автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование парметров рабочих органов для внутрипочвенного гидроимпульсного струйного внесения жидких минеральных удобрений

о

3

ИНСТИТУТ 12ХАНИЗЛ1ШЛ II ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО , .:я ХОЗЯЙСТВА УКРАИНСКОЙ АКАДЕМИИ АГРАРНЫХ НАУК •¡РШ<: ' (ИЮСХ УААН)

На правах рукописи

КОВВАСА ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ДЛЯ ВНУТРИГОЧВЕННОГО ГИДРОИШУЛЬСНОГО СТРУЙНОГО ВНЕСЕНИЯ ЖИДКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИИ

Специальность 05.20.01-"Ыеханизация сельскохозяйственного производства"

Р/Ь^/

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Глеваха - 1993

Работа выполнена в Институте механизации и электрификации сельского хозяйства Украинской академии аграрных наук.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

член- корреспондент УАЛН Ызслз И. П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Деикдко Н.Е.

Ведущая организация - Головное специализированное

конструкторско-технологическое бюро "СЕЛЬХОЗХИШАШ"

заседании специализированного ученого совета Д 020.30.01 по присуждению ученой степени доктора технических наук в Институте механизации и электрификации сельского хозяйства УААН по адресу: 255133, Киевская область, Васильковский район, п. г. т. Глеваха-1, ул. Вокзальная, 11, ИМЭСХ УААН, комната 613.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИМЭСХ УААН.

кандидат технический наук, - старший научный сотрудник Бшк А. И.

Защита состоится

Автореферат разослан

ti

М» щ£фдмл1993

г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета, к.т.н.

Грицышин И. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Одним из факторов, сдергав а»-щих рост урожайности сельскохозяйственных культур, является низкая эффективность применения минеральных удобрений. Важну» роль в повышении эффективности применения минеральных удобрений играет выбор оптимальных способов их внесения и разработка технических средств для их осуществления. В настоящее время основная масса применяемых минеральных удобрений вкосится поверхностно, хотя внутрипочвенное позволяет при равных дозах внесения получить большую отдачу вносимых удобрений и снизить вредное воздействие на окружающую среду, хотя и является более энергоемким.

Эффективность разных доз жидких и твердых форм минеральных удобрений примерно одинакова, однако, применение жидких форм имеет некоторые преимущества за счет снижения затрат на их хранение, транспортировку и внесение.

Снижения энергоемкости внутрипочвенного внесения . жидких форм минеральных удобрений мояяо достичь применением гидроимпульсного струйного внесения при соответствии параметров рабочих органов и режимов их работы оптимальным для данной дозы вносимых удобрений. Это и определило актуальность исследования процесса гидроишульсно-го внутрипочвенного внесения импульсными струями жидкости.

Объект исследования. Процесс взаимодействия струйного рабочего органа с почвенным полупространством при внутрипочвенном внесении яидких минеральных удобрений.

Пель работы. Разработка механико-технологических предпосылок создания струйного рабочего органа, обоснование его параметров и режимов внесения жидких минеральных удобрений, в частности для прикорневой подкормки озимых зерновых культур.

Методы исследований и аппаратура. Методика теоретических исследований базировалась на основных положениях механики сплошных сред, в частности на теории турбулентных струй и реологии.

Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных и полевых условиях, при этом в полевых условиях определялись показатели качества выполнения технологического процесса и его энергоемкость. При проведении экспериментальных исследований были использованы лабораторная и полевая экспериментальные установки, а также приборы и

оборудование, как стандартные, так и разработанные автором. Использованы общеизвестные и усовершенствованные автором методы регистрации быстропротекавдих процессов. Полученные данные обрабатывались методами дисперсионного и регрессионного анализов с применением ЭВМ.

Теоретические результаты и новизна. Установлено, что применение гидроимпульсного струйного рабочего органа позволяет снизить энергоемкость внутрипочвенного внесения жидких минеральных удобрений. Получены аналитические зависимости позволяющие определить глубину внесения жидкости при различных значениях параметров и режимов работы гидроимпульсного струйного рабочего органа и реологических свойств почвы, а также зависимость позволяющая определить энергоемкость внутрипочвенного внесения жидкости.

