автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Создание и внедрение высокопроизводительных протравливателей семенного материала

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ГО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМУ МАШИНОСТРОЕНИЮ

НЮ ВИСХОМ

СОЗДАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ШСОИЭПРШЗВОДИТЕЛЬНЫХ ПРОТРАВЛИВАТЕЛЕЙ СЕМЕНГОГО МАТЕРИАЛА

Специальность 05.20.0-4 - сельскохозяйственные

и гддромелиоратявнно машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой отепенн доктора технических наук

На правах рукописи

ЧЕПЦОВ Валерий Владимирович

Москва - 1992

Работа выполнена в Научно-производственном объединения по сельокохозяйственно«*у машиностроению - ШО ВИСХОМ.

Научный консультант - доктор технических наук,

профессор Г.П.ВАРЛАМОВ

Ведущая организация - ПО "Львовхнкоельхозкэя"

Защита состоится 22 апреля 1992 года в 10 часов на заседании специализированного совета Д 132.02.01 в Научно-производственном объединении по сельскохозяйственному машиностроению - ТЛЮ ВИСХОМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ШО ■ ВИСХОМ.

Отзывы и замечания в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью,просим направлять по адресу: 127247, г.Москва, Дмитровское шоссе, 107, специализированный совет НПО. ВИСХОМ.

Автореферат разослан 20 марта 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Д 132.02.01 доктор технических наук,

Официальные оппоненты - академик ВАСХШЛ, доктор

технических наук, профзс-сор

Л.Г.ПШЩЕП;

доктор технических наук,

профессор

Н.Н.КОЛЧЙН;

доктор технических наук,

профессор

В.С.КАЗАКОВ

профессор

' 5 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

~~ Актуальность проблемы. Достижение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур в настоящее время возможно только при обязательном проведении комплекса мероприятий по их защите от многочисленных болезней, вредителей и сорняков. Одно из главных мест в этом комплексе занимает протравливание, которое предустатривает обработку высеваемых семян защитно-стимулирувдими препаратами и обеспечивает повышение урожайности всех основных сельскохозяйственных культур, в том числе зерновых на 15-20$, сахарной свеклы на 5-10% и кукурузы на 7-12$. Проведение протравливания в нашей стране обязательно для всего семенного фонда.

Однако, как показывают результаты исследований многих отечественных и зарубежных авторов, существуют еще большие резервы для дальнейшего повышения эффективности процессов протравливания, в том числе за счет совершенствования существующих и разработки новых технологий, способов и средств механизации этих процессов.

В связи с этим разработка высокоэффективных средств механизации процессов протравливания семян зерновых, зернобобовых, технических культур и клубней картофеля, реализующих прогрессивные технологии и способы обработки семенного материала, является актуальной и важной научно-технической проблемой, имеющей большое народнохозяйственное значение. Создание таких средств механизации в 80-е годы было предусмотрено рядом постановлений правительства и программами ПШТ СССР.

Цель работы. Создание научных основ теории, расчета и проектирования средств механизации процессов протравливания, разработка и внедрение в производство нового поколения высокопроизводительных и высокоэффективных протравливателей семян зерновых, зернобобовых, технических культур и клубней картофеля, отвечающих современным требованиям и соответствующим лучшим мировым аналогам.

Объекты исследований. Основными объектами исследований являлись: принципиальные схемы, конструктивно-кинематические параметры и режимы работы высокопроизводительных

рабочих органов; процессы обработки в них семенного материала диспергированными рабочими жидкостями в виде растворов и суспензий защитно-стимулирупцих и пленкообразующих полимерных веществ; конструкции протравливателей семян зерновых, зернобобовых, технических культур и клубней картофеля.

Методы исследований. Теоретические исследования базируются на методах классической механики, математического и физического моделирования, теории вероятностей, приближенных вк. _яолений дифференциальных и интегральных уравнений, Симпс она, Химмельблау, Рупге-Кутта и рядов Тэйлора.

Экспериментальные исследования проводились на известных и специально разработанных стендах и оборудовании, экспериментальных установках, макетных и опытных образцах протравливателей семенного материала. При этом использовались методы математической статистики, многофакторного планирования эксперимента, скоростной фотосъемки, теории подобий и размерностей и др.

Оценка качества протравливания семенного материала осуществлялась по общепринятым и оригинальным методикам.

Научная новизна работы. Разработаны теоретические основы процессов обработки семян в камерных рабочих органах с использованием методов теории вероятностей; построены математические юдели камерных рабочих органов, устанавливающие связь мевду их основными конструктивно-кинематическими параметрами, физико-механическими свойствами семян и рабочей жидкости и заданными значениями производительности и качества протравливания; установлены основные закономерности формирования и движения потоков семян и диспергированной рабочей жидкости в зависимости от конструктивно-кинематических параметров распределительного диска семян и вращающегося распылителя; предложены новые критерии оценки эффективности процессов протравливания; получены аналитические выражения, позволяющие определять движение и распределение капель рабочей жидкости по ширине захвата распиливающих устройств с вертикальной плоскостью вращения распиливающих элементов и их осаждение на поверхность клубней картофеля; установлена форма криволинейной поверхности, обеспечивающей передвижение частиц с посто-2

янной.скоростью с учетом сопротивления окружающей среда; разработаны метод и методики расчета оптимальных конструк-тивно-кяноматических параметров рабочих органов протравливателей производительностью от 10 до 50 т/ч; предложены аналитический и экспериментально-графический способы построения конфигураций сменных экранов распиливающих устройств по заданной конфигурации эпюры отложения рабочей жидкости.

Практическая ценность работы заключается в создании научных основ и программ доя расчета на ЭЕД, позволяющих проектировать высокоэффективные рабочие органы с заданными значениями производительности и качества протравлива-пия семян зерновых, зернобобовых, технических культур и клубней картофеля; разработке нового поколения протравливателей, обеспечивающих повышение производительности в 1,5-4 раза и качества протравливания семян в 2 раза; снижение удольной материалоемкости и энергоемкости в 1,5 раза и затрат труда в 1,5 раза, улучшение санитарно-гигиенических условий труда обслуживающего персонала и соответствующих по своему техническому уровню лучшим мировым аналогам.

Результаты внедрения и экономический эффект. Результаты диссертационной работы реализованы в ГСКТБ сельхоз-химмаш и НПО ШСХОМ в следующих разработках:

- передвижных протравливателях ПСШ-5, ПС-ЮА и ПСК-20 и стационарном комплексе оборудования для протравливания

и инкрустирования семян КПС-10, поставленных на производство в 1982-1990 гг. Общий объем их производства на 1.01.91 г. составил более 45 тыс.шт., а суммарный экономический эффект от производства и использования фактически выпущенного парка - 48,6 илн.руб.;

- передвижном протравливателе ПС-30 и стационарных комплексах оборудования для протравливания и инкрустирования семян КПС-20 и КПС-40, рекомендованных в производство в 1988 г. Ожидаемый экономический эффект от производства и использования планируемого среднегодового объема их производства составляет 12 млн.руб.;

- двусторонних центробежных распилителях жидкости РЦЦ-2 и РЦД-2М, предназначенных для комплектации малообъемных вентиляторных опрыскивателей ОВХ-28, 0ВХ-28А, ОПВ--1200, 0ПВ-1200А, ОПВ-2000 и обеспечиващих годовой экономический эффеют более 2 млн.руб.

В указанных конструкциях машин и распылителей внедрены технические решения, защищенные 7 авторскими свидетельствами с участием автора.

Апробация работы. Основные положения и вывода работы обсуждены и одобрены на Ш-ей Всесоюзной конференции по аэрозолям (г.Ереван, 1977 г.), научной конференции МИИСП (г.Москва, 1977 г.), УП и УШ-ой научно-технических конференциях молодых ученых (НПО ВИСХОМ, 1977 и 1979 гг.), Всесоюзной школе молодых ученых и специалистов ВАСХНИЛ (г.Минск, 1981 г.), Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых (г.Краснодар, 1982 г.), конференции "Актушшшо вопросы создания машин для защиты растений и внесения минеральных удобрений" (ВДНХ СССР, IS36 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Актуальные проблемы повышения технического уровня сельскохозяйственных машин" (г.Москва, 1987 г.), Всесоюзном семинаре "Система комплексных мероприятий по борьбе с вредителями, болезнями и сорняками в условиях интенсивного земледелия" (ВДНХ СССР, 1989 г.), НТС ГСКТБ сельхозхишаш (г.Львов, 1991 г.), секции НТС НПО ВИСХОМ (I988-I99I гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 60 печатных работ, в том числе 5 брошюр, 24 авторских свидетельства, I отечественный и 3 зарубежных патента.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем диссертация состав- " ляет 343 стр., в том числе 310 стр. основного текста, включающего 66 рис., II табл., список использованной литературы (406 наименований источников, из которых 37 на иностранных языках) и 33 стр. приложений.

