Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Назначение и применение жидких мелиорантов 9
1.2. Современные методы распыливания жидкостей 15
1.3. Механизация внесения жидких мелиорантов
1.3.1. Машины для обработки почвы и внесения жидких мелиорантов.. 18
1.3.2. Рабочие органы для внесения жидких мелиорантов 32
1.4. Выводы. Цель и задачи исследования 37
ГЛАВА 2. Теоретические предпосылки к обоснованию параметров рабочего органа для внесения жидких мелиорантов 38
2.1. Конструктивная схема рабочего органа для внесения жидких мелиорантов при безотвальной обработке почвы 38
2.2. Обоснование конструктивных параметров рабочего органа 40
2.3. Зависимость количества оборотов витков пружины от конструктивных параметров рабочего органа 42
2.4. Взаимодействие газо-жидкостной среды с дном борозды 49
2.5. Взаимодействие компактной струи мелиоранта с бесструктур-ными частицами почвы при плоскорезной обработке 51
2.6 Выводы по главе 55
ГЛАВА 3. Методика экспериментальных исследований.. 56
3.1. Программа экспериментальных исследований рабочего органа
для внесения жидких мелиорантов 56
3.2. Методика определения конструктивных параметров устройства в
лабораторных условиях 56
3.2.1. Описание лабораторной установки 56
3.2.2. Методика проведения опытов и обработка данных 59
3.3. Оборудование и методики полевых исследований 62
3.3.1. Оборудование и методика визуализации подлапового пространства 63
3.3.2. Методика полевого эксперимента, используя жидкие мелиоранты 64
3.3.3. Методика определения физических свойств почвы. 65
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследо ваний 74
4.1. Результаты исследования конструктивных параметров устройства в лабораторных условиях 74
4.1.1. Зависимость расхода жидкости от диаметра выходного отверстия 74
4.1.2. Зависимость распределения газо-жидкостной струи от диаметра выходного отверстия 78
4.1.3. Зависимость одинакового расхода жидкости от применения вращающейся пружины 81
4.2. Результаты исследования в полевых условиях 84
4.2.1. Определение физических свойств почвы 84
4.2.2. Визуализация подлапового пространства 93
4.3. Использование жидких мелиорантов в процессе выращивания сельскохозяйственных культур 95
4.4 Выводы по главе 99
ГЛАВА 5. Экономическое обоснование использования рабочего органа для внесения жидких мелиорантов вконструкции КПГ-250 101
5.1. Определение затрат на изготовление рабочего органа для внесения жидких удобрений 101
5.2. Экономическая эффективность, полученная в результате использования рабочего органа для внесения жидких мелиорантов 103
Заключение 111
Список условных обозначений 113
Список литературы
- Современные методы распыливания жидкостей
- Зависимость количества оборотов витков пружины от конструктивных параметров рабочего органа
- Оборудование и методики полевых исследований
- Экономическая эффективность, полученная в результате использования рабочего органа для внесения жидких мелиорантов
Введение к работе
Актуальность исследования. Возделывание зерновых культур является важнейшим направлением в растениеводстве нашей страны. В последние годы в летнее время складывается обстановка, когда сельскохозяйственные производители сталкиваются с засушливыми периодами в момент вегетации растений, что приводит к потере урожая. Сохранение всходов и их развитие в этот период напрямую зависит от количества влаги и питательных элементов в плодородном слое почвы. Поэтому необходимо проводить обработку, направленную на сохранение влажности, минеральных и питательных веществ, для создания благоприятных условий развития устойчивой корневой системы растений. В этом случае актуальным является применение жидких мелиорантов, которые обладают высокой сорбционной способностью аккумулировать влагу.
Немаловажным фактором является и то, что участки поля занятые посевами зерновых культур подвергаются воздействию эрозионных процессов, которые приводят к существенной потере урожая. Прежде всего, необходимо обратить особое внимание на склоновые земли, так как образующиеся ручейки вымывают плодородный слой почвы. Для этого необходимо проводить противоэрозионные мероприятия, направленные на улучшение структуры почвы. Применение безотвальной обработки почвы с одновременным внесением жидких мелиорантов позволит уменьшить риск разрушения горизонта почвы и предотвратит вымывание минеральных и питательных элементов.
