Ресурсосберегающая технология возделывания тритикале в СПК «Загорное» Клецкого района с модернизацией культиватора КЧН-5.4

Дипломный проект


Введение.
1 Производственно-экономическая характеристика хозяйства.
1.1 Общие сведения о хозяйстве.
1.2 Природно-климатическиеи условия.
1.3 Характеристика растениеводства.
1.4 Характеристика животноводства.
2 Анализ показателей состава и использования МТП хозяйства. Ремонтно-обслуживающая база. Инженерно-техническая служба.
2.1 Показателди технической оснащённости хозяйства и уровня механизации работ.
2.2 Состав и показатели использования тракторного парка.
2.3 Обеспеченность хозяйства сельскохозяйственными машинами и анализ использования комбайнов.
2.4 Показатели состава и использования автомобилей в хозяйстве.
2.5 Ремонтно-обслуживающая база.
2.6 Инженерно-техническая служба.
2.7 Кадры механизаторов.
3 Ресурсосберегающая технология возделывания тритикале.
3.1 Существующая техноло
-гия и комплекс машин по возделыванию и уборке тритикале.
3.2 Анализ прогрессивных технологических схем возделывания и уборки тритикале в стране и за рубежом.
3.3 Обоснование комплекса агротехнических, технологических и организационных меро
-приятий по ресурсосберегающей технологии возделывания тритикале в хозяйстве.
3.4 Прогнозирование урожая.
3.5 Разработка ресурсосберегающей технологии возделывания тритикале в хозяйстве.
3.6 Разработка операционной технологической карты работы ма
-шины для внутрипочвенного внесения удобрений
3.7 Построение графиков загрузки техники и эксплуатационных затрат при возделывании тритикале.
4 Теоретическое исследование и обоснование основных параметров удобренческого модуля модернизированного культиватора КЧН-5,4. 4.1.Способы внутрипочвенного локального внесения минеральных удобрений.
4.2 Требования к техническому процессу и машинам для внутрипочвенного внесения основных доз твердых минеральных удобрений.
4.3 Технологическое обоснование вместимости бункеров для удобрений.
4.4 Обоснование рациональной формы бункера.
4.5 Исследование процесса истечения материала из бункера.
4.6 Исследование и определение основных параметров побудителя истечения материала.
4.7 Методика расчета основных параметров многопоточного дозатора.
5 Технико-экономические показатели дипломного проекта.
5.1 Расчет экономических показателей технологической карты.
5.2 Экономическая эффективность возделывания тритикале.
6 Безопасность жизнедеятельности.
6.1 Безопасность жизнедеятельности на производстве.
6.2. Обеспечение безоасности жизнедеятельности в чрезвычайных и экологически неблагоприятных ситуациях .
Заключение
Список использованных источников


4 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УДОБРЕНЧЕСКОГО МОДУЛЯ МОДЕРНИЗИРОВАННОГО КУЛЬТИВАТОРА КЧН-5,4.

4.1 Способы внутрипочвенного локального внесения минеральных удобрений
Форма очагов удобрений при их внутрипочвенном внесении может быть различной. Это и ленты различной ширины, расположенные в горизонтальной плоскости и под углом к поверхности почвы, и рядки, и гнезда (лунки), а также сплошной горизонтальный экран или равномерное перемешивание со слоем почвы на глубину обработки /16/. При этом глубина расположения удобрений может варьировать в зависимости от почвенно-климатических условий, вида удобряемой культуры и т.д.
Основные дозы удобрений внутрипочвенно вносят в основном в виде лент (полос). Ширина лент может быть до 10 см. Как разновидность ленточного внесения туков можно рассматривать экранное, когда дозу удобрений вносят на определенную глубину в виде сплошного экрана. Такой способ внесения проводят одновременно с плоскорезной обработкой почвы.
При внесении основной дозы удобрений до посева, ленты располага-ются поперек или под углом относительно будущих рядков семян. При внесении основного удобрения одновременно с посевом (посадкой) туки вносят в каждое или через одно междурядье, а также сбоку и ниже высеиваемых семян /21/.
Гнездовой способ предусматривает внесение основной дозы удобрений концентрированными очагами (гнездами или лунками) различной формы и размеров непосредственно с семенами (посадочным материалом) или с почвенной прослойкой между ними. Этот способ применяется в основном при квадратно-гнездовом или пунктирном посеве сельхозкультур и выполняется одновременно с ним.
Рядковый способ обеспечивает внесение небольших стартовых доз удобрений (по 10-20 кг/га действующего вещества), преимущественно фос-форных, при посеве или посадке сельхозкультур вместе с семенами или на определенном расстоянии от них. Эта операция необходима для оптимизации условий питания растений в начальный период развития. Прибавка урожая зерновых культур, например, при внесении стартовых доз фосфорных удобрений составляет обычно 0,15 – 0,3 т/га /16/.
Применение более высоких доз фосфорных и сложных удобрений при рядковом способе может привести в повреждению семян и снижению их всхожести.
Ширина лент определяется дозой удобрений. При внесении умеренных доз (60-90 кг/га действующего вещества) оптимальной является ширина 2-4 см; при увеличении дозы до 120 кг/га фосфора и калия ширина ленты должна быть увеличена до 6-9 см .
Существенное влияние на урожай сельхозкультур оказывает глубина размещения очагов удобрений. Она зависит от механического состава и влагообеспеченности почвы, а также вида удобряемой культуры. Рекомендуется вносить удобрения под зерновые на суглинках на глубину 7-10 см; на супесях и песках - 10-12 см. Оптимальная глубина заделки туков под корнеплоды, кукурузу и лен в Нечерноземной зоне составляет 12-15 см /17/.
Таким образом, анализ результатов биологических исследований показал, что при допосевном внутрипочвенном внесении основные дозы удобрений следует располагать в виде лент шириной 2-9 см. Это есть одно из главных требований к машинам, осуществляющим процесс внутрипочвенного внесения удобрений.


4.2 Требования к технологическому процессу и машинам для внутрипочвенного внесения основных доз твёрдых минеральных
удобрений

Как уже было отмечено, внутрипочвенно можно вносить основные дозы минеральных удобрений до посева (посадки) и одновременно с ним.
Допосевное локальное внесение туков может осуществляться как само-стоятельная операция узкоспециализированными машинами-удобрителями. В отличие от обычных туковых сеялок они должны быть оснащены рабочими органами для заделки удобрений в почву (сошниками).
Для более рационального использования этих машин целесообразно совмещать локальное внесение удобрений с выполнением других операций, в частности с обработкой почвы. В этом случае машина будет комбинированной. Использование такой машины должно снизить затраты труда и энергии по сравнению с раздельным выполнением операций внесения удобрений и обработки почвы.
Локальное внесение комплексного минерального удобрения (NPK), как правило эффективнее, чем одного из его компонентов. Но на практике чаще всего возникает необходимость в локальном внесении простого удобрения. Из этого следует, что машина должна удовлетворительно вносить как простые, так и сложные удобрения, состоящие из нескольких компонентов. Машина должна быть работоспособной на удобрениях в гранулированном и крупнокристаллическом виде. Физико-механические свойства удобрений должны соответствовать нормативной документации. Допускается отклонение их влажности от стандартной не более чем на 25%.
Дозы удобрений, как уже отмечