автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение качества работы и технологической надежности распределителей минеральных удобрений путем совершенствования штанговых рабочих органов

pre л n

Ахзлгм!«<! пгпрстгк'х наук Республики Беларусь

] 9 АПР Ц$$3альнъ1й нпучно-иослоатательский институт

механизация и электоификппии сельского хозяйства

Не прпппх рукпппс!" СЕНЫС9 Владигир Федорович

УДЧ 631.333.002.237

nODL'iSinUü ¡ЖЖ. гАГОТЫ И '1 ¡^ХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАЦКНОСТЯ РЛСН'ЕЛгЛГЛЕЛЕЙ УИНЕРАЛЫШХ УДОБРЕНИЙ. ПУ'ГЕМ ССЗЕРиЗНСТЗОВАНЛЯ llfTAHTOBIJX РАБОЧИХ ОРГАНОВ

Специальнас?ь 05.20.01 - механизация çp4ьг.^-эзпАссзоннзго проиязодства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации иг» соискание ученой степени кандидата технических нзук

г^нск - 1993

Работа выполнена в лаборатории механизации применения минеральных удобрений и ядохимикатов Центрального научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства (ЦВИИМЭСХ).

Научный руководитель - академик Академии аграрных наук

Республики Беларусь и Россельхоз-академии, доктор технических наук, профессор И.С.НАГОРСКИЙ

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

А.М.ДМИТРИЕВ

кандидат технических науи, доцент В.А.ЧУЕШКОВ

Ведущее предприятие - Белорусская машиноиспытательная ста

ция (БелМИС) Минсельхозпрода Респуб лики Беларусь

Зашита состоится апреля 1993 г. в №. ч на заседании специализированного совета Д 020.46.01 в ЦНИ1ШЭСХ по адресу: 220610, Минек»49, ул.Кнорина, I.

С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке института.

Автореферат разослан 2 6. 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, '</^7

доктор технических нау:£ //' ' ^ И.И.Г1иунозск<!Й

/

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Значительные потери урожая вызываются неравномерностью распределения минеральных удобрений. Так, по данным Белорусского НИИ почвоведения и агрохимии, при норме минеральных удобрений Мр0РйоКпо ) внесенных с неравномерностью 30 %, недобирается 2,6 ц/га, или 29,2 % прибавки урожая зерна, которая возможна за счет вносимых удобрений. При неравномерности распределения удобрений 50 и 75 % эффективность использования их снижается соответственно на 48,3 и 79,5 %. Поэтому повышение качества технологической операции распределения удобрений имеет важное народнохозяйственное значение.

Допустимый агротехникой показатель неравномерности распределения азотных удобрений - это 15 Й, а калийных и фосфорных - 25 %, однако у 'существующих машин для сплошного внесения минеральных удобрений, особенно машин, оборудованных центробежными рабочими органами, этот показатель составляет 30...70 %, т.е. имеющиеся технические средства нробхолимо совершенствовать.

Существенными достоинствами в части качества распределения удобрений обладает штанговые рабочие органы. Так, распределитель штанговый с транспортирующей пружиной РШУ-12, по результатам испытаний на МИС, обеспечивает внесение удобрений с неравномерностью , которая не превышает 10 %. Однако технологическая надежность работы этих распределителей ene недостаточная.

Б связи с изложенным, актуально изыскание технических решений и проведение зкслзримзнтальио-теоретических исследований с целью повышения качества и надежности функционирования штанговых цабо«и;с оргелзз.

Цель cctjoTJ - гопнекть качество работы и технологическую n.'vie.^cocTb атангочих распределителей гранул ирс глных минеральных удсОрздий путем обоснования .рацкэнальиых параметров и совершенст-: 011с::;;л лзчетруя!;:;: их tm:'ío4'/x оргслоз.

U^.'/jM^KCfA^onaH-^ - .^Jsi¡KO-i'oxoMK«cci4ts саойстза гряну-is'pon-jtj va "«.ноппзым:; ynooyeimíi, »гоотюсоу тоссвв удобрений через :О' ЛV';: "'.С 07? -ССПИ и СС.Ш-'ОЛСЙОТШ'Я ьэтокп гранул с дртаегто-ni. ■■ Mrrw;:';?? "■'тлели ггг^чггпого гр^дслптолл удоСрон;;?;

/п'< к,-чгзс ¡";:.71-!;<v,r:: '-г <:i и:: •:!■< ]ц!н г тяговых v'^o-

';:¡:: '.;,;г.'чах (г nr,:\r.""".,ít п va.':'íc4-o-ucn»;oго т:;гн-

т.орг1. pa) ¡¡ ('¡оелг.я'.'лц-!!; и с приведя:,!» и nvnrr-

ним шкивами), экспериментальный образец штангового распределителя удобрений.