В процессе безотвальной обработки почвы распыленная жидкость взаимодействует с бесструктурными частицами, которые сепарируются сквозь пласт и падают на дно борозды. В данном случае мелиоранты будут выступать в роли структурообразователей, т.е. сохранять и улучшать структуру почвы, ее водные и воздушные свойства.
Также совмещение операций по основной обработке почвы и
одновременному внесению мелиорантов сокращает число проходов агрегата.
В связи с вышеизложенным возникает необходимость разработки рабочего органа для внесения жидких мелиорантов в подлаповое пространство плоскорежущей лапы непосредственно в зону развития корневой системы растения.
Степень разработанности темы. Изучением приемов и способов внесения удобрений и гидрогеля занимались: Артемьев В. Г., Ашыров С. Ч., Данатаров А., Докучаева Л. М., Гараев Р. Р., Канаев М. А., Кожевников С. А., Милюткин В. А., Мударисов С. Г., Тимошенко В. В., Цепляев А. Н., Юркова Р.Е. и другие.
Процесс воздействия мелиорантов-структурообразователей на
физические свойства почвы рассматривали ученые: Агафонов О. А., Алтунина Л. К., Вершинин П. В., Габай В. С., Грудинина Е. Ю., Добровольский Г. В., Романов И. А., Ишкаев Т. Х., Казанский К. С., Качинский Н. А., Лозинский В.
И., Нозадзе Л. Р., Смагин А. В., Шеин Е. В., Sojka R. E., Dr. Alexandr Abramets, Laurier L. Schramm, Emerson W. W., De Boodt M. F. и многие другие.
Влияние гидрогеля на повышение урожайности зерновых культур исследовали Тибирьков А. П., Филин В. И. и др.
Цель исследования – создание благоприятных условий развития корневой системы растений и улучшение структуры почвы за счет внесения жидких мелиорантов при безотвальной обработке почвы.
Задачи исследования:
-
Разработать конструктивную схему рабочего органа для внесения жидких мелиорантов при безотвальной обработке почвы.
-
Теоретически обосновать основные параметры рабочего органа для внесения жидких мелиорантов.
-
Провести лабораторные и полевые исследования рабочего органа для внесения жидких мелиорантов.
-
Экономически обосновать использование рабочего органа для внесения жидких мелиорантов в конструкции КПГ-250.
Объект исследования. Рабочий процесс и основные параметры рабочего органа для внесения жидких мелиорантов при безотвальной обработке почвы. Научную новизну работы составляют:
- конструктивная схема рабочего органа для внесения жидких
мелиорантов при безотвальной обработке почвы;
- теоретическое обоснование основных параметров рабочего органа
внесения жидких мелиорантов;
- результаты экспериментальных исследований рабочего органа в
лабораторных и полевых условиях.
Теоретическую значимость составляют аналитические зависимости и экспериментально подтвержденные данные по созданию дополнительного выравнивающего напора жидкости (в рабочем органе) по ширине захвата плоскорежущей лапы за счет использования вращающейся пружины, установленной в межтрубном пространстве и приводящейся во вращение от звездочки, контактирующей с дном борозды.
Практическую значимость составляет опытный образец рабочего органа, позволяющий вносить жидкие мелиоранты непосредственно в зону развития корневой системы культурных растений.
Методология и методы исследования. Теоретические исследования проводились на основе общеизвестных методов земледельческой механики и гидравлики. Лабораторные и полевые исследования выполнялись с использованием стандартных и собственных методик. Обработка полученных данных проводилась с помощью компьютерного программного обеспечения.
Положения, выносимые на защиту:
- рабочий процесс внесения жидких мелиорантов при безотвальной
обработке почвы;
- основные параметры рабочего органа внесения жидких мелиорантов;
- результаты экспериментальных исследований рабочего органа в
лабораторных и полевых условиях;
- экономический эффект от использования рабочего органа в конструкции
культиватора КПГ-250.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность основных выводов в заключении подтверждаются результатами теоретических и экспериментальных исследований проведенных в лабораторных и полевых условиях.
Основные результаты исследований докладывались и рассматривались
на: всероссийских научно-практических конференциях ФГБОУ ВО «Чувашская
государственная сельскохозяйственная академия» с 2006 по 2009 гг. (г.
