автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование технологического процесса внутрипочвенного внесения извести комбинированными рабочими органами одновременно с основной обработкой почвы

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ВЕЛОРУСбКШ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГб ОД'

о На правах рукописи

^ УДК 631.333.02

ПРОТОСЁЁИЧ Станислав Казимярович

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВНУТРИПОЧВЕННОГО ВНЕСЕНИЯ ИЗВЕСТИ. КОМБИНИРОВАННЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ ОДНОВРЕМЕННО С ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКОЙ ПОЧВЫ

Специальность 05.20.01 - — Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени ■ кандидата технических наук

МИНСК - 1 994

Работа выполнена на кафедре "Сопротивление материалов и детали машин" Белорусского аграрного технического университета (ВАТУ).

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор

Ы.Д.Подскребко

. Официальные оппоненты — академик ААН РБ, доктор технических

наук, профессор С.И.Назаров

кандидат технических наук, доцент . А.И.Бобровник

Ведущее предприятие — центральный научно-исследовательский институт механизации и электрификации вельского хозяйства {ЦНИДОЭСХ)

■ Защита состоится "_" ' ■ _ 1994 года в_часов

на.»заседании специализированного Совета К 120.84.02 по Ьащите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Белорусском'аграрном техническом университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БАТУ.

Отзывы на автореферат в 2-х экз., заверенные гербовой печатью, просим направлять ученому секретарю специализированного Совета по адрбсу: 220600 г.Минск, пр-т Ф.Скорины, 99. корп. 1 ЕАТУ, ауд.317.

Автореферат разослан ".-С ? ' 1994 г.

УЧепый секретарь специализированного

Сопзтп, кандидат техтнпгкит няук, доцент ') ^ИчЛ ' В.А.Агойчик

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Сельскохозяйственные угодия Белоруссии представлены в основном дерново-подзолистыми и торфяно-болотными почвами, которые в естественном состоянии характеризуются повышенной кислотностью. Нейтрализация кислотности почв является одной из важнейших задач в подъеме продуктивности сельскохозяйствешгого производства Республики Беларусь. В республике работы по нейтрализации кислых почв ведутся почти 30 лет. В последнее время ежегодно известкуется около 1,5 млн. гектаров сельскохозяйственных угодий, а ежегодная потребность в известковых материалах составляет более 6 млн. тонн.

В настоящее время известкование кислых почв осуществляется путем поверхностного рассева пылевидных известковых материалов по поверхности поля с последующей заделкой их различными почвообрабатывающими орудиями. Практика показывает, что наибольший эффект от известкования достигается при тщательном перемешивании мелиорантов с почвой с равномерным распределением их по всему пахотному горизонту. Современные способы известкования не обеспечивают выилне-ние этого требования. Несовершенство существующих методов известкования приводит к ежегодному недобору урожая сельскохозяйственных культур и наносит экологический ущерб окружающей среде.

С целью улучшения равномерности распределения мелиорантов по пахотному горизонту в 1983 г. БНИПТИХШ рекомендовал для широкого внедрения новую технологию послойного внесения извести. Суть ее состоит в том, что после рассева половины дозы проводятся заделка извести в слой. С-10 см дисковыми орудиями и запа^лвание плугами с предплужниками на глубину 20 см. Затем по вспа.;анному полю на вывернутый слой 10-20 см вносят вторую половину дозы, снова заделывая мелиорант в почву дисковыми орудиями. Цри этом весь пахотный слой хорошо смешивается с известью, что значительно ускоряет раскисление. Но значительным недостатком данной технологии является то, что оно требует увеличения числа агротехнических операций, ув^мпетя экономических и энергетических затрат на известкование, а также увеличение числа приходов агрегатов, -причем,' по вспзхошю-му тлю, что приводит к разрушению гумусового слоя почвы.

Наиболее рациональным решением, как показывает изучение вопроса, является создание агрегата для внутрипочвенного внесения пн--

левидных мелиорантов одновременно с основной обработкой почвы плугами с комбинированными рабочими органами. Однако агрегатов для внутрипочвенного внесения мелиорантов пока не имеется и технологический процесс какого внесения пылевидных мелиорантов еще не изучен. Поэтому обоснование основных конструктивных параметров и ре-юшгв работы агрегата для объемного известкования кислых почв, является важной народнохозяйственной задачей.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследова-гельских и опытно-конструкторских работ Белорусского аграрного .технического университета по теме Jfc 91.18.468 "Разработка и изготовление комбинированного агрегата для рассева и заделки пылевидных мелиорантов". Номер гос. регистрации 01910045723.

Цель работы. Повышение эффективности применения пылевидных мелиорантов путем разработки технических средств для внутрипочвенного их внесения. ■

Объект исследований. Технологический процесс работы комбинированного агрегата для внутрипочвенного внесения пылевидных мелиорантов. Процессы движения и деления пылевидных материалов в трубопроводах и закономерности распространения мелиорантов в почве.