Методической основой выполненного исследования являются принципы статистического подхода к изучению процессов функционирования штангового распределителя удобрений, математическое моделирование их с использованием ЭВМ и тензометрирование при энергооценке экспериментального образца.

Научную новизну имеют следующие результаты исследования и положения, которые выносятся на зешиту:

- методика исследования процессов функционирования распределителей удобрений, которая базируется на рассмотрении экспериментальных данных о распределении удобрений на поверхности поля как ансамблей реализаций случайных функций и вычислении оценок их вероятностных характеристик для сечений по ширине захвата и по длине гона;

- аэродинамические характеристики - скорости витания гранул азотных удобрений и•коэффициенты восстановления их при ударе о рабочие органы сельскохозяйственных машин;

- математические модели штангового-распределителя удобрений как трубчатого конвейера, особенностью которого является переменная распределенная масса перемешаемого груза (вследствие высева удобрений через доз'ируюшие отверстия), и дефлектора, который изменяет направление струи высеваемых удобрений, обеспечивая рассев их полосой, ширина которой соизмерима с шагом расположения дозируюших отверстий на штанге;

- регрессионные зависимости показателей функционирования штангового распределителя удобрений от его основных параметров, полученные в результате многофакторного эксперимента, а также оценки энергозатрат, полученные тензометркрованием.

Практическая значимость полученных результатов состоит в зависимостях, которые позволяют определить рациональные параметры штанговых распределителей удобрений при конструировании; новых сведениях о физико-механических свойствах гранулированных минеральных удобрений, необходимых для расчетов; предложениях о совершенствовании рабочих органов штанговых распределителей, новизна технических решений которых защищена двумя авторскими свидетельствами на изобретения.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы-земледельческой механики" (Мелитополь, 1989) и Всесоюзно

научной конференции "Использование, надежность и ремонт машин, электронизации процессов и технических средств'в сельскохозяйственном производств:,' аридной зоны" (Ашхабад, 1991).

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть работ обшим объемом 1,9 печ.л., в том числе описания двух авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, обших выводов и предложений, списка использованной литературы (42 наименования, из них 3 на иностранных языках) и приложений. Она изложена на 206 страницах машинописного текста, содержит 39 таблиц и 49 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы основные научные положения, которые выносятся на эа-питу, отмечены практическая значимость полученных результатов и методическая основа выполненного исследования.

В первой главе "Состояние вопроса, цель и задачи исследования" рассмотрены агротехнические требования к нормам внесения минеральных удобрений и неравномерности их распределения, показано влияние степени неравномерности рассева различных удобрений на недобор урожая сельскохозяйственных культур и полегание зерновых (по данным отечественных и зарубежных исследователей), на основании чего мэжно сделать вывод, что при современном уровне развития техники агротехнически допустимыми являются коэффициенты вариации рассева азотных удобрений до 15 %% фосфорных и калийных - до %.

Анализ технических средств для сплошного внесения минеральных удобрений показывает, что основным недостатком широкоисполь-зуемых сейчас центробегкных разбрасывателей яв;. ются большая неравномерность распределения удобрений по поверхности почвы. Так-мелкокристаллический хлористый калий распределяется машиной 1РМГ-4 с неравномерностью 25 и 73 % при ширине захвата соответственно 4 и 10 м. Поэтому все большее применение находят рабочие органы штангового типа, которые обеспечивают иысокое качество внесения удобрений (неравноеррпость не прпвтаает 10...15 %), постоянную шипину гигхвлта на вегх видях удобрений и малое пиление при внесении порошковидных г.птегиаяоп.

" • Разработанный в ЦШВДСХ птанговый распределитель минеральных

удобрений РШУ-12 (рис.1) состоит из рамы I, бункера 2, правой 3 и левой 4 штанг, привода 5 и транспортных кронштейнов. Бункер 2, который служит емкостью для удобрений, снабжен решеткой 7 для предотвращения попадания в него посторонних предметов, побудителями 8 и имеет два выгрузных отверстия с заслонками б, управляемыми рычагами из кабины трактора.

Штанги 3 и 4, предназначенные для высева удобрений, представляют собой замкнутые по контуру трубы, внутри которых помешены бесконечные спиральные пружины 9, Они имеют рабочую и

возвратную ветви. Снизу рабочей ветви имеются продольные дози-' руюшие отверстия 10 для высева удобрений, перекрываемые с цель» регулирования дозы заслонками, закрепленными на тяге II, соединенной с приводным устройством 12. Штанги удерживаются в горизонтальном положении растяжками с талрепами 14.