Практические результаты и новизна Получена зависимость для определения коэффициента турбулентной структуры струи жидкости истекающей в почву. Разработана программа для нахождения оптимальных параметров и режимов работы гидроимпульсного струйного рабочего органа применительно к ПЭВМ, совместимым с 1ВМ РС/АТ. Разработано устройство для гидроимпульсного струйного внутрипочвенного внесения жидких минеральных удобрений, новизна технических решений которых подтверждена решениями ВНИИГПЭ о выдаче авторских свидетельств по заявкам N 4818259/ 15 и N 4794812/ 15.

На защиту выносится: технологическое обоснование внутрипочвенного гидроимпульсного внесения жидких минеральных удобрений струйными рабочими органами, в частности для прикорневой подкормки озимых зерновых культур, зависимость глубины проникания струи жидкости в почву от параметров и режимов работы струйных рабочих органов и свойств почвы; результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяющих определить оптимальные параметры и режимы работы струйных рабочих органов при внесения различных доз жидкости, зависимость для определения коэффициента турбулентной структуры струи жидкости истекаодэй в почву.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на республиканской научно-технической конференции (Глеваха, 1988 г.) и всесоюзной научно-технической конференции (г. Мэлито-

подь,Запорожской обл. 1989 г.). Материалы диссертации опубликованы в трех работах, получены положительные решения ВНИКГПЭ по двум заявкам на предполагаемые изобретения.

Предмет и степень внедрения. Результаты исследований процесса гидроимпульсного струйного внутрипочвенного внесения жидких минеральных удобрений переданы в ГСКГБ "СЕЛЬХОЗХИШАШ" и используются при разработке машин для внутрипочвенного внесения жидких средств химизации.

Эффективность внедрения. Применение устройства для гидроимпульсного внутрипочвенного струйного внесения жидких минеральных удобрений позволяет снизить энергоемкость процесса на 57Z, а приведенные эксплуатационные затраты на 50Х по сравнению с традиционным внутрипочвенным внесением существующими рабочими органами.

Область применения. Результаты исследований могут быть использованы при разработке новых машин для внутрипочвенного внесения жидких средств химизации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глаз, основных выводов и предложений/списка использованной литературы, включающего 132 наименования, в том числе 7 на иностранных языках. Общий объем диссертации с приложениями составляет 157 страниц. Основная часть диссертации 148 страниц машинописного текста, 57 рисунков, 6 таблиц,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе. "Состояние вопроса и задачи исследований" рассмотрено влияние различных способов внесения удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур. Дан анализ эффективности и экологической безопасности различных способов внесения удобрений, фоведен анализ существующих рабочих органов для внутрипочвенного внесения жидких минеральных удобрений. Аналитический обзор работ, посвященных исследованию работоспособности струи жидкости в качестве рабочего органа для внутрипочвенного внесения жидких минеральных удобрений ( Пилипенко А. Н.. Соловьев В. И., Драга А. И., Доброхотов С. А., Васильева Р. В., Перевертун П. Г.. Агуа S. V., Pikard а Е., Hopkins D. F., Wells S.L., Butler а); для внесения гранулированных удобрений ( Пустовойт ЕФ. ); для гидропосева С Пахаруков В. JL );

1-474В.

3

для бурения горных пород ( Терстепанов Г. А., Цяпко Н. Ф., Чапка A. U.) и других, а также фундаментальных исследований, направленных на изучение турбулентных струй ( Абрамович Г. Е , Бай-ши-и, Биркгоф Г., Сарантелло Э. и др.) позволил сделать вывод об отсутствии зависимостей удовлетворительно описывающих проникание струи жидкости в почву применительно к внутрипочвенному внесению жидких удобрений.

