Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса. цель и задачи исследования 10
1.1 Известкование важнейший агротехнический прием повышения плодородия кислых почв 10
1.2 Анализ технологий известкования и конструкций машин 15
1.3 Анализ исследований по созданию пневмотранспортных систем машин для внесения пылевидных мелиорантов 25
1.4 Анализ исследований по оценке качества внутрипочвенного внесения удобрений и мелиорантов 33
1.5 Выводы по главе, цель и задачи исследования 37
Глава 2 Технологическая и конструктивная схемы комбинированной машины. теоретическая разработ ка по обоснованию параметров пневмотранс портной системы 40
2.1 Обоснование технологической и конструктивной схемы агрегата 40
2.2 Технологическая схема базовой пневмотранспортной системы с многоканальным распределением 44
2.3 Расчет параметров базовой пневмотранспортной системы по существующей методике 45
2.4 Разработка теории процесса транспортирования аэросмеси при подаче дополнительного воздуха в магистраль
2.4.1 Технологическая схема усовершенствованной пневмотранспорт-ной системы 53
2.4.2 Вывод формулы, для определения концентрации твердой фазы аэросмеси при подаче дополнительного воздуха в магистраль 54
2.4.3 Расчет параметров пневмотранспортной системы по усовершенствованной методике 56
2.4.4 Определение показателей, необходимых для подбора компрессорной установки
3 2.5 Выводы по главе 64
Глава 3 Программа и методика экспериментальных исследований 67
3.1 Программа экспериментальных исследований 67
3.2 Экспериментальная установка, применяемые средства измерения и их характеристики 68
3.3 Методика проведения экспериментальных исследований
3.3.1 Стандартные методики стационарных испытаний пневмотранс-портной системы, полевых испытаний КА и технологий известкования 74
3.3.2 Разработка частной методики определения качества объёмного мелиорирования
3.3.2.1 Отбор и анализ проб почвы на содержание мелиоранта 77
3.3.2.2 Методика обработки результатов определения содержания мелиоранта в пробных объемах 80
3.4 Выводы по главе 81
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований 83
4.1 Условия проведения экспериментальных исследований 83
4.2 Лабораторно- стационарные испытания пневмотранспортной системы
4.2.1 Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований 85
4.2.2 Дополнительные испытания пневмотранспортной системы .
4.3 Лабораторно- полевые испытания машин 95
4.3.1 Функциональные показатели машин, определяемые стандартными методиками 95
4.3.2 Эксплуатационно- технологические показатели машин 97
4.3.3 Результаты определения качества объемного мелиорирования при различных способах внутрипочвенного внесения
4 4.3.3.1 Проверка достоверности полученных результатов 99
4.3.3.2 Законы распределения числовых значений результатов объемного мелиорирования 101
4.4 Результаты полевых опытов по сравнению технологий известкования 108
4.5 Выводы по главе 113
Глава 5 Технико-экономическая эффективность различных технологий известкования 115
5.1 Расчет экономической эффективности при использовании 115
пылевидного мелиоранта
5.1 Экономическая эффективность известкования слабопылящим 120
мелиорантом
Основные выводы и предложения 122
Использованные источники 124
- Анализ технологий известкования и конструкций машин
- Технологическая схема базовой пневмотранспортной системы с многоканальным распределением
- Стандартные методики стационарных испытаний пневмотранс-портной системы, полевых испытаний КА и технологий известкования
- Дополнительные испытания пневмотранспортной системы
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из факторов снижения плодородия почвы является повышенная кислотность. Площадь сельхозугодий с кислыми почвами в России 68,5 млн га (31%), из них сильно и средне-кислые 12,2 %. В Челябинской области кислых почв около 700 тыс. га (23,2 %): в том числе сильно и средне-кислых – 139000 га (4,6%).
Известкование - важнейший агротехнический прием повышения плодородия кислых почв. По данным полевых опытов, каждая тонна известкового мелиоранта дает общую прибавку урожая всех культур, равную в переводе на зерно 1,2…1,5 т. Эффективность известкования в большой степени зависит от степени измельчения мелиоранта, равномерности распределения его по поверхности поля и от перемешивания с почвой. В соответствии с Федеральной целевой Программой «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшавтов, как национального достояния России, на 2006 - 2010 г.г. и на период до 2013 года» планировалось известкование на площади 2 037 500 га, фосфоритование 475000 га.