При движении агрегата, если заслонки б открыты и привод б включен, удобрения из бункера 2 поступают через приемные лотки 13 в трубу с движущейся в ней в продольном направлении спиральной пружиной 9. Увлекаемые витками пружины туки перемешаются вдоль трубы и, дв^аясь над высевными отверстиями 10, просыпаются через них. Избыток удобрений по возвратной ветви штанги возвращается в приемный лоток 13.

Штанга-распределитель обеспечивает высокопроизводительный процесс многопоточного дозирования с неравномерностью до 10 %\ однако технологическая ее надежность требует совершенствования.

Анализ показателей, используемых для оценки функционирова-

ния. распределителей удобрений, согласно ОСТ 70.7.1-82 "Испытания сельскохозяйственной техники. Машины для внесения твердых минеральных удобрений, известковых материалов и гипса. Программа и методы испытаний", обнаруживает, что расчетная формула для коэффициента вариации содержит среднее квадратическое отклонение от средних арифметических масс удобрений в ряду противней-пробоотборников, т.е. этот показатель характеризует не неравномерность распределения удобрений по полю (по ширине захвата или по ходу движения машины), а нестабильность средних значений дозы в соответствующих сечениях учетного участка.

Для достижения поставленной цели исследования в результате выполненного анали~а состояния вопроса обоснована необходимость решить следующие задачи:

- разработать метод оцениваний показателей процессов функционирования распределителей удобрений;

- составить и исследовать с помошью ЭВМ математические модели процессов высова удобрений через дозирующее отверстие с регулируемой плошадыо проходного сечения; расхода удобрений через дозирующие отверстия по длине рабочей ветви замкнутого трубчатого конвейера в зависимости от основных параметров и режимов его работы; изменений тягового усилия на приводе рабочего органа штангового распределителя удобрений (мощности привода) как конвейера

с кольцевым движением при различных'вариантах- его конструкции (с криволинейными патрубками, отклонявшими гибкий тяговый элемент, и со шкивами) и различном месторасположении привода; взаимодействия гранул с дефлектором, который изменяет направление струи удобрений, высеваемых из дозируюаего отверстия, и обеспечивает распределение их не узкой лентой, а полосой с шириной, которая не меньше расстояния между дозируюшими отверстиями штанги.

- экспериментально определить те необходимые для расчетов характеристики физико-механических свойств гранулированных минеральных удобрений, сведения о которых отсутствуют в специальной литературе;

- экспериментально Проверив и уточнив теоретические предпосылки о рациональных параметрах и перспективных вариантах конструкций штанговых рабочих органов, обосновать пути их совершенствования.

Во второй главе "Исследование физико-механических свойств гранулированных минеральных удобрений" изложены методики и результаты исследования аэродинамических свойств таких удобрений как нитроамофоска, мочевина и амофос, используемых в интенсивных технологиях в качестве подкормки сельскохозяйственных культур дробными дозами азота, а также исследования коэффициентов восстановления гранул минеральных удобрений при ударе о поверхности материалов, из которых изготавливают рабочие органы сельскохозяйственных машин. В специальной литературе сведений об этих характеристиках нет.

Взаимодействие гранулы удобрений с воздушной средой характеризуем скоростью витания, т.е. такой скоростью восходящего воздушного потока , при которой гранула находится во взвешенном состоянии.

На основании уравнения двт^ния частицы в вертикальном воздушном потоке получена формула для расчета скорости витания гранул в конической трубе по'динамическому (скоростному) давлению потока воздуха, измеренному посредством пневмометрической трубки, установленной в центре потока и подключенной к дифференциальному микроманометру (тягонапоромеру).

При ударе тела о неподвижную преграду кинетическая его энергия, обусловленная скоростью "\ЛН в начале удара, сначала переходит во внутреннюю потенциальную энергию деформации, которая затем частично расходуется на остаточную деформацию и нагрев тела, а частично восстанавливает первоначальную кинетическую энергию, сообщая, телу в конце удара (в момент отделения от преграды) скорость Ук . Характеристикой этого физического процесса является коэффициент восстановления при у д а -р е

где ^¡^ - высота свободного падения частицы; измеряемая по вертикальной шкале высота ее подъема после удара о горизонтально расположенный плоский образец материала. _

Экспериментально определены средние арифметические и оценки средних квадратических отклонений скоростей витания, а

-,б -

/

также коэффициенты гг^ трех видов удобрений (табл.1).