По результатам проведенного анализа отечественных и зарубежных работ поставлены следующие задачи исследований:

- разработать механики—Технологические предпосылки внутрипоч-венного гидроимпульсного внесения жидких минеральных удобрений струйным рабочим органом;

- провести лабораторные экспериментальные исследования процесса гидроимпульсного внутрипочвенного внесения жидких минеральных удобрений струйным рабочим органом и обосновать параметры и режимы работы рабочих органов для выполнения этого процесса;

- провести полевые экспериментальные исследования, позволяющие оценить энергетические и качественные показатели работы гидроимпульсных рабочих органов;

- провести производственную проверку и определить технико-экономические показатели работы устройства с гидроимпульсными струйными рабочими органами.

Во второй главе "Теоретические исследования гидроимпульсного внутрипочвенного струйного внесения жидкости" рассмотрены теоретические предпосылки внутрипочвенного гидроимпульсного внесения жидких минеральных удобрений струйным рабочим органом.

При исследовании этого процесса основным является вопрос о глубине проникания струи жидкости в почву. Для решения задачи о глубине проникания струи жидкости в почву необходимо принять одну из известных моделей описания почвы ( твердое тело, сплошная среда, сыпучая среда ) и определить динамическое воздействие струи жидкости на почвенное полупространство.

В процессе проникания струи жидкости в почву, при неподвижном сопле, по мере удаления плоиздки взаимодействия струи с почвой по направлению роста глубины проникания динамическое воздействие струи жидкости на площадку контакта изменяется.

Полагая, что жидкость струи является идеальной, ее движение можно описать уравнением Эйлера:

-^д-гасСР ц,

¿V _

где - полный дифференциал скорости движения жидкости;

Р - объемная сила, т. е. отношение главного вектора сил, приложенных к точкам малого объема, к массе этого объема; Р - плотность жидкости; Р - гидродинамическое давление в потоке. Учитывая осевую симметрию струи, отсутствие вращательного движения в потоке и решая уравнение (1) в цилиндрических координатах получим полное гидродинамическое давление:

Рг^о,5д(ш*+и*г) (2)

где ЦП?, и Ыг - скорость в струе, соответственно в радиальной

и осевом направлении. Как было показано Абрамовичем Г. Н. радиальной скоростью в струе в большинстве приложений можно пренебречь вследствие ее малости. Осредненная по профилю скорость на основном участка струи получена Абрамовичем Г. Е :

- Ыо О,452

~-аГР--(3)

где и. - осредненная по профилю скорость в направлении распространения струи; ¿¿« - скорость в начальном сечении струи; X - радиус струи в начальном сечении; а - коэффициент турбулентеой структуры струи; 2.' - расстояние от полюса струи до сечения в котором определяется скорость Ы .

1*-474в

5

где ¿Г - расстояние от начального сечения С среза сопла ) до сечения в котором определяется осредненная скорость.

Учитывая то, что расстояние от полюса струи до начального участка не превышает нескольких миллиметров, т.к. ¿2 -0,08...О, 27 ( Абрамович Г. Е) и мало по сравнению с дальностью распространения струи то в выражении (3) 2.' можно заменить на £ . Тогда полное гидродинамическое давление струи жидкости на почву примет вид:

п 0.026ри* ¿о

а "г* (Б)

где Ыо ~ диаметр струи в начальном сечении.

При описании проникания струи жидкости в почву последняя была представлена как сплошная среда, обладающая свойствами упругости, вязкости и пластичности.

Струя жидкости воздействуя на почву создает в почвенном полупространстве напряжения вызывающие упругие днформации до превышения девиаторной частью тензора напряжений предела текучести, после чего наступает пластическая деформация почвы и образуется впадина

Таким образом для решения задачи о проникании струи жидкости в почву могут быть применены реологические уравнения связи напряжений с деформациями для вязко-пластических тел (тело Бингама), предложенные Гогенемзером и Прагером:

В, ; ;

/=(о, ¡(в;, ц+пр* и'„ - К <■ д?, у%

где бЖ) бу, бь> С,у, • компоненты девиатора напряже-

ний, отнесенные к прямоугольной системе кординат;

Рк- предел текучести ( пластичности ) при бесконечно медленном сдвиге;

" сдвиговая вязкость почвы;

" компоненты скоростей дефор-формаций, которые выражаются следующим образом:

