение зоны дачи каждого компонента.

Таким образом, влияние

коэффициента трения удобрений на равномерность их распределения

центробежным дисковым аппаратом таково, что подача простых удобрений в общую зону, т.е. в качестве

предварительно подготовленной смеси, не обеспечивает выполнения условия (3) и требуемой равномерности распределения. А подача простых удобрений двумя

потоками в разные зоны, т.е. распределение смеси без предварительного смешивания, обеспечивает выполнение условия (3) и равномерное распределение, только если компонент с большим углом трения подаётся в зону с большим радиусом подачи, а компонент с меньшим углом трения подаётся в зону с меньшим радиусом подачи. При этом требуется тщательная регулировка места подачи каждого компонента с учётом его угла трения, что снижает эффективность данного способа.

Экспериментальное исследование влияния физико-механических свойств минеральных удобрений на распределение компонентов и смеси изучали на рабочем органе распределительного типа, содержащем концентрично установленные внутренний диск с прямыми лопатками и наружный диск с криволинейными лопатками, вращающиеся в

противоположные стороны.

Углы постановки лопаток наружного диска были приняты на внутреннем обрезе против вращения (^Д0=-1,22 рад) на наружном обрезе - по ходу вращения ( ¥2 = 0,5 рад) [5, 6, 7].

Два вида удобрений, отличающихся коэффициентами трения, подавали каждый из соответствующего отсека бункера, разделённого перегородкой,

установленного с возможностью поворота относительно вертикальной оси, на лопатки внутреннего диска в зону с постоянным средним радиусом го (рис. 4).

При вращении дисков в противоположные стороны обеспечивается изменение направления потоков частиц минеральных удобрений при переходе их с внутреннего диска на наружный диск, тем самым частично компенсируется влияние отличающихся физико-механических

свойств компонентов смеси [8, 9, 10].

Рис. 4. Схема положения центров подачи компонентов на внутреннем диске рабочего органа распределительного типа

Угол Р поворота бункера и соответственно зоны подачи (рис. 4) выбирали таким образом, чтобы уменьшить или увеличить траекторию движения компонента смеси в соответствии с его углом трения и обеспечить тем самым минимальную разность Лсо-t в углах схода компонентов.

Положение сектора рассева каждого компонента определяли по среднему углу ^улоп улавливателей, расположенных вокруг рабочего органа в секторе метания. Опытное значение разности средних углов

Л^улоп улавливателей сравнивали с теоретическим значением разности этих углов Л^улт Равномерность распределения компонентов смеси определяли по величине коэффициента v вариации. Величину сектора рассева компонента определяли по среднему квадратичному отклонению о.

Результаты исследований распределения четырёх сочетаний удобрений рабочим органом распределительного типа приведены в таблице 1.

Таблица 1

Показатели распределения нескольких пар удобрений распределительным рабочим органом

№ п/п Виды удобрений Р рад Коэф. трения f Угол трения Ф, рад Л^улоп рад л^улт. рад о, рад v, %

1 Суперфосфат 0,54 0,50 0,57

2 гранулированный Мочевина 0 0,30 0,29 0,05 0,064 0,58 6,5

1 Двойной суперфосфат 0,17 0,47 0,44 0,05 0,052 0,511 11

2 Мочевина 0,30 0,29 0,483

1 Двойной суперфосфат 0,26 0,47 0,44 0,062 0,059 0,501 8

2 Нитроаммофос 0,37 0,35 0,52

1 Двойной суперфосфат 0,58 0,47 0,44 0,01 0,008 0,517 5,3

2 Калийная соль 0,50 0,46 0,538

Из таблицы 1 видно, что при условия совмещения секторов рассева, распределении удобрений с разными определяемое по отклонению средних коэффициентами трения f выполнение углов улавливателей, и получения

допустимой неравномерности достигается при разных углах Р поворота зоны подачи. Так, при разности Аф=0,21 рад углов трения компонентов для совмещения их секторов рассева с отклонением ААулоп =0,05^0 рад, угол поворота зоны подачи равен нулю Р=0. При разности Аф=0,15 рад углов трения компонентов для совмещения их секторов рассева с тем же отклонением ААулоп =0,05^0 рад угол поворота зоны подачи Р=0,17 рад. При этом неравномерность распределения

компонентов полученной смеси не превышает 12%. При разности Аф=0,02 рад углов

трения компонентов для совмещения их секторов рассева с отклонением ААулоп =0,01^0 рад угол поворота зоны подачи Р=0,58 рад.

Изменением угла Р поворота зоны подачи достигается допустимая неравномерность распределения смеси и её компонентов [8, 9, 10].

Выводы и предложения.

Различие физико-механических

свойств компонентов смеси при распределении центробежным дисковым аппаратом приводит к её расслоению.

Расслоение смеси при движении её компонентов с различными углами трения по лопаткам на внутреннем диске распределительного рабочего органа

компенсируется расслоением на лопатках наружного диска вращающегося в

противоположную сторону, что

обеспечивается правильным выбором координат зоны подачи каждого

компонента.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шарин В.А., Нефедов Б.А. Развитие способов внесения удобрений и структура парка машин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1987. - № 7. - С. 6 - 8.

2. Винярски А., Гуцки Т. Сегрегация механически смешанных гранулированных удобрений во время транспорта, разгрузок и рассева // VIII Международный конгресс по минеральным удобрениям: Докл. зарубежных участников конгресса. - т. 1, 4.2. - М., 1976. - С. 249-260.

3. Черноволов В.А., Ляшенко Т.М. Снижение чувствительности разбрасывающих аппаратов к изменению фрикционных свойств удобрений // Совершенствование ремонта и технологических процессов сельскохозяйственных машин. - Ленинград-Пушкин, 1978. -Т. 364. - С. 45-51.

4. Догановский М.Г., Козловский Е.В., Рядных В.В. Выбор места подачи удобрений на бросковый механизм // Тракторы и сельхозмашины. - 1968. - № 4. - С. 33-36.

5. Забродин В.П. Распределительный рабочий орган разбрасывателей удобрений // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1985. - № 7. - С. 25-27.

6. А. с. 1342445 СССР, МКИ4 А01С 17/00. Распределитель смесей минеральных удобрений/ А.Б. Портаков, В.П. Забродин (СССР). - № 4055982/30-15; Заявл. 16.04.86; Опубл. 7.10.87, Бюл. № 37.

7. Патент РФ № 2202163 МКИ7 А 01С 3/06, 17/00/. Рабочий орган смесителя-разбрасывателя минеральных удобрений / Портаков А.Б., Забродин В.П., Обёртышев А.И. (RU). - №2001-129232/13 Заявл. 30.10.2001. Опубл. 20 04 2003 Бюл. №11 // Изобретения -2003. - № 11 - С. 7.

8. Портаков А.Б. Внесение минеральных удобрений без их предварительного смешивания // Исследования и разработки по механизации возделывания, уборки и переработки сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 1992. - С. 125-134.

9. Портаков А.Б. Внесение нескольких видов минеральных удобрений без их предварительного смешивания // Проблемы механизации, электрификации, автоматизации сельского хозяйства и подготовки инженерных кадров: Материалы научн.-техн. конф. -Минск, 1991. - С. 33-34.

10. Пат. 2012181 РФ, МКИ5 А01С 17/00. Способ внесения смесей минеральных удобрений / А.Б. Портаков, В.П. Забродин (RU). - № 4839719/15 Заявл. 04.05.90; Опубл. 15.05.94, Бюл. № 9 // Изобретения. - 1994. - № 9. - С. 7.