СОДЕШШЕ РАБОТЫ

В первой главе, посящегаюй постановке проблемы, цели и задач исследования, изложены агротехнические основы и проведен системный анализ методов, способов и средств механизации предпосевной защитно-стимулирующей обработки семенного материала. Показано, что в настоящее время самым массовым и эффективным мероприятием, проводимым с целью защиты семян и их проростков от болезной и почвообитавщих вредителей, а также стимуляции роста растений сельскохозяйственных культур, является протравливание. Обоснована актуальность проблемы дальнейшего повышения технико-экономической эффективности средств механизации процессов протравливания, решение которой возможно путем создания и внедрения нового поколения высокоэффективных и высокопроизводительных протравливателей, реализующих прогрессивные технологии и способы обработки семян и отвечающих современным требованиям. Сформулированы центральная рабочая гипотеза и основные задачи данной работы.

Анализ принципиальных схем, технических решений и конструкций известных средств механизации процессов протравливания, а также проведенных теоретических и экспериментальных исследований в этой области показал, что наиболее перспективными для создания нового поколения про-'" травлнватёлей семян зерновых, зернобобовых и технических культур являются рабочие органы камерного типа. Принцип их действия основан на формировании направленных и перекрестно движущихся дисперсных потоков семян и препарата и их взаимодействии в зоне обработки закрытой камеры. Такая схема организации процесса обработки дает возможность каждому отдельному семени контактировать с потоком препарата, что создает хорошие предпосылки для достижения высокого качества и эффективности протравливания. Сам процесс -обработки исчисляется долями секунды, что обеспечивает камерным рабочим органам -высокие технико-экономические показатели.

Существенный вклад в развитие теории и создание конструкций камерных рабочих органов внесли В.С.Будько, И.П.Масло, Е.И.Михайлов, И.Я.Осташевский, А.С.Сергеев,

И.И.Сушко, О.Э.ИлЫз1зо/>1 , 7.Суигк , Б.МесАгЛагсИ , Н.аогсй и другие ученые.

Среди отечественных работ особо следует выделить исследования И.Я.Осташевского, на основе которых в 70-е годы были разработаны и поставлены на производство протравливатели АПС-4, ЛШ-10 и ПС-Ю. Эти машины, благодаря внедрении камерных рабочих органов, значительно превосходили свои аналоги по всем основным показателям.

Однако в 80-е года в этой области произошли серьезные изменения. Появились новые технологические процессы обработки семян (например, инкрустирование), которые не способны обеспечивать существующие протравливатели. Переход на прогрессивную форму организации работ - централизованное протравливание в поточных линиях и отдалениях семенных предприятий потребовал создания машин, обеспечивавших повышение производительности в два и более раза. Значительно возросли требования, предъявляемые к качеству протравливания семян и санитарно-гигиеническим условиям труда обслуживающего персонала. Тяжелое полокение сложилось в стране с протравливанием клубней семенного картофеля из-за отсутствия серийного производства соответствующих сродств механизации.

Все это вызвало необходимость проведения глубоких теоретических и экспериментальных исследований, направленных на повышение эффективности процессов протравливания, изысканно принципиальных схем и технических решений высокопроизводительных рабочих органов, определение их оптимальных конструктшзно-кшТё^1атйчесга1х параметров иратлмов работы, создание научных основ теории, расчета и проектирования и, в конечном итоге, - разработку п внедрение по-вого поколения протравливателе!! семенного материала, отвечающим современным требованиям и соответствующих по своему техническому уровню лучшим мировым аналогам.

В работо была сформировала и проверялась следующая центральная рабочая гипотеза - для поецезппя производительности качершх рабочих органов п качества протравливания необходима изменить условия протекания процесса обработки семян за счет расширения зоны обработки путем увеличения толщины кольцевого потока семян п высоты капельного потока рабочей жидкости. С

Для решения поставленной проблемы, достижения цели и подтверждения выдвинутой центральной рабочей гипотезы в работе предусмотрены следующие основные задачи исследования:

1. Изыскание перспективных принципиальных схем рабочих органов для протравливания семенного материала и разработка эффективных технических решений, обеспечивающих повышение их производительности и других технико-экономических показателей.

2. Изучение характера и закономерностей процессов формирования и движения потоков семян и диспергированной рабочей жидкости в камерных рабочих органах и определение оптимальных условий их взаимодействия.

о. математическое моделирование технологических процессов обработки семян в камерных рабочих органах, разработка критериев оценки их эффективности и определение оптимальных конструктивно-кинематических параметров и режимов работы.

4. Исследование рабочих органов для протравливания клубней семенного картофеля, выбор и обоснованна принципиальной схемы, оптимальных конструктивно-кинематических параметров и режимов работы.

5. Разработка метода, методик и рекомендаций для расчета, проектирования и испытаний протравливателей с заданными значениями производительности и качества обработки семенного материала.

6. Разработка и внедрение в производство нового поколения высокопроизводительных протравливателей семенного материала, анализ их технического уровня и технико-экономической эффективности.

Во второй главе изложены результаты теоретических исследований камерных рабочих органов протравливателей семян зерновых, зернобобовых а технических культур, вращавдихся распылителей и распиливающих устройств с вертикальной плоскостью вращения распиливающих элементов и рабочих органов для протравливания клубней картофеля.

При рассмотрении процессов протравливания в камерных рабочих органах основной задачей являлось определение та-

ких параметров дисперсных потоков семян и капель рабочей жидкости и условий взаимодействия в зоне обработки, при которых будут удовлетворяться агротехнические требования по качеству обработки семян (полнота протравливания 100+ 1050. Отсвда, зная соотношения и условия взаимодействия потоков, можно определять оптимальные конструктивно-кинематические параметры и режимы работы камерных рабочих органов для протравливателей с заданными значениями производительности, а также в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемых семян и применяемых рабочих жидкостей, норм расхода и дисперсности распыла рабочих жидкостей и других факторов, влияющих на процесс.

Наиболее рациональным и эффективным путем решения такой задачи является метод математического моделирования. При этом случайте характеры распределения семян и капель рабочей жидкости в потоках и их взаимного столкновения предопределяют методику построения математических моделей, основанную на теории вероятностей.

В основу построения математических моделей пркпята задача по определению вероятности свободного пробега частиц одного диспорсного потока в другом. При этом рассматривалось взаимодействие в зоне обработки камерных рабочих органов (рис.1) двух дисперсных взаимопересекающихся потоков: капель рабочей жидкости Пме , пролетающих в горизонтальной плоскости от вращающегося распылителя 5 к периферии камеры 4 с пероменной скоростью т/*«, и семян Пс , формируемых распределительным диском 3 в виде кольцевого потока и падающих с переменной скоростью х/с . Конфигурация зоны обработки представляет собой полый цилиндр с высотой, равной высоте Иж капельного потока Пж и боковыми цилиндрическими поверхностями, ограниченными минимальным Р1 и максимальным (?г радиусами рассева семян.

В цилиндрической системе координат вероятность Рл^г) свободного пробега каплей рабочей жидкости расстояния (г- в кольцевом потоке семян с переменной концентрацией лс и скважностью ес равна

где В,* г

8

Р*,<г) = ехр[-£(Ыс.с/м)

</г]> (I)

При этом приняты следующие допущения: потоки семян/7« и капель рабочей жидкооти /7*< состоят из монодисперсных шаровидных частиц с диаметрами и массой, соответственно, Ы( ,те и Ыж , тле ; частицы обоих потоков движутся в эоне обработки по прямолинейным траекториям; поток П ж имеет нормальное направление движения по отношению к потоку Пс ; частицы одного потока не взаимодействуют между собой.

Рис.1. Расчетная схема камерного рабочего органа:

I - бункер для семян; 2 - кольцевой дозатор; 3 - распределительный диск: 4 - камера протравливания; 5 - вращающийся распылитель

Так как семена распределяются по толщине кольцевого потока Пе по нормальному закону, то функция их распределения может быть выражена следующим образом:

; ШСл^Ь) I * 2 Пяг*,)1*

Отсюда определяется концентрация "« потока Пе Ае Лг) Ос Г(г)

пе <х) =

ягьм^-юж*)

(2)

(3)

которая связана со скважностью £с потока следующим соотношением:

£е . / -ПСУС ,

(4)

где л/е » —-— общее ico диче стео семян, проходящих

в единицу времени через поперечное сечение кольцевого потока Пс ;

5с я y(Ri-RÍ) - площадь поперечного сечения кольцевого потока Пс ;

Qc - масса семян, подаваемых в единицу времени в зону обработки;

характершй объем одного семени;

6

J>e - плотность семени; ос - точка пространства с координатами

В дифференциальной форме прохождение потока /7« через олементарную площадку dSc (рисЛ,в) будет иметь вид

^ = ' (5)

Экспериментальными исследованиями установлено, что распределение капель рабочей жидкости по высоте факелов распыла И:^ вращающихся распылителей, предназначенных для камерных рабочих органов, реализуется по закону, близкому к разномерному. Поэтому концентрация капель , пролетающих через боковую поверхность цилиндра о высотой Из*, п радиусом г запишется более простыл! выраженном, чем концентрация штока семян 13):

-- . (6)

НжгГж (х)

где N*c- - общее количество капель, попадающих

* ** в единицу времени в зону обработки;

ыасса жидкости, диспергируемой в единицу времени распылителем;

- характерный объем одной капли аид-костп;

fUe - ПЛОТНОСТЬ ЖИДКОСТИ.

