CC BY
24.3.1 - ТЕХНОЛОГИИ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА (ТЕХНИЧЕСКИЕ НА УКИ)
DOI 10.53980/24131997_2024_4_52
С.Н. Шуханов, д-р техн. наук, проф., e-mail: [email protected] А. В. Кузьмин, д-р техн. наук, проф., e-mail: [email protected] С.В. Агафонов, канд. техн. наук, доц., e-mail: [email protected] А.Р. Сухаева, канд. техн. наук, доц., e-mail: [email protected] А.В. Косарева, канд. техн. наук, доц., e-mail: [email protected] ФГБОУ ВО «Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского»,
г. Иркутск
УДК 631. 33. 021: 635.21
ОБЗОР И АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПИТАТЕЛЕЙ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ РАЗБРАСЫВАНИЯ ТВЕРДЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ
Поддержка со стороны аграрной науки способствует функционированию сельскохозяйственного производства на конкурентноспособном уровне. Ключевое значение при этом имеют разработки технического сопровождения агропромышленного комплекса. 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. 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. Несмотря на некоторые положительные результаты работ, посвященных исследованию 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 создают основу для выбора ленточного питателя как наиболее перспективного в плане дозирования и стабильности подачи.
Ключевые слова: аграрная наука, сельскохозяйственное производство, питатели, разбрасыватели, органические удобрения.
S.N. Shukhanov, Dr. Sc. Engineering, Prof.
A.V. Kuzmin, Dr. Sc. Engineering, Prof.
S.V. Agafonov, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
A.R. Sukhaeva, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
A.V. Kosareva, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
Irkutsk state agrarian university, Irkutsk
WORKING PROCESS OF TECHNICAL FEEDERS FOR SOLID ORGANIC FERTILIZERS SPREADING
Agricultural science contributes to the functioning of agricultural production at competitive level. Key importance is given to technical support for agro-industrial complex. At the same time, technical means and technologies for agricultural production are important, as well as for new high-yielding crop varieties, including potted crops. Effectiveness of plant breeding work largely depends on its volume and intensity. The
best way to obtain new crop varieties is to promote formation ofplant breeding and seed-growing greenhouse complexes. The unsatisfactory level of mechanization ofproduction processes is a significant limiting factor. The task ofpreparing soil and filling pots with it is especially acute. The problem of creating an installation for dispensing bulk material has been solved at the level of patentability and is reflected in the publication. To justify its design parameters, as well as optimal operating modes, it is necessary to review and analyze process studies of machine feeders for spreading solid organic fertilizers. It allows to make correct choice of feeder type. Despite some positive results ofscientific researches offeeders and spreaders of solid organic fertilizers, the problem of steady movement through bunker with subsequent bulk mass dosing has not been solved yet. Therefore, review and analysis offeeders for solid organic fertilizer spreaders, as well as experiment results on dosing bunker functioning for peat dosing prove beltfeeder to be the most promising in terms of dosing and feeding stability.
Key words: agricultural science, agricultural production, feeders, spreaders, organic fertilizers.
Введение
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 ред-копланчатых 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 большая доля приходилась на пусковой момент. Производительность у них варьировалась в пределах Ж = 5 + 2500 т/ч, значение скорости движения ленты Уленты = 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 зависимости:
Q = 60 и у а р, (1)
где и - скорость движения ленты, м/мин; у - объем массы, т / м3; а - толщина слоя материала на питателе, м; в - ширина ленты, м.
Потребляемая мощность в варианте прямоугольного отверстия рассчитывается по выражению:
N = ^ (2)
6,12 4 '
где В - 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].
H.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.
Библиография
I. Чубарева М.В. Обоснование режимов вентилирования в процессе сушки зернового вороха в условиях Восточной Сибири // Аграрная наука - сельскому хозяйству: материалы междунар. науч.-практ. конф. - Новосибирск, 2006. - С. 306-309.
2. Алтухов И.В., Очиров В.Д. Теплофизические характеристики как основа расчета постоянной времени нагрева сахаросодержащих корнеплодов в процессах тепловой обработки // Вестник Крас-ГАУ. - 2010. - № 4 (43). - С. 134-139.
3. Асалханов П.Г, Иваньо Я.М. О некоторых алгоритмах прогнозирования дат технологических операций возделывания зерновых культур // Вестник ИрГСХА. - 2011. - № 47. - С. 116-121.
4. Арданов Ч.С.Е., Шуханов С.Н., Болоев П.А. Модернизация сухого способа очистки корнеклубнеплодов // Тракторы и сельхозмашины. - 2014. - № 6. - С. 13-14.