Поэтому научно-исследовательская работа, направленная на повышение качества перемешивания мелиоранта с почвой в объеме обрабатываемого слоя является актуальной.
Степень разработанности темы. В результате анализа существующих исследований по совершенствованию технологий известкования установлено, что равномерное распределения мелиоранта в объеме пахотного слоя обеспечивает послойное внесение извести в почву, разработанное в ВНИПТИХИМ. По этой технологии известь рассеивается в два приема по половине дозы и проводятся три операции для ее заделки. Но многооперационная технология организационно трудновыполнима, затратная и не обеспечивает высокого качества. Более равномерное распределение мелиоранта в объеме обрабатываемого слоя почвы можно получить при подаче пылевидного мелиоранта в зону воздействия активного рабочего органа почвообрабатывающего орудия на пласт. По программе ГКНТ и Госплана СССР 0.51.02, в 1983-90 годах проводились работы по заданию 03.07.02.Т «Разработать и внедрить индустриально-поточный технологический процесс внесения пылевидных мелиорантов кислых почв с использованием комбинированных агрегатов». Ввиду, высокой измельчающей и перемешивающей способностью почвы лемешно-роторным плугом, ЧИМЭСХ выдано техническое задание на создание
комбинированного агрегата на базе шести корпусного лемешно - роторного плуга с нормой внесения известкового мелиоранта от 2 до 10 т/га.
Агрономической наукой накоплены данные, что оптимальной для сельскохозяйственных культур реакции почвенного раствора, при интенсивном перемешивании извести с почвой, можно достичь половинной от существующей нормой извести. Для выполнения различных вариантов технологии известкования, ключевой проблемой для комбинированной машины становится разработка пневмотранспортной системы, способной обеспечить широкий диапазон регулирования дозы мелиорирования. Существующие пневматические машины для внесения пылевидных мелиорантов имеют ряд недостатков: сложна конструкция дозаторов, малый размер отверстий дозирующих шайб способствует залипанию и забиванию. Методики расчета пневмотранспортных установок не содержат положений, позволяющих определить изменение их производительности при дополнительном аэрировании материала в магистрали.
Анализ исследований по определению качества внутрипочвенного внесения удобрений и мелиорантов показывает, что из-за несовершенства методики и низкой достоверности имеются противоречивые результаты. При использовании в составе комбинированных агрегатов орудий с пассивными рабочими органами перемешивание мелиорантов с почвой улучшается незначительно.
Цель исследования: повышение равномерности распределения пылевидного мелиоранта в объеме пахотного слоя совмещением одновременной обработки почвы, внесения пылевидного мелиоранта и их перемешивания, путем разработки комбинированной машины.
Задачи исследования:
-
На основе анализа современных достижений науки и техники обосновать технологическую и конструктивную схему машины;
-
Обосновать конструктивные параметры и режимы работы пнев-мотранспортной системы;
-
Разработать методику определения качества объёмного мелиорирования и установить влияние на нее параметров и режимов работы комбинированной машины;
4. Оценить экономическую эффективность технологии объемного
внесения известкового мелиоранта и подготовить рекомендации для
внедрения в производство.
Объект исследования: технологический процесс внутрипочвенно-го внесения известкового мелиоранта комбинированной машиной, сов-
мещающей обработку почвы, внесение пылевидного мелиоранта и их перемешивание.
Предмет исследования: закономерности влияния параметров и режимов работы комбинированной машины на качество объемного мелиорирования.
Методология и методы исследований. Теоретическая разработка выполнена на основе изучения исследований по транспортированию пылевидных мелиорантов в псевдоожиженном состоянии. Экспериментальные исследования в лабораторных и в полевых условиях проведены в соответствии с действующими ГОСТ и ОСТ. Разработана частная методика определения качества объемного мелиорирования.