Отсюда количество капель жидкости, пролетариях в потоке Пж через элементарную площадку можно определить из следующего дифференциального уравнения:

гСЛ^с = -—-- ЫЬс(<к, ^

27гУ»<АсН»с

В соответствии с законом больших чисел предполагаемый поток капель рабочей жидкости, пролетающих чероз элементарную пло1гд1тку ЫЭ^с п осевших на расстоянии ( а -в^) , равен

= [1 - Рд,(Х)] ,

(8)

С учетом коэффициента захвата £ (х) , предложенным Н.А.Фуксом и учитыветтднм эффект огибания препятствий и отскакивания от них, искомое соотношение имеет следующий вид:

с=Е<х)и- РЙ1 (*)] ¿Л/к . С9)

После интегрирования' по боковой поверхности цилиндра с высотой Н-а< и радиусом 'г (где /?» ) получи по

общоэ количество капель рабочей жидкости, осовстх в обрабатываемом слое самяп па глубине

'Г А/ !яИяе

Отсвда общее количество.капель рабочей ¿згдкости, освБ!23х в обрабатываемо.'/! езое со;.:лп, релно

. гт. нКс

. (п)

Для дальнейшего развития гатематической модели рас-смотрэш процессы дшкоппя семян п капель рабочей жидкости в зоне обработки. Установлено, что движение с омял в вертикальной плоскости в зопо обработки камерных рабочих органов может быть рассмотрено как свободное педопгяо под действием сил тяжести г г и сопротивления воздушной среда г&

"'¿Г'Гг-ъ с*л^*' (12)

II

где д - ускорение свободного падения;-

сх - коэффициент сопротивления, зависящий от формы тела;

./V - плотность воздуха; 5л,г - площадь миделевого сечения семени. Решение этого уравнения имеет вид

гГ

r^iffTê^ (13)

где к«/fr/**"« ■ » 2тсд

Движение капель рабочей жидкости в зоне обработки рассматривалось в предположении, что в процессе полета капель от вращающегося распылителя к периферии камеры происходят незначительные отклонения от горизонтальной плоскости, что подтверждено экспериментальными исследованиями и исследованиями других авторов.

Такоо допущение позволяет рассматривать процесс движения капель как одномерную задачу.

Следовательно, исходное дифференциальное уравнение может быть представлено в следующем виде:

d Л* -/ „ „ _ _

-¿Г = -¿СХЯ6 Smm IV^-ViKib- ifs) . (14)

где Sm^c - площадь миделевого сечения капли;

Vê - скорость воздушного потока, создаваемого за счет вентиляторного эффекта вращающегося распылителя.

После некоторых преобразований получим

g[Уме з „ ~Р« ¡¿--ЪНг^-М

4 Сх^Лс ~ (15)

Скорость воздушного потока Ve определялась на основании зависимостей, предложенных З.&уигк (ВНР). С их учетом последнее уравнение решалось на ЭШ методами численного интегрирования дифференциальных уравнений.

Для оценки эффективности протекания технологического процесса протравливания в камерных рабочих органах в работе разработаны дополнительные критерии, в том числе:

- коэффициент равномерности обработки семян по глубине обрабатываемого слоя

~7П-; <16)

^ / Та)са

ъ

- коэффициент полноты использования протравливателей

гг,н*с

¿л Н*С 0 0

где х' - точка пространства с координатами { Яг , , А );

- коэффициент полноты обработки семян

У г* ^

Ллс = У ~ хТ*7"^7) НТ(1)Рн4(г.*.Ь)гЫ<1Ыг, (18) 4 ' о»,

где

(19)

является вероятностью свободного пробега семенами расстояния ( Л - Н* ) в потоке капель рабочей жидкости Пж.

Условия, при которых обеспечивается заданное- по АГГ качество протравливания семян, выражаются следуюпсим соотношением:

< ^Г*

«г

где £ - предусмотренная по АТТ степень отклонения от полноты протравливания семян.

Параметра потоков семян Пе и капель рабочей жидкости Пме и условия их взаимодействия в зоне обработки зависят от конструктивно-кинематических параметров камерных рабо-

чях органов, и том числе распределительного диска семян и вращающегося распшштеля жидкости, на которые исходя из конструктивных соображений наложены определенные ограничения. Дальнейший поиск оптимальных конструктивно-кинематических параметров камерных рабочих органов для заданных величин производительности, норм расхода рабочей жидкости и качества протравливания для семян зерновых, зернобобовых и технических культур осуществлялся на ЭВМ при помощи численных методов нелинейного программирования п метода сколь-зящагсГдоцуска Д.Хишельблау.

По с^оим физико-механическим свойствам клубни картофеля значительно отличаются от семян других сельскохозяйственных культур. Поэтому попытки использования для реализации процесса их протравливания традиционных рабочих органов, в том числе и камерных, не увенчшшсь успехом.

В нашей стране работы по созданию рабочих органов и установок для протравливания клубней картофеля проводились

в киша, ушикх, . уншмэсх, нипгимэсх ш рсфср, еизр,

.ЦНИИМЭСХ и др. На основании анализа созданных в результате этих работ устройств для проведения дальнейшие исследований, были выбраны рабочие органы лоткоеого, транспортерного и роликового типов.

Все трп типа рабочих органов имеют похожие принципиальные схемы. Они включаат камеру обработки и установленные в пей рабочую поверхность в виде наклонного лотка, наклонного ленточного или горизонтального ролшеового транспортеров и распиливающее устройство с гидравлическими или вращающимися распылителями.

Технологический процесс обработки клубней картофеля в рабочих органах этих типов можно разделить на три самостоятельных процесса: движение клубной по транспортирующей рабочей поверхности; диспергирование рабочей жидкости и формирование направленного факела распыла; осаждение капель рабочей жидкости на поверхность клубной картофеля.

Исследованием процесса движэшя. клубней картофеля по транспортирующим поверхностям рабочих органов различных сельскохозяйственных машин занимались многие авторы: В.П.Горячкин, П.М.Василенко, Г.Д.Петров, Н.Н.Колчин, Л.Л.Сорокин, Б.И.Турбин, И.А.Долгов и др. Полученные ши

закономерности и зависимости использованы в данной работе при теоретическом исследовании рабочих органов для протравливания клубней картофеля. Применительно к рабочим органам лоткового типа в работе дополнительно была развита задача по определению формы криволинейной поверхности для передвижения материальной точки с постоянной скоростью, которая была решена П.М.Василенко, но без учета сопротивления окружающей среди. х

С учетом сопротивления окружающей среды полученное дифференциальное уравнение имеет следующий вид:

где к„ г 1Тр - коэффициенты парусности и трения; ^ - скорость движения частицы.

Данное уравнение относится к классу нелинейных дифференциальных уравнений и поэтому решалось методами численного интегрирования на ЭВМ. В работе также описан приближенный способ решения этого уравнения путем его разложения в ряд Тэйлора.

Процесс диспергирования рабочих жидкостей и формирования направленного факела распыла с требуемыми параметрами занимает в рабочих органах для протравливания клубной картофеля ведущее место, так как от него во многом зависит достижение высокого качества обработки клубной. Для этих целей перспективно использование распиливающих устройств в виде вращающихся распылителей, заключенных в защитные кожухи с окнами, которые обеспечивают прохождение части кругового факела в сторону обрабатываемых объектов (а.с. 1371669, 1412692). При этом распыливаюдие элементы вращающихся распылителей имеют не горизонтальную, а вертикальную или наклонную плоскости вращения.

В таких распиливающих устройствах процесс диспергирования рабочих жидкостей подчиняется практически тем же закономерностям, что и в обычных распиливающих устройствах с горизонтальной плоскостью вращения распиливающих элементов. В то же время картина движения капель после их отрыва от распылителя и распределения по ширине захвата носит иной характер.

Для построения эпюр плотности отложения рабочей жидкости по ширине захвата распиливающих устройств (рис.2), в работе определены траектории движения капель рабочей жидкости в зависимости от их угловой координаты в момент отрыва от распиливающего элемента радиусом Яр и угловой скоростью вращения о)р

X =» -ЯрсоьА-*-——

Г*

» ж

(1-е (22)

(23)

где

к* ГПзк

йо.2. Расчетная схема распиливающего устройства с вертикально установленным распиливающим I элементом;

I - защитный кожух; 2 - распиливающий элемент

Для определения дальности полета капли по оси у в зависимости от угловой координаты «I или нахождения обратной зависимости при высоте расположения распиливающего устройства х * Нр получена функциональная зависимость

где ■

ехрС...1 ф + -у-*) (25)

и определен частые производные ¡у) и

Т'и).±-\Т(и ГУ- ^^ + —-^^ +

При общей подаче на распиливающий элемент рабочей жидкости в единицу времени равномерном характере отрыва диспергируемых капель по окружности распиливающего элемента производительность распиливающего устройства убудет равна ^

= Ъ) ' (28)

где %) - угол раскрытия окна защитного кожуха.

Отсюда конфигурация эторы отложения рабочей жидкости по ширине захвата распиливающего устройства может быть определена из следующего выражения:

О (о> Г/-!— -

£ $ / г\ Ы^Йг^А. з

- + ГЛН*) Уь'пЛ.