5. Ильин П.И., Цэдашиев Ц.В., Цэдашиева Л.Н. Сушка семян зерновых культур в условиях мелкотоварного производства // Актуальные вопросы аграрной науки. - 2017. - № 24. - С. 48-54.
6. Алтухова Т.А., Шуханов С.Н. Обзор и анализ исследований охладителей зерна как основа для создания более совершенных машин // Аграрная наука. - 2018. - № 3. - С. 68-69.
7. БеломестныхВ.А., Агафонов С.В., Кузьмин А.В. Эксплуатационная надежность зерноуборочных комбайнов РСМ - 142 "AKROS" // Актуальные вопросы инженерно-технического и технологического обеспечения АПК: материалы VIII Нац. науч.-практ. конф. с междунар. участием «Чтения И.П. Терских», посвященной 85-летию Иркутского ГАУ. - Иркутск, 2019. - С. 20-27.
8. ПоляковГ.Н., Солодун В.И., Шуханов С.Н. Состав и изменение структуры сельскохозяйственных машин для почвообработки в Иркутской области // Известия Международной академии аграрного образования. - 2019. - № 47. - С. 28-32.
9. Шуханов С.Н., Свинцова О.Н., Сухаева А.Р. и др. Модернизация аппарата для мойки корнеклубнеплодов // Известия Оренбургского гос. агр. ун-та. - 2023. - № 5 (103). - С. 130-134.
10. Смелик В.А., НовиковМ.А., Перекопский А.Н. и др. Послеуборочная обработка зерна и семян в условиях регионов повышенного увлажнения. - СПб., 2023.
11. Шуханов С.Н. Совершенствование технических средств дозирования торфа при выращивании горшечных культур // Агропромышленные технологии Центральной России. - 2017. - № 3 (5). -С. 75-79.
12. Варламов Г.П., Базунов Г.В., Христин И.А. О рациональном типе подающего механизма навозоразбрасывателя // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1968. - № 6. - С. 29-31.
13. Сметнев С.Д. О питателе для разбрасывания удобрений // Труды ВИМ. - М., 1966. - Т. 42. - С. 43.
14. Варламов Г.П. Исследование и совершенствование рабочих органов и приспособлений для внесения органических удобрений: отчет ВИСХОМ по теме 1002. Шифр темы 42 - 66. - М., 1968. - 94 с.
15. Варсанофьев В.Д., Кузнецов О.В. Современные конструкции питателей для бункеров транспортирующих систем // Обзор НИИИНФОРМТЯЖМАШ. - М., 1976. - С. 54.
16. Варламов Г.П., Базунов Г.В., Христин И.А. О рациональном типе подающего механизма навозоразбрасывателя // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1968. - № 6. - С. 29-31.
17. Базунов Г.В., Варламов Г.П., Никулин С.Н. Исследование двухцепных подающих транспортеров навозоразбрасывателей // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 1969. - № 7. - С. 28-30.
18. Базунов Г.В., Никулин С.Н. Результаты исследования некоторых параметров питающего транспортера навозоразбрасывателя // Механизация сельскохозяйственного производства. - М.: Московский рабочий, 1969. - Ч. I. - С. 16-17.
19. Марченко Н.М., Черников В.П. Пути совершенствования разбрасывателей органических удобрений // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1977. - № 1. - С. 13.
20. Шебалкин А.Е. О неравномерности дозирования твердых органических удобрений двух-транспортерным устройством. - М.: НТБ ВИМ, 1982. - Вып. 49. - С. 36-40.
21. Шуханов С.Н., Степанов Н.В., Косарева А.В. и др. Обоснование рабочей гипотезы конструкции бункера-дозатора для засыпки горшков торфом // Инновационные технологии в АПК: теория и практика: сб. ст. XI Междунар. науч.-практ. конф. / под науч. ред. А.А. Галиуллина, В.А. Кошеляева, О.А. Тимошкина. - Пенза, 2023. - С. 312-318.
22. Бураев М.К., Шистеев А.В., Бураева Г.М. и др. Проблемы технического сервиса агропромышленного комплекса региона // Вестник ВСГУТУ. - 2022. - № 3. - С. 56-62.
23. Петунов С.В., Раднаев Д.Н., Дамбаева Б.Е. Технология приготовления компоста методом фракционирования // Вестник ВСГУТУ. - 2021. - № 2. - С. 40-46.
