Разработка и обоснование конструкции агрегата для внесения твердых органических удобрений

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631. 333.6

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ АГРЕГАТА ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ ТВЕРДЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ

В.Г. Абезин, доктор технических наук, профессор С.Я. Семененко, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Д.В. Скрипкин, кандидат технических наук, доцент В.А. Моторин, кандидат технических наук

Волгоградский государственный аграрный университет,

Разработаны и усовершенствованы технология внесения в почву органических удобрений и агрегат для измельчения, разбрасывания и равномерного их распределения по поверхности почвы. Приведено теоретическое обоснование параметров агрегата.

Ключевые слова: измельчение, разбрасывание, барабаны, зубья, агрегат, подающий транспортер, мелкокомпонентное состояние.

Внедрение интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур требует повышения плодородия почвы за счет внесения удобрений и химических мелиорантов [5].

Органические удобрения включают вещества животного или растительного происхождения. К ним относятся: навоз, навозная жижа, торф, компосты, растительная масса [6, 1].

Количество и качество органического вещества почвы - гумуса в основном определяют её свойства: уровень потенциального плодородия, водный режим, степень аэрации, ёмкость поглощения, буферность и др. [4].

Возделывание сельскохозяйственных культур вызывает снижение содержания гумуса и плодородия почвы.

Внесение необходимых норм навоза обеспечивает поддержание уровня гумуса на исходном уровне.

Длительное применение навоза улучшает физико-механические свойства почвы - увеличивает запас питательных веществ, понижает кислотность, повышает содержание поглощенных оснований, поглотительную способность и буферность, влагоём-кость, скважность и водопроницаемость, обогащает почву микрофлорой, усиливает её биологическую активность и выделение углекислоты, уменьшает сопротивление почвы при механической обработке, создаёт оптимальные условия для минерального питания растений.

В зависимости от физического состояния органических удобрений, технология их внесения подразделяется на три группы - внесение твердых, жидких и полужидких органических удобрений.

Технология механизированных работ по внесению твердых удобрений включает погрузку, транспортировку, формирование штабелей, равномерное распределение по поверхности поля и заделку в почву.

Равномерное распределение удобрений по поверхности поля является одной из самых ответственных технологических операций. Известные кузовные разбрасыватели не отвечают агротехническим требованиям по равномерности распределения удобрений по поверхности поля и их измельчению перед разбрасыванием.

Нами разработана конструкция агрегата для измельчения и разбрасывания органических удобрений (рис. 1). Агрегат для измельчения и разбрасывания органических удобрений содержит установленный на колёсный ход кузов 1, на днище которого смон-

тирован подающий транспортер 2 с грунтозацепами. Кузов при работе имеет четырехколесную опорную тележку 3. У заднего борта кузова 1 установлены верхние измель-чающе-разбрасывающие барабаны 4 со сменными зубьями 5 и нижние измельчающе-разбрасывающие барабаны 6 со сменными зубьями 7. Ось верхнего барабана 4 смещена вперед относительно оси нижнего барабана на величину 0,6 диаметра барабана. Верхние измельчающе-разбрасывающие барабаны, установлены под углом 45° к направлению движения и закреплены на рычагах 8, установленных шарнирно на стойках 9 и управляемых гидроцилиндрами 10. Нижние измельчающе-разбрасывающие барабаны 6 установлены под углом 45° к направлению движения. Для обеспечения постоянного положения верхнего измельчающе-разбрасывающего барабана 4 он установлен на рычагах 8 и зафиксирован пружинами 11.

При работе агрегат соединен с трактором прицепным устройством 12. Подающий транспортер 2 сопряжен с измельчающе-разбрасывающими барабанами 4, 6 направляющей пластиной 13, установленной под углом к горизонту большим угла трения скольжения органических удобрений о материал направляющей пластины, к горизонтальной плоскости.

Рисунок 1 - Агрегат для внесения твердых оргаических удобрений: а - вид с боку, б - вид с верху, в - вид сбоку измельчающе-разбрасывающие барабаны, г - вид с верху измельчающе-разбрасывающие барабаны, 1 - кузов, 2 - подающий транспортер, 3 - опорная тележка, 4 - верхние измельчающе-разбрасывающие барабаны, 5,7 - сменные зубья, 6 - нижние измельчающе-разбрасывающие барабаны, 8 - рычаг, 9 - стойка, 10 - гидроцилиндры, 11 - пружины, 12 - прицепное устройство, 13 - направлябщая пластина, 14 - барабаны конические, 15 - ступицы, 16, 17 -шестерни, 18 - резьбовые наконечники, 19 - приводной вал, 20, 21 - гидромоторы

В угловом соединении измельчающе- разбрасывающих барабанов 4,6, барабаны 14 выполнены коническими. Зубья барабанов 5, 7 установлены на ступицах 15. Для пе-

редачи крутящего момента от верхнего измельчающе-разбрасывающего барабана 4 к нижнему 6 служат шестерни 16, 17. Зубья 5, 7 измельчающе-разбрасывающих барабанов сменные и закреплены к ступицам 15 с помощью резьбовых наконечников 18.

Ступицы 15 смонтированы на шестигранных приводных валах 19, обеспечивающих фиксацию зубьев в заданном положении и необходимое измельчение удобрений.

Привод верхних измельчающе-разбрасывающих барабанов выполнен от гидромоторов 20, 21.

Агрегат для измельчения и разбрасывания органических удобрений работает следующим образом.

Перед началом работы на приводные валы 19 устанавливаются ступицы 15 таким образом, чтобы зубья 5, 7 были смещены друг относительно друга на 1/6 часть диаметра измельчающе-разбрасывающего барабана. При движении агрегата для измельчения и разбрасывания органических удобрений по поверхности поля подающий транспортер 2, приводимый от вала отбора мощности трактора, подаёт удобрения на направляющую пластину 13, по которой они перемещаются к измельчающе-разбрасывающим барабанам 4, 6.