* г7

Уравнение (29) носит неявный характер,. Поэтому для построения эпюры (у) на обрабатываемой поверхности в точках необходимо определить соответствующие (¡/¿,с1г)

как корни уравнения и подставить эти значения

( ¡/£ »с ) в полученное уравнение. Корни уравнения

у» , и ) и О определяются с помощью численных методов решения нелинейных уравнений.

Для расчета эпюр отложения рабочей жидкости у распиливающих устройств с вертикально установленными распиливающими элементами разработана программа для ЭВМ класса 1Ш РС ХГ/АТ.

При рассмотрении процесса осаждения капельного потока рабочей жидкости на поверхность клубней картофеля в работе определены условия, которые необходимо обеспечить в рабочих органах для достижения высокого качества протравливания. Получены основные закономерности, позволяющие при некоторых допущениях определять с достаточной для инженерных расчетов точностью показатели качества обработки клубней, в том числе общее количество рабочей жидкости Пц , попадающей на поверхность клубня шарообразной формы при его прохождении зоны обработки и густоту покрытия единицы площади поверхности клубня Гк

где -

Б о ~ &Р-

Ьфн, 1<рк -

При проведении исследований установлено, что в агротехнических требованиях на протравливатели клубней семенного картофеля имеются расхождения в способах задания норм расхода рабочей жидкости и качественных показателей технологи-18

2 5 р

диаметр клубня;

коэффициент осаждения капель рабочей жидкости;

площадь поперечного сечения факела распыла в зоне обработки;

время входа клубня в факел распыла и выхода из него.

ческого процесса протравливания клубней. Нормы расхода рабочей жидкости задаются в расчете на единицу обрабатываемой массы, а качество протравливания - на единицу обрабатываемой .площади поверхности клубней. Для обрабатываемых клубней, имеющих различные размеры и форму, соотношение между их массой и площадью поверхности может колебаться в широких пределах. Поэтому обеспечить одновременное выполнение количественных и качественных показателей процесса протравливания для таких клубней не представляется возможным. В связи с этим в работе сделан вывод о необходимости использования при протравливании выравненного семенного материала и даны рекомендации по доработке агротехнических требований.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований вращающихся распылителей и распиливающих устройств с вертикальной плоскостью вращения распиливающих элементов, камерных рабочих органов и рабочих органов для протравливания клубней семенного картофеля.

Вращающиеся распылители и'распиливающие устройства являются важнейшими элементами конструкций как камерных рабочих органов, так и рабочих органов для протравливания клубней картофеля. От их конструктивно-кинематических.параметров зависят расход рабочей жидкости и дисперсность ее распыла, высота зоны обработки и равномерность распределения по ней капель рабочей жидкости, а также другие показатели, оказывающие большое влияние на производительность протравливателей и качество обработки семенного материала.

На основании результатов теоретических и предварительных экспериментальных исследований в работе сформулированы основные требования, которым должны отвечать вращающиеся распылители и распиливающие устройства, предназначенные для диспергирования рабочих жидкостей в высокопроизводительных рабочих органах протравливателей. Анализ известных конструкций вращающихся распылителей, применяемых в камерных рабочих органах, показал, что они не в полной мере удовлетворяют указанным требованиям, особенно по производительности и высоте кругового факела распыла.

В связи с этим в данной работе большое внимание уделялось изысканию новых перспективных конструкций вращаю-

щихся распылителей и распиливающих устройств, обеспечивающих высокое качество и эффективность выполнения технологического процесса обработки семенного материала.

В результате этих работ созданы различные конструкции вращащихся и гидравлических распылителей и распиливающих устройств (рис.3), которые могут успешно применяться как в протравливателях, так и других сельскохозяйственных машинах, а также других отраслях техники, связанных с диспергированием вязких жидкостей и суспензий.

Стеновые исследования разработанных распылителей и распиливающих устройств показали, что наиболее полно отвечает предъявляемым к ним требованиям конструкции, защищенные а.с. 701585, 1276324, I37I669 и I4I2692. Эти конструкции были выбраны доя проведения дальнейших экспериментальных исследований, задачами которцх являлись:

- изучение геометрии факелов распыла л оптимизация конструктивно-кинематических параметров вращающихся распылителей ;

- оценка дисперсности распыла на выбранных кинсматн-чоскых режимах работы в зависимости от расхода с фнзпко--моханических свойств диспергируемых яидкостоС;

- определение к оптимизация опар отлогенш наполь рабочих яццкостей по пгарипо захвата распыливакдих устройств,

Конструктивными особенностями вращающихся распылителей по а.с. 701585 к 1276324, с помощью которых достигается увеличение производительности п высоты факела распила, является наличие двух склцотрнтаи расташващвх ед&юитов в впдо конических чал, усталовлошшх кэныаяьз основаниями на общом даищо н развернутых относительно друг друга. На их боковых поверхностях выполнены пшиошше про разя, за счет которых обеспечивается диспергирование п распределейно капель рабочей жидкости по высоте факела распыла.

Экспернментакьпши псследовашшет установлено, что па геометрия факела распыла влиязт, главным образом, количество с наклон пророзой. 7волячэпяо количества нрорззой п уменьшение угла их наклона ведет к увеличению в фронта экранирования их друг другом и уменьшению высоты факела.

/II

о

&С. {!}{() 197 > й.С.1№№', а.с.733 565; а.с.70№5;

а.с.Ш915$;

а.с.ШЗг!г, а.с.121Ш7>

а.с. 1303110

а.с. 1371Ш а. с. тт

а.с.1ШШ

а.с. ¡003913, а.с. 1069861, а.с. Ш70к

Рис.3. Схемы разработанных враоащихся и гидравлических распылителей и распиливающих устройств

С другой стороны, уменьшение количества прорезей и увеличение угла их наклона вызывает неравномерное распределение жидкости по высоте факела за счет проскакивания части ее потока в промежутках между, ниш.

Наиболее оптимальные результаты получены на распылителях с 8 прорезями и углом их наклона 45°, у которых суммарный эффект от экранирования прорезей и проскакивания жидкости в промежутках был минимальный.

На рис.4 показаны геометрии факелов распыла для вра-■ щавдихся распылителей с 6, 8 и 12 црорезями, наклоненными под углом 45°, при расходе жидкости 2 л/мин и частоте вращения распыливающих элементов 50 с--'-. Доя сравнения приведены данные, полученные для вращающегося распылителя протравливателя ПС-^ЮА (а.с. 238283) с 6 прорезями и углом их наклона 60°. Эти данные показывают, что наибольшая равномерность распределения жидкости обеспечивается распылителем с 8 прорезями. При этом высота его факела распыла в два раза превышает высоту факела распылителя ПС-ЮА.

С увеличением подачи рабочей жидкости на распылители характер ее распределения по высоте факелов распыла сохраняется. Однако при этом наблюдается увеличение общей высоты факелов за счет повышения полидисперсности распыла и расширения углов рассева капельных потоков. Установлено, что распылители с двумя распиливающими элементами обеспечивают удовлетворительное качество распыла при максимальной величине подачи рабочей жидкости 10-12 л/мин, а распылитель протравливателя ПС-ЮА только до 5,5 л/мин.

Экспериментальные исследования вращающихся распылителей с увеличенной производительностью и высотой факела распыла (рис.4, а.с. 1214227 и 1440450). Высота его факела распыла достигает 300 ш и более, а производительность -до 20 л/мин. Такой распылитель перспективен для новых инсектицидных протравливателей типа " Рготе€ " фирш 9аба. Ойду " (Швейцария), применяемых о большими нормами расхода рабочей жидкости - до 70 л/т.

Стендовые исследования распыливающих устройств были направлены на достижение требуемой, исходя из конструкции рабочего органа, конфигурации направленного факела распыла с равномерной эпюрой отложения рабочей жидкости по ширине 22

захвата. При этом основными варьируемыми факторами являлись высота установки распиливающего устройства Нр (рис.2) и угол раскрытия защитного кожуха (У2 - ), так как радиус распиливающих элементов йР и скорость их врашония а)о взаимосвязаны с дисперсностью распыла, задаваемой по условиям технологического процесса протравливания

ад

■Ш -8 -б -4 -

6 Нт Ю1 М

Рис.4. Геометрии факелов распыла вращающихся распылителей:

- с 6 прорезями; --- с 8 прорезями;

—— • —— с 12 прорезями; -. •- протравливателя ПС-ЮА

Исследованиями установлена значительная корреляционная связь медду высотой установки распиливающего устройства и равномерностью распределения рабочей жидкости (рис.5), которая повышается с увеличением величины Нр . Однако такое направление ведет к увеличению габаритных размеров рабочего органа. Другими путями повышения равномерности распределения рабочей жидкости являются расположение распиливающего устройства под углом 30-60° к обрабатываемой поверхности или за счет установки в окне защитного когдгха сменных экранов (а.с. 1371669 и 1412692). В последнем случае достигнуты эпюры с очень высокой степенью равномерности распределения жидкости по ширине захвата распиливающего устройства.

