автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Поверхностное напыление жидких комплексных удобрений способом распыливания и обоснование параметров рабочих органов

ВВЕДЕНИЕ.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Физико-механические характеристики жидких комплексных удобрений (ЖУ)

1.2. Современное состояние и перспективы развития производства и применения ЖУ.

1.3. Способы распиливания жидкостей. Общие сведения о распиливающих устройствах и требования, предъявляемые к ним при внесении ЖУ

1.4. Процессы распиливания жидкостей и состояние экспериментально-теоретических вопросов исследования распылителей. Цель и задачи исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ОБОСНОВАН!® РАБОЧИХ ОРГАНОВ ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ ЖУ.

2.1. Исследование движения капель распыления УЖУ под воздействием ветра при поверхностном внесении удобрений в почву.

2.2. Распределение жидких комплексных удобрений плоскоструйными распылителями

2.3. Вероятностно-статистическое исследование процесса распыяивания жидкости.

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

3.1. Постановка вопроса

3.2. Методика экспериментальных исследований.

3.3. Экспериментальная установка и измерительная аппаратура.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1. Планирование эксперимента

4.1.1.Выбор плана эксперимента.•

4.1.2.Составление матрицы плана многофакторного эксперимента 4.1.3.Оценка воспроизводимости опытов и адекватности полученной модели

4.2. Определение гидравлических характеристик распылителей плоскоструйного типа и качественных показателей их работы

4.3. Определение дисперсности распиливания . . . III

5. ЛАБ0РАТ0РН0-П0ЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Лабораторно-полевые испытания щелевых распылителей плоскоструйного типа

5.2. Методика расчета щелевого распылителя плоскоструйного типа.

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

6.1. Экономическая эффективность машины для поверхностного внесения жидких комплексных удобрений

6.2. Реализация результатов исследований

ВЫВОДЫ.

Важнейшим фактором интенсификации сельскохозяйственного производства в современных условиях является его химизация, в частности широкое применение минеральных удобрений.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что около половины прироста урожая достигается за счет применения минеральных удобрений.

Продовольственной Программой СССР предусматривается дальнейшее увеличение выпуска и потребления удобрений, а именно: "Обеспечить поставку сельскому хозяйству минеральных удобрений в 1985 году в количестве 26,5 млн,тонн и в 1990 году - 30. 32 млн.тонн /е пересчете на 100-процентное содержание питательных веществ/". /I/ Производство высококонцентрированных и сложных удобрений к 1990 году составит не менее 90 процентов общего выпуска. Расширяется производство жидких комплексных удобрений /ЖКУ/, как одной из наиболее экономичных и перспективных форм удобрений.

Стоимость этих удобрений ниже стоимости эквивалентного состава твердых туков. В отличие от сухих все ЖКУ растворимы в воде. Отсутствие в них свободного аммиака позволяет вносить их по поверхности поля с последующей заделкой почвообрабатывающими машинами. ЖКУ совместимы с большинством ядохимикатов и могут быть внесены ео время вегетации культур.

Вместе с тем, ЖКУ обладают повышенной вязкостью и коррозийной агрессивностью. Эти факторы в некоторой степени затрудняют процесс внесения удобрений в виду повышенной вероятности забивания рабочих органов. На изготовление последних требуется коррозийно-стойкие материалы.

Несмотря на это, благодаря целому ряду перечисленных преимуществ и высокой эффективности }ЖУ получают все большее распространение. Однако рабочие органы зарубежных и отечественных машин по внесению ЖКУ далеки от совершенства, не обеспечивают надежности выполнения технологического процесса и качества распределения удобрений.

В связи с этим целью данной диссертационной работы, в научно-техническом плане представляющей собой один из этапов комплексной программы по созданию машин для химизации сельского хозяйства, явилось экспериментально-теоретическое исследование процесса поверхностного внесения ЖКУ плоскоструйными рабочими органами и оптимизация их параметров.

В диссертации освещены: физико-механические свойства ЖКУ, перспективы развития их производства и применения; способы распиливания жидкостей и состояние экспериментально-теоретических вопросов исследования распиливающих устройств; экспериментально-теоретическое обоснование типа рабочего органа для внесения ЖКУ и его конструктивно-технологических параметров; программа и методика исследований, применение теории планирования многофакторного эксперимента к исследованию распылителей, методы и средства экспериментальных исследований; результаты лабораторно-полевых испытаний, производственной проверки и экономическая эффективность макетного образца машины для поверхностного внесения ЖКУ.