Общая методика исследований. Общая методика предусматривала проведение поисковых экспериментов, разработку теоретических предпосылок, экспериментальные исследования в лабораторных, лаборатор-но-полевых и производственных условиях и экономическую оценку результатов исследований. Теоретические исследования проводились на основании'системного подхода к процессу пневматического транспортирования с использованием математического аппарата механики сплошных сред. Основой экспериментальных исследований были методы математической теории планирования экспериментов и математической статистики, с исследующей обработкой результатов на персональйой ЭВМ IBM PC/AT, с использованием пакета прикладных математических программ MCAD, а построение трафиков — с использованием программ гэд оболочкой SURFER.

Научная новизна работа. ' Выявлено перспективное направление в повышенна эффективности внесения известковых материалов. В еоот-ьетстьии с выбршпшм направлением, обоснован и разработан новый nrperai, обеспечивающий внугрипочвенное внесение пылевидных мате-п одновременно с основной обработкой почвы, flj ;1ктич»м'-кпя ценность работ». Определены конптруктиврыэ пй-

раметры и реилш работы комбинированного агрегата для внутр^поч-венного внесения пылевидных материалов одновременно с основной обработкой почвы плугами с комбинированными рабочая! органа!м.

Реализация результатов исследований. ЗксперкментзлишЛ образец комбинированного агрегата для внутрипочвенього внесения пылевидных мелиорантов плугом с номбяшроваанши рабоч.иш органами использовался для известкования кислых почв в совхозе-агрофирме "Рассвет" Минского района и колхозе им.Заслонова Еолковыского района Гродненской области.

Апробация и публикации. Основнш положения диссертационной работы были дололеш и обсувдегш на научно-т&хшчзской конференции в ВАТУ (1991 г.), научно-производственной конференции НПО "Бел-сельхозмехапизация'* (1991 г.) и научно-практической конференции Гродненского СХИ (1933 г.).

По основным положениям диссартацгюнной работы опубликовано пять работ общим объемом 3,6 гоч.л:

Структура и объем работа. Диссертационная работа цаписсна на русском языке. Она состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Материал изложен на 167 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 49 иллюстраций, 202 библиографических наименований (из которых 2Т па иностранных языках) и 14 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ею введении показана актуальность теш, ее практическая значимость, приведепа цель исследований, сформулированы основные положения выносимые на защиту.

В первой главе "СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА К ЗАДАЧ" ИССЛЕДОВАНИИ" дается характеристика кислых почв, приведен 1срэткий анализ трзциционата способов и мпгоин для известкования кислых почв, а также основных направлений их совершенствования. Рассмотрены результаты выполнениях исследований по пневматическому способу, транспортирования, что позволило сделать их выбор в исследуемом технологическом щюцассе.

К:^ проведенного анализа следует, что в настоящее вреил при производства продуктов растениеводства особое место приобретают качество и сигупремонискль п:шгеннл известковых материалов, что в ,-на мтелыюй степени с-лределяет судьиу будущего урожая. Основным

агротехническим требованием предъявлявши к известкованию кислых почв является равнсиориое распределение мелиорантов по всему па-хотьсму горизонту. В настоящее время технологический процесс известкования разбит на две операции: рассов известковых материалов с кспользовз1:чем пневматических и цеотрзбеуи-™ разбрасывателей и заделку различными точвсбрабатнБЭхлггш орудияж.

Как о таз чают многие авторы, кзслэдоестотэ технологию внесения пылевидных мелиорантов, для достижения максимальной эффективности их пр;мэнгния нэобхтдаио соб,ладеше олэдуюцих требований !<. технике их внесения: равномерное распределение мелиорантов по поверхности поля; сокращение продолжительности от момента внесения удобрений до звделки их р почву; равномерное пространственное их распределение по всему пахотному горизонту. Если первое условие в болылей или меньшей степени решается путем совершенствования разбрасывателей, обеспечивающих заданнуп равномерность распределения удобрений по поверхности, в второй — улучшением организации этих работ, то выполнение требований к равномерному пространственному размещению мелиорантов по всему пахотному горизонту еще не нашло своего решения. Это обусловлено отсутствием машин и технологий для объемного известкования кислых почв.

Наиболее качественного пвреыэииввния мелиорантов с почвой мокно добиться используя плуги с комбинированными рабочими органами. Поэтому д,яя равномерного распределения извести по всему пахот-, ному горизонту применили способ внесения мелиорантов одновременно с основной обработкой' почвы при подаче их в зону работа комбинированиях рабочих оргмюь. Обосновйнип параметров плуга с комбинированными рабочими органами дано в работах И.М.Панова, М.Д.Подгкреб-ко, А.А.Вилде, В.А.Шмонина, В.И.Вшюградовп, С.Х.Зарипова, ЕЛГ.Иг-иатовой, Х.С.Гайншгова, Н.Л.Константинова. Г.З.Гайфулина, А.С.Те-на, 'Л.Н.Бендари, Д.В.Коротквпича, П.Я.ИтеГлерта, О.С.Марченко, В.И.Медаедева, Й.Р.Рязшсловича, В.Я.Козлоеского. О.И.Чисуно, А.Баунз, Юегтс.1с1е^о, А.Т^пептиПега. Я.БьЬпе и многих других.