Научная новизна основных положений выносимых на защиту:
1. Теоретическая разработка, по которой изменение параметров
аэросмеси при подаче дополнительного воздуха в транспортную маги
страль учитывается введением в известную формулу Акопяна нового ко
эффициента, выражающего кратность соотношения между количеством
дополнительного и основного воздуха, образующего аэросмесь в емкости.
Расчетная методика решения системы уравнений с новой и известными
формулами численным методом в программе «Microsoft Office Excel» и
результаты определения основных конструктивных и технологических
параметров усовершенствованной пневмотранспортной системы.
-
Частная методика определения качества объемного мелиорирования позволяющая повысить точность, достоверность результатов исследования и два - три раза снизить погрешность.
-
Установлено рациональное положение распыливающего наконечника относительно рабочих органов почвообрабатывающего орудия. Струя пылевидного мелиоранта направляется в зону воздействия активного ротора на пласт почвы. Сочетание измельчения пласта, напыления на комки мелиоранта и активное перемешивание комков лопатками ротора позволяет добиться высокой равномерности распределения мелиоранта в объеме пахотного слоя равного 63%.
Теоретическая и практическая значимость работы.
1. Разработана расчетная методика для определения параметров пневмотранспортной системы при транспортировании мелиорантов с различными физико-механическими свойствами при изменении производительности регулированием давления в емкости, сменой центральных рукавов различного диаметра и подачей дополнительного воздуха.
-
Создан макетный образец комбинированного агрегата (КА) на базе энергетического средства ЭСВМ-7, лемешно-роторного плуга ППК-6-35 и вновь разработанной пневмотранспортной системы. Новизна подтверждена А.с. №1486081 «Агрегат для внесения в почву химических мелиорантов».
-
Результаты исследований использованы в «ООО ИПП ТехАрт-Ком» при производстве универсального плуга-картофелекопателя по патенту РФ № 2236771. Разработаны чертежи основных узлов комбинированной машины и переданы в «ООО ИПП ТехАртКом».
-
Определена урожайность при различных технологиях внутри-почвенного внесения извести. Испытания предложенных машин проведены в учхозе ЧИМЭСХ Сосновского р-на, в совхозе „Восход“ Кунашак-ского р-на, в совхозе „Тюбукский“ Каслинского р-на, Челябинской обл.
-
Для внедрения в производство предлагается две разновидности технологии объемного мелиорирования: внесение комбинированной машиной половинной дозы пылевидного мелиоранта и заделка в почву роторным плугом рассеянного полной дозой слабопылящего мелиоранта.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях ЧИМЭСХ (1984-1990 гг.), на ВДНХ СССР (1985 г.), на выездном Научно-техническом совете Госагропрома РСФСР (1988 г.), ЧГАУ (1991-2008 гг.), на конференции, организованной Челябинской областной администрацией в 2003 г.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 16 научных статьях, в т. ч. 2 в изданиях, указанных в перечне ВАК, получено авторское свидетельство №1486081, патент №2236771.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 157
страницах машинописного текста; состоит из введения, пяти глав и об
щих выводов и предложений, списка литературы из 165 наименований, в
том числе шести на иностранных языках, содержит 23 таблицы, 44
рисунка, 13 приложений.
Степень достоверности результатов. Сходимость теоретических и экспериментальных исследований по пневмотранспортной системе составляет не менее 90%, при погрешности опытов не более 3%. Точность определения содержания мелиоранта в контрольном кубике составляет 3,5 мг. В результате дополнительной проверки достоверности выборок объемного мелиорирования, погрешность показателя качества по коэффициенту вариации снижается с 20 до 9 %, равномерности с 7,6 до 2,5%.
Анализ технологий известкования и конструкций машин
Важным свойством почвы является реакция ее почвенного раствора. Она проявляется при взаимодействии почвы с водой или растворами солей и определяется соотношением свободных ионов H+ и OH-. Содержание ионов выражают символом pH, соответствующ отрицательному логарифму абсолютного значения концентрации ионов водорода.