На защиту выносятся следующие новые результаты теоретического, научно-методического и практического плана: аналитические зависимости для определения величины сноса ветровым потоком капель распыливаемого агента и распределения последнего по ширине захвата распылителя с учетом сопротивления еоздушной среды и массы жидкости; вероятностно-статистическая модель процесса распиливания, учитывающая режим распиливания и физико-механические свойства жидкости; методика экспериментального определения закона распределения и дисперсности распиливаемой жидкости; методика расчета геометрических и технологических параметров щелевого распылителя плоскоструйного типа; макет на базе разбрасывателя РЖТ-8,0 штангового опрыскивателя для внесения ЖУ.

Б работе экспериментально подтверждены теоретические выводы о распределении и дисперсности распыливаемых удобрений плоскоструйным распылителем. Выполнена оптимизация параметров и режима работы штангового рабочего органа, дана оценка экономической эффективности. По результатам исследований разработана конструкция машины, которая Госкомитетом Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий признана изобретением.

Работа выполнена в лабораториях ЦНИИМЭСХ Нечерноземной зоны СССР механизации внесения минеральных удобрений и мелиорантов, механизации применения средств защиты растений, сотрудникам которых выражаю благодарность за помощь при создании установки и проведении лабораторно-полевых исследований.

Заслуженному деятелю науки и техники БССР, члену-корреспонденту БАСХНШ1, доктору технических наук, профессору С.И.Назарову выражаю глубочайшую признательность и благодарность за научное руководство диссертационной работой.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

ВЫВОДЫ

1.Получено равнение для определения величины сноса распиливаемых удобрений ветровым потоком, учитывающее вес диспергируемого агента с сопротивление воздушной среды. Установлено, что в факеле распыла должны преобладать капли размером 2' 10""^. .5*10 ^м.

2.Выведена аналитическая зависимость, описывающая распределение ЖКУ плоскоструйными распылителями по ширине захвата рабочего органа с учетом сопротивления воздушной среды и физико-механических свойств удобрений, его конструктивных параметров.Построенная, согласно расчетов эпюра распределения близка к треугольной.

3.Разработана вероятностная модель процесса распиливания, учитывающая режим распиливания (давление, коэффициент расхода) и физико-механические свойства жидкости. Дисперсность распиливания при давлении 0,1.0,2 ыПа составляет 3*10"^.5*10 м*

4.В результате реализации плана много^акторного эксперимента определено влияние геометрических параметров и режима работы на гидравлические характеристики распылителя: расход (коэффициент расхода) и корневой угол факела распыла. Область оптимально-допустимых значений составляет: давления 0,15.0,25 мПа, ширины секторной щели I,5'10~3.2,5'10~^ м, угла раскрытия щели 100°.180°.Эпюры распределения ЖКУ по ширине захвата распылителя подтверждают правомерность теоретических расчетов.

5.Разработана конструкция и произведена оптимизация параметров щелевого распылителя плоекоструйного типа, а также - машина для поверхностного внесения ЗКУ, которая Госкомитетом Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий признана изобретением.

6.Экспериментальное определение дисперсности распиливания произведено методом улавливания капель ЯКУ иммесиопной средой и последующим микрофотографированием. Среднеобъемный диаметр капель при давлении 0,15. 0,30 МпА составил 4 'Ю-^ м, что удовлетворительно согласуется с расчетными данными.

7.В результате лабораторно-полевих испытаний и производственной проверки подтверждено высокое качество распределения ЖКУ опытными распылителями, а именно: поперечная неравномерность составила 8,0 процентов, продольная - 6,7 процента.

8.Экономическая эффективность машины РНТ-8 Ш для повеохност-ного внесения ЖКУ составила 14,5 тыс.рублей в год.

1. Продовольственная Программа СССР на период до 1.S0 года и -меры по ее реализации. Материалы майского Пленума ЦК КПСС 1982 года. - М.: Правда, 1982. - НО с.

2. Кочетков Б.Н. Производство жидких комплексных удобрений. -М.: Химия, 1978. 240 с.

3. Ципина З.И. и др. Экономика производства минеральных удобрений. М.: Химия, 1975. - 2с0 с.

4. Дитякин Ю.Ф. и др. Распиливание жидкостей. М.: Машиностроение, 1977. - 207 с.

5. Пажи Д.Г., Галустов Е.С. Распылители жидкостей. М.: Химия, 1979. - 216 с.

6. Экнодиосянп O.K. Физические основы ультразвуковой технологии. -М.: 'Наука, 1970. о 339.

7. Бородин В.А. и др. Распыливение жидкостей. М.: Машиностроение, 1967. - 203 с.

8. Прахов А.Б. В кн.: Регулирование авиационных двигателей, вып. 20, 1955. - с.46.

9. Гельперин Н.И. и др. Химическое и нептяное машиностроение, 1972, ¥ II. с.15.