77 . Т) -2— • П

•У'-* дх ' ду * 2 дг

л ди дш п ■ ди до* п ди дс/ ду Тг = +

гдеЦО, 1} , Ы~ компоненты скоростей перемещений. Компоненты девиатора напряжений имеют вид:

<Г' - ■ т' -<г ■ <г' -<т-

Воздействие струи жидкости близко к воздействию сосредоточенной силы вследствие малости ее диаметра и отсутствия касательных сил. При этом деформация почвы происходит вблизи оси воздействия струи СЕ. а как показал анализ напряженного состояния почвенного полупространства, при /-»¿7; у О величины б/ б^

я: Тхг О Тогда 1)* =Лх у = Лг -Вуг =О

3 > 1 дг.

Уравнение связи напряжений с деформациями в этом случае будет иметь вид:

Р< .А. ди

дг <7>

I

1л

Проинтегрировав выражение (7) по Z и решив полученное уравнение относительно 2 получим зависимость для определения глуьины проникания струи жидкости в почву:_г—

* /за У8,1* ехР[' ч » (»

где - время воздействия струи жидкости на почвенное полупрост-2-474» 7

ранство.

Зависимость (8) позволяет определить глубину проникания струи жидкости в почву ( 2 ) в зависимости от параметров струи: диаметра в начальном сечении ( С(ф), скорости в начальном сечении ( ив) и плотности вещества струи ( р ); свойств почвы: предельного напряжения пластичности (Рк) и сдвиговой вязкости почвы ( ^ ), а также времени взаимодействия ( ¿ ) при неподвижном сопле, причем срез сопла должен располагаться непосредственно на поверхности почвенного полупространства

Для определения влияния скорости перемещения сопла по поверхности почвенного полупространства введем в рассмотрение время взаимодействия, при скорости движения ( V ) . которое получено путем простых математическтх преобразований и равно:

¿= 0,в49 а0у' (9)

Подставляя выражение (9) в (8) получим зависимость для определения глубины проникания-струи жидкости в почву при движении сопла со скоростью ( ):

г •*» шУя(< - ехр(- VI я

(10)

Для нахождения глубины проникания струи необходимо знать значение коэффициента турбулентной структуры'струи () для случая истечения струи в почву, которое можно получить только экспериментальным путем.

Расход жидкости при струйном внутрипочвенном внесении выражается через параметры струи и режимы работы следующим образом:

^ Яс1гоио-10000

Ьгш = 4вР (11)

где - расход жидкости на 1 га

£ - шаг расстановки рабочих органов на машине.

Анализ зависимостей (10),(11) показывает, что струйное внутри-почвенное внесение жидкости ведет к неоправданно большим расходам

жидкости, которые могут многократно превышать вносимые дозы удобрений. Этого недостатка лишен гидроимпульсный способ внесения при котором доза вносимой жидкости на 1 га. выразится следующим образом:

инп 10000

и га ~

46 S (12)

где I - длительность струйного импульса;

£ - расстояние, проходимое агрегатом между каждым последующим импульсом.

Выражения (10),(12) позволяют получить аналитическую зависимость для определения энергоемкости гидроимпульсного внутрипочвен-ного внесения жидкости струйным рабочим органом через параметры и режимы работы последнего:

/ si'a*P.u.xi.„/c-/ooo

r/n п \ -foooo fJ.iu.nmoo Ыиь-toooo

f(etB-)9 Tin * —ТГ~ * Tirn

где - энергоемкость внесения определенной дозы жидкости на 1 га.;

К - к. п. д. насоса машины;

f - коэффициент сопротивления перекатывания агрегата по Полю;

G%Gm - соответственно, масса трактора и масса машины;

171 - число рабочих органов, установленных на машине.

Л* - мощность, затрачиваемая на работу запорного клапана;

Nui~ мощвость, затрачиваемая на работу формирователя импульсов.

Зависимость (13) позволяет оптимизировать параметры и режимы работы струйных рабочих органов для достижения минимальной энергоемкости при заданной дозе внесения шаге расстановки рабочих органов ( В ) и расстоянии, проходимом агрегатом между каждым последующим импульсом ( ,5 ), а также известных свойствах почвы.