Кислотность, определяемая водной вытяжкой, называется актуальной; нейтральными солями - обменной. При значениях рН, КСl вытяжки, равным 4,0 - 4,5 реакция почвы сильнокислая; 4,6 - 5,0-среднекислая; 5,1 - 5,5 – слабокислая; 5,6 -6,0 - близкая к нейтральной; 6,1 - 7,0 – нейтральная; 7,1 - 8,0 – слабощелочная; 8,1-9,0 щелочная; более 9,0- сильнощелочная. Для более полного вытеснения ионов водорода и алюминия, на почву действуют раствором гидролитический щелочной соли. Кислотность называемую гидролитической выражают в миллиграмм - эквивалентах на 100 г почвы [1-4].
Важную роль в процессе образования кислых почв играют: материнская порода, промывной режим увлажнения почвы, результат жизнедеятельности растений и микроорганизмов, вынос с урожаем щелочно - земельных металлов и внесение физиологически кислых минеральных удобрений. В Нечерноземной зоне большинство почв расположено на кислых материнских породах. Для каждого вида растений существует оптимальное значение реакции среды. Хорошо растут только при нейтральной или слабощелочной среде: люцерна, свекла, клевер, капуста; при нейтральной или слабокислой: ячмень, яровая и озимая пшеница, кукуруза, соя, фасоль, горох, кормовые бобы, подсолнечник, огурцы, лук, салат, рожь, овес, просо, гречиха, тимофеевка, томат, редис, морковь. Лен и картофель нуждаются в повышении pH только сильнокислых почв. Люпин синий и желтый, сераделла, чайный куст лучше растут на кислых почвах и плохо при нейтральной реакции. Наибольшее количество СаО и МgO (до 100-200 кг с гектара в год) выносят пропашные культуры [2-8].
В России 68,5 млн.га (31%) сельхозугодий составляют кислые почвы, сильно и средне-кислые 12,2 %. В нечерноземной зоне кислые почвы выявлены на 54,8% обследованных площадей. В последнее время действие кислых минеральных удобрений и выпадения кислотных осадков вокруг промышленных центров распространяются на черноземные почвы Широко распространены кислые почвы в Центральном (52,8%), в Волго-Вятском (62,2%) и Дальневосточном (72,5%) районах. В Челябинской области зафиксировано сильнокислых почв 11409 га (0,3%), среднекислых - 127571 (4,2%), слабокислых – 579300 га (19%) [8,9].
К агрономическим способам устранения действия химических элементов закисляющих почву относятся следующие мероприятия: известкование, интенсивное использование органических удобрений, длительное усиленное внесение фосфорсодержащих материалов, применение молибденовых удобрений, внесение силикатных соединений. Практикуется нейтрализация кислых удобрений до внесения в почву. С этой целью, например, выпускается удобрение, состоящее из 40% СаСО3 и 60% NH4NO3. Таким образом, применяется 44 % азотных удобрений в Нидерландах, 46 – в ФРГ, 36 – в Ирландии, 90 – в Швейцарии и 43 – в Швеции [3-7, 10-13].Одним из важнейших агротехнических приемов повышения плодородия кислых почв является известкование, т.е. внесение в почву материалов, содержащих щелочно-земельные металлы Ca и Mg: CaO – окиси кальция, Ca(OH)2 – гидроокиси кальция, CaCO3 – карбоната кальция.
Научные основы известкования почв создавали видные российские, советские и зарубежные ученые: Д.И.Менделеев, И.А.Стебут, П.А.Костычев, Д.Н.Прянишников, К.К.Гедройц, О.К.Кедров-Зихман, Д.Л.Аскинази, Б.А.Голубев, Н.И.Алямовский, Н.С.Авдонин, А.В.Петербургский, М.Ф.Корнилов, А.П.Земите, К.К.Бамберг, Дж.У.Кук, И.А.Шильников, А.Н.Небольсин, Андре Гро и др.
Известкование оказывает многостороннее влияние на почву, среди которых решающее - устранение избыточной кислотности. В результате, активизируются химические процессы и деятельность бактерий, ускоряется разложение органиче - 12 ских веществ и повышается использование, содержащихся в органических и минеральных удобрениях, питательных веществ. На известкованных почвах повышается содержание белка в растениях и зимостойкость озимых культур и многолетних трав. Образуется качественный гумус с преобладанием гуматных форм. При совместном внесении извести, органических и минеральных удобрений прибавка урожая озимой пшеницы, ржи и ячменя возрастает в среднем в 2 раза, а клевера – в 3-5 раз [4-7].