Чебоксары); международной научно-практической конференции «Актуальные
вопросы совершенствования технологии производства и переработки
продукции сельского хозяйства. Мосоловские чтения» ФГБОУ ВО «Марийский
государственный университет» в 2008 г. (г. Йошкар-Ола); международной
научно-практической конференции «Стратегические ориентиры
инновационного развития АПК в современных экономических условиях» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет» в 2016 г. (г. Волгоград).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 14 научных работ, в том числе 5 статей в журналах рекомендованных ВАК РФ, 3 патента РФ на изобретения №№ 2345323, 2428829, 2543813.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
введения, пяти разделов, заключения, списка использованной литературы и
приложений. Материалы диссертации изложены на 145 страницах
машинописного текста и включают 14 таблиц, 58 рисунков, 3 приложения. Список использованной литературы состоит из 172 наименований.
Современные методы распыливания жидкостей
Глубокую обработку подпахотного слоя почвы производят глубокорыхлителем НАД-2-60 (см. рисунок 1.10), на который устанавливают приспособление для внесения жидких удобрений. Устройство позволяет подавать необходимые питательные вещества и элементы непосредственно в зону развития корневой системы культурных растений [49].
В Западной Европе [121] разработали устройство для подкормки почвы (рисунок 1.11). Устройство для удобрения почвы имеет рабочие органы для создания борозды в почве и расположенные рядом сопла, которые связываются с цистерной навозной жижи. Рабочее орудие содержит неподвижно фиксированный режущий элемент с режущей кромкой, предназначенный для частичного введения в землю. В нем часть режущей кромки выступает вверх из земли под некоторым углом по отношению к горизонтальной поверхности.
- - 5 Г- S- Рисунок 1.11 - Устройство для подкормки почвы (патент ЕР 0587219 А1): 1 - рама; 2 - подвод навозной жижи; 3 - режущий элемент; 4 - сопло; 5 -режущая кромка; 6 - подпружиненный подвес.
Устройство работает следующим образом: резец с режущей кромкой (см. рисунок 1.11), который имеет наклон вверх по направлению движения, в зависимости от степени подпружиненного подвеса движется вверх-вниз и тем самым вызывает своего рода рубящие движения. Рубящие движения прорезают материал и предотвращают забивание пространства между резцами. Данное устройство подходит для работы на пастбищах, независимо от высоты травы, невспаханных и обработанных пашнях [121].
При предпосевной обработке почвы используется машина Komfort 2 фирмы «JOSKIN» (производитель Бельгия) [106]. Она вносит жидкие органические удобрения на глубину до 18 см посредством сменного адаптера, выполненного в виде рыхлительных рабочих органов, к которым по гибким трубопроводам диаметром 40-60 мм подводятся удобрения (рисунок 1.12). Грузоподъемность составляет 14000 л. Агрегат оснащается современными электронными системами контроля и управления технологическими процессами загрузки и внесения удобрений [106].
Европейские передовые фирмы-производители сельскохозяйственной техники «Bauer» (Австрия), «Fliegl», «Kotte-Landtechnik» (Германия), «Joskin» (Бельгия), «Maugum Citagri», «Pichon», (Франция), «Samson» (Дания) и др. выпускают на рынок однотипные по конструкции машины для внесения жидких удобрений, которые имеют объемные цистерны и почвообрабатывающие рабочие органы в виде стрельчатых и рыхлительных лап или дисковых сошников для предпосевной обработки почвы.
Германская фирма «Fliegl» [139] использует вакуумные (вместимостью от 3000 до 30000 л) и помповые цистерны (вместимостью от 5000 до 30000 л). Используется методы поверхностного и внутрипочвенного внесения жидких удобрений.
Фирма «Pichon» (Франция) [147] выпускает машины емкостью от 3000 до 24500л. Дополнительным оборудованием выступают лапы или диски, а также материалопроводы подающие удобрения в борозду. В современных условиях датская фирма Samson Agro [137] внедряет компьютеры Track Master для дифференцированного внесения жидкого навоза и управления почвообрабатывающим агрегатом в процессе работы. Также компьютерная система снабжается GPS навигаторами.
