Обзор и анализ исследований рабочего процесса питателей технических средств для разбрасывания твердых органических удобрений

Поддержка со стороны аграрной науки способствует функционированию сельскохозяйственного производства на конкурентоспособном уровне [1 - 5]. Кроме того, имеются разработки технического сопровождения агропромышленного комплекса [6 - 10]. При этом большую роль играют технические средства и технологии производства сельскохозяйственных культур, в том числе и для выведения новых высокоурожайных сортов, включая горшечные культуры. Эффективность селекционеров во многом зависит от объема и интенсивности их работы. Наилучшим образом получению новых сортов содействуют формируемые селекционно-семеноводческие тепличные комплексы. Неудовлетворительный уровень механизации производственных процессов является существенным сдерживающим фактором. Особо остро стоит задача подготовки грунта и засыпки им горшков. Задача по созданию установки для дозирования сыпучего материала на уровне патентоспособности решена и нашла свое отражение в публикации [11].

Для обоснования ее конструктивных параметров, а также оптимальных режимов функционирования необходимо выполнить обзор и анализ исследований рабочего процесса питателей машин для разбрасывания твердых органических удобрений как ключевого элемента предложенного технического средства. Это позволит осуществить правильный выбор типа питателя.

Цель исследования – предложение по выбору типа питателя технических средств внесения органических удобрений.

Материал и методы исследования

Материалом для исследований служили труды ученых по изучению рабочего процесса питателей технических средств для разбрасывания твердых органических удобрений. В качестве методов исследований были применены обзор и анализ питателей различных типов конструкций: выявление преимуществ и недостатков, а также особенности их функционирования.

Результаты и обсуждение

Машины, применяемые при разбрасывании твердых органических удобрений (ТОУ), делятся на два типа: для разбрасывания из резервуаров (емкость прицепов или же полуприцепов) и для разбрасывания из куч, заблаговременно размещенных на поверхности поля с помощью самосвалов. Несмотря на то что первые многообразны, они имеют общую конструктивную схему, которая состоит из следующих трех ключевых элементов: кузова прицепа или же полуприцепа, служащего резервуаром для удобрений; транспортера, осуществляющего функцию питателя; разбрасывателя, выполняющего задачу по распределению удобрений по поверхности поля. Машины для распределения ТОУ привлекли внимание большого числа уче- ных. Исследования в этой области ведутся не только по изучению отдельных элементов технологического процесса внесения органических удобрений, но и рабочих органов всего комплекса технологического процесса функционирования разбрасывателя.

Ключевой составляющей частью любой машины для разбрасывания удобрений является питатель. Задача питающего устройства заключается в равномерной и непрерывной подаче удобрений в необходимом количестве к рабочему органу для выполнения основной операции технологического процесса машины.

В трудах, посвященных функционированию как подающих, так и дозирующих устройств разбрасывателей ТОУ, такие исследователи как Г.П. Варламов, Г.В. Базунов, И.А. Христин, разработали классификацию питателей разбрасывателей ТОУ по принципу перемещения массы [12]. Они делятся на следующие группы: толкающие вдоль и поперек кузова; волочащие сплошного и порционного волочения как бесконечных, так и конечных редкопланчатых устройств, в том числе скребкового и шнекового вида; несущие ленточного, планчатого и жалюзийного типа; вибрационные с наклонным днищем (рис.).

Рисунок – Классификация питателей разбрасывателей твердых органический удобрений

С.Д. Сметнев представил тип питателя в форме толкающей стенки и дал обоснование его ключевых параметров [13].

Иностранные производители рассматриваемых технических средств в качестве питателей применяют конечные транспортерные устройства с подвижными стенками.

По мнению Г.П. Варламова, положительные стороны конечных транспортеров до сих пор не установлены, в то же время подвижные стенки при эксплуатации ведут к уплотнению массы перед подачей к разбрасывающим техническим устройствам, работая на распирание бортов кузова машины. Механизм возврата подвижной стенки, который осуществляется механическим путем, очень сложный. К тому же большой проблемой таких транспортерных устройств является сложность повторной навески их на прицеп для его функционирования в качестве транспортной машины. По этой причине и ввиду высокого расхода мощности на перемещение сыпучего материала иностранные аграрии существенно сократили использование таких транспортеров [14].

Значительным недостатком редкопланчатых транспортеров являлась прерывистость подачи удобрений.

Самые высокие качественные характеристики присущи ленточным, в том числе планчатым, а также жалюзийным устройствам питателей. Но последние два типа питателей по причине избыточной массы не нашли широкого применения.

Ленточные питатели отличались простотой конструкции. Им был свойственен малый расход энергии. В.Д. Варсанофьев и О.В. Кузнецов отмечали, что мощность, необходимая для привода в действие ленточных питателей, колебалась в диапазоне от 2 до 40 кВт, к тому же бо_́льшая доля приходилась на пусковой момент. Производительность у них варьировалась в пределах W = 5 + 2500 т/ч, значение скорости движения ленты V ленты = 0,3–30 м/мин [15].