Велико экологическое значение известкования. В результате известкования увеличивается химическая и биологическая поглотительная способность почв, активизируется окисление и снижается подвижность элементов: железа, марганца и др. [14-16]. Эффективным методом снижения поступления радионуклидов цезия и стронция в растения является внесение в почву элементов антагонистов: калия и кальция. При совместном рассеивании их по полю с поверхностно - загрязненной почвой и последующей глубокой запашке, поступление радионуклидов в растения снижается до 15 раз [17-19]. Экспериментальные данные по детоксикации действия тяжелых металлов Сd, Zn и Pb, полученные сотрудниками ВНИПТИХИМ, доказывают, что на кислых почвах внесение органических удобрений и цеолитов в дозе 40 т/га не способствует устранению токсичного действия. Внесение различных форм известковых мелиорантов, соответствующей дозе 20 т/га эквивалентного содержания CaCO3, полностью снимает токсическое действие и способствует повышению урожайности моркови и свеклы 1,5 раза и снижению содержания тяжелых металлов до 2 раз [15,16].
Еще в 1928 году Д.Н.Прянишников и А.В.Петербургский разработали основы диагностирования необходимости известкования почвы, определения нормы извести. Значение величины рН, в вытяжке KCl, характеризует фактическую нуждаемость почв в известковании. Этот метод применяется всеми агрохимическими лабораториями. Для производственных условий, с учетом величины рН, механического состава, содержания гумуса, составлены таблицы для определения нормы известкования в различных зонах с разными почвами [2,3,20].
Технологическая схема базовой пневмотранспортной системы с многоканальным распределением
Основным отличительным признаком технологической схемы усовершенствованной системы, влияющим на расчетные параметры является то, что мелиорант в центральном трубопроводе транспортируется в состоянии плотной аэросмеси, сформированной в емкости, а в распределяющих трубопроводах после разбавления дополнительным количеством воздуха. Методика расчетного определения производительности усовершенствованной пневмотранспортной системы и параметров аэросмеси представлена на примере транспортирования феррохромового шлака при избыточном давлении в емкости в 100 кПа или абсолютного в 200 кПа (таблица 2.3, приложение 4). Характеристики феррохромового шлака и параметров трубопроводов необходимые при расчетах взяты из таблицы 2.2. Диаметр центрального резинового рукава 50мм и распределяющих полиэтиленовых 25мм.
По разработанной методике расчета объемная концентрация твердой фазы аэросмеси в конце распределяющих трубопроводов определяется по новой фор - 57 муле (2.33), а плотность по – (2.7); при транспортировании по центральному рукаву до распределителя дел определяется по формуле Р.Е.Акопяна (2.34), плотность и скорость транспортирования аэросмеси по формулам (2.35) и (2.36):
Для определения неизвестной величина абсолютного давления в распределителе составляются уравнения исходя из того, что производительность системы по транспортированию пылевидного мелиоранта через делитель и при выходе из магистрали одинакова:
После подстановки значений параметров, выраженных формулами (2.33-2.39) в уравнение (2.40), в результате решения численным методом определяется значение давления в делителе и другие показатели размещенные в строках (2-10). Это достигается с помощью блока выше приведенных формул, выстроенных в программе «Microsoft Office Excel».
Работоспособность системы зависит от скорости транспортирования аэросмеси в ,,критическом сечении“, т.е. в начале распределяющих трубопроводов. Фрн = Р (2.41) где р.н, р.н объемная концентрация и скорость транспортирования аэросмеси в начале распределяющих трубопроводов. Для определения еще одного регулирующего параметра (количества воздуха, подаваемого через делитель) необходимо вычислить показатели (13-15) строк. Удельный расход воздуха (Qуд , м /кг) затрачиваемый на транспортирование мелиоранта определяется по формуле:
На рисунке 2.7 приведен график зависимости скорости транспортирования аэросмеси в ,,критическом сечении“ (р.н) от избыточного давления в емкости Ремк , кПа) и дополнительного количество воздуха, подаваемого в делительQдел). При функционировании пневмо-системы без подачи воздуха через делитель скорость транспортирования аэросмеси в начале распределяющих трубопроводов имеет критическое значение 1,65 м/с. При поступлении воздуха в делитель скорость транспортирования аэросмеси в ,,критическом сечении“ резко возрастает. При избыточном давлении в емкости 20 кПа подача через делитель воздуха в количестве 3,0210-3 м3/с способствует увеличению скорости транспортирования выше «критического» значения.