В настоящее время имеется два варианта совмещения основной и предпосевной обработки почвы с внесением мелиорантов. Первый, наиболее приемлемый способ – дооборудовать имеющиеся полевые агрегаты различными рабочими органами. Основным преимуществом является сравнительно невысокая стоимость дооборудования по сравнению с приобретением специальных орудий – аппликаторов, которые выполняют только функцию внесения жидких удобрений. Дополнительное оборудование также легко настраивается на заданную норму внесения, а затем снимется с агрегата. Агрегаты - подкармливатели имеют разную емкость и производительность. По способу агрегатирования их разделяют на навесные и прицепные. Навесные имеют меньшую емкость и производительность, чаще их монтируют на пропашные культиваторы или плуги. Прицепные подкармливатели в основном агрегатируются с культиваторами для сплошной обработки почвы. К тому же подача жидких удобрений в почву обеспечивается центробежным насосом с гидроприводом.
Недостатком является образование колеи после прохода подкармливателя, который тянется за почвообрабатывающим агрегатом. Также сюда можно отнести уменьшение суточной производительности культиватора за счет технологических остановок на заправку удобрениями, особенно если емкость установлена на культиватор сверху.
Второй вариант внесения жидких удобрений – приобретение специального орудия - аппликатора, который рассчитан только для внесения удобрений в почву. Этот вариант также имеет свои преимущества и недостатки. К преимуществам относится повышенная производительность внесения. Для сравнения: она составляет 150-300 га/сут против 80-160 га/сут в варианте с прицепным подкармливателем вместе с культиватором. Также некоторые модели таких орудий могут применять для междурядного внесения удобрений при зо выращивании высокотехнологичных культур: подсолнечника, кукурузы, сахарной свеклы. Как правило, на таких машинах установлена система контроля против забивания рабочих органов и выполнен привод насоса от опорного колеса, обеспечивающий стабильную подачу и постоянную норму внесения. Проведенное исследование действующих моделей машин для внесения жидких мелиорантов позволяет выявить их основные преимущества и недостатки (таблица 1.4).
Зависимость количества оборотов витков пружины от конструктивных параметров рабочего органа
Мелиоранты поступают в полость, находящуюся между внутренней 5 и наружной 4 трубами, а воздух – в полость внутренней трубы 5. Внутренняя 5 и внешняя 4 трубы установлены соосно и имеют по всей длине равнорасположенные отверстия со стороны внесения жидких мелиорантов. Диаметры dв отверстий внутренней трубы 5 меньше диаметров dн отверстий наружной трубы 4 и пропорциональны им.
При выходе из полости сжатый воздух начинает контактировать с жидкими мелиорантами, в результате взаимодействия образуется газодисперсная среда, которая равномерно и качественно распыляется в подлаповое пространство по ширине захвата. Качество распыления газодисперсной среды обеспечивается созданием разряжения в зоне взаимодействия сжатого воздуха с мелиорантами. Равномерность распределения мелиорантов по ширине захвата рабочего органа достигается за счет давления, создаваемого вращением пружины 6, находящейся в полости между внутренней 5 и наружной 4 трубами, и, через переходную втулку 2, приводного стержня 9 жестко соединенного со звездочкой, контактирующей с дном борозды.
Вращением пружины 6 также создаются условия для предотвращения забивания выходных отверстий наружной трубы 4 инородными включениями, которые могут содержаться в жидкости [15, 77].
При теоретическом исследовании рабочего органа были приняты некоторые допущения: 1. Считаем, что пружина плотно прилегает к стенкам наружной и внутренней труб и при этом не испытывает сопротивления при вращении. 2. Жидкость, распыляемую рабочим органом из отверстий, представляем как однородную и не содержащую инородные включения. 3. Стенка трубопровода имеет острую кромку, что исключает потери напора жидкости на трение. 4. Истечение жидкости происходит в безотрывном режиме, поэтому будем считать, что сжатие струи жидкости отсутствует.
Для обеспечения равномерного распределения мелиорантов по всей ширине захвата рабочего органа необходимо обеспечить постоянный и одинаковый расход жидкости из каждого отверстия [164] О =исо J2gH, (2.1) Z-sотв г отв \ где ju - коэффициент расхода; соотв - площадь отверстия трубопровода, м2; g - ускорение свободного падения, м/с2; Я- напор, м.