на равномерность отложения рабочей жидкости:

I - 0,2 м; 2 - 0,3 м; 3 - 0,4 м; 4 - 0,5 м;

5 - 0,6 м; 6 - 0,7 м

Угол раскрытия окна защитного кожуха зависит от требуемых размеров зоны обработки рабочего органа и высоты уотановки распиливающего устройства. В каждом конкретном случае он может быть определен аналитическим или эксперимент альным способами, которые имеют удовлетворительную сходимость.

Результаты оценки дисперсности распыла исследуемыми конструкциями вращающихся распылителей и распиливающих устройств показали, что на выбранных конструктивно-кинематических параметрах они обеспечивают дисперсность распила в диапазоне 180-Ю-6 - 230 -Ю-® ы в требуеьмх пределах норм расхода рабочих жидкостей и их физико-механических свойств. Такая дисперсность удовлетворяет условиям качественного выполнения технологического процесса протравливания.

Задачами экспериментальных исследований камерных рабочих органов протравливателей семян зерновых, зернобобовых н технических культур являлись:

- изысканно эффективных технических решений, обеспечивающих формирование и оргапизацюо кольцевого потока coran о заданными параметрами;

- определенно формы н структур! кольцевого потока со-

кян;

- изучение характера проникновения капельного потока рабочей жидкости через кольцевой поток семян и определоипе оптамалышх условий их взаимодействие.

Анализ известных технических решений показал, что па-пболео перспективным для форютроваштя в.каморе обработки кольцевого потока семян о уволичепиой толщиной является техническое роптгшо (а.с. 410256), в котором предусматривается новая конструкция распределительного диска. Эта • конструкция состоит из одного основного и не менее одного дополнительного рассепвапцпх элементов, установленных со-осно друг пад другом.. С их помощью производится разделсииэ потока селян л формирование в вядо двух гош трех концентричных кольцевых потоков.

Предварительные лсслодовання камерного рабочего органа ссри'ного протравливателя ПС-Ю позеолялп установить, что sasoseimiie в ися конструктзвпо-клнеглатпческло параметра распродачзтольного диска обеспечивают толгатау потока сог.яп в зоно обработки в продолох 0,04-0,055 м. С поглотаю повой конструкции распределительного доска, ззклачакц'зй с.хтл осаотеюй и одан дополнительный pacoGiiBCsqao эле.'лшггы, гол^ла гялздгвого потока cr.ísia вря общей еэлгтлно их подаче 20-30 з/ч возрастает до 0,075-0,1 Прз узолпчегпл по.ч&'ш es-ara до 40-50 т/ч слсдуо? прсаспять распределитель-П'1:1 даек с двугя донолипсольпигли рассвЕвгхЕГШЗ здомоетсст, rv¿o обоспечявао? уголачске обдай толзепш гольцогого потока сс.етя до 0,105-0,1'* я.

Эпсперлгзптазьпно псслоджсппя форм и структура го;ацогого потопа ccíítix подтвердила результата псслэдоса-пгЗ И.Я.Остаповского о ого стшетричносмг и портальном запопо рйспределогшч сег.'лп по толипно потока. Однако при форстрсвяист ссакп в виде нескольких концентричных-потоков паблвдается выравнивание эпзры их распределения (рис.6), что способствует улучшению условий взаимодействия с капельным потоком рабочей жидкости.

Рис.6. Эпюры распределения семян по толщине кольцевого потока для распределительного диска:

а - с одним рассеивающим элементом; б - с двумя рассеивающими элементами

Для обеспечения полноты протравливания семян в камерных рабочих органах в пределах 100+10$ необходимо, чтобы величина коэффициента полноты использования препарата в зоне обработки составляла Ппп 0,9. Основное влияние на процесс проникновения и осаждения капель рабочей жидкости в кольцевом потоке семян, а, отсюда, и на величину коэффициента Ппп оказывают высота капельного потока рабочей жидкости (рис.7) и скважность кольцевого потока семян. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований установлены следующие значения потоков Л ** и Пе для семян зерновых культур при протравливании в камерных рабочих органах:

- с распределительным диском, содержащим один рассеивающий элемент, производительность 7-16 т/ч, высота капельного потока рабочей жидкости не менее 0,087 м и скважность кольцевого потока семян 0,79-0,83;

- с распределительным диском, содержащим один основной и два дополнительных рассеивающих элемента, производительность 19-31 т/ч, высота капельного потока рабочей жидкости не менее 0,158 м и скважность кольцевого потока семян 0,82-0,86;

- с распределительным диском, содержащим один сспов-пой и один дополнительный рассеивающий эланент, производительность 34-49 т/ч, высота капельного потока рабочей гид-кости не коноо 0,205 м и скважность кольцевого потока се-мяп 0,84-0,88 гл.

Рлс.7. Влияние высоты потока диспергированной рабочей жидкости на коэффициент полноты использования препарата при величине подачи семян:

1-10 т/ч для диска с одним рассенваидим элементом;

2-25 т/ч для диска с двумя рассеивающими элементам;

3-40 т/ч для диска с тремя рассеивающими элементами

В результате применешш новых конструкций вращающихся распылителей п распределительных дисков общий объем зоны обработки в камерных рабочих органах увеличился в 7-9 раз. Это позволяет обеспечивать оптимальные условия для взаимодействия потоков со.'.-лн я диспергированной рабочей жидкости при повышении производительности камерных рабочих органов з 2-4 раза и улучшении качественных показата!ей процессов протравливания по сравнению с существующими протравливателями. Таким образом результатами теоретических и экспериментальных исследований подтверждена центральная рабочая гипотеза о необходимости для существенного повышения производительности камерных рабочих органов я качества про-

травлизания семян расширить зону обработки за счет увеличения толщины кольцевого потока семян и высоты капельного потока рабочей жидкости.

В соответствии с поставленной целью и программой работ, задачами экспериментальных исследований рабочих органов протравливателей клубней картофеля являлись:

- изыскание наиболее эффективного способа обработки и перспективной принципиальной схемы рабочего органа;

- разработка усовершенствованной методики оценки качества протравливания клубней картофеля;

- оптимизация конструктивно-кинематических параметров выбранного рабочего органа.

В лабораторных условиях проводились исследования рабочих органов лоткового, транспортерного и роликового типов. Обработка клубней картофеля в них предусматривалась увлажненным способом путем опрыскивания, а также протравителями, находящимися в спененном состоянии.

Результаты исследований показали, что наиболее полно отвечают требованиям технологического процесса рабочие органы транспортерного типа с обработкой клубней картофеля путем их опрыскивания о помощью распиливающих устройств. Транспортирующая поверхность рабочих органов этого типа в виде наклонного ленточного транспортера о противоточным направлением движения имеет достаточно простую конструкцию, высокую производительность и обеспечивает гарантированное вращение клубней картофеля в зоне обработки. Поэтому рабочие органы транспортерного типа были выбраны для проведения дальнейших экспериментальных исследований по оптимизации конструктивно-кинематических параметров.

Серьезные трудности при проведении исследований возникали из-за несовершенства существующей методики оценки качества протравливания клубней картофеля, которая не обеспечивала получение стабильных результатов и не позволяла определять полноту протравливания для отдельных клубней. В связи о этим совместно с УНИИКХ была разработана "Временная методика оценки качества обработки семенного картофеля протравителями", утвержденная в 1986 г. Госагропромом СССР. Она основала на отборе проб клубней, взятии о поверх-28

ностн каждого из них в место прохождения условных осей симметрии не менее 6 выборок в виде участков кожуры площадью 1-2 см2 и определении количества препарата, находящегося на поверхпостл каждой выборки. Это позволяет определять полноту и неравномерность протравливания для одного клубня. С помощью статистической обработки результатов, полученных по всем пробам, определяется полпота и неравномерность протравливания по всей обрабатываемой массе картофеля.

С целью сокращения затрат труда и времени дальнейшие исследования рабочих органов транспортерного типа осуществлялись методом нногофакторного планирования эксперимента.

После отсеивающих экспериментов в качестве основных факторов, влияющих на протекание технологического процесса обработка клубней, были выбраны:

- величина подачи клубней картофеля, кг/о;

<?нс- величина подачи рабочей жидкости, иР/с;

- угол наклона полотна транспортера, рад;

Ог - скорость движения транспортера, и/с;

Вт - ширина рабочей части полотна транспортера, м.

Для сокращения количества факторов с помощью теории подобий и размерностей они были сгруппированы в комплексы, матрица размерностой которых равна нулю. Это позволило сократить количество факторов до трех

х1 = о1„ ; хг=-- ; зс3 =----(32)

ВгОкд елОкд

В качестве параметров оптимизации и уг были взяты, соответственно, полнота протравливания Ппк и неравномерность распределения препарата по поверхности клубней Пкн , выраженная коэффициентом вариации.

Для определения оптимальных значений и сочетаний факторов X/, осг и х3 была составлена рабочая матрица плана полнофакторного эксперимента. После ее реализации в трехкратной повторности получены уравнения регрессии, адекватные протекаемому процессу. В раскодированном виде они имеют следующий вид:

П,т = -135,8997 + 359,2928 + 62.37I7.I0-6 —+

вгОкЭ

+ 31,5678-Ю"2 -1— - 23,9150.Ю-6 <А„

8т0к$ В г О*? (33)

- 65,3731 -Ю"7^ —_ 5,5028-Ю-8 —^ 1

ВтОк? ВтОк$

П«н= 50,8149 - 73,6574 - 1,6154.Ю"6 ■■ Яок

ВтОк?

