Влияние параметров и режимов работы спирального туковысевающего аппарата на качество распределения минеральных удобрений

УДК 631.333.5

И. Г. Пономаренко

канд. техн. наук, доцент, кафедра теоретической и прикладной механики, ФГБОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия»

М.М. Алькерем

Аннотация. Экспериментально выявлено влияние конструктивных и режимных параметров спирального туковысевающего аппарата и его элементов на равномерность распределения минеральных удобрений по ширине захвата машины. На основании этого проведено обоснование изучаемых факторов, направленное на обеспечение распределения удобрений с неравномерностью, не превышающей допускаемого агротехническими требованиями значения.

Ключевые слова: минеральные удобрения, машина для внесения удобрений, штанговый спиральный туковысевающий аппарат, равномерность внесения.

I.G. Ponomarenko, Azov-Black sea state agroengineering academy

M. M. Alqerem, Don State Technical University

THE INFLUENCE OF PARAMETERS AND CONDITIONS OF A SPIRAL SCREW UNIT WORK

ON THE QUALITY OF FERTILIZER DISTRIBUTION

Abstract. The influence of constructive and condition parameters of a spiral screw unit and its elements on the evenness of fertilizer distribution along the unit's seizure width was experimentally discovered. On this ground the basis of the studying factors meanings was developed that aims at guaranteeing of fertilizer distribution with unevenness not exceeding the admitted meaning according to agrotechnical demands.

Keywords: mineral fertilizers, a fertilizing machine, a boom spiral distributor, seeding evenness.

Одним из путей повышения урожайности сельскохозяйственных культур является применение минеральных удобрений. Одна из причин низкой их эффективности -неравномерное распределение по полю. Это связано с несовершенством технологий и технических средств, неправильной регулировкой туковысевающих аппаратов и др.

В соответствии с ГОСТ 28714-2007 [1] качество распределения минеральных удобрений по ширине захвата машины оценивают по неравномерности, которая не должна превышать 15% [2].

Количественно неравномерность определяется коэффициентом вариации доз внесения удобрений по ширине захвата машины

где д! - масса удобрений в 1-ой пробе, г; д - среднее значение массы удобрений в контейнерах, г; п - количество отобранных проб.

Помимо других, для внесения минеральных удобрений применяются штанговые

соискатель,

ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет»

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ СПИРАЛЬНОГО ТУКОВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА НА КАЧЕСТВО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

машины (рис. 1), особенностью которых является наличие центрального бункера, ширина которого значительно меньше ширины захвата машины, и распределительно-высевающей системы, обеспечивающей распределение и высев материала по всей ширине захвата.

1 - бункер; 2 - распределительно-высевающая система Рисунок - 1 Схема штанговой машины для внесения удобрений

Из штанговых машин для внесения удобрений наибольшее распространение получили машины со шнековыми и спиральными туковысевающими аппаратами. Они используются как для основного, так и для локального внесения минеральных удобрений.

Для обеспечения равномерного распределения удобрений штанговым туковы-севающим аппаратом необходимо обеспечить равенство производительностей всех его высевных отверстий. Анализ исследований показывает, что это можно осуществить двумя способами [4]:

1) дозирование через отверстия с регулируемым сечением, расположенные в нижней части кожуха;

2) дозирование через отверстия постоянного сечения.

Недостатком первого способа является то, что регулирование площадей высевных отверстий при изменении нормы внесения является сложной технической задачей, так как на производительность отверстия оказывают влияние его форма и размер, высота слоя удобрений и их физико-механические свойства и др. Кроме того, при высеве удобрений повышенной влажности возможно налипание частиц на стенки дозирующих отверстий, что приведёт к уменьшению их площади.