Вращающиеся барабаны 4, 6 захватывают удобрения и перемещают их в зазор между верхним 4 и нижним 6 барабанами. При воздействии зубьев 5, 7, на удобрения последние измельчаются до мелкокомпонентного состояния и выбрасываются на поверхность поля. Так как барабаны 4, 6 установлены под углом 45° к направлению движения, ширина разбрасывания значительно увеличивается, а производительность возрастает.

Коническая часть 14 барабанов 4, 6 обеспечивает разбрасывание удобрений в центральной части прохода агрегата. Использование зубовых измельчающе-разбрасывающих барабанов обеспечивает повышение качества измельчения удобрений, а установка их под углом 45° к направлению движения увеличивает ширину разбрасывания и производительность агрегата.

Рабочий процесс включает три фазы:

- подача удобрений транспортером к измельчающе-разбрасывающим барабанам;

- относительное перемещение частиц удобрений по зубьям 5, 7 барабанов;

- свободный полет от воздействия кинетической энергии и силы тяжести [2, 3].

Относительное перемещение частиц удобрений начинается с момента выхода

зубьев 5, 7 из массы удобрений. Это происходит при повороте зубьев 5 верхнего барабана на угол у0 и характеризуется движением частиц вдоль зубьев (рис. 1 в). В этом случае на частицы массой т действует сила тяжести О = mg (рис. 1 в), центробежная

сила р = та2г, кариолисова сила р = 2тагг, сила трения о зубья

Рщр = /(т^оза + 2тагг ) .

Возможность движения частицы по зубьям в первом квадрате у < п/2;

та2г = mg Ртт= / (т§ соз^ + 2тагг) ^

Отсюда относительная скорость частицы вдоль зубьев Уг = г, а конечное значение г = г.

Дальность разбрасывания удобрений определяется абсолютной скоростью частиц в момент схода их с зубьев. Абсолютная скорость их Уа равна геометрической

сумме переносной скорости Уе = юг и относительной скорости Уг вдоль лопасти.

у =аг + уг .

Экспериментально установлено, что Vr значительно меньше Ve и не оказывает существенного влияния на скорость Va, поэтому для упрощения расчетов можно принять Va ~ Ve.

Для увеличения дальности полета частицы удобрений должны сходить с зубьев в первом квадрате;

Yo <90 °.

Это зависит от толщины h слоя удобрений. С увеличением h, увеличивается угол , при котором удобрения начинают сходить с зубьев в процессе поворота их на угол

~ rot, которому соответствует дуга А1А2.

Свободный полет частиц удобрений, брошенных со скоростью Va~Ve=ror под

углом в к горизонту, где: в = 90о - Y о ~ без учета сопротивления воздуха, описывается уравнениями:

X = Va t cos в; y = Va t sin в - gt2/2.

Так как начало координат расположено в точке А2 на высоте Н над поверхностью поля, то в момент падения частицы на её поверхность, координата частицы Y = -H, значит время полета tn определится из условия:

-Н = Va tn sin в - gtn2/2, или

_ VaSinp + У Va2 Sin 2p + 2gH

tn = •

g

В выражении 5 принимается значение корня со знаком «плюс», т.к. время не может быть отрицательным.

При подстановке значения tn в уравнение 5 получим дальность полёта частицы

Va2 Sin 2 В VaCos ^ Va2 Sin 2р + 2 gH ^

x =---- +-.

2g g Ширина захвата агрегата зависит от дальности полёта частиц удобрений х. Из прямоугольного треугольника BCD, гипотенуза CD которого x является величиной дальности полёта (рис.1б), а катет CB величина увеличения ширины захвата. Из теоремы Пифагора квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов

BC2 = CD2 + BD2.

Ширина захвата Вз в этом случае будет равна где ВТр - ширина транспортера.

B3 = 2CD + Brp.

В этом случае

B =

3

V

Va2 Sin 2 В VaCosfiy] Va2 Sin2 В + 2H

- +-+ BTp .

2g g

Таким образом, установка измельчающе-разбрасывающих барабанов под углом 45° к направлению движения увеличивает ширину захвата агрегата в три раза и повышает производительность.

Применение измельчающе-разбрасывающих барабанов позволяет получать достаточно измельченную массу органических удобрений, обеспечить равномерное их распределение по поверхности почвы и значительное повышение урожайности.

Библиографический список

1. ГОСТ 20432-83. Удобрения. Термины и определения. Издательство стандартов, 1984

[Текст].

2. Клёнин, Н.И. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины [Текст] / Н.И. Клё-нин, В.А. Сакун. - М.: Колос, 1994. - 751 с.: ил.

3. Клёнин, Н.И. Сельскохозяйственные машины [Текст] / Н.И. Клёнин, С.Н. Кислов, А.Г. Левшин. - М.: КолосС, 2008. - 816 с.: ил.

4. Органические удобрения [Текст]: справочник /П.Д. Попов, В.И. Хохлов, А.А. Егоров и др. - М.: Агропромиздат, 1988. - 207 с.: ил.

5. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины [Текст]/Г.Е. Листопад, Г.К. Демидов, Б.Д. Зонов и др.; под общ. ред. Г.Е. Листопада. - М.: Агропромиздат, 1986. - 688 с.: ил.

6. Халанский, В.М. Сельскохозяйственные машины [Текст]/ В.М. Халанский, И.В. Горбачев. - М.: Колос С, 2004. - 624 с.: ил.

E-mail: Vmotorin001@yandex.ru