- 1,7920-Ю-2 ^ + 10,0757-Ю"6 +

втОк? (34)

+ 9,5525-ТО"2Л,, - 2,1773-ИГ8 • ,

&т()к<? ВгС}к? втЦк?

Оптимальные значения факторов получены путем решения оистеМы уравнений, составленных из первых производных от уравнений регрессии по каждому фактору и приравненных нулю. Их величина равна

¿П = 0,6464; —— = 2,6731 . Ю-6;

= 5,1541 - Ю-2 , (35)

что соответствует углу наклона транспортера 37°, скорооти движения его полотна 0,71 м/с и подаче рабочей жидкости 38,6 • НГ6

м3/с. Указанные величины факторов обеспечивают неравномерность распределения пропарата по поверхности клубней в пределах 8,9-10,4$, что соответствует агротехническим требованиям.

Результаты лабораторно-нолевых и производственных испытаний подтвердили оптимальность найденных значений факторов и эффективность выбранной принципиальной схемы рабочего органа для протравливания клубней картофеля.

В четвертой главе, посвященной практической реализации и экономической эффективности результатов исследований, приведены основы расчета и проектирования высокопроизводи-

тельных органов для протравливания сешн зерновых, зерксбо-бовкх, тэхнпчесхстх культур и кдубпой картофеля; даны описание, краткие технические характеристики п конструктивно-технологические особснисстл разработанных протравливателей 'семенного материала; проведена оценка юс агротехнической сХ'Х'октпвнссти, технического уровня п сапятдрнс-гигиеничес-дтгс условий труда обслуживает,ого персонала; дан анализ тех- -muco—nt с п омпч е с ко 3 эффективности от производства и псполь-аовапгп нового поколении протравливателей.

Разработанный го то;' расчета п проектирования камерных рабочих органов базируется па расчете полученных математи-чосгск го доле Л на 3ZM с цольп определения их сптимальтгх кспструктгшпо-кянсмат^гсескзх параметров, з том числе рас-продолптолького диска семян я врагдющогося распылителя . дпдяостз. П;п этом определяются: частота вращения (-0$ и радиус распределительного диска семян Ry , от которых зависят ипшзнальчий Ri и ¡ледст/альпый R 2 радиусы рассева со-.'•."II, а такие высота его установки Hg ; частота вращения <jJp я спедгай радиус распыливаздих элементов RP , определяющие дисперсность распила рабочей жидкости и требуемая ■ высота факела распила Нж. На эти параметры исходя пз конструктивных соображений наложены следующие ограгатчешя: 0,С5 ,м + /?240,5 м; 0,05 м <i RP 0,15 м; 0,01 м + + /?,; 0,005 + ^ Hg ^ 0,5 м; 0,005 м« Hnz 0,25м; с"1^^^ 80 с"1.

В 1лчестве исходной информации кроме заданной величины производительности и качества протравливания слуглт: размер de л плотность Ус обрабатываемых ск.етп; расход рабочей зддкости , определяемый исходя от нормы расхода па I т семян, ее плотность Уж и поверхностное натязе-ппо 6^31-; ; плотность J*g и кинематическая вязкость >>/ воздуха; плотность и поверхностное патялогага ^fy вода л другие факторы, заложенные в математические модели. i Пакет программ для расчета на ЭВМ состоит из II взаи-

мосвязанных программ, обеспечивающих поиск оптимальных значений токструг.тшзно-кпнематлчоскпх параметров для камер-нпх рабочих оргаясз производительности» от 10 до 50 т/ч, пор:.*амп расхода рабочей жидкости 2-10 л/т и дпсперспостьгэ «о расш-хла 150-300 згаи при полноте протравливания семян зер^хъхг, DcpufiCortorirz л згэхшгчсспях культур 100+10,".

Кроме указанных конструктивно-кинематических параметров при проектировании камерных рабочих органов необходимо знать параметры их вспомогательных узлов и элементов. В работе приведены методики определения минимальной емкости бункера для семян и пропускной способности его горловины, габаритных размеров камеры протравливания и других элементов. Для инженерных расчетов построены номограммы, которые позволяют определять основные параметры распределительного диска семян и вращающегося распылителя, задаваясь различными значениями производительности камерных рабочих органов.

Для расчета рабочих органов для протравливания клубней картофеля предложены зависимости, позволяющие определять параметры их транспортирующей поверхности и распиливающего устройства. Разработан экспериментально-графический способ построения конфигураций сменных экранов распиливающих устройств по заданной конфигурации эпюры плотности отложения рабочей жидкости. Определена область использования распыливандих устройств со сменными экранами в машинах для защиты растений.

Результаты проведенных в данной работе теоретических и экспериментальных исследований и разработанные рекомендации реализованы ГСКТБ сельхозхиммаш совместно с НПО ВИСХСМ при непосредственном участии автора при создании нового поколения высокопроизводительных протравливателей семенного материала: передвижных протравливателей 1Ю-30 и ПСК-20 и стационарных комплексов оборудования для протравливания и инкрустирования семян КПС-10, КПС-20 и КПС-40. Кроме этих машин некоторые результаты, полученные автором, использованы при создании передвижных протравливателей семян ШШ-5 и ПС-10А, а также нашли отражение в ОСТ 23.2.107-84 "Протравливатели клубней семенного картофеля. Общие технические требования".

В работе приведены описание, краткие технические характеристики и конструктивно-технологические особенности разработанных протравливателей.

Результаты предварительных и приемочных испытаний, проведенных на девяти государственных машиноиспытательных станциях, показали соответствие всех основных технико-эко-32

комических показателей новых машин агротехническим требованиям и техническим заданиям, выданных заказчикам на их разработку. В ходе испытаний они обеспечили по сравнению с отечественными и зарубежными аналогами повышение производительности в 1,5-4 раза и качества протравливания в 2 раза, снижение удельной материалоемкости и энергоемкости в 1,5 раза и затрат труда в 1,5 раза. Оценка санитаряо-гиги-опических условий труда обслуживающего персонала, проведенная ВШШШТОКС, показала, что максимальные концентрации токсичных веществ в рабочих зонах но превышают предельно допустимых концентраций.

Анализ полученных результатов показал, что новые машины обеспечивают высокий экономический эффект, в том числе от производства и использования в расчете на одну машину:

- протравливатель семян ПСШ-5 - 1680 руб;

- протравливатель сомян универсальный ПС-ЮЛ - 628 руб;

- протравливатель семян самоходный ПС-30 - 2560 руб;

- комплекс оборудования для про тралливапия и инкрустирования сеяиш КПС-10 - 3885 руб;

- комплекс оборудования для протравливания и инкрустирования семян КПС-20 - 9490 руб;

- комплекс оборудования для протравливания и инкрустирова-вания семян КПС-40 - 3194 руб;

- протравливатель клубней семенного картофеля ПСК-20 -

- 18360 руб. ;

Фактический выпуск машин на 1.01.91 г. составил:

ПСШ-5 - более ю тыс.шт.; Ш-1ид - 28,Ь тыс.шт.; КПС-Ю -более I тыс.шт.; ПСК-20 (поставлен на производство в 1990 г.) - 43 шт. Общий экономический эффект от производства и использования фактически выпущенного парка протравливателей составляет 48,6 млн.руб.

При постановке на производство протравливателей ПС-30, КПС-20 и КПС-40 ожидаемый экономический эффект от производства и использования планируемого среднегодового объема их производства составляет более 12 млн.руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Создание и внедрение в производство высокопроизводительных и высокоэффективных средств механизации процессов протравливания семенного материала является важной и актуальной научно-технической проблемой, имеющей большое народнохозяйственное значение. Наиболее перспективными для нового поколения протравливателей семян зерновых, зернобобовых и технических культур являются камерные рабочие органы, принцип действия которых основан на организации к взаимодействии в зоне обработки закрытой камеры дисперсных взаимопересекаидихся потоков семян и капель рабочей жидкости. Для существенного повышения их производительности

и качества протравливания необходимо изменить условия протекания процесса обработки семян за счет расширения зоны обработки путем увеличения толщины кольцевого потока семян и высоты капельного потока рабочей жидкости.

2. Для достижения достоверной картины протекания в каыэрных рабочих органах процессов обработки семян капляля диспергированной рабочей жидкости, имеющих случайные характеры распределения в потоках, наиболее подходит метод математического моделирования вероятностных процессов. На основании построенных математических моделей установлено, что на эффективность и качество протравливания основное влияние оказывают параметры дисперсных потоков семян п капель рабочей дидкости и условия их взаимодействия в зоне обработки, которые,, в свою очередь, зависят от конструктивно-кгашг,этических параметров распределительного диска сеыян л вращающегося распылителя жидкости, а такао фцза::.о-;«:аха.чггчесзпх свойств обрабатываемых семян и рабочей вддкости. . .