Поэтому более перспективным является второй способ. Для обеспечения равномерного распределения удобрений при таком способе дозирования можно использовать конструкцию [3], в которой верхняя кромка высевных отверстий расположена выше верхней границы сыпучего тела (рис. 2), а площадь поперечного сечения всех отверстий обеспечивает максимально необходимую производительность. При этом нижняя кромка каждого высевного отверстия должна быть расположена таким образом, чтобы норма высеянных удобрений через него была равна заданной, а суммарная производительность отверстий была равна подаче удобрений в кожух.

Теоретическими исследованиями установлено [4], что для обеспечения равномерного распределения удобрений туковысевающий аппарат должен обладать возможностью изменения положения нижних кромок высевных отверстий. Это может быть достигнуто в конструкции с поворотным кожухом [3]. Однако теоретическими исследо-

вания не удалось выявить влияние кинематических, геометрических и конструкционных параметров туковысевающего аппарата на равномерность распределения минеральных удобрений. Для этого были проведены экспериментальные исследования, целью которых являлось выявление влияния параметров и режима работы спирального туковысевающего аппарата на неравномерность распределения удобрений и их обоснование, направленное на её снижение.

Рисунок 2 - Поперечное сечение кожуха спирального туковысевающего аппарата

Анализ результатов экспериментальных исследований показывает, что значительное влияние на неравномерность распределения удобрений оказывает частота вращения спирали (рис. 3). При проведении опыта положение высевных отверстий выбиралось исходя из обеспечения минимальной неравномерности при частоте вращения спирали 200 мин-1; при других частотах вращения положение высевных отверстий не изменялось.

Рисунок 3 - Влияние частоты вращения спирали на равномерность распределения удобрений

Ввиду особенностей поведения материала в кожухе зависимость разделена на две части - меньше частоты вращения 200 мин-1, и больше неё. Величина граничного значения частоты вращения обусловлена настройкой положения высевных отверстий именно на это значение.

Из анализа полученной зависимости следует, что выполнение агротехнических требований (неравномерность менее 15%) обеспечивается в интервале частот вращения 125...260 мин-1.

Увеличение неравномерности распределения удобрений при частотах вращения спирали, отличных от 200 мин-1 связано с отклонением расположения высевных отверстий от требуемого. Это обусловлено тем, что изменение частоты вращения спи-

рали приводит к изменению соотношения радиальной и осевой скоростей движения материала в кожухе, тем самым изменяется характер распределения материала по длине кожуха, что и приводит к снижению равномерности его распределения. Следовательно, при изменении частоты вращения необходимо изменять расположение высевных отверстий, то есть необходимо регулировать положение высевных отверстий на минимальную неравномерность для каждой частоты вращения. Это может быть осуществлено путём применения конструкции с поворотным кожухом [3]. Как показывают результаты экспериментальных исследований, это значительно снизит неравномерность распределения удобрений (рис. 4).

Рисунок 4 - Влияние конструкции кожуха спирального аппарата на равномерность распределения удобрений

При этом в сравнении с конструкцией туковысевающего аппарата с неподвижным кожухом снижение неравномерности может составить до 60% в зависимости от частоты вращения спирали, а выполнение агротехнических требований по неравномерности распределения удобрений выполняется во всё изучаемом диапазоне частот вращения.

Увеличение неравномерности распределения удобрений при регулировке положения кожуха обусловлено тем, что для обеспечения равномерного распределения удобрений при изменении частоты вращения необходимо изменять не только угол поворота всего кожуха, а и каждого отверстия в отдельности, что является сложной технической задачей.

Так как частота вращения спирали выбирается исходя из обеспечения требуемой производительности (нормы внесения) и при зависимом приводе спирали зависит от скорости движения агрегата, то настройка угла поворота кожуха должна осуществляться исходя из обеспечения минимальной неравномерности распределения в режиме рабочего хода.

Спиральные аппараты по конструктивному признаку делятся на аппараты с валом и без него. Как показывают результаты экспериментальных исследований, конструкция аппарата также оказывает влияние на неравномерность распределения удобрений по ширине захвата (рис. 5).