Таблица I

Скорости витания и коэффициенты восстановления гранул удобрений

Вид удобрения Оценки скоростей витания, м/с Коэффициенты при ударе о л Ъ

металл пластик

Нитроамофоска 15,6 0,82 0,27 0,42

Мочевина 13,3 0,60 0,42 0,59

Амофос 12,5 0,98 0,35 0,47

В третьей главе "Методика исследования и модели процессов функционирования штангового распределителя удобрений" изложены обаие принципы исследования, обоснованы показатели эффективности функционирования штангового распределителя удобрений,рассмотрена методика получения и статистической обработки информации о распределении высесаешх касс удобрений, составлена математическая модель процесса высева удобрений через дозируюшее отверстие, результаты исследования которо!' сопоставлены с данными анализа регрессионной модели, полученной путем проведения многофакторного эксперимента.

При скорости агрегата Т/-Соп$ для определения расхода удобрений через катдое дозирушее отверстие штанги надо измерить массы материала

т.. = т-(1йТ) , 1=1, с1,

вытекавшего из ^ -ых отверстий за Матрица наблюдений имеет вид:

£ -ые промежутки времени

т..

У

т„ т

и

12.

"И "г

"а

т ... П7' ... М»

щ 12. л] ■ пЬ

Строка I матрицы (I) - это реализация дискретной функции изменений величины #7..= в зависимости от координаты

дозируюшего отверстия по ширине захвата агрегата^',10 , где лЬ - расстояние между дозирующими отверстиями. Строки / = I, 2, . ..., п образуют ансамбль реализаций случайной функции И£ (¿'До ).

Столбец матрицу (I) можно рассматривать как временную последовательность масс удобрений, высеваемых из J -го дозирующего отверстия штанги распределителя, При этом временные последовательности/*?^ (í¿t ) масс удобрений, поступающих из" £ - ых дозирующих отверстий, образуют ансамбль реализаций случайного процесса/^ ( СйТ).

Статистическая обработка ансамблей реализаций, получаемых в сечениях матрицы наблюдений (I) как по ширине захвата агрегата, так и по длине гона, наряду с традиционными оценками (средним арифметическим и коэффициентом вариации расхода удобрений),дает более информативные доверительные оценки, практические границы рассеивания доз удобрений и изменения в соответствующих сечениях оценок их текущего математического ожидания и диспрессии.

Эффективность функционирования распределителя минеральных удобрений-характеризуют следующие показатели:

- доза внесения удобрений на единицу плошади поля (^ , т/га), определяемая выражением

а- /0** ...

£1/ >

где % = - расход удобрений через штангу, кг/с;

- Средний по длине гона расход удобрений, высеваемый из^-го дозируюшего отверстия; В - ширина захвата, м;

- показатель неравномерности распределения удобрений, выражаемый оценкой коэффициента вариации масс Мц 'от средних значений а»» ■ в } -ых сечения по ширине захвата агрегата -строки матрицы (I) рассматриваются при этом как повторности опыта, - или- от средних значений в I -ых сечениях по длине гона, или же от среднего арифметического П) на учетном участке (среднего значения всех элементов т.- );

- энергоемкость, которую можно оценить затратами энергии

на единицу массы внесенных удобрений ( £ ё , Дж/кг), определяемыми по формуле у

где - мощность на привод рабочих органов, Вт.

Исходную информацию - элементы матрицы (1) получали экспериментально на стенде, за основу конструкции которого был взят распределитель удобрений РШУ-12 с одной штангой и электроприводом рабочего органа через трансмиссию с-изменяемым передаточным отношением. Для отбора проб использовалась движущаяся перпендикулярно штанге платформа, на которой под каждым из дозируюших отверстий устанавливались ряды противней-пробоотборников. Взвешивание проб проводилось на весах ВЛК-500-М с ценою деления 0,01 г. При тензометрировении использовались тензоусилитель ТУП-101 и магнитоэлектрический осциллограф К-12-22. Для улучшения качества осциллограмм и облегчения последующей их обработки проводилось сглаживание высокочастотных составлятих (помех) с помощью пассивного ЯО - фильтра нижних частот с каскадным соединением двух полузвеньев типа Г.

По материалам экспериментальных исследований штангового рабочего органа распределителя удобрений РШУ-12 проверена приемлемость гипотезы о гауссовском законе распределения минеральных удобрений, высеваемых этим рабочим органом.