Из уравнения (2.1) видно, что расход зависит от конструктивных параметров рабочего органа, а именно от выходных отверстий трубопровода, и напора Н. Поскольку имеются потери напора, связанные с последовательным истечением жидкости из отверстия по длине рабочего органа, то их необходимо компенсировать за счет создания дополнительного выравнивающего напора вдоль трубопровода. Таким образом, полный напор вдоль трубопровода будет выравниваться, а это значит, что изменение напора можно записать как АН = Н1-Н2, (2.2) где Н\, Н2 - напор в сечениях 1-1 и 2-2 соответственно, м. Для определения напора жидкости в сечениях 1-1 и 2-2 можно воспользоваться уравнением Бернулли [21, 161, 165] 1 + hраб 1 I Pg 2g где p\, p2 -давление в сечениях 1-1 и 2-2 соответственно, Па; р - плотность жидкости, кг/м3; Qu Q2 - расход потока жидкости из отверстий трубопровода рабочего устройства в сечениях 1-1 и 2-2 соответственно, м3/с; coK - площадь поперечного сечения канала, м ; Лраб1 раб2 - рабочий напор, образующийся за счет нагнетания жидкости пружиной в сечениях 1-1 и 2-2 соответственно, м. Тогда, учитывая вышеуказанные уравнения, получим А/2 - & ? +}(Q -Q ). ,2Л, ГО О к Изменение удельной работы, определяемое по выражению (2.4), также может быть рассчитано через конструктивные параметры пружины (см. рис. 2.2) Ahраб = н в, (2.5) 4g где S - шаг витков пружины, м; п - количество оборотов совершаемое пружиной в единицу времени, с"1; DH - диаметр наружной трубы, м; De - диаметр внутренней трубы, м. Таким образом, дополнительный напор hpa6 можно изменять за счет разного шага витков или количества оборотов вращения пружины. Применение пружины также будет препятствовать возникновению засоров твердыми включениями как в отверстиях, так и в межтрубном канале, что положительно скажется на работе устройства для внесения жидких мелиорантов.
Основным фактором локального внесения жидких структурообразователей, удобрений и мелиорантов в подпочвенное пространство является равномерная подача материала по всей длине трубопровода.
Для этого между внутренней и наружной трубами размещена свободно вращающаяся пружина (рисунок 2.3). Пружина приводится во вращательное движение через втулку и приводной стержень от звездочки, взаимодействующей в рабочем положении с дном борозды. Такое техническое решение позволяет повысить равномерность внесения и качество распыления жидких мелиорантов в подлаповое пространство. Ее применение приведет к созданию необходимого выравнивающего напора по всей длине трубопровода. При этом на движение жидкости в межтрубном пространстве оказывает напор, давление сжатого воздуха и перемещающиеся витки пружины вдоль трубопровода рабочего органа.
Оборудование и методики полевых исследований
Макроструктурная почва является действенным регулятором физических и биологических процессов в почве, так как она характеризуется высокой пористостью (до 55-60%), меньшей плотностью по сравнению с микро- или бесструктурной почвой [7]. Кроме того, такая почва обладает более благоприятными для выращивания растений водными свойствами и воздушным режимом.
Рассмотрим технологический процесс внесения жидких структурообразователей при плоскорезной обработке почвы (рисунок 2.7) [25]. Бесструктурные частицы почвы за счет сепарации проходят сквозь обработанный пласт и падают вертикально под действием силы тяжести на дно борозды.
Рабочим органом в подлаповом пространстве разбрызгивается жидкий мелиорант. При распылении происходит первичное дробление струи на частицы разных размеров; вторичный распад капель под воздействием аэродинамических сил воздуха [69, 71, 124]; далее происходит движение распыленной струи и распределение мелиоранта в подлаповом пространстве. 7 777 777 777 77 77 Рисунок 2.7 - Технологическая схема внесения структурообразователей при плоскорезной обработке почвы: 1 - устройство для внесения мелиорантов; 2 капли мелиоранта; 3 - бесструктурные частицы почвы; 4 - обработанная частица почвы; 5 - жидкие мелиоранты (структурообразователи); 6 - дно борозды [25]. Процесс взаимодействия падающей бесструктурной частицы и движущейся капли вязкого мелиоранта рассмотрим как абсолютно неупругий удар, в результате которого тела объединяются, двигаясь дальше как единое целое.