2*-474

9

Для минимизации функции энергоемкости и нахождения оптимальных параметров и режимов работы гидроимпульсных рабочих органов нами разработана программа, которая может быть реализована на IBM совместимой ГВВМ.

В третьей главе "Экспериментальные исследования" приведены программные вопросы, описаны экспериментальные установки, изложены методики, реализованные в процессе экспериментов.

Программой предусматривалось:

- исследование влияния реологических свойств почвы - предельного напряжения пластичности (/£ ) и вязкости ( )» а также параметров струи жидкости- начальной скорости истечения (Ыв), диаметра струи в начальном сечении (Ot0) и плотности жидкости ( Q ) на глубину проникания струи; ■

- экспериментальное определение коэффициента турбулентной структуры струи ( CL ), при истечении в почву;

- Исследование влияния длительности воздействия струи ( i ) на проникание в почву;

- исследование влияния скорости передвижения сопла ( V ) на проникание струи в почву;

- определение показателей качества выполнения технологического процесса и энергоемкрети Енутрипочвенного гидроимпульсного внесения жидких минеральных удобрений с использованием полевой экспериментальной установки.

Для проведения лабораторных экспериментальных исследований была разработана и изготовлена установка, схема которой приведена на рис. 1, которая позволяла создавать импульсные жидкостные струи длительностью 5-103... 5-103с,при диаметре струи в начальном'сечении 0,5-10"?.. 2,5-10~J м и скоростью в начальном сеченни до 200 м/с, с давлением жидкости перед соплом до 22,5 ЫПа, при максимальном расходе жидкости 0,62 10 м'/с.

Реологические свойства почвы определялись по известным методикам. Предельное напряжение пластичности определялось конусным методом Ребиндера П. А. и рассчитывалось по формуле:

G* COS2 О^оС

где/^.- предельное напряжение пластичности, Ы- - угол, при вершине конуса, град.; Ок- вес конуса, Н;

И - глубина погружения конуса в почву,

Рис. 1.

И М ¡3 Н 15 И -г БП

Па;

м.

Схема лабораторной экспериментальной установки. 1, 19 - емкости; соответственно масла и рабочей жидкости; 2 - фильтр; 3 -масляный насос; 4 - клапан давления; 5 - гидрораспре' делитель; 6, 8 - указатели давления, соответственно, масла и рабочей жидкости; 7, 18 - гидроцилиндры муль-типликаторного гидропреобразователя, соответственно масляный и рабочей жидкости; 9 - сопло; 10 - запорный клапан; 11 - датчик давления; 12 - контейнер с почвой; 13 - осцилограф; 14 - реле времени; 15 -блок питания; 16 - пульт управления; 17 - обратный клапан.

Вязкость почвы определялась по методике разработанной Кушна-ревым А. С., которая заключается в измерении затухающих колебаний почвенного образца При этом вязкость при объемной деформации определяется зависимостью:

8Рс1

(15)

где/¿п вязкость при объемной деформации, Па-с; Р0 - вес образца, Н; С - длина образца, м;

>4/ »Аг~ последовательные амплитуды продольных колебаний образца;

^ - ускорение свободного падения, м/с* & - диаметр почвенного образца, м;

- II

7" - период колебаний,с.

Коэффициент вязкости при сдвиговых деформациях, согласно исследованиям Кушнарева А.С., равен ^ »(Ю,04.. .10,81)^« .

Регистрация колебаний почвенного образца осуществлялась запоминающим осцилографом С-8-11.

Скорость струи жидкости в начальном сечении определялась косвенным методом - по давлению жидкости перед соплом, измеряемым тен-зодатчиком с регистрацией на осцилографе. При этом скорость рассчитывалась по формуле Торичелли: г——

* (16)

где <р - коэффициент скорости истечения через сопло ( для конусного сопла £>-(0,98. ..0,99));

Р - давление жидкости перед соплом, Па.

Возрастание глубины проникания струи жидкости в почву во-времени регистрировалось запоминающим осцилографом по изменению сопротивления столба почвы, при проникании в него струи.