Рассматривая статистические характеристики высеваемых масс удобрений в различных сечениях матрицы наблюдений (рис.2 и 3), можно проанализировать тенденции их изменения. Так, по длине отгиги с удалением дозируюшего отверстия от бункера-питателя наблюдается некоторое уменьшение текущего среднего расхода высеваемых удобрений (см.рис.2), а наибольшие дисперсии расхода удобрений има-вт место для дозируших отверстий в начале и конце штанги.

При заданной норме внесения удобрений ^штанговый распределитель должен обеспечить производительность (по массе выпеваемых туков, кг/с) . . .

а-о^^в V.

С учетом того, что эта производительность должна быть обеспечена пропускной способностью штаяги, получена расчетная зависимом!»

¿?=(2)

где у - плотность туков, кг/м3; Я^- эмпирический коэффициент истечения материала, согласующий фактический расход с расчетным(для минеральных удобрений в среднем Д.,-0,56);. С ' ^. • - коэффициент, •19ПИСЯТШЙ от геометрических размеров дозкруюшего отверстия (периметра С и эффективной плогаадиД );

Рис.2. Оценки математических ожиданий и дисперсий высеваемых масс удобрений в сечениях по ширине захвата штангового распределителя:

— относительно те^уших средних (в сечениях);

— относительно общего среднего Рис.3. То же, что на рис. 2, но по длине гона

- минимальное значение коэффициента

А ; К- I /¿„-

коэф-

фициент, характеризующий изменение пропускной способности дозирующего отверстия при перемещении заслонки.

Рассмотрение общих закономерностей, отражающих изменения расхода материала через дозируюшие отверстия в зависимости от их формы и размеров (рис.4), позволяет сделать вывод, что для обеспечения более точной настройки дозирующих отверстий на расход, при котором достигается заданная производительность распределителя удобрений, необходимо при малых нормах их внесения использовать отверстия со<£ = 0 , а при больших нормах - с о< = 0,2... 0,6 рад (11,5...34,5°). Предложена универсальная заслонка, перемещение которой вправо обеспечивает высев малых доз, а влево -больших.

Фактическая производительность отличается от расчетной вследствие влияния на расход удобрений таких факторов, неучтенных в формуле (2), как степень заполнения штанги, определяемая величной открытия дозирующей заслонки бункера-питателя и уровнем удобрений в бункеро, скорость транспортера в штанге.

Рис.4. Расчетная схема и зависимости К от перемещения заслои-ки;

I - ск= 0; 2 - с* = 0,2 рад; 3

о<= 0,4; 4 -с<=0,6

5 ад

Для проверки зависимости (2) и уточнения принятого значения согласующего коэффициента Я^проведен многофакторный эксперимент в диапазоне расхода удобрений, который имеет место при использовании распределителя РШУ-12 как подкормшика. Рассмотрены следующие факторы: перемещение заслонки дозируюшего отверстия (кодированное значение ); площадь дозирующего отверстия бункера - питателя (Л^ ); скорость Ут транспортирующего рабочего органа ( Х3 ). Функцией отклина у являлась масса удобрения (нитроамофоски), высеваемого дозирующим отверстием на заданной длине гона.

Полученное уравнение регрессии, после исключения незначимых коэффициентов, имеет вид:

у = 7,485 + 2,323 хх + 0,195 х3 - 0,065 х^ + 0,138x^3.

В результате анализа этого уравнения установлено, что факти-:некий и расчетный расходы удобрений согласуются эмпирическим коэффициентом истечения материала (скорректированное значение Л = == 0,62); для обеспечения качественного (равномерного) распределения удобрений по ширине захвата штанг:; необходимо увеличить скорость транспортера; величина открытия заслонки бункера-питателя незначимо влияет на расход удобрений.

В четвертой главе "Энергооценка рабочего органа штангового распределителя удобрений" изложены методика и результаты тягового расчета двух вариантов конструкции штангового распределителя удобрений как трубчатого конвейера с кольцевым движением (без шкивов и со шкивами, один из которых'является приводным), а также исследования гтгодом тензометрироования крутящего момента на приводе гибкого тягового элемента и многофакторного эксперимента с целью получения уравнения регрессии крутящего момента от ос-

новных факторов работы штангового распределителя.

Составленные математические модели для тягового расчета трубчатого конвейера с кольцевым движением позволили рассчитать окружное усилие на приводном элементе, потребную мощность привода и удельные затраты энергии в зависимости от основных параметров конструкции и режимов работы конвейера, а также месторасположения привода.