10. Паневин И.Г. О распределении жидкости в факеле форсунки со сталкивающимися струями. Б кн.: Рабочие процессы в тепловых двигательных установках. - Ы.: Оборонгиз, 1960. - с.72.64 /Труды МАИ, вып.119/.

11. УиемДолЛ Ж; №и>6гк. Х4. У ^¿^¿У и/ит.

12. Янишевский Ф.Б. и др. Вопросы экономической эффективности производства и применения жидких азотных и комплексных удобрений. М.: НИИТЗхим, 1974. - с.6.32.

13. Вебер К. Распад струи жидкости. В сб. "Двигатели внутреннего сгорания", т.1. - М.:-Л.: ОНТИ, 1936.

14. Лышевский A.C. Об устойчивости и распаде полой струи вязкой жидкости, движущейся с малыми скоростями. "Известия вузов. Энергетика", 1958, Ii'-- 3. - с.428.

15. Лышевский A.C. 0 влиянии окружающей среды на распад полой струи жидкости. "Известия вузов. Энергетика", 1958, !г 6. -с. 695.712.

16. Клячко Л.А. К теории дробления капли потоком газа. "Инженерный журнал АН СССР", т.Ш, 1963, t 3. - с. 554.557.

17. Волынский М.С. 0 дроблении капель жидкости в потоке воздуха. -"ДАН СССР", 1948, т.6„, С 3. с. 301.304.

18. HOAUjJUl JYioMii i. Л. JH^UKitUudifTL ¿¿pcotf d/iofdkfe in, ä- (итмгс^ллге, — cfredtn-H^t, -2bicrnat fawisuce. erf fcf ¿uul Жг^ Üba^tgfu/ux. Ji<372} inrt.JSj jTe, p .

19. ГельФанд Б.Е. и др. Особенности разрушения капли вязкой жидкости в ударных волнах. "Инженерно-Физический журнал", 1973, т.25, 1Ф 3. - с. 56. .61.

20. Гелыганд Б.Е., Губин С.А., Кочерко С.М. Разрушение капли жидкости в потоке за ударной волной с треугольным профилем изменения скорости газа. "ИзБестия АН СССР. Механика жидкости и газа", 1973, т.25, if 5. - с. 127. 129.

21. ГельФанд Б.Е., Губин С.А., Кочерко С.М. Разновидности дробления капель в ударных волнах и их характеристики. "Инженерно-Физический журнал", 1974, т.27, !'» I.-c. III.ИЗ.

22. Петрусевич А.И. Математическое моделирование распределения ядохимикатов по ширине захвата полевого штангового опрыскивателя при испытаниях. Е кн. "Новое в методах испытаний тракторов и сельскохозяйственных машин". Бып.УП., p.I. М. I960. -с. 150.156.

23. Шиорин К.С. Изучение свойства, вещества по однократному рассеянию Теоретические и прикладные проблемы рассеяния света. Минск, 1971. - с. 466.

24. Базаров С.М., Нахман 10.В. Оптический зонд, для исследования жидкой фазы влажного пара. "Труды цКТМ", JI., 1966, вып. 65.-с.63.

25. VML sf 'J^uuvntaL ¿¿ли* mea^efumon£& llUng ¿t -¿^иЛЛЯССЛ'и^Ж . — JJffte, p. Ш.4М.

26. J Ти&ёгеС ец, Фимл^бсгня. —л, Тглиллебсы* ^ -Ыи. " /976, /9,р. 6*4. 656.

27. ЮЫ&т I. У. ъси&мЛ $фш£ьс/ ъсблмйь " > /964, тго£. -У 5, р. 4Я/.499.

28. Н.С.Лепехин, И.Н.Белецкий, К.С.Калабина. Распределение капель распыленной жидкости по высоте сносимого облака при наземном и авиационном опрыскивании. Бюллетень БНМИЗР !г 44, Л., 1976. - с.45.50.

29. Н.С.Лепехин, И.Н.Белецкий, К.С.Калабина. Осаждение распыленной жидкости за пределами ширины захвата при наземном опрыскивании. Бюллетень ЕНИЙЗР Г 44, Л., 1976. - с. 96.104.

30. Карташевич С.М. Распределение ЖКУ плоскоструйными распылителями. Механизация подготовки и внесения минеральных, органических удобрений и средств зашиты растений. /Вопросы с.-х. механики/. Мн.: ЦНИШЗСХ Нечерноземной зоны СССР, 1963.с.77.

31. Воронков К.М. Курс теоретической механики. М.: Физмгтиздат,1961. 596 с.

32. Кравцов М.В. Гидравлика зернистых материалов. Минск.: Наука и техника, I960. с.29.