Длительность струйного импульса задавалась электромагнитным клапаном, управляемым реле времени. Тарировка длительности импульса производилась по величине времени воздействия импульсной струи на пьезодатчик.

Исследования по определению показателей качества выполнения технологического процесса, проводимые на полевой экспериментальной установке, осуществлялись согласно стандартной методике на основании ОСТ 70.7.1-82 "Испытания сельскохозяйственной техники. Программа и методика испытаний."

Энергоемкость процесса внутрипочвенного гидроимпульсного внесения жидких минеральных удобрений струйными рабочими органами определялась по расходу топлива, который намерялся интегральным расходомером ИП 179.

Обработка полученных экспериментальных данных проводилась на ПЭВМ IBM PC/AT с использованием методов математической статистики, в том числе методов дисперсионного и регрессионного анализов.

В результате проведенных экспериментальных исследований получено регрессионное уравнение для определения коэффициента турбу-

лентной структуры струи истекающей в почву:

Ркиг6

а-

3 /, 5 4 3 65 + о, / 3 / 9 7 Рк 40 3

где О?- коэффициент турбулентной структуры струи; ¿к- предельное напряжение пластичности почвы.

1фи этом коэффициент детерминации составил D =0,917.

Проведенные экспериментальные исследования позволили получить экспериментальные зависимости глубины проникания струи жидкости в почву от параметров и режимов работы струйных рабочих органов. Некоторые из них приведены на рис. 2,3,4,5.

Проверка гипотезы о соответствии теоретических зависимостей экспериментальным, производившаяся по критерию Пирсона Показала, что результаты теоретических и экспериментальных исследований адекватны с вероятностью не менее 0,80.

44 м

0,3

0,2

0.1 О

1/

Л

Л Л/

--гу1— // >

75

125 175 М/с 225

"о

Рис. 2. Зависимость глубины проникания струи жидкости в почву от скорости струи в начальном сечении (неподвижное сопло). >2.-6,5 кПа-с, { - 0,04 с, Р - 1000 кг/м*;

1- Рк » 106 кПа, С(9" 1,5 мм;

2- Рк - 106 кПа, £2»= 1,0 мм;

3-/5- 366 кПа, 1,0 мм; ■ 1 ■ - теоретическая --- - экспериментальная

В. результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что глубина проникания струи жидкости в почву прямо-пропорциональна скорости и диаметру струи в начальном сечении (рис. 2,3). Увеличение плотности вносимой жидкости ведет к росту глубины проникания струи в почву.

Интенсивный рост глубины проникаия струи жидкости в почву длится 0,01...0,07 с, причем большему предельному напрялиняю плас-

тичности почвы соответствует глубины проникания (рис.4).

0,03 м

0^5

меньшее значение длительности роста

Рис. 3. Зависимость глубины проникания струи жидкости в почву от диаметра струи в начальном сечении (неподвижное сопло). ¿4-100 м/с, ¿.-0,04 с, Р -1000 кг/м3; 1 -Рк -65 кПа, /£-6,3 кПа-с; 2- Р* -366 кПа, Ч -4,1 кПа-С;

--— - теоретическая

Ц5 20---~ экспериментальная

й2 М

№ (Щ

0,05 О

2

Ж / У

Г

Ю 20 30 £

40 не 50___

Рис. 4. Зависимость глубины проникания струи жидкости в почву от времени воздействия струи на почвенное полупространство (неподвижное сопло). Р =1100 кг/м*, Ц-' 125 м/с, ¿21-1,0 мм, £ -6,5 кПа-с;

1-/^-56 кПа;

2- Рл -103 кПа;

- теоретическая

- экспериментальная

Величина глубины прникания струи жидкости в почву при движении сопла уменьшается при возрастании скорости его движения, в зависимости от предельного напряжения пластичности, до 2,0,..3,0 м/с. При дальнейшем росте скорости движения сопла глубина проникания уменьшается незначительно, асимптотически приближаясь к постоянной величине (рис.5).

Результаты проведенных нами теоретических и экспериментальны*

исследований позволили разработать и изготовить экспериментальное устройство для внутрипочвенного гидроимпульсного внесения жидких минеральных удобрений снабженное струйные рабочими органами, схема которого приведена на рис. 6.