В последние' года гзп рубчиом все большее применение >2 сольско-хозяЛотЕенннх машинах находят пневмятнчеагие еиотзмн, используемые для различна..: ив пей, в том чисхяо дли внесения мииоралып-х у кобре-н;й,, г?мян. ядохимикатов и других материалов. Их введение в мапппм и агрегаты дает возмошость повысить производительность труда, улучшить условия труда мьхишзаторов, повысить надежность и ка-

честно выполнения технологического процесса и др.

Первая известная работа по пневматическому транспортированию принадлежит И.Гастерщтадту. В дальнейшем теория пневматического транспорта получила развитие в работах Степанова Н.В., Матвоева А.И., Сегаля W.C., Евграфова П.А., Гаспаряна A.M., Калика А.Я., Акопяна P.E., Урбана Я., Валыпофа Г., Зеглера Г., Дзядзио A.M., Успенского В.А. и многих других исследователей.

На основании анализа теоретических исследований по вопросу пневматического транспортирования. пылевидных материалов следует заключить, что общая теория для всех случаев пневматического транспортирования в настоящее врзш еще отсутствует. Предложено много разнообразных методов расчета, базирующихся, в основном, на экспериментальных данных.. В результате проведенного анализа определен предает исследований, заключающийся в выявлении закономершх взаимосвязей ыезду производительностью пневмотранспортной установки, вносимой норкой, характером распределения частиц мелиоранта в диаметральном сечении пневмопровода м равномерностью распределения мелиоранта в почве.

Для достижения поставленной цели били сформулированы следующие основные задачи исследований:

1. Разработать и обосновать технические средстза для осуществления технологии впутрипочвз;йтсго внесения пылевидных мелиорантов и обосновать конструктивную схему комбинированного агрегата для объемного известкования кислых почв*.

2. Обосновать параметры и ренина работы системы для подготовки, распределения и дозирования тлевидкых мелиорантов комбинированного агрегата.

3. Исследовать затрата модности пневмосистемой агрегата в за-вйсшэстл от режимов и условий работы агрегата.

4. Провести сравнительную оценку Предлагаемой технологии известкования кислых почв с существующей и дать оценку техиико- экономической эффективности применения- комбинированного агрегата.

Во второй главе "ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНО-ЛОгаЧЕПКОГО ПРОЦЕССА ВНУТРИЯОЧВЕННОГО ЕНЕСЕК !Я ПЫЛЕВИДНЫХ МЕЛИОРАНТОВ" дается обоснование принципиальной конструктивной и технологической схемы комбинированного агрегата для изьестконэнил кислых почв, обоснование выбора распределителя для разделения пылевидных материалов на отдельные потоки, определение производитель .

ности и потерь давления пневмосистемы агрегата, приводится теоретическое обоснование процесса пнематического транспортирования пылевидных материалов.

Объектом теоретических исследований явилось математическое обоснование пневматического транспортирования пылевидных материалов.

Одним из основополагающих факторов выбора конструктивной и технологической схем комбинированного агрегата являются внесение высоких доз мелиоранта и специфические свойства пылевидных материалов.

Наиболее полно требованиям технологического процесса внесения мелиоранта в почву отвечает применение для транспортирования его к рабочим органам пневматического способа с высокой концентрацией твердого компонента в потоке аэросмеси. В этом случае решается задача размещения емкости для мелиоранта независимо от почвообрабатывающей машины. При использовании комбинированных рабочих органов положительно решается вопрос с распределением мелиоранта в почве на полную ширину захвата отдельных рабочих органов плуга.

Из результатов анализа способов и устройств дозирования следует, что наиболее рациональным является применение распределителя пассивного действия выполненного в виде штанги с расположенными вдоль высевными отверстиями для разделения потока на отдельные струйки. К высевным отверстиям присоединяются питательные трубки одинаковой длины для подачи мелиоранта в зону работы комбинированных рабочих органов.

В розультате проведенных теоретических исследований получены форм)ли для расчета диаметра труба и диаметра выходных отверстий распределителя, при котором обеспечивается равенство выпускных отверстий и путевого расхода материала через них (рис.1)

/С.ВОр. '

^/тттггр- . (1)

п 1

/О р

"■■/ п П М

йо„"V тгтгтг — • (2)

^ V»: < (1 - т'5

где С^ — необходимый объемянй расход материала для внесения требуемых доз мелиоранта, м3/с;

' ¿пшшштшшшшш1шш2птшт

пшшшшпш

7///ЛИ

Piic.1. Расчетная схема выпускного отверстия: -»- — поток аэросйоси в раслрецелителе; -»- — поток, внходягшЯ из выпускных отверстий.

Р и Р —

'г. i

плотность аэросмеся, выходящей из отверстия, кг/м ; абсолотпое давление соответственно в конечном и иачаль-

п

в

»

х

i

ком сечениях распределителя, Па. количество выпускных'отверстий; коэффициент расхода азроемэси, разный для всех отверстий;

давление в сечения а-*- респрделитвля, Па? скорость еэросмеси ваходадэй из первого отверстия, м/о; расстояшз от первого до 1-го оив-тия распределителя,к; длине распредзлктвля, и.• По результатам тзорэтических исследований распределения пылевидных1 материалов, проведенных во второй гляьэ, <3т расчитан я изготовлен иатер'лалораспредолитель для комбинированного агрегата.