Если массы капли равны т1 и частицы т2, их скорости до удара v1 и v2 соответственно, то, используя закон сохранения импульса, можно для скорости движения частицы с каплей записать v = (т1+т2)2 где vм - скорость рабочего органа, м/с. До соударения скорость свободно падающей частицы почвы равна (2.30) u2=2g{h-h0), (2.31) где h - высота, на которую приподнимается почва при обработке, м; h0 - высота, на которой происходит соударение бесструктурной частицы почвы и капли мелиоранта, м. Учитывая выражение (2.31) уравнение (2.30) примет вид и = т2(и1-иМ)2 +2m22g(h-h0) (т1+т2)2 (2.32) После удара частица будет двигаться под углом а к горизонту a = arctg 2Л/, . (2.33) т1 (ц -иМ) Анализируя выражения (2.32) и (2.33), можно рассмотреть условие, при котором масса частицы меньше массы капли мелиоранта m1 m 2. Учитывая это, можно получить следующие соотношения m1 P1w1 P1d1 = 1 = 1 1 = 11 , (2.34) т2 p2W2 p2d\ где 1 и 2 – плотность соответственно мелиоранта и частицы почвы, кг/м3; W1 и W2 – объем соответственно мелиоранта и частицы почвы, м3; d1 и d2 – диаметры соответственно капли мелиоранта и частицы почвы, м. Предварительные исследования разработанного рабочего органа для внесения мелиорантов при плоскорезной обработке почвы проводились в лаборатории «Гидрофизики и эрозии почв» ФГБОУ ВО «Чувашская ГСХА». Методика исследований включала в себя разработку теоретических положений по внесению мелиорантов в почву при плоскорезной обработке и их экспериментальные исследования в лабораторных условиях. Теоретические исследования выполнялись на основе законов классической механики и математических положений с использованием стандартных программ из пакета Microsoft Office. С целью оценки агротехнических показателей работы разработанного рабочего органа были проведены предварительные исследования, где устанавливались основные параметры устройства, определяющие угол движения обработанных частиц почвы в подлаповом пространстве.
В процессе проектирования рабочего органа были рассчитаны основные конструктивные параметры лемеха и размещенного под ним разбрызгивателя. Учитывая ограниченное подлаповое пространство, струя жидких мелиорантов будет воздействовать только компактной ее частью на частицы почвы. Таким образом, скорость движения капель струи можно определить по выражению (2.17), где =0,5 для вязких жидкостей [124]; напор жидкости по предварительным исследованиям принимаем 1,5 м. Учитывая уравнения (2.34) и (2.16), получим выражение (2.33) в следующем
Плотность тврдой фазы минеральных почв колеблется 2,4…2,8 г/см, органогенных - 1,35… 1,45 г/см, а плотность самой почвы меньше: 0,8…1,8 г/см и 0,1…0,3 г/см соответственно [6]. Плотность вносимых вязких мелиорантов в 1,5…2 раза ниже, т.е. от 1,0 до 1,3 г/см в зависимости от концентрации [124]. При условии, что диаметры капли и частиц примерно равны (d1 d2), то величина к будет зависеть только от плотности и составит к= 1,5…2. Если диаметр частицы почвы превысит диаметр капли, например, в 2 раза, то величина к увеличится на порядок и выше. Таким образом, область исследований будет лежать в пределах изменения величины к от 2 до 10.
Экономическая эффективность, полученная в результате использования рабочего органа для внесения жидких мелиорантов
От диаметров выходных отверстий рабочего органа зависит объем вытекающей жидкости. При его замерах использовались разные диаметры отверстий наружного и внутреннего трубопроводов. Количество выходящей жидкости замеряли мерным сосудом за время t = 30 с. В процессе проведения лабораторных исследований использовали два вида жидкости – воду ( = 1,006 м2/с) и карбамидо-аммиачную селитру - КАС ( = 1,325 м2/с). Так как различные жидкие мелиоранты представляют собой раствор, эмульсию или суспензию, имеющие разную вязкость, вследствие чего изменяется объем и характер распыления жидкости.
Как видно из таблиц 4.1 и 4.2, вязкость влияет на количество выливаемой жидкости. Так, карбамидо-аммиачная селитра имеет вязкость выше, чем у воды, и, соответственно, ее расход ниже при одних и тех же диаметрах отверстий рабочего органа.
Полученные данные, по проведенным экспериментам, обработаны в программе STATISTICA 6.0 и были получены уравнения регрессии для построения графиков зависимостей от различного значения диаметров отверстий наружного и внутреннего трубопроводов рабочего органа.
Для наглядного отображения полученных результатов (таблицы 4.1 и 4.2) были построены зависимости объема выходной жидкости от ее вязкости и диаметров отверстий рабочего органа (рисунок 4.1 и 4.2).