По характеру регулирования производительности усовершенствованной пневмотранспортной системы различаются три режима работы: 1) с изменением давления в емкости без подачи воздуха в распределитель; 2) с изменением количества дополнительного воздуха в распределителе, но с сохранением заданного значения избыточного давления в емкости; 3) с постоянным показателем степени разбавления аэросмеси (достигается фиксированием степени открытия крана распределителя). Заштрихованной в виде треугольника площадью выделена „зона неработоспособности“ системы из-за снижения скорости транспортирования в распределяющих трубопроводах ниже „критической“. Прямоугольником выделена зона технологического отказа в центральном трубопроводе.
В первом режиме при снижении давления в емкости от 100 до 40 кПа производительность меняется от 7,6 до 3,7 кг/с. Во втором, сохраняя избыточное давление в емкости равным 100 кПа, при увеличении дополнительного воздуха в распределителе до 13210-3 м3/с можно изменить количество транспортируемого мелиоранта в пределах (7,6-3,0) кг/с. При избыточном давлении в емкости 80 кПа, при увеличении дополнительного воздуха в распределителе до 10210-3 м3/с, количество транспортируемого мелиоранта снижается от 6,42 до 2,43 кг/с и т.д. В третьем режиме изменение давления сопровождается изменением расхода воздуха. Например, при положении крана обуславливающем 10-кратное превышение дополнительного воздуха над основным, снижение давления в емкости от 100 до 30 кПа приводит к снижению дополнительного воздуха от 56,710-3 до 1510-3 м3/с, а мелиоранта от 4,9 до 2,0 кг/с. При установке в пневмотранспорт-ной системе центрального резинового рукава внутренним диаметром 50 мм, изменением режимов настройки возможна регулировка производительности системы в пределах (2-8) кг/с.
По расчетным данным пример которых приведен в таблице 2.3. можно выбрать любую интересующую исследователя пару значений, размещенных в определенных строках, и одной присвоить роль аргумента, другой –функции. Затем по стандартным зависимостям программы «Мicrosoft Office Excel» для построения диаграмм подобрать теоретическую зависимость. Например для установления зависимости производительности пневмосистемы от подачи дополнительного воздуха в делитель за аргумент взяты данные со строки 15, а значения функции размещены в строке 11. Для этой зависимости параболическая кривая q = 1,52 10-4 Q2дел + 0,054 Qдел +7,66 подходит с коэффициентом взаимозависимости R2 = 0.9997 ( верхняя кривая на рисунке 2,8). Не сходимость прямой зависимости превышает допустимую в инженерных расчетах погрешность в 2%. (1-R2 ) 100% = (1- 0,973) 100% = 2,7 %.
Следующий блок расчетных значений, состоящий из 18 строк включая общий расход воздуха и потребную для работы компрессора мощность, получается изменением значения давления в емкости в первой строке на 180 кПа. Подбором численных значений уточняем давление в распределителе. При этом по программе меняются значения всех остальных параметров. После проведения 5-ти блоков расчетов изменением давления в емкости шагом через 20 кПа можно построить номограмму, представленную на рисунке 2.8. Здесь, выбирая значения показателей размещенных в определенных ячейках разных расчетных блоков, аналогично выше представленному примеру можно подобрать интересующую исследователя теоретическую зависимость
Стандартные методики стационарных испытаний пневмотранс-портной системы, полевых испытаний КА и технологий известкования
При расчетах не учитывалось различие величин сопротивления в распределяющих трубопроводах. В распределяющем трубопроводе, имеющим самое большое сопротивление, процесс транспортирования прекращается, а по пяти трубопроводам продолжается. Уточненными рабочими пределами системы по производительности являются 4,6-7,8 кг/с. Расхождение между расчетными и экспериментальными зависимостями составляет 5,9 %.