Опрэделякщйм показатз-лэм, обеспечения норма е.;9Сйния являемся производительность лневмотранспортной установки. Норма вкэсения штюрапта (И) определяется расчепшм методом в зависимости от Кислотности почва, скорости длгаеаия агрегат и выбирается, исходя из тс. зшоских возыокностей тр ктора и условий работы агрегата, Рабочэя ширтам (Вр) обуславливается шириной захвата плуга,' • под рабочие орггтш которого вносятся ыолзоронт,-Производительность пиетоэтранспортноЯ устансгки долша соответствовать еклшуатадион-ноа производ>й'0-яьпостп комбитфсввнього агрегата. Прозедеаггые теоретические исследования позволяет спредолич-ь диаметр тринсноргаогс 'трубопровода пнешотрапспсртгой слотеш кп^улированк'ого ггрэгатз

/ Ь 1! -'

О -Р к <3>

СП) его

где в — скорость движения потока авросмеси, м/с;

Рст — плотность потока аэросмеси, М/С; к — коэффициент противодавления, определяемый эксперимон-тальшм путем.

При пневматическом транспортировании пылевидных материалов втертая, создаваемая давлением в закрытой системе, используется иа перемещение материала в пневмопроводе к дозирующему устройству и из него в атмосферу.

Пневматическое транспортирование материалов во взвешенном состоянии характеризуется расходом энергии, которая затрачивается на разгон частиц, на трение воздуха и материала о направляющие поверхности трубопровода. Особенно велики потери при изменении направления движения, т.е. в мостах поворотов и разветвлений,, а такта при сукэпиях, внезапных расширениях и вообще в тех местах, где теряется скорость движения частиц, и где на ее восстановление необходимо при дальнейшем транспортировании вновь затрачивать энергии ив разгон. Величина всех этих потерь внракаэтея разность» давлений в начало и в конца рассматриваемого участка или его сопротивлением.

Общие потери давлешп можно представить, как сушу потерь, возникавших при движении воздуха, и потерь, обусловленных наличием в воздушном потоке частиц материала. В нашем случаэ общие потери давления в пневмосистемэ складываются из потерь давления от трения материала о стенку пневмопровода ¿Ртл>, потерь давления на разгон материала дРр, потерь в аэрирующем устройстве лРа и,в слое материала лР^' и потерь давления в местных сопротивлениях дРт. Местным сопротивлением применительно к изучаемой ехэмэ технологического процесса является распределитель, представляющий собой трубу постоянного печения с выходными отверстиями. Попользуй известные выражения для определения потерь давления на участках шйБмотрздс-портной системы, ~олучим уравнение для определения общих потерь давления в элементах пневмосистемы

Iй? = + + + * = Л - е*Р >

« , г *>*

+ Р рсг -¿г + ^ Ч + (1 - V (г„ - >-„) Н ч ? -т,^- . (4) где И — диаметр пневмопровода; ií — коаффиционт трзния катв-риала о стенку пневмопровода; дРуа — удельный перепад давления в слоэ материала; т — кос^фщцект бокового давления, Ь — длина пневмопровода; р — коеуМйциой'р потерь давления ы разгон материала; рсг — средгля плотность воздуха; &аг — средняя скорость материала в пневмопроводе; А — статный коэффициент; qb — удельный расход воздуха; — пористость гяаевидного материала; гт —: удельный пес пшгавицного материала; гп — удельный еес воздуха; Н — высота столба матар:аля; * — коэффициент местных потерь давленая; »ст — скорость азросмеси; г — объемная масса мелиоранта; g — ускорение свободного падения.

Анализируя уравнение (4) ксшо заключить, что величина потерь давления в пнешотранспортной система преимуще стЕегаго зависит от скорости Еоздуха в пневмопроводе, концентрации аоросмоск ~л физуко-мзханическкх свойств транспортируемого материала. Получекпоь выражение позволяет опрэделить величину общдх потерь давления для установок с вшрошш диапазоном конструмшзна-рвЕимних параметров и 1ранулоиетричбского состава сыпучих материалов. При этом потери давления с распределителе следует относить к мйстнш сопротивлениям, которые определяются экспериментальным путем.

Вопросами теоретического обоснования траекторий, вписываемых твердыми частицами в потока воздуха, занимались такие ученые, как Й.Гастерштадт, К.Вагшр, Г.Р.Карга, Я.й.Ероунлгейн, К.И.Страхсвич, О.М.Тодес, 0.Г.Стоке6 Б.Ф.Туркцын, Б.А.Шваб, А.Е.Олоддарев.Н.И.Ка-линушккн, В.Л.Успэнский, Г.Вельсов, П.Шухорт н гшогие другие. Й.Гастерлтадт предлагает прямолинейну::) теорию дш'хепиа частиц в горизонтальном направлении под действием потока воздуха без учета силы тякести. Впервые учел влияние силы тянзета частиц К.Вагнер, предложивший теории скачкообразного двнзэшш частиц. М.П.Калпнуш-кпп па основании экспериментальных исследований выдвинул гипотезу, согласно которой частица, декгзясь в горизонтальной трубке, испытывает также влияние центробежной силы, -которая придает ей вращательное спиралеобразное движение.