Окружное усилие на приводном элементе при коэффициенте заполнения штанги я const практически не зависит от производительности $ , а именно: отнесенные к разности между значениями W0 , которые соответствуетпроизрод/тельностям Qmin н Я мяу . при одинаковых коэффициентах-/^ не превышают 3 %. Его связь с коэффициентом^ мо;гет быть выражена л ¿шейной зависимостью (рис.5), начальная ордината которой представляет собой постоянную составлявшую сопротивлений двшениы гибкого, тягового элемента. Это, .прежде осрго, то сопротивление его двгсгежда, когда удобрения в штангу не поступают (холостой ход рабочего оргрна).

ы,

кН

0,75 0,50 0,25

2

у

1

гис.5. Скруиное усилие приводном элементе |'Гч9.чг-ового распределителя I. зависимости от коа^ фицгента заполнения штш-гк :

1 - привод от шкива;

2 - беошкивный рг.риент отолги г.ри Я - 0,06 кг/с 2* - то ве приф-.,0,3 кг/

Сила сопротивления холостому ходу тягового элемента в штанге-распределителе бчз шкивов составляет 56,"... 78,5 % от общего тягового усилия, а в варианте ее конструкции со шкивами - 15,3...36,2 %, Кроме того, в гптлге циркулирует шток удобрений, затраты энергии на переселение которых примерно одинаковые как при «алой, так и при большой прризводтеньноетях распределителя (по мессе высоваемых удобрений).

Увеличение высоты А слоя удобрений над. плоскостью выгрузного отверстия буккера-питателя вызывает увеличение иссгедуемкх энергетических показателей. С увеличением в 2,5 раза окружное усилие

0,2

ДО Д6 Ц/ 1,0 Л,

.соответственно Р„ и Ь^д ) для обоих вариантов его конструкции изменяется в 1,2...2,2 раза в зависимости от режима спбо-.и штангового распределителя.

Существенное значение при минимизации энергозатрат имеет вь.бор месторасположения привода. Наилучшим среди вариантов бес-шкивной схемы штангового распределителя является вариант, когда приводной элемент находится в конце рабочей .ветви конвейера. Если для него потребную мощность привода принять за 100 %, то при У? = -^0,5 м для вариантов, когда привад находится в начале рабочей или в конце холостой ветвей, она больше соответственно примерно в 1,5 или 1,1 раза, В то же время надо учитывать такой фактор, как технологичность схемы привода. Реализация привода в конце рабочей ветви сопряжена с усложнением конструкции, например, использованием гидропривода, поэтому предпочтительным среди бесшкивных вариантов является третий (привод в конце холостой ветви), а наиболее региональной схемой - конструкция конвейера с натяжным и приводным шкивами, для которого окружное усилие на приводном элементе в сре.чнем в 6,7 раза меньше, чем у бесшкивного его варианта, при одинаковом заполнении штанги (рис.6).

Рис.6. Отношение мощности Р , потрп'5ной для привода бесшкивного распределителя, к мощности привода его посредством шкива в зависимости от коэффициента запол нения штанги

à л.

1 -

2 -

1 ша ani л VT » f

О =0,06 кг/с; Q =0,3 кг/с

Корреляционный и спектральный анализы реализаций крутящего момента А7 ( t ) на приводе рабочего органа распределителя, получаемых тензометрированием, позволили обосновать необходимые и достаточные длительность Т - с и шаг дискретности Д =0,1 с реализаций процесса Mit) при проведении многофакторного эксперимента, а также установить, что спектр гармонических составляющих крутящих моментов ограничен частотой порядка 50 с , независимо от степени заполнения штанги удобрениями. Не противоречат экспериментальным данным гипотезы о нормальном распределении ординат процесса M (t)t если штанга целиком заполнена удобрениями, и усеченном нормальном распределении, если штанга

пустая. Для промежуточных режимов работы распределение ординат процесса Л7( f) асимметричное.

В результате многофакторного эксперимента получено уравнение регрессии функции отклика - оценки математического ожидания крутящего момента Mit) от регулируемого размера дозирующих отверстий ( фактор Xj ), площади^ выгрузного отверстия бункера-питателя (фактор и скорости?^. транспортирующего рабочего органа (фактор Xg):

tj = 32,80 - 1,67 xj + 3,75 х2 - 0,88 Xj х2 - 1,05 х£ х3.

Анализ этого уравнения показывает, что третий фактор незначим, наибольшое влияние на M (t ) оказывает плошадь ^ , а с увеличением плошади дозирующих отверстий штанги среднее арифметическое крз тяшего момента уменьшается, что согласуется с теоретическими завис! мостями.

В пятой главе ="Пути совершенствования штанговых pat лределитслей удобрений" рассмотрены результаты моделирования штанге вого распределителя удобрений с шайбово-цсшым транспортером и дефлектора потока гранулированных удобрений, предложены технические решения, повышающие надежность тягового рабочего органа в виде спиральной пружины.