Производительность усовершенствованной системы в практических условиях регулируется изменением степени открытия крана распределителя. График этой зависимости в пневмосистеме с центральным рукавом диаметром 50 мм, при поддержании в емкости избыточного давления равным 100 кПа, представлен на рисунке 4.2.
Одновременно с определением количества транспортируемого мелиоранта фиксируется общее количество воздуха, закачиваемое компрессорной установкой, и количество воздуха проходящего в емкость. Расход дополнительного воздуха через распределитель определяется по разности показателей двух расходомеров поз.5 (рисунок 3.2 и 3.3). Количество основного воздуха, содержащееся в аэросмеси подсчитывается, как разность количества, проходящего в емкость и задер - 87 живающегося в емкости при заполнении объема, освободившегося от мелиоранта ( вычисляется по формуле 2.46). Переход на координаты: расход воздуха через распределитель, производительность системы и учет в аэросмеси соотношения дополнительного воздуха к основному позволяет провести сравнительный анализ расчетных и экспериментальных результатов. Графические зависимости по результатам исследований усовершенствованной пневмотранспортной системы представлены на рисунке 4.3 - 4.6.
Зависимость, обозначенная символами () является дублированием показателей изменения производительности базовой схемы транспортирования мелио - 88 ранта без дополнительной подачи воздуха в магистрали (i=0), представленной на рисунке 4.1. На рисунке 4.3 видно насколько расширяется область работоспособности системы при дополнительной подаче воздуха. Все параметры базовой системы включаются в усовершенствованную.
Открытие крана распределителя, при сохранении постоянного значения избыточного давления в емкости равным 100 кПа, вызывает изменение параметров системы по точкам, обозначенным символами. Расстановка точек соответствует шагу степени открытия крана через 5мм. Зависимость между производительностью и количеством дополнительного воздуха выражается параболическим уравнением (1). Установлено, что при открытии крана на 15мм, коэффициент соотношения между количеством дополнительного и основного воздуха составляет 10,0. При максимальном открытии крана, равным 25мм, коэффициент соотношения между количеством дополнительного и основного воздуха 14,1; расход дополнительного воздуха 8010-3 м3/с, количество транспортируемого мелиоранта 4,1кг/с.
При изменении избыточного давления в емкости, в фиксированном положении открытия крана на 15мм, параметры системы меняются по точкам, обозначенным символами (), а производительность по уравнению аппроксимации (2). При снижении избыточного давления в емкости от 100 до 30 кПа расход дополнительного воздуха снижается от 6310-3 до 2110-3 м3/с, а количество мелиоранта от 4,9 до 2,1 кг/с.
Открытие крана распределителя, при сохранении постоянного значения избыточного давления в емкости равным 40 кПа, вызывает изменение параметров-системы по точкам, обозначенным символами (), а производительность по зависимости (3). При изменении степени открытия крана от 0 до 25мм производительность снижается от 3,9 до 2,0 кг/с.
Значения коэффициентов детерминации (0,93-1,0) и погрешности (5,3-7,8%) по графикам на рис.4.3 указывают на хорошую сходимость между экспериментальными результатами, аппроксимирующими и теоретическими зависимостями.
Общий расход воздуха на технологический процесс транспортирования мелиоранта при увеличении степени открытия крана распределителя возрастает. На рисунке 4.4 представлена эта зависимость при поддержании в емкости максимального значения избыточного давления, равного 100 кПа. При максимальной А-3 степени открытия крана по указателю равному 25мм расход воздуха равен 99-10 м /с т.е. соответствует характеристике компрессора РКВН - 6 (6 м / мин.). Экспериментальный расход воздуха оказался на 9 % выше расчетных значений, из-за так называемого эффекта «скольжения» воздуха по отношению к частицам мелиоранта (превышение скорости движения потока воздуха), что не учитывалось при расчетах.