Анализ теоретических положений движения твердых частиц в горизонтальных трубопроводах постоянного сечения покасал, что процессы движения потеков пшишцннх материалов кссладовеш кэдоста-

точно и слабо отражают физико-механические свойства н динамику двикэния пылевидных материалов. Решение этих вопросов требует математического обоснования выдвинутых исследователями гипотез.

При принятии гипотезы о винтовом движении материальной яасти-ци (рис.2) зй основу принимаем систему параметрических уравнений, которгаи задается винтовая линия: 4

я = а р = г *> ге»о';

у *= г в1т>!»; (5)

_ Ч = Г.СОВр,

где х, у, г, — координаты частйцц; р — фазовый угол поворота плоскости осевого сечения винтовой линии; ^ — угол поворота винтовой линии, или угол наклона винтовой линии к основанию цилиндра, т.е- угол подъема винтовой линии; а —коуф£ицпент пропорциональности; г — радиус винтовой линии.

Рис.2. Перемещение частицк по винтовой линии в воздушном потоке горизонтального трубопровода.

Проведя математическое обоснование движения получено уравнение работы затрачиваемой на перемещение материальной частицы по винтовой линии в воздушном потоке горизонтального трубопровода

гот,.

ь>: г*

(ЪУ^ 4

1Г

(' * 1У ;:•

(б)

Это уравнени. положено в основу определения мощности, затрачиваемой на перемещение материальных частиц £п.

. Проведенные математические обоснования характера движения материальной частицы в воздушном потоке горизонтального трубопровода позволили получить теоретические формулы для определения секундной

работа (мощности) пневмотранспортной установки, затрачиваемой на перемещение частиц. Результаты проведенных теоретических исследований создали необходимые предпосылки для проведения экспериментов .по'определению 'мощности цнб.«отргчсттортной установки.

'.В третьей главе "ПРОГРЛША И МЕТОДИКА ЗКСПЕГИ МЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ" излаг-^ся общая программа и ¡лэтодика . проведения полевых опытов, дается описание экспериментальной установки, течзометрическлх узлов, специального измерительного оборудования,' используемого в опытах; частные методики измерений, методика обработки и оцещп точности полученны результатов и организация проведения отдельных этапов гтисдедований.'

Для получения дЗё¥сворго:;: данных методикой экспериментальных исследований предускзтривались максимальное сокращение времени проведения опытов, а таккэ анализ результатов на кагдом эташ, При' проведении полевых опытов руководствовались требованиями ГОСТ 11.. 004-74, ГОСТ 20915-75, ГОСТ 23021-73 И ОСТ 70.7.1-82, ОСТ 70.2.284. Для технико-экономической оценки и энергетического анализа экспериментального образца комбинированного агрегата были проверены сравнительные испытания с традиционные комплексом примеплимнх машин по рассеву и заделяэ изеэстхлвых материалов. ■ . .

Опыты проводилась йа полях совхоза-агрофирмы "Рассвет" Минского района в оптимальные агротехнические-сроки. Участки были однородными по типу почвы, фон — стерня озимых.

Программой экспериментальных исследований предусматривалось:

- установить характер влиштия Еа производительность пневмо-транспортной системы давленая воздуха в 'емкости с мелиорантом, диаметра пневмопровода и противодавления в конце пневмопровода (в распределителе);

- определить конструктивные и установочные параметры делительного устройства для равномерного распредолеыя транспортируемого мелиоранта мэяду отдельными рабсчжи органами плуга;

- установить влияние зоны нидачя материала к рабгяин органам на равномерность распределения мелиорантов в пахотном горизонте;

- исследовать затрата мощности потребной на привод иомпрес-сорноР установки;. ' • •'

- спроднлить егрогехннческда показатели работы экспериментального образца мэтины. . .

Для выполнения намеченной программ экспериментальных иссл? -

доваиий бил разработан и изготовлен экспериментальный образец комбинированного агрегата для внутршхочвэнного внесения пылевидных мелиорантов одновременно с основной обработкой почвы плугами с комбинированными рабочими органами, включающий в себя трактор Т-150Я, емкость д*ш мелиорантов на 4-,5 т и шесвпсорпусный плуг с комбинированными рабочими органами (рис.'З). ,

Измерение силовых параметров осуществлялось электротензомет-рическим методом. Первичные сигналы от теазодатчкков регистрфова-лись на ленте осциллографа К-20-22, а слабые сигналы предварительно усиливались тензоусилитэлями ТА-5. В процессе опытов на ленте .осциллографа регистрировались крутящий момент на валу привода компрессора, частота вращения компрессора, количество материала, вышедшее за 01феделенный цромвжуток времени.

Норму внесения и неравномерность распределения мелиорантов по слоям пахотного горизонта определяли' при прыощи полевого кальци-метра ПКБ-БО конструкции ВШШШШ.

Обработка получен', .эд данных производилась методами математической статистики на персональных ЭВМ с применением стандартных прикладных программ. Погрешность измеряемых величин не превышала 555/Полученные ошшэ данные позволили уточнить и расширить теоретический положения и выводи.

Гис.З. Схемд конбшшрованного агрегата: 1-трактор Т-16СК;

г-амкость для квлиорантов; 3-ялуг с комбинированными рабочши органами.