Стремление повысить эксплуатационную иодежность штангового ра< ггределителя удобрений РШУ-12 привело к замене в его конструкции ги( кого тягового элемента в виде спиральной пружины на шайбово-цепной транспортер. Однако, обладая большей прочностью по сравнению со сш ральной пружиной, этот рабочий орган менео активно воздействует на высеваемые удобрен/0', вызывает пульсацию расхода их через дозируюпн отверстия и др. Дпî отыскания путей устранения недостатков штанпш го распределителя с шайбояо-цепным транспортером составлена его математическая модель, которая позволила проанализировать влияние основных параметров транспортера на показатели процесса высева удобр! mil; из дозирующих отверстий как в различных сечениях по ширине зах> вата машины, так и по ходу ее движения. Установлено, что при 7/г= = const отношение расхода через первое (^ =1) и последнее. [J =23) дозирующие отверстия, если V^l м/с тл S =10'^ м^, • составляет 1,34 и 1,39 соответственно для значений, шага расстановки шайб на транспортере -tT~ 0,088 м и £ ■=■ О,ПС;-'.Это соотношение ухудшается с уп личением нормы внесения удобрений. Так, если1^=1 м/с и S - 2,5- К то имеем отношения соответственно 2,35 и 2,43.

Средние расходы удобрений и коэффициенты вариации расхода по

шрине захвата штанги показаны в табл.2, откуда следует, что сни-:ение расхода удобрений через дозируюшие отверстия по мере удаления их т начала штанги можно компенсировать путем увеличения скорости ягового элемента.

Таблица 2

Средние арифметические и коэффициенты вариации расхода удобрений по ширине захвата штанги

■¿Г ,М 0.088 0.176

1/т ,м/с 1,0 1,4 1,8 1,0 1,4 1,0

V ,г/с

V*

у. .р/с

V . %

$ = ю-

м2

11,2 11,7 11,9 Н,4 12,0 12,3

8,8 5,4 3,9 10,5 7,0 М

2 - 2,5 • Ю-4 м2

22,0 24,8 26,4 22,3 25,1 26,8

26,5 18,1 13,2 27,8 19,6 15,0

Штанговые распределители высевают удобрения упчими полосами с асстоянием друг от друга, равном расстояния между дозируюшими от-ерстиями. Повысить равномерность распределения удобрений по поверх-остй пол'я можно, используя специальный устройства - дефлекторы, ко-орые изменяют направление потока удобрений из дозирующего отверстия рассевают их полосой, ширина которой значительно превышает длину озируюшего отверстия.

Можно выделить три этапа движения частицы с момента высева из озируюшего отверстия до попадания на поверхность поля: I) свободное адение с высоты/У^ на поверхность дефлектора; 2) удар о поверхность ефлектора; 3) полет в воздушной среде при начальной скорости, век-ор которой направлен под углом к горизонту, и высоте падения

Исследовались модели с линеШой и квадратичной зависимостями опроТивления движению частицы в воздушной среде от скорости, а так-е без учета сопротивления. Показано, что приближенный расчет вполне риемлем для оценивания ширины полосы рассева гранул дефлектором.

Анализ составленной математической модели дефлектора струи удоб-ений, устанавливаемого Иод дозируюшим отверстием, позволил выявить лияние'его параметров на изменение ширины полосы рассева удобрений, ефлектор в виде круглого конуса рассеваёт струю удобрений равномер-эе, чем шаровой. Ширину полосы рассева предпочтительно регулировать утом изменения координаты У -сг продольной оси дозирующего отвер-

- 15 -

птия относительно оси конуса.

Предложенные на уровне изобретений изменения конструкции распределителя удобрений.(дозирующая вставка в начале рабочей ветви штанги и упругий элемент внутри спиральной"пружины) предотвращают заклинивание витков пружины в штанге, заполненной уплотненной массой гранулированных удобрений, и тем самым снижают вероятность поломок рабочего органа.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Использование статистического подхода в качестве методической основы исследования процесса распределения удобрений по повер: ности поля и рассмотрение исходной информации в виде матрицы наблю дений (I), которая составлена из опытных данных о массах удобрений высеваемых через дозируюшие отверстия штангового рабочего органа 31 промежутки времени (на отрезках /«^по ходу движения агрегата) или же по результатам анализа математических моделей распрсделител! удобрений, позволило получить оценки средних значений и неравномерности расхода удобрений как через отдельные дозирующие отверстия, так и по ширине захвата машины (в различных сечениях ансамбля реал! заций по длине гона), что дает возможность выявить причины отклонений технологического процесса от показателей, заданных агротребова-ниями.