33. В.А.Кострюков. Основы гидравлики и аэродинамики. М.: Высшая школа, 1975. с.162.

34. Л.Г.Лойцянский. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1976. -с.406.

35. Z&frfiA в. ¿.j tyifvteul в, Я. of /uiUisA

36. J3 %J. buf. aMw. "j tff} Se-itO.

37. А.Ф.Вермент. Краткий курс математического анализа. М.: Физматиздат, 1963. 664 с.

38. В.А.Новичихин. Рациональный закон сопротивления среды в теории свободного движения тела. В кн. Земледельческая механика. М.: Машиностроение, т.ХШ. - с.301.

39. Волков В.А. Приближенный расчет движения тел в сопротивляющейся среде. Труды ВКСХОМ, вып.24. М.: ЦБТИ тракторного и сельскохозяйственного машиностроения, 1959. 17 с.

40. Колмогоров А.К. С лагорисмически-нормальном законе распределения частиц при дроблении. ДАН СССР, 1949, т.ХУ1, Г;° 5. с.56.

41. Ю.Б.Румер, М.Ш.Рыбкин. Термодинамика. Статистическая физика и кинетика. М.: Наука, 1977. с.276.

42. Ф.Рейсп. Статистическая физика. М.: Наука, 1977. с.351.

43. Е.С.Вентцель, JI.А.Овчаров. Теория вероятностей. М.: Наука, 1973. 368 с.

44. Яворский Б.М., Детлао A.A. Справочник по физике. М.: Наука, I960. с.146.

45. Справочник химика, т.1. Л. М.: Химиздат, 1962. - с.557.

46. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. М.: Знание, 1958. -64 с.

47. Лышевский A.C. Распиливание топлива в судовых дизелях. Л.: • Судостроение, 1976. с.221.

48. Ф.С.Новик. Математические методы планирования экспериментов в металловедении. /Раздел: Выбор параметров оптимизации и гак-торов/. М.: МИСиС, 1979. 96 с.

49. Б.А.Ивоботенко, Н.Ш.Ильинский, И.П.Копылов. Планирование эксперимента в электромеханике. М.: Энергия, 1975. 184 с.

50. Е.З.Рабинович. Гидравлика. М.: Недра, 1977. с.184.

51. И.Л.Повх. Техническая гидромеханика. Л.: Машиностроение, 1976.-с.182.

52. Кукта Г.М. Испытания сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение, 1964. с.12.

53. Г.Шеффе. Дисперсионный анализ. М.: Наука, I960. 512 с.

54. Маневич Ш.С. Простейшие статистические методы анализа результатов наблюдений и планирования экспериментов. Казанский сельскохозяйственный институт им.Горького. Казань.: 1970.- с.10.

55. Налимов Б.В., Чернова H.A. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965. 340 с.

56. Н.Джонсон, Ф.Лион. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Перевод с англ. М.: Мир, 1981. с.134.

57. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1969. 158 с.

58. Еукевич К.И. Оценка эффективности сельскохозяйственных машин и технологии. Механизация и электрификация в социалистическом сельском хозяйстве, IS6I, г 6. с.4.5.

59. Агротехнические требования не машину полевую высокой проходимости со сменными агрегатами типа МВУ-30. Утв. МСХ и Госком-сельхозтехникой СССР С1.07.61 г.

60. Ластовцев A.M. Опенка дисперсности распыленной жидкости. -Труды МИХМ, 1950, ¡9 2 /10/. с.З.

61. Шершабов И.В. Некоторые элементы методики определения дисперсности распиливания жидких препаратов. Защита растений, 1962,с.35. .об.

62. Леончик В.И., Маякин В.П. Измерения в дисперсных потоках:. М.: Энергия, 1971. с.88.

63. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины для внесения минеральных удобрений, известковых материалов и гипса. /Программа и методы испытаний/. М.: В/О "Союзсельхозтехника", 1976. 73 с.

64. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. М.: Наука, 1979. 336 с.

65. Каплан И.Г. К выбору критериев оценки качества при работе с удобрениями. В сб. научных трудов ЩИИМЗСХ. "Механизация земледелия и животноводства". Минск: 1962. - с.10.

66. Экономика использования удобрений. Под редакцией д-ра экон. наук, проф.Баранова Н.Н. М.: Колос, 1974. 319 с.

67. Нормативно-справочный материал для экономической оценки сельскохозяйственной техники. Справочное приложение к ГОСТ 2372879-23730-79, ЦНИИТЗИ, 1980. 126 с.

68. Нормативы затрат на доставку, хранение, подготовку и внесение е почву удобрений и мелиорантов. М.:, 1979. 15? с.