В четвертой главе "РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВНУТРИПОЧВШШОГО ВНЕСЕНИЯ ПЫЛЕВИДНЫХ, МЕЛИОРАНТОВ ОДНОВРЕМЕННО С ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКОЙ ПОЧ-■ ВЫ" обобщены и проанализированы данные экспериментов по изучению процесса пневматического транспортирования пылевидных мелиорантов, производительности пнешосистемк агрегата и равномерности. распределения мелиорантов кекду рабочими органа*™ плуга; установлены параметры и решмы работы комбинированного агрегата; исследованы затраты мощности потребной-на привод компрессорной установки; проведено определение неравномерности распределения известковых мате-ргалов по слоям пахотного горизонта при внутротЬчвенном внесешти комбинированным агрегатом.

При внесении гшлевидных материалов в почву с применением пневматического способа точность высева требуемой нормы зависит, как правило, от качества настройки пневматического аппарата. Фак-. торами, определяющими точность вносимой нормы применительно к исследуемой технологической схеме внесения мелиоранта в почву, являются значения избыточного давления воздуха в емкости с мелиорантом, размеры выходных отверстий распределителя-дозатора и скорость двяаения агрегата. Для оптимального сочетания отмеченных (факторов при внесении требуемых норм (1-10 т/га), на основании результатов лабораторных исследований по изучению производительности пнеило-транспортной установки, построена номограмма (рис.4).

В результате проведения двухфакторного' эксперимента, с ис-. пользованием симметричного ортогонального плана второго порядка, получено адекватное уравнение регрессии 'зависимости затрат мощности потребной на привод компрессорной установки в функции от избыточного давления Р (х4) в емкости и диаметра выходных отверстий распределителя й (х2).

у = 5,142 + 1,648-х4 + 1 ,'283-Х,+1,38Г-Х* .

N = 4,458 - 0,152-Р + 0,160-й + 0,001-]?* . ' (Т)

Анализ полученного уравнения регрессии (7) и поверхности отклика (рис.5) показывает, что с увеличенном доз внесения мелиорантов будет увеличиваться моиность потребная на'привод компрессора.

Распределение мелиоранта иекду отдельными рабочими органа?®. осуществляется с псггощыо распределителя-дозатора, выполненного в виде штанги с выходными отверстиями. Распределитель-выполнен в ви-

Ъ—-24.—215-32

. (1, ММ--»

,Гйо.4. Шмогрнмыа для выбора текимов работы агрегата в соответствии о вносимой норкой мелиоранта: 1, 2. 4— значения »£2лэш1я воздуха в емкое® о ыелиорантом, соответ-сгвувд&з- СО. 100. 120, 140 кПа; 5, б, 7. 8 — скорость двш энкя сгругата, соответственно 1,0; .1,5; 2,0; 2,5 м/с.

Рис.5. Поверхность отклика затрат эд-ности потребной на 1 нр;азод комьроссорной ■ установи е .функции от избыточного давления Р (х,) в емкости и диаметра ешодних отверстии распределителя. й (х ).

Ч

Г » 5,142> 1 \С4В I, < 1.283-337

до трубы диаметром 100 мм длинной 4,5 м с равномерно, через 0,68 м, расположенными на его боковой поверхности выходными отверстиями площадью 5 см*, к которым присоединены трубки диаметром 25 мм для подвода мелиоранта в зону работы комбинированных рабочих органов плуга. Для обеспечения равномерности распределения и повышения надежности работы, т.е. предотвращение его забивания, внутри его размещается перфорированная трубка, обтянутая воздухопроницаемой тканью, в которую под давлением 40 нПа подается от компрессора воздух. Определение режимов работы комбинированного агрегата и ' влияние конструктивных параметров распределителя на неравномерность распределения мелиоранта мекду рабочими органами производили при помощи трехфэкторйого эксперимента, с использованием симметричного композиционного ортогонального плана 2Э. На основании результатов экспериментальных исследований получено уравнение регрессии и построена поверхность отклика описывающая изменение коэффициента неравномерности распределения мелиорантов по корпусам в функции от избыточного давления Р (х1) в емкости и диаметра выходных отверстий распределителя d (х3) (рис.б).

у =7,199-2,979-xi+2,33l-)^+1,013-З^И ,188-з£+2,213-з£ В натуральных величинах это уравнение будет иметь вид к = 28,476 - 0,06-Р +.0,096-ДР - 1,629 (1 +

+ 0,006-A?-d - 0,003-лр1 + 0,035-1г (8)

Для определения значений давления в расходной емкости P(xd) и диаметра выходных отверстий d(xJ), обеспечивающих получение допускаемых показателей неравномерности X (у) распределения мелиорантов между рабочими органами в пределах агротехнических требований, проведен анализ полученного уравнения регрессии (Ь) графоаналитическим методом с помощью построения поверхности отклика y=í(xt;x3) в трехмерном пространстве при хг=0 и двумерных ее сечений (рис.б).