2. Анализ составленных математических моделей высева удобрени{ через дозирующие отверстия с регулируемой плошадью проходного сечения, подтвержденный результатами многофакторного эксперимента с рас пределителем удобрений РШУ-12 на лабораторном стенде, обнаружил, чт качественное (равномерное) внесение удобрений по ширине захвата штг ги обеспечивается путем увеличения скорости транспортирующего рабо! го органа, а площадь перекрываемого заслонкой выгрузного отверстия бункера-питателя незначимо влияет на расход удобрений.

3. Анализом математических моделей распределителя удобрений ке конве'йера с кольцевым движением, использованных для расчета тягового усилия на приводе транспортирующего рабочего органа, мощности пр вода и удельных энергозатрат, установлено, что в конвейере с привод] ным и натяжным шкивами тяговое усилие при одних и тех же условиях в среднем в 6,7 раза меньше, чем у бесшкивного его варианта; обосново рациональное (с точки зрения минимизации энергозатрат) месторасполо жение приводного элемента; основной составляющей суммарного со.прот! Лония движению тягового элемента в штанге-распределителе без шкивов является сила сопротивления холостому ходу (56,2...73,5 % от обмого

'ягового усилия), которая в варианте ее конструкции со шкивами составляет 15,3.. .36,2 %', крутяший момент на приводе рабочего органа ¡татистически незначимо зависит от скорости транспортирующего рабо-1его органа, а наибольшее влияние на него оказывает площадь выгруз-юго отверстия бункера-питателя. Достоверность полученных результатов подтверждена тензометрированием крутящего'момента на приводе.

4. Математическая модель дефлектора струи удобрений, устанавли-шемого иод дозирующим отверстием, позволила'проанализировать влия-1ие его параметров на ширину полосы рассева удобрений: более равно-:ерно рассевает струю удобрений дефлектор в виде круглого конуса; шрину полосы рассева целесообразно регулировать, изменяя расстоя-1Ие вертикальной оси конуса относительно продольной оси дозирующего тверстия.

5. Экспериментально полученные аэродинамические характеристики ранулированных минеральных удобрений (нитроамофоски, мочевины и мофоса) и коэффициенты восстановления гранул при ударе, которые яв-яются параметрами математической модели дефлектора струи удобрений, редставляют собой имеющую научную новизну информацию, которая может ыть использована для расчета пневмотранспорта этих удобрений и ана-иза процессов взаимодействия их' с рабочими органами машин, когда

ти взаимодействия носят характер удара.

6. С целью совершенствования рабочих органов штанговых распре-елителей удобрений, наряду с обоснованием их параметров и режимов боты путем анализа составленных математических моделей и эксперимен-ально полученных регрессионных зависимостей, предложены на уровне зобретений изменения конструкции транспортирующего рабочего органа ограничение заполнения уплотненной массой гранулированных удобрений сего сечения трубы конвейера посредством дозируюшей вставки й нача-е его рабочей ветви и разуплотнение их за счет деформации упругого лемента, помешенного внутри спиральной пружины),которые повышают тех-ологическую надежность машины и, предотвращая заклинивание тягового лемента в штанге, снижают вероятность его поломок в условиях эксплуа-ации.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Совершенствование рабочих органов распределителя минеральных цобрений // Всесоюзная научно-техническая конференция по современным роблемаМ земледельческой механики: - Тез.докл.,М., 1989, с.49 (со-атор И.С.Нагорскйй).

2. Аэродинамические свойства минеральных удобрений. - ЦШИМЭСХ,

Ын., 1991 (Рукопись деп. 8 БелНИИНТИ № Ю00-Б91).

3. Производительность штангового распределителя .удобрений. - ЦПИШЭСХ, Ын., 1991 (Рукопись деп. в БелНШНТИ № Ю01-Б91).

4. Моделирование распределителя удобрений // Использование, надежность и ремонт машин, электронизация процессов и технических средств в сельскохозяйственном производстве аридной зоны: - Тез. докл. Всесоюз.научн.конф. Ашхабад, 1991.(соавтор И.С.Нагорский).

5. A.c. 1692334 (СССР). Штанговый распределитель минеральных удобрений. - Опубл.в Б»И. - 1991 г., №43 (соавторы: Л.Я.Степук, И.С.Нагорский, Е.Н.Михасенок).

6. A.c. I73I082 (СССР). Штанговый распределитель минеральных удобрений. -Опубл. в Б. И. - 1992 г., М 17 (соавторы: Е.Н.Михасено И.С.Нагорский, Л.Я.Степук).