Bibliography
1. ChubarevaM.V. Justification of Ventilation modes in the process of drying grain heap in conditions of Eastern Siberia // Agrarian science - to agriculture. International scientific and practical conference: collection of articles, 2006. - P. 306-309.
2. Altukhov I.V. Thermophysical characteristics as a basis for calculating the heating time constant of sugar-containing root crops in heat treatment processes // Bulletin of KSAU. - 2010. - N 4 (43). - P. 134-139.
3. Asalkhanov P.G. On some algorithms for predicting dates of technological operations of grain cropping operations // Vestnik IrGSHA. - 2011. - N 47. - P. 116-121.
4. Ardanov Ch.S.E. Modernization of dry method of cleaning root crops // Tractors and Agricultural Machinery. - 2014. - N 6. - P. 13-14.
5. Ilyin P.I. Drying of grain crop seeds in small-scale production // Current issues of agrarian science. - 2017. - N 24. - P. 48-54.
6. Altukhova T.A. Review and analysis of grain cooler research as a basis for creating more advanced machines // Agrarian science. - 2018. - N 3. - P. 68-69.
7. Belomestnykh V.A. Operational reliability of grain harvesting combines RSM - 142 «AKROS» // Actual issues of engineering, technical and technological support of the agro-industrial complex. Proceedings of the VIII National scientific and practical conference with international participation "Readings of I.P. Ter-skikh", commemorating the 85th anniversary of the Irkutsk State Agrarian University. - 2019.- P. 20-27.
8. Polyakov G.N. Composition and change in the structure of agricultural tillage machinery in the Irkutsk region // Proceedings of the International Academy of Agrarian Education. - 2019. - N 47. - P. 28-32.
9. Shukhanov S.N. Modernization of the apparatus for washing root crops // Izvestia Orenburg State Agrarian University. - 2023. - N 5 (103). - P. 130-134.
10. Smelik V.A. Post-harvest processing of grain and seeds in regions with high moisture. - SPb, 2023.
11. Shukhanov S.N. Improving technical means of peat dosing when growing potted crops // Agro-industrial technologies of Central Russia. - 2017. - N 3 (5). - P. 75-79.
12. Varlamov G.P. On the rational type of feeding mechanism of a manure spreader // Tractors and Agricultural Machinery. - 1968 - N 6 - P. 29 - 31.
13. Smetnev S.D. Spreading fertilizer feeder // Proceedings of All-Russian Research Institute of Mechanization. - M., 1966 - Vol. 42. - P. 43.
14. Varlamov G.P Research and improvement of working bodies and devices for organic fertilizer application: report of All-Union Research Institute of Agricultural Machine Building on topic 1002. Topic code 42-66. - M.,1968. - 94 p.
15. Varsanofyev V.D. Modern designs of feeders for bunkers of transport systems // Review of Research Institute for Information on Heavy Power and Transportation Engineering. -M., 1976. - P. 54.
16. Varlamov G.P. Rational feeding mechanism of manure spreaders // Tractors and Agricultural Machinery. - 1968. - N 6. - P. 29-31.
17. Bazunov G.V. Research of double-chain feeding conveyors of manure spreaders // Tractors and Agricultural Machinery. - 1969. - N 7. - P. 28-30.
18. Bazunov G.V., Nikulin S.N. Study results of some parameters of manure spreader feed conveyor // Mechanization of agricultural production. - M.: «Moskovsky rabochiy» Publ. House., 1969. - Vol. 1. - P. 16 - 17.
19. Marchenko N.M. Ways to improve organic fertilizer spreaders // Mechanization and Electrification of Agriculture. - 1977. - N 1. - P. 13.
20. Shebalkin A.E. Dosing unevenness of solid organic fertilizers with two-conveyor device // Scientific and Technical Library of All-Russian Research Institute of Mechanization - M., 1982. - Issue 49.- P. 36-40.
21. Shukhanov S.N. Justification of working hypothesis for the design of a dosing hopper for filling pots with peat // Innovative technologies in the agro-industrial complex: theory and practice. Collection of articles of the XI International Scientific and Practical Conference. Ed. by A.A. Galiullina, V.A. Koshelyaeva, O A. Timoshkina. - Penza, 2023. - P. 312-318.
22. Buraev M.K., Shisteev A.V., Buraeva G.M. et al. Problems of technical service in agro-industrial complex of Baikal region // ESSUTM Bulletin. - 2022. - N 3. - P. 56-62.
23. Petunov S.V., Radnaev D.N., Dambaeva B.E. Technology of compost preparation by fractionation method // ESSUTM Bulletin. - 2021. - N 2. - P. 40-46.