Анализируя полученные зависимости мсгао сделль вывод, что при работе с давлением 80 кПа диаметр выходных отверстий должен лежать в пределах 14...26 юл, т.е. мокло производить внесение мелиорантов с дозой О.8...4,5 т/га с неравномерностью распределения мекду рабочими органами до 10%. При работе с избыточным давлением в расходной емкости 120 кПа, иордэ внесения мелиорантов б т/га, скорости движения 1,0 м/с диаметр выходного отверстия распределителя составляет 20 мм, а неравномерность распределения по корпусам составляет 7%.

От качества распределения, шлиоранта в почвенной горизонта зашсит скорость протекания сбчакшз реакций. обусдовгивавдих эффективность применения извэстковаяиа. Равношрное распределение мелиорантов подпахотному горавоату обесшчаьается тем, что мелиорант подается именно в зону работы кош^шировашая рабочих органов плуга. | •

Для определения влияния вены подачи мелиоранта к рабочим органам на агротехньческио шжазата.ш (равномерность распределения мелиоранта ш пахотному горизонту) бил праведен трехфакторкнй эксперимент цо сшаютричному кошозь«даннса<у рентабельному плану типа лЧ .Пра этоы Ееравнакервость распределена* млгаоранта по пахотному горизому рассматривалась как функция трех изменяхцихсл входных факторов. . '• - . -

. 1а. О)

где у — неравномерность распределения шльоранта по всему пахотному -едою почш (К); •— васота (Ь) установки питательной трубки, см; хг —угол («) наклона трубки к горизонту, град; -— угол (у) установки ю хода дввзшгя, град.

. После проведения зкепертеша Сш» получена адекватное урав-нвниэ регрзссии,' которое описывает вяияниэ шравнсмьрвости распределения ыелиераатов по пахотному горизонту от зоны подачи малио-' рантов к рабочим органам:"

у 1&.093 - 3,521-х^ - 2,618-х^ - 2,913-х^-Х^ +

+ хзза^-х. + г.ыз-*' + 4,183+3.882 В нятур&льних величинах пощчекнод уравнение вдхво представить аиедувдм обрааоч:

• К = 115,40ГГ - 2,123-11- 1.351-а - 2,г5б г - О.ССЗ-Ь-в +

+ о.оеб-й ^ + о,о2б-ь* + 0.042-«* ♦ о.шт / . (Ю)

На осисвшии этого урашечия бьла хитрее на поверхность отклика коэффициента нврашоиераосш распределения мелиорантов по. пахотному горизонту (¡шс.7). Авшшг уравнения регдоссаи (10) и полученной поверхности сдаиика (рис.7) шказ1заэт, что минимальные значения коэффициента Ееравшиерпости рзсщкдаленлл излиорантов по пахотному горизонту достигаются" при установке питательной трубки па шеоте 0,24...0,31 н от ди борозди в угля стансвки трубки "«25...35* к горизонту. Согласно дьеши экспериментальных исследований, оптимчлышч является установка питательной труОхи на высоте

■Л

Рис.6. Поверхность отклика коэф'к-оиента ЖфЭйЛОМбТП'ООТИ тзэс-продолвния мелиорантов ш корпусам з ЛуНК'ДЮГ от избыточного давления Р (х ) в емкости и диаметра -выходных отверстий распределителя d (х,). пра фжсацси величины противодавления в распределитэ-_ лч дР на нулевое "Рдажнэ (х2=0).

дР = 40 кПа

,!?Э - 2,979 X * 2,33?-хз + 2,212-i*

Рис.7. Поверхность отклика коеф^щиента яьиавнсмэрносга распределения мелиоран- ■ тов по пахотному горизонту в фтекции от высота h (х ) п угла

(х ) установки пи- • тахельной трубки, при ■писании угла г установки по ходу дейта-кил агрегата на нулевом уровне (хз-0).

г - 50"

13,0?^ 3,5?1-х -2.913 X -х.+г,с'15-х-+4,103-х!

\ Л 1 А 1 "

ie

27 см от дна борозды под углом 31" к горизонту.»Неравномерность распределения мелиорантов при таком способе установки питательной трубки составляет 16,01* при глубгае обработки 25 см.

Эффективность внесения мелиорантов определяется равномерностью расправления их в почве. По результатам экспериментальных исследований, построили диаграммы распределения мелиорантов по слоям пахотного горизонта при различных дозах внесения и глубине обработки (рис.8).

Н,=4 ?/га

а) в) д)

о

10

20-

10 _l_

кИб.7»

h, см

% о

5 -15

25

10

_к_

20 . i

%

о

Ы7.1Т

1,

j

X

j

о)

ip-20

10

_i_

20 %

Г)

h, ем H_„=â7/ra

10 2030-

~ "Ti^îTTB!

10 20 * ■ . i

□

h,см

10

I

к-11 ,В%

h,см

515 25

20. %

_i_

X

h.ca

в).

ю 20 30

10 20 * ■

h,см

Рис.8. Дцагоамиы распределения мелиорантов ш слоям пахотного горизонта в зависимости от глубины обработай Ь и нормы внесения Н.

В пятое главе "ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО АГРЕГАТА ДЛЯ ИЗВЕСТК0В1НИИ КИСЛЫХ ПОЧВ* проведен энергетический анализ е произведен расчет экономической эффективное^ известкования кислых почв с использованием комбинированного а1'рвгата на базе трактора Т-1БОК с емкостью для мелиорантов на 4,5 тонн и шастикорпуснога плуг л с комбшшровшшыьш рабочими органами.