Так, применение конструкции аппарата без вала позволяет добиться снижения неравномерности до 21%. Это связано с увеличением заполняемости межвиткового

пространства материалом, и, как следствие, изменением характера его движения.

о ---1-1

100 150 200 250 и, мин"1

Рисунок 5 - Влияние конструкции на равномерность распределения удобрений

Следовательно, для повышения качества распределения удобрений по ширине захвата спирального туковысевающего аппарата необходимо использовать конструкцию без вала.

Важным конструктивным параметром спирали, оказывающим влияние на производительность аппарата, является отношение шага спирали к её диаметру [4]. Изменение этого параметра оказывает значительное влияние и на равномерность распределения удобрений (рис. 6).

V, %

0 А 0,75 1Д 1,45 БМ

Рисунок 6 - Влияние отношения шага спирали к её диаметру на равномерность распределения удобрений

Из рис. 4 следует, что наименьшая неравномерность распределения достигается при отношении шага спирали к её диаметру Э/Ь=1,18. Это связано с тем, что расположение высевных отверстий определялось именно для этого значения.

Установка спиралей с другими отношениями Б^ приводит к возрастанию неравномерности, что связано с изменением заполняемости межвиткового пространства спирали и, как следствие, изменению характера распределения материала по длине штанги. При этом наличие вала приводит к более плавному увеличению неравномерности, что связано с меньшей, по сравнению с конструкцией аппарата без вала, запол-няемости кожуха материалом и, как следствие, более плавному изменению по длине штанги высоты слоя материала.

Следовательно, расположение высевных отверстий на кожухе на этапе проек-

тирования туковысевающего аппарата должно выбираться исходя из обеспечения минимальной неравномерности используемой спирали. Если же планируется использования разных спиралей (например, для изменения нормы внесения), то расположение высевных отверстий должно определяться для спирали со средним значением отношения S/d.

На основании проведённых экспериментальных исследований можно сделать вывод, что повысить качество распределения минеральных удобрений спиральным туковысевающим аппаратом можно путём применения конструкции без вала с подвижным кожухом. При этом расположение высевных отверстий должно определяться для значений частоты вращения спирали и отношения её шага к диаметру, выбранных ранее исходя из обеспечения требуемой нормы внесения удобрений.

Список литературы:

1. ГОСТ 28714-2007. Машины для внесения твёрдых минеральных удобрений. Методы испытаний.

2. Догановский, М.Г. Машины для внесения удобрений / М.Г. Догановский, Е.В. Козловский. - Москва: Машиностроение. - 1972. - 272 с.

3. С 1 2244395 RU 7А 01 G 15/08. Спирально-шнековый смеситель-разбрасыватель минеральных удобрений / В.П. Забродин, И.Г. Пономаренко, С.Б. Па-нёв (АЧГАА). - №2003138208; Заявл. 31.12.03 // Изобретения. - 2005. - №2. - С. 380.

4. Забродин В.П. Внесение смесей минеральных удобрений спирально-шнековыми аппаратами: монография / В.П. Забродин, И.Г. Пономаренко. - Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2012. - 107 с.

List of references:

1. GOST 28714-2007 Units for hard fertilization. Experimental methods.

2. Doganovskij, M.G. Units for fertilization / M.G. Doganovskij, Е.У. Kozlovsky. - Moscow: Mashi-nostroenie. - 1972. - 272 p.

3. С 1 2244395 RU 7А 01 G 15/08. Spiral-screw mixer-broadcaster of chemical fertilizers / V.P. Zabrodin, I.G. Ponomarenko, S.B. Paniov (RF). - №2003138208; 13.01.04 // Izobreteniya. - 2005. - №2. -p. 380.

4. Zabrodin V.P. The mixture fertilization with spiral screw units: monograph / V.P. Zabrodin, I.G. Ponomarenko. - Zernograd: FSHEEPT ABSAA, 2012. - 107 p.