Полученные зависимости (см. рисунок 4.1 и 4.2) позволяют регулировать расход жидкости Q всего рабочего органа и дозы внесения G жидких мелиорантов, в процессе выполнения полевых работ, изменением диаметров отверстий наружной и внутренней труб устройства для внесения жидких мелиорантов (рисунок 4.3 и 4.4).
Полученная зависимость (см. рисунок 4.3) позволяет проследить прямую взаимосвязь расхода жидкости Q от диаметра выходного отверстия наружного трубопровода рабочего органа. При этом размер отверстия внутреннего трубопровода позволяет незначительно увеличить объем распыленной жидкости за счет того, что поступающий сжатый воздух начинает быстрее освобождать отверстие наружного трубопровода.
Используя различные диаметры отверстий трубопровода рабочего органа возможно изменение дозы внесения жидких мелиорантов при непосредственной обработке почвы. Так при значениях отверстий Dн = 7 мм, dв = 5 мм доза внесения составляет 360 кг/га, что соответствует агротехническим требованиям.
По точкам расположения мерных емкостей в сборнике определялся факел распыла газо-жидкостной струи, т.е. длина, ширина и количество распределенных мелиорантов по поверхности. Для этого в рабочем органе подбирали различные варианты диметров отверстий наружного и внутреннего трубопроводов.
Анализ распыла жидкости на поверхность сборника капель позволил определить рациональные диаметры наружного и внутреннего трубопроводов устройства для внесения жидких мелиорантов (Dн = 7 мм, dв = 5 мм) (см. рисунок 4.5). В этом случае струя дробится и компактно распределяется по поверхности сборника, о чем можно судить по заполняемым мерным емкостям (рисунок 4.6). а б
Ширина факела газо-жидкостной струи позволяет определить необходимое количество выходных отверстий в трубопроводах рабочего органа. Определено, что 5 отверстий в трубопроводе одной секции рабочего органа являются наиболее рациональным количеством, так как при этом происходит незначительное перекрещивание струй жидкости, вследствие чего она полностью распределяется на вносимую поверхность.
Длина струи обуславливает полет капель жидкости на расстояние, когда пласт почвы, сходящий с плоскорежущей лапы, соприкасается с дном борозды. В этом случае факел струи будет распределяться в пространстве между дном борозды и пластом почвы.
Следует отметить, что воздействие сжатого воздуха оказывало влияние на размер капель при распыливании жидкости. Чем выше поднимали давление воздуха, тем больше становилось капель факела струи, которые наблюдались при распределении на поверхность сборника с мерными емкостями.
При исследовании применяли значения от 0,2 до 0,6 МПа, время распыла установившейся газо-жидкостной струи 30 секунд.
На рисунке 4.7 представлен график кривых объема жидкости при воздействии на нее различного напора сжатого воздуха. В процессе эксперимента менялись диаметры выходных отверстий трубопровода рабочего органа. Рисунок 4.7 – Кривые объема жидкости при различном давлении сжатого воздуха
Рабочим диапазоном давления сжатого воздуха, оказывающего на жидкость при выходе из отверстий трубопровода рабочего органа для внесения жидких мелиорантов можно считать 0,3…0,5 МПа (см. рисунок 4.7). В этом случае объем выливаемой жидкости равномерно повышается и не наблюдается заметных скачков при изменении напора воздуха.
При увеличении давления выше 0,5 МПа наблюдается резкое падение объема распыляемой жидкости (см. рисунок 4.7). Обуславливается это тем, что на выходе из трубопровода сжатый воздух начинает вытеснять жидкость вследствие более высокого давления.
Известно, что при движении жидкости в трубах трение вызывает падение давления и напор уменьшается. Поэтому процесс распыливания жидкости в лабораторных условиях сопровождался применением двух рабочих органов. Отличие между ними заключалось в наличии и отсутствии вращающейся пружины. Проведенные теоретические исследования позволяют судить, что дополнительный напор жидкости 0,2…0,64 м можно получить при создании 290…390 оборотов в минуту, совершаемых пружиной в процессе работы.
Подача жидкости производилась со стороны первого отверстия и двигалась далее по длине трубопровода. При этом замеряли количество выходящей жидкости одновременно из всех отверстий. Полученные значения представлены в таблице 4.3.