3. Наиболее перспективными для протравливания хслубней семенного картофеля, существенно отличающихся по фпзико-ко-ханическим свойствам от семян других сольскохозяйствепных культур, являются рабочие органы транспортерного типа, которые имеют высокую пропускную способность и обеспочивают принудительное вращение клубней в зоно обработки. Анализ полученных зависимостей, опЕсыващих процесс протравливания клубней картофеля в рабочих органах этого типа, показал, что качество обработки поверхности клубней зависит от 34

скорости их движения, величины зоны обработки, интенсивности осаждения и равномерности распределения рабочей жидкости.

4. Для высокопроизводительных рабочих органов протравливателей семенного материала разработаны семейства вращающихся и гидравлических распылителей и распиливающих устройств, которые также рекомендуются для применения в других сельскохозяйственных малинах и 'других отраслях техники, связанных с диспергированием вязких растворов и суспензий. На основании сформулированных требований установлено, что напболоо полно отвечают условиям технологических процессов протравливачия конструкции вращающихся распылителей, защищенные а.с. 701505 и 127632-1,и распиливающее устройство, защицешюе а.с. 1371669 п 1412692.

5. Осноеннми факторами, влияющим на геометрию факелов и дисперсность распыла разработанных вращающихся распылителей с двумя коническими распиливающими элементами, являются расход рабочей жидкости, количество и угол наклона прорезей ка боковых поверхностях распиливающих элементов, частота их вращения п сродштй радиус распиливающих кромок. Наиб ол с о оптимальные результаты достигнуты у распиливающих элементов с 8 прорезями, наклоненными под углом 45°. Максимальная производительность вращающихся распылителей с такими элементами при дисперсности распыла жидкости менео 230 мкм составляет 10-12 л/мпп, а высота факола достигает 0,16-0,2 м, что в два раза пропгтает высоту факолов существующих вращающихся распулгтелой.

6. Анализ известных технических решений показал, что папбелоэ лерспоктпЕ'пз.т для формирования в зоне обработки кольцевого потока семян с увеличенной толщиной является технпчоское решение (а.с. 410256), предусматривающее новую конструкцию распределительного диска семян в виде одного основного и нескольких дополнительных рассеивающих элементов. Проведенными исследованиями установлено, что полнота протравливания ссглн зерновых культур в пределах 100+10% достигается в камерных рабочих органах:

- производительностью 7-16 т/ч при высоте капельного потока рабочей жидкости не менее 0,087 м и толщине кольцевого потока семян 0,04-0,055 м (обеспечивается распределительным диско:-: с одним рассеивающим элементом);

- производительностью 19-31 т/ч при высоте капельного потока рабочей жидкости не менее 0,158 м и толщине кольцевого потока семян 0,075-0,1 м (обеспечивается распределительным диском о двумя рассеивающими элементами);

- производительностью 34-49 т/ч при высоте капельного потока рабочей жидкости не менее 0,205 м и толщине кольцевого потока семян 0,105-0,14 м (обеспечивается распределительным диском с двумя рассеивающими элементами).

7. Экспериментальные исследования транспортерных рабочих органов для протравливания клубней семенного картофеля с помощью метода многофакторного плакирования эксперимента показали, что заданные по АТТ качественные показатели протравливания обеспечиваются при угле наклона транспортера 37°, подаче рабочей жидкости 2,016 л/мин м скорости движения ленты транспортера 0,7 м/с. Эти рабочие органы могут успешно применяться для проведения других операций - обработки консервантами продовольственного картофеля,- плодов садовых и цитрусовых культур, а также других корнеклубнеплодов шарообразной формы.. Для оценки качества протравливания картофеля разработана методика, обеспечивающая определение полноты протравливания и неравномерности обработки как отдельного клубня, так и всей обрабатываемой массы и прошедшая апробацию на предварительных и приемочных испытаниях протравливателя 1ЮК-20.

8. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны основы теории, расчета и проектирования высокопроизводительных протравливателей семенного материала. Для расчета на ЭВМ разработан пакет из II взаимосвязанных программ, обеспечивающих определение оптимальных конструктивно-кинематических параметров и режимов работы камерных рабочих органов производительностью от 10 до 50 т/ч в зависимости от вида обрабатываемых семян, норм расхода и физико-механических свойств применяемых рабочих жидкостей, качества протравливанит и других факторов. Предложены методики инженерных расчетов и номограммы для определения как основных, так и вспомогательных узлов и элементов рабочих органов.

9. Результаты проведенных исследований реализованы в ГСКТБ сельхозхиммаш и НПО ВИСХОМ при создании передвижных протравливателей ПСШ-5, ПС-IOA, ПС-30 и ПСК-20 и стационарных комплексов оборудовшшя для протравливания и инкрустирования семян КПС-10, КПС-20 и КПС-40. Предварительные и приемочныо испытания нового поколения протравливателей показали, что они обеспечивают'повышение производительности в 1,5-4 раза и качества протравливания в 2 раза, снижение удельной материалоемкости и энергоемкости в 1,5 раза и затрат труда в 1,5 раза, улучшение санитарно-гигиенических условий труда обслуживающего персонала и соответствует по своем? техническому уровню лучшим мировым аналогам.

10. Анализ технико-экономической эффективности нового поколения протравливателей семенного материала показал,' что они обеспечивают высокий экономический эффект. Общий экономический эффеот от производства и использования фактически выпущенного на I.0I.9I г. парка протравливателей ПСШ-5, ПС-IOA, КПС-10 и ПСК-20 составляет 48,6 млн.руб. Ожидаемый . экономический эффект от производства и использования планируемого среднегодового объема производства протравливателей ПС-30, КПС-20 и КПС-40 составляет более 12 млн.руб.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Тарушкин В.И., Ченцов В.В. Протравливатель семян зерновик культур // С.-х. машины: Сб. науч. тр. / ШИСП -М., 1977. - Т. 14; вып. I. - С. 146-148.

2. A.c. 560549 СССР, МКИ А 01 С 1/08. Протравливатель семян / Тарушкин В.И., Ченцов В.В., Леонов B.C. - Опубл. 5.06.77, Бш. № 21.

3. A.c. 563135 СССР, МКИ А 01 С 1/08. Протравливатель семян / Ченцов В.В., Прокопенко С.Ф., Тарушкин В.И. -Опубл. 30.06.77, Бюл. № 24.

4. Ченцов В.В. Исследование зарядно-очистительного устройства электропротравливателя семян // Тракторы и сельхозмашины. - 1978. - № 9. - С. 24-25.

5. A.c. 634704 СССР, МКИ А 01 С 1/08. Протравливатель семян / Ченцов В.В. - Опубл. 30.11.78, Бюл. № 44.

6. Прокопенко С.Ф.( Ченцов В.В. Отработка семян биопрепаратами с применением электрических полей // Тракторы и сельхозмашины. - 1979. - 0> 3. - С. 16-17.

7. Ченцов В.В. Воздушно-электростатическая очистка поверхности семян от пыли и микроорганизмов // Теор. и эксперим. исследования в области с.-х. машиностроения: Тез. УП науч.-техн. конф. мол. ученых. - М.: ШСХОМ, 1979. -

С. 23-26.

8. A.c. 701585 СССР, МКИ А 01 С 1/08 // А 01 М 87/00 // В 05 В 1/02. Распылитель / Ченцов В.В., Осташевский И.Я., Прокопенко С.Ф. и др. - Опубл. 5.12.79, Бол. Л 45.

9. A.c. 715044 СССР, МКИ А 01 С 1/08 // А 01 N 21/00. Способ подготовки семян к посеву / Тарушкин В.И., Чен -цов В.В., Леонов B.C. - Опубл. 15.02.80, Бюл. JS 6.

10. A.c. 733565 СССР, МКИ А Ol G 25/00 // В 05 В 3/12. Распылитель жидкости / Ченцов В.В., Прокопенко С.Ф., Диме-нов Б.И. и др. - Опубл. 15.05.80, Бал. й 18.

11. Ченцов В.В., Прокопенко С.Ф., Аленчикова Т.Ф. Исследование и обоснование средств механизации биологических методов защиты растений / Заключ. отчет о НИР по теме 04.302-76 / ВИСХОМ - ГР Б 894727. - М., 1980. - 205 с.

12. A.c. 808025 СССР, МКИ А 01 С 1/00. Установка для обработки семян порошковидными препаратами / Ченцов В.В., Прокопенко С.Ф. - Опубл. 28.02.81, Бюл. & 8.

13. A.c. 912094 СССР, МКИ А 01 С 1/08. Протравливатель семян / Осташевский И.Я., Сушко И.И., Ченцов В.В. и.др. -Опубл. 15.03.82, Бол. Ü 10.

14. Михайличенко А.Л., Ченцов В.В. Методы сохранения машин за рубежом // Тракторы и сельхозмашины. - 1982. -

№ II. - С. 32-34.

15. Беляев Е.А., Ченцов В.В. Некоторые особенности развития конструкций ультрамалообъемных опрыскивателей // Тракторы и сельхозмашины. - 1982. - № 8. - С. 16-19.

16. Паспорт на комплекс машин для химической защиты D растениеводство Исп. Шеруда С.Д., Бг.скин Е.С., Чепцов В.В. и др. - И.: ЩЖГЭИтракторосельхозмаи, 1982. -83 с.