В связи с отсутствием теоретического обоснования при расчетах ленточных питателей выполняют приближенным аналитическим методом, применяя результаты экспериментальных исследований.

Производительность питателя ленточного типа Q определяется по следующей зависи- мости:

Q = 60 υ γ α β,

где υ – скорость движения ленты, м/мин; γ – объем массы, т / м³; α – толщина слоя материала на питателе, м; β – ширина ленты, м.

Потребляемая мощность в варианте прямоугольного отверстия рассчитывается по выражению:

_{N =} 2_YB²Lv

6,12  ’ где B – ширина выпускного отверстия, м; L – для выпускного отверстия, м.

Основным преимуществом скребковых конструкций питателей являлась их универсальность: они были способны хорошо работать при использовании различных видов сыпучих материалов. Большой минус представляла высокая энергоемкость, в том числе повышенный износ, поскольку перемещение скребка вызывало большое сопротивление при трении скребка, а также материала о желоб.

Кроме того, при равном значении производительности скребковые конструкции питателей имели большие габариты, также у них были ограничения по скорости движения скребков. К отрицательным качествам вибрационных питателей относилось отклонение в производительности, что негативно сказывалось на равномерности подачи используемого материала [15]. С целью повышения качественных показателей шнековых конструкций питателей кроме применения переменного шага винтов сообщают устройству вибрационное движение, а это ведет к усложнению всей машины.

Насколько конструкция питателя совершенна, В.Д. Варсанофьев и О.В. Кузнецов предложили определять по значению удельных затрат на выпуск 100 т материала, стоимости выпуска 1 т материала в корреляции с производительностью питателя. При оценке по вышеперечисленным критериям, самые лучшие качественные характеристики продемонстрировали ленточные питатели.

Самое широкое применение (несмотря на серьезный минус – планки и цепи нередко «всплывают», цепи чрезмерно натягиваются, а также рвутся) получили цепочно-планчатые конструкции транспортеров.

Г.П. Варламов и другие привели результаты комплексных исследований конструкций подающих технических устройств машин для разбрасывания удобрений, в том числе по выбору их рационального типа [16].

Для разработки транспортерных технических средств навозоразбрасывателей исследования содержали два крупных этапа: определение качественных показателей функционирования транспортеров и силовых и энергетических характеристик.

Опираясь на результаты проведенных исследований, авторы предложили для кузовных устройств разбрасывателей бесконечные цепочно-планчатые транспортеры, оснащенные планками М- и Г-образного профиля на расстоянии 300–400 мм относительно друг друга.

Г.В. Базунов, Г.П. Варламов, С.Н. Никулин не исключали применение двух цепных транспортеров как подающих технических устройств машин для разбрасывания навоза [17]. Авторы исследовали собственно рабочий процесс перемещения используемого материала в кузове разбрасывателя навоза двух цепных транспортеров и определили значение давления навоза как на борта, так и на пол конструкции кузова для обоснования оптимального расстояния между планками, включая взаимное размещение цепей, в том числе внутренних габаритов кузова. Также выполненный труд содержит информацию об определении энергетических затрат для осуществления привода транспортера. Для осуществления уточненного расчета производительности функционирования цепочно-планчатого транспортера Г.В. Базунов, С.Н. Никулин рекомендовали ввести коэффициент использования реального объема кузова [18].

Н.М. Марченко и Б.П. Черников, решая задачу поиска путей модернизации технических средств для разбрасывания органических удобрений, установили, что качество функционирования этих машин коррелирует с конструктивными особенностями исполнительных органов, в том числе условий эксплуатации, а также физико-химических свойств удобрений [19].

Они пришли к выводу, что материал, из которого изготовлен кузов, существенного влияния на качественные показатели работы машины не оказывает.

А.Е. Шебалкин осуществил обоснование параметров цепочно-планчатого транспортера технических средств для внесения твердых органических удобрений из условия движения перемещаемой массы без обрушения [20]. Он же в результате выполненных экспериментальных исследований выявил, что для дозирования в большегрузных машинах необходимо использовать устройство, включающее два транспортера, размещенных последовательно на разных уровнях [20].

Обзор и анализ исследований рабочего процесса питателей технических средств для разбрасывания твердых органических удобрений позволил выдвинуть рабочую гипотезу по обоснованию ленточного питателя как наиболее перспективного для дозирующих технических средств почвенных грунтов, в частности торфа [21–23].

Заключение

Несмотря на некоторые положительные результаты исследований, посвященных изучению подающих и дозирующих рабочих органов машин для разбрасывания твердых органических удобрений, задача равномерного перемещения по бункеру с последующим дозированием сыпучей массы в целом не решена. Поэтому обзор и анализ технических средств питателей разбрасывателей твердых органических удобрений, а также результаты поисковых опытов по изучению функционирования бункера-дозатора для дозирования торфа позволяют сделать вывод о том, что ленточный тип питателя является наиболее перспективным в плане дозирования и стабильности подачи.