Дополнительные испытания пневмотранспортной системы
При статистическом анализе установлено: показатель объемной неравномерности при заделке извести лемешно-роторным плугом по выборке из десяти опытов равен 164% при погрешности определения 20 %; а равномерность составляет 53% при погрешности 7,6 %. После отсева „грубых промахов" выборок трех опытов коэффициент вариации - 158 %, погрешность - 9 %, равномерность - 50 % при погрешности 2,5 %. Достоверные выборки имеют степенной закон распределения; 99,3 % значений находится в интервале 0…10 qcp. При заделке извести лемешно-отвальным плугом коэффициент вариации объемного распределения мелиоранта 231%, равномерность - 34 %. 99,4 % выборки степенного закона распределена в интервале 0…12,5 qcp. При внесении извести комбинированным агрегатом коэффициент вариации - 97%, равномерность - 63%. 99,7 % выборки с экспоненциальным законым распределяется в интервале 0…6 qcp.
Основным фактором влияющим на необходимость известкования и определения дозы мелиоранта для почв с высоким содержанием гумуса является величина гидролитической кислотности. Установлено, что способы внесения извести перемешиванием с почвой пахотного слоя, в течении трех-четырех лет после известкования влияют на ускорение нейтрализации кислотности, на усиление подвижности питательных элементов и на повышение урожайности. По сравнению с заделкой извести отвальным плугом, заделки послойная и роторным плугом дают прибавку урожайности зерна 0,65т/га; внесение комбинированным агрегатом половинной дозы 0,64; полной 1,8т/га.
Расчет экономической эффективности использовании пылевидных мелиорантов При внесении пылевидного мелиоранта на паровом фоне расчет выполнен по 4 вариантам. Варианты отличались между собой способом внесения извести на поле и способом ее заделки в почву. По первому варианту рассеивание феррохромового шлака с дозой 8 т/га производится разбрасывателем АРУП-8 и заделка ее в почву лемешно-отвальным плугом при вспашке на 25 см.
По второму варианту феррохромовый шлак рассеивается АРУП-8 в два приема по 4т/га. После первого рассеивания почва обрабатывается дисковым лущильником на глубину 10 см и вспашка на 25 см, затем рассеивается оставшаяся половина извести и почва обрабатывается лущильником.
По третьему варианту половинная доза феррохромового шлака вносится комбинированной машиной при вспашке роторным плугом на глубину 25 см. По четвертому варианту полная доза феррохромового шлака 8 т/га вносится комбинированной машиной при вспашке роторным плугом на глубину 25 см.
Начинаются со вспашки зяби агрегатом Т-150К+ПЛП-6-35. Весной, летом и осенью повторяются 11 технологических операций, за исключением операций 2-4 по внесению минеральных удобрений. При возделывании третьей культуры севооборота выполняются 11 технологических операций по 2- ой культуре. Пример расчета затрат по единичной технологической операции. Расчет эксплуатационных затрат приведен на примере вспашки агрегатом в составе трактора Т-150К и плуга ПЛП-6-35 (таблица 5.1. и 5.2.).
За контрольный принимаем вариант заделки извести отвальным плугом. Поскольку за три года возделывания зерновых культур вариант внесения извести комбинированным агрегатом 0,5 дозы обеспечивает более высокую прибыль, равную 8866 руб/га, по сравнению с контрольным вариантом 2227руб/га, за перспективный принимается этот способ. По новой технологии требуется приобрести энергетическое средство ЭСВМ-7, лемешно- роторный плуг ПЛР-6-35 и пнев-мотранспортную систему. По базовой технологии используется трактор Т-150К и лемешно-отвальный плуг ПЛП-6-35.
После обработки пара с внесением пылевидной извести при объемном мелиорировании комбинированной машиной 4т/га, по сравнению с заделкой отваль - 120 ным плугом 8 т/га извести, за 3 года возделывания зерновых, прибавка составляет 0,64т/га зер. ед., а среднегодовой экономический эффект 1450 руб / га.
Сравнительный расчет экономической эффективности использования слабо-пылящего мелиоранта выполнено по двум вариантам. По контрольному варианту разбрасывание 6 т/га феррохромового шлака проводится разбрасывателем с центробежным рабочим органом МВУ– 8 в агрегате с трактором МТЗ-82, а запашка отвальным плугом на глубину 20 см. За перспективную технологию принят вариант заделки, разбросанного в дозе 6т/га феррохромового шлака, лемешно-роторным плугом при вспашке на глубину 20см.