Онергетичаский анализ и техника-экономический расчет показывают, что использование предкагавиого комбинированного агрегата для известкования кислых почв республики Беларусь позволит снизить энергозатраты на иавесткованшЬ нв 233», в прямые произвсдствешшв затраты — ня 14* но сраннгниы с существующими способами внесения и заделки известковых ыаюриалоь.

ОБЩИЕ ВШОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработан комбинированный агрегат для внутрипочведюго внесешш известковых материалов, позволяющий выполнить распределение мелиоранта в пахотном горизонте в соответствии с агротехническими требованиями. Экспериментальный образец.комбинированного агрегата показал, что неравномерность распределения мелиоранта по слоям пахотного горизонта составляет 16-18$, заделка мелиорантов и растительных остатков — 97-93%, крошениэ пласта почвы — 95-98Ж На поле, после работы комбинированного агрегата исключены последующие операции по заделке мелиорянтов, известковые материалы распределяются равномерно по всему пахотному горизонту, что способствует увеличению урожайности культурных растений и улучшает условия выполнения всех последующих операций.

2. Получены аналитический зависимости, описывающие процесс движения мелиорантов по транспортному трубопроводу, эмпирические уравнения для определения коэффициента противодавления в зависимости от противодавления в распределителе при различных значениях избыточного давления в емкости. Использование в агрегате пневмо-транспортирования материалов в плотной фазе позволяет регулировать производительность пневмоустановки в пределах 0,8...12 т/ч при изменении избыточного давления в емкости в пределах 60...160 кПа и диаметра выходных отверстий распределителя 10...32 юл.

3. Обоснованы конструктивные параметры и режимы работы предлагаемого распределителя для разделения потока материала между рабочими органами, который позволяет производить внесение мелиорантов при дозе внесения Нвн=0,8...4,Б т/га (Р=80..Л00 кПа,<1=14...28 мм) с неравномерностью распределения между корпусами плуга до МХ, а при дозе внесения Нвн=4,5...10 г/га (Р=120...140 кПа, <1=18...30 мм) — до 8Ж. Выявлены оптимальные координаты установки питательных трубок: высота установки трубки 11=0,27 м от дна борозды; угол наклона трубки к горизонту с.=31"; угол установки по хода дв;жения г-50', обеспечивагацие распределение мелиорантов по пахотному горизонту с неравномерностью 16%.

4. Установлены затраты могцюсти пневмосистемой агрегата в зависимости ст режимов и условий работы агрегата.-Мощность, затрачиваемая на природ компрессорной установки составляет 3...8 кВт при г-не емки мелиорантов н А"зех 1..Л0 т/га. Получега уравнения регрессии и построена повгшюсть отклика, опигнвймдий затрата моц-

ностя потребной на привод компрессорной установки в функции от давления в емкости и диаметра выходных отверстий распределителя.

5. Выявлено, что использование для внутрипочвенного внесения пылевидных известковых материалов комбинированного агрегата, обеспечивающего более равномерное их распределение по всему пахотному горизонту, позволяет увеличить эффективность по прямым затратам энергии на 33%, то энергозатратам на изготовление и эксплуатацию средств механизации на 16%, снизить энергозатраты живого труда на 58£, а общую эф£вктивность повысить на 23й. Применение комбинированного агрегата обеспечивает снижение прямых эксплуатационных затрат на 14£, в т.ч. экономию ГСМ на-15%, приведенных затрат на 12Й, а затраты груда на 21%. Внугрипочвенное внесение пылевидных мелиорантов одновременно с основной обработкой почвы плугами с комбинированными рабочими органами позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур на 22%.

6. Задачами дальнейших исследований являются установление энергетических и кинематических показателей, а также воздействие на почву ходовых систем комбинированного агрегата для внутрипочвенного внесения пылевидных мелиорантов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. К вопросу создания комбинированного агрегата для внутри-почвенного внесения извести // Тез. докл. научн.-технич. конф. БИМОХ. -Минск, 1991. -С.69...70.

2. Совершенствование технологического процесса и машин для известкования кислых почв // Тез. докл. науч.-произв. конф. НПО "Белсельхозмеханизация". -Минск, 1991. -С.63...65.

3. Разработка и изготовление комбинированного эгрогата для рассева и заделки пылевидных мелиорантов: Отчет по теме 91.18.468; Номер гос. регистр. 01910045723. -Минск: ВАТУ, 1991. -74 с. /Соавторы: Подскребко М.Д., Легенький O.A., Оскирко А.И. и др./.

4. Новые энергосберегающие приемы и машины в технологии известкования кислых почв //Тез. докл. научн.-практ. конф. ГСХИ "Пробелами интенсификации сельскохозяйственного производства". - Гродно, 1993. - 0.90-91. /Соавтора: Подскребко М.Д., Костюкевич Ч.В./.

5. Совмещение основной обработки почвы с внесением мелиорантов в почву // Тез. докл. научн.-практ. конф. ГСХИ "Проблемы интенсификации сельскохозяйственного ттпоизволства". -Гполно. 1993.

С.92...93. /Соавторы: Псдскребко