- Рис. 5. Зависимость глуби-

0,16 П

0.12

Ш

1

■ ш

6 Of "JfiT"ÜS 2М Z5 3.0 3.5 м/с4,0 Ut «150 М/с;

у - _ ,j,e0peril4ecKaH

---- экспериментальная

Это устройство позволяло вносить в почву жидкость в дозах 0,150... 1,000 м3/га, при этом скорость струи в начальном сечении могла изменяться в пределах 25... 175 м/с, длительность струйного импульса - 0.005... 0,020 с, ширина захвата устройства составляла 10,8 м. Рабочие органы были оборудованы соплами, которые имели диаметр выходного отверстия - 2,0 мм.

Полевые исследования проведенные с использованием разработанного устройства с целью определения показателей качества выполнения технологического процесса и установления его энергоемкости, показали, что данное устройство позволяет вносить жидкость с неравномерностью не превышаюдай 15Z, а отклонение от заданной глубины внесения не превышало 16Z. Энергоемкость внутрипочвенного гидроимпульсного внесения жидких минералышг удобрений струйными рабочими органами применительно к прикорневой подкормке озимых зерновых культур при дозе - 0,150 м3/га на глубину 0,06 м не превышала 14.4 МДж/га.

к

Л4 SX NX !

ч 's?; v. _, 1 ИГ*

V л

-

ны проникания струи жидкости в почву от скорости перемещения сопла по поверхности почвенного полупространства (подвижное сопло). р-1000 кг/м3, /р =6,5 кПз-с; 1-/2-=31 кЛа, =2,0 мм, ¿¿=175 М/с; 2- # =31 кПз, С/в" 1,0 мм, ¿/ц =175 М/с; 3- =109 КШ, б£=1.0 ММ,

Рис. 6. Схема устройства для внутрклочвенного гидроимпульсногс внесения жидких минеральных удобрений струйными рабочими органами. 1,2 - емкости, соответственно рабочей жидкости и масла; 3,4 - фильтры; 5 - масляный насос; 6,14 - клапаны регулирования давления, соответственно масла и рабочей жидкости, 7 - электроуправляемый гидрораспределитель; 8,15 - манометры; 9 - мультипликаторньй гидропреобразователь; 10 - концевые переключатели; 11 - генерато! постоянного тока; 12 - отметчик пути; 13 - задатчик импульсов; 16 -гидроаккумулятор; 17 - запорный клапан; 18 - сопло.

В четвертой главе "Технико-экономическая эффективность гидроимпульсного внутрипочвенного струйного внесения жидкости" определена технико-экономическая эффективность гидроимпульсного внутрипоч-

¡енкого внесения жидких минеральных удобрений струйным!! рабочими |рганами при проведении прикорневой подкормки озимых зерновых куль-'УР.

Применение разработанного экспериментального устройства в ¡равнении с применяемая! для прикорневой подкормки трехсеялочным фрегатом позволяет при равных затратах труда снизить прямые экс-1луатационные затраты на 50%, а энергоемкость процесса на 57Z.

ОСНОВНЫЕ вывода И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования юзволяют сделать следующие выводы и предложения:

1. Установлено, что внутрипочвенное внесение жидких минеральна удобрений позволяет уменьшить непроизводительные потери удобрений, снизить их вредное воздействие на окружающую среду. При этом наиболее эффективным способом внесения жидких минеральных удобрений, в частности для прикорневой подкормки озимых зерновых культур, является локальное внутрипочвенное внесение .

2. Для внутрипочвенного внесения жидких минеральных удобрений предложено гидроимпульсное струйное устройство, принцип работы которого основан на использовании кинетической энергии струи жидкости. Новизна предложенного устройства подтверждается положительными решениями БНИИГГВ о выдаче авторских свидетельств по заявкам N 4818259/15 и 11 4794812/15.

3. Экспериментально установлено, что коэффициент турбулентной структуры струи жидкости, истекающей в почвенную среду зависит от предельного напряжения пластичности почвы.