I?. Гусев В.М., Ченцов В.В., Смирнов И.К. Новые способы посова // Сол. хоэ-во за рубежом. - 1983. - й 2. -С. 7—II.

18. A.c. I003913 СССР, !Ш В 05 В 1/34. Двусторонний центробежный распылитель жидкости / Прокопенко С.Ченцов В.В., Асцатуров B.C. и др. - Опубл. 15.03.83, Бюл.

Л 10.

19. A.c. I06906I СССР, ГШ В 05 В 1/34. Двусторонний центробе;лшй распылитель жидкости / Прокопошсо С.Ф., Ченцов В.В., Бурд B.C. п др. - Опубл. 30.01.8-1, Вол. й 4.

20. Чепцов В.В., Дричик С.Т., Ягафаров Ф.К. и др. Основные тенденции развития тракторных опрыскивателей. М.

- 1984. - 58 с. (Тракторное и с.-х. машиностроение. Сор. 2, С.-х. машины и орудия: Обзор информ. / ЩШТЭИтракторосель-хозмаз; вып. 12).

21. Ченцов В.В., Токов Ю.И. Машины для защиты растений // Науч.-техн. отчет по результата?/! выставки "Сельхозтехника^". - ГЛ.: НПО ВИСХ01Л, IS84. - Ч. 2. - С. I3I-I80.

22. ОСТ 23.2.107-84. Протравливатели клубней семенного картофеля. Общие техшпзекпо требования. Исп. Пискозуб З.И., Остаповский И.Я., Ченцов В.В. и др. -:М.: БИСХОМ, 1984. -

4 с.

23. Сергеев Я.Ю., Ченцов В.В. Изысканно перспективной конструкции широкофакзльного распылителя жидкости и суспензий // Актуальные проблемы повышения техн. уровня с.-х. машин: Тез. докл. Бсесопз. науч.-техн. конф. (7-9 янв.

1987 г.). - М.: БИСХОМ, 1986. - С. 52-53.

24. Ченцов В.В., Сергеев Я.Ю., Кириенко Ю.И. и др. Тенденции развития ??ammi для обработки клубней картофэля.

- ГЛ.. 1986 - 66 с. (Тракторное и с.-х. машиностроение. -Сер. 2. С.-х. лашгши и орудия: Обзор, иьформ. / ЦНКЙТЗИтрах-торосельхозмаи; вып. I).

25. A.c. 1214227 СССР, МКИ В, 05 В 3/02. Распылитель жидкости / Ченцов В.В., Сергеев Я.Ю., Сушко И.И. и др. -Опубл. 28.02.86, Бвд. Je 8.

26. A.c. I2I9I53 СССР, МКИ В 05 В 3/12. Распылитель жидкости / Ченцов В.В., Сушко И.И., Осташевский И.Я. и др.

- Опубл. 23.03.86, Вал. J& II.

27. A.c. 1276924 СССР, МКИ А Ol М 7/00 // В 05 В 1/02 Распылитель / Ченцов В.В., Осташевский И.Я., Сушко И.И. и др. - Опубл. 15.12.86, Бюл. Je 46.

28. Чепцов В.В., Сергоев Я.Б. Изыскание и исследование принципиально новых схем рабочих органов передвижного протравливателя клубней картофеля / Закяюч. отчет о НИР по теме 24.302-85 / ВИСХОМ. - Я- ГР 02860П6357. - М., 1986.

- 181 с.

29. A.c. I303II0 СССР, МКИ А Ol М 7/00. Распылитель жидкости направленного действия / Карасюк М.И., Осташевский И.Я., Ченцов В.В. - Опубл. 15.04.87, Бюл. JS 14.

30. Пат. 2I83I33 Великобритании, МКИ А 01 М 7/00.. Liquid sptaying appazaius / Ченцов В.В., Осташев-окий И.Я., Сушко И.И. и др. - Опубл. 03.06.87. - 23 с.

31. Пат. 194073 ВНР, ГШ В 05 В 3/00. ВггепЫтеs {otyadii сгИрог£а$г1о5вга/ Ченцов В.В., Сергеев Я.Ю., Осташевский И.Я. и др. - Опубл. 20.08.87. - 12 о.

32. A.c. 1340620 СССР, МКИ А 01 С 1/08. Установка для протравливания семенных клубней картофеля / Ченцов В.В., Будько B.C., Карасюк М.И. и др. - Опубл. 30.09.87, Бол.

№ 36.

33. A.c. I37I669 СССР, МКИ А 01 М 7/00 // В 05 В 1/02. Распылитель жидкости / Ченцов В.В., Осташевский И.Я., Сушко И.И. и др. - Опубл. 7.02.88, Бюл. J5 5.

34. A.c. I4I2692 СССР, МКИ А Ol М 7/00. Распылитель жидкости / Ченцов В.В., Сергеев Я.Ю., Бурд B.C. и др. -Опубл. 30.07.88, Бюл.. № 28.

35. Ченцов В.В., Аленчикова Т.Ф., Кузькина Т.И. Новые перспективные способы и средства механизации залдаты растений. - М., 1988. - 55 с. (Тракторное и с.-х. машинострое-40

ятю. Сер. 2. С.-х. машины и орудия: Обзор, пнформ. / ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш; шп. в).

36. Никольская К.В.; Ченцов В.В. Сродства для создания искусстЕенннх оболочек на семенах // Тракторы и сельхозмашины. - 1988. - № В. - С. 26-28.

37. Гусев В.М., Ченцов В.В. Обоснование транспортной поверхности для движения частиц с постоянной скоростью // Актуальные Еопросы создания машин для внесения удобрений п защиты растений: Сб. науч. тр. / НПО ВИСХОМ. - И.: НПО ВИСХОМ, 1988. - С. 40-44.

38. Сушко И.И., Ченцов В.В. Мапинн для протравливания семян и пути повышения их технического уровня // Актуальные вопросы создания машин для внесения удобрений и защиты растений: Сб. науч. тр. / НПО ШСХОМ. - М.: НПО ШСХОМ, 1988. - С. 54-57.

39. Пат. 2590186 Франции, МКИ В 05 В 1/28 // А 01 М

7/0QjitspotUif dapuhrezisation de ¿¡¿.иЫе / Ченцов В.В., Остэиевский И.Я., Сушко И.И. и др. - Опубл. 05.02.88. -23 с.

40. A.c. I4I6I97 СССР, МКИ В 05 В 3/12. Распылитель жидкости / Ченцов В.В., Зеленцов P.C., Виноградова Т.П., Сергеев Я.Ю. - Опубл. 15.08.88, Бюл. В 30.

41. A.c. I4276II СССР, МКИ А 01 С 1/08. Способ нанесения на семена защитно-стимулирующих пленочных покрытий и устройство для его осуществления / Леонов B.C., Сушко И.И., Ченцов В.В. и др. - Опубл. 30.09.88, Вол. Д 36.

42. Ченцов В.В., Каблуков Г.В. Тенденции развития способов и средств защиты растений // Тракторы и сельхозмашины. - IS88. - & II. - С. 28-29.

43. A.c. 1440380 СССР, МКИ А 01 С 1/08. Протравливатель корнеклубнеплодов / Ченцов В.В., Лагутик A.B., Долго-шеев A.M., Москвина М.А. - Опубл. 30.11.88, Бюл. № 44.

44. A.c. 1440450 СССР, МКИ А 01 М 7/00 // В 05 В 1/02. Распылитель жидкости / Сергеев Я.Ю., Лолгошеев A.M., Ченцов В.В., Лагутин A.B. - Опубл. 30.11.88, Бюл. J§ 44.

45. Чевдов В.В., Сергеев Я.Ю., Сушко И.И. Вращающееся распылители для протравливателей семян камерного типа // Тракторы и сельхозмашины. - 1989. - № I. - С. 20-22.

46. Прокопенко С.Ф., Ченцов В,В. Малообьемное опрыскивание сельскохозяйственных культур. - М.: ВО "Агропром-издат", 1989. - 64 с.

47. Пат. 1540764 СССР, МКИ А 01 M 7/00 // В 05 В 1/34. Двусторонний центробежный распылитель жидкости / Прокопенко С.Ф., Чэнцов В.В., Сергеев Я.Б. и др. - Опубл. 7.02.90, Bai; J£ 5.

48. A.c. I59I835 СССР, ММ А 01 С 1/08. Способ обработки плодов и корнеклубнеплодов консервантами и протравителями и устройство для его осуществления / Ченцов В.В., Гвазава П.А., Сергеев Я.Ю., Гусев В.М. - Опубл. 15.09.90, Бюл. № 34.

49. Ченцов В.В. Экспериментально-графический способ построения экрана для дисковых распылителей оредств защиты растений // Рабочие органы и устройства для возделывания, уборки и послеуборочной обработки корнеклубнеплодов и овощей: Сб. науч. тр. / НПО ВИСХОМ. - М.: НЮ ВИСХОМ, 1990. - С. 135-142.

50. Ченцов В.В., Василькив Я.В. Определение эпюры отложения жвдкости для вертикально установленных дисковых распылителей // Исследование и разработка почвообрабатывающих и посевных машин. Сб. науч. тр. / НПО ВИСХШ. - М. : НПО ВИСХОМ, 1990. - С. II8-I24.