4. Получена аналитическая зависимость, подтвержденная экспериментально, связывающая глубину проникания струи жидкости в почву с параметрами и режимами работы струйного рабочего органа и свойствами почвы, которая позволяет сделать вывод, что глубина проникания прямо пропорциональна скорости и диаметру струи в начальном сечении, возрастание предельного напряжения пластичности почвы и скорости перемещения агрегата ведет к уменьшению глубины проникания. Энергоемкость внутрипочвенного гидроимпульсного струйного внесения различных доз жидкости для конкретных агротехнологических и почвенных условий прямо пропорциональна скорости струи в начальном сече-

нии, длительности струйного импульса и квадрату глубины внесения и обратно пропорциональна экспоненциальной функции скорости передвижения агрегата и диаметра струи в начальном сечении.

5. Для внутрипочвенного гидроимпульсного струйного внесения жидкости необходимо, чтобы сопло формирующее струю жидкости имело форму конуса с углом при вершине близким к 13 град, с цилиндрическим участком на выходе равным 2... 3 диаметрам выходного отверстия. Сопло должно располагаться непосредственно у поверхности почвенного полупространства.

6. Енутрипочвенное гидроимпульсное внесение яидкоета струйнш рабочим органом в зависимости от агротехнологических требований и свойств почвы может производиться при следующих парметрах и режимах работы:

- скорость струи в начальном сечении 25... 150 м/с;

- диаметр струи в начальном сечении (1... 3)- Ю-* м;

- плотность жидкости 800... 1400 кг/м3;

- длительность струйного импульса 0,005... 0,020 с;

- скорость движения агрегата 1... 2 м/с;

Для нахождения оптимальных параметров и режимов работы струйных рабочих органов при заданной дозе внесения и известных агротехнологических условиях разработана программа, реализуемая на IBM совместимой ПЭВМ.

7. Лабораторно-полевые исследования и хозяйственная проверка показали, что устройство с гидроимпульсными рабочими органами обеспечивает следующие показатели качества выполнения технологического процесса:

- отклонение фактической дозы внесения жидкости от установочной, приведенной к рабочей ширине захвата не превышало 14Х при дозе внесения 150 л/га, при дозе внесения 1000 л/га - 10%;

- неравномерность внесения жидкости в почву по ширине захвата при дозе внесения 150 д/га не превышала 15Х, а при дозе внесения 1000 л/га -132;

- неравномерность внесения жидкости по ходу движения агрегата не превышала 10Z;

- отклонение от заданной глубины внесения не превышало 16%.

Подкормка озимых зерновых культур устройством, оснаизнным гид роимпульсными струйными рабочим! органами в сравнении с применяемыми в хозяйственных условиях дает снижение прямых эксплуатационных затрат на 50%, а приведенных - на 46Х, что достигается за счет меньшей на 57% энергоемкости процесса. »

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Амелькин КII, Доценко Ю. К , Ковбаса В. П. Приготовление растворов минеральных удобрений/ Пути развития механизации производства зерна в Украинской ССР. - Гленах а. - 1988. - с. 15.

2. Ковбаса а П. , Мзсло И. П,, Доценко ¡а Е Теоретические исследования глубины проникания высокоскоростной струи жидкости в почву: Тез. докл. Бсесоюзн. научн. -техн. конф. / Современные проблемы земледельческой механики. - Мелитополь.-1989. - с. 16.

а Доценко Ю. К , Ковбаса К П. К вопросу внутрипочвенного внесения ЖКУ в виде воздушноаэрозольной смеси: Тез. докл. Всесоган. научн. -техн. конф. / Современные проблемы земледельческой механики. -Шлитополь.-1989. - с. 119.

4. Ковбаса а П. . Масло И. П., Доценко И Е Положительное решение о выдаче авторского свидетельства по заявке "Устройство для внутрипочвенного внесения жидких ядохимикатов и удобрений" N 4818259/15/48627.

5. Ковбаса Е И . Масло И. П., Амелькин Е И. , Доценко II Е Положительное решение о выдаче авторского свидетельства к заявке "Устройство для внесения жидкости в почву" N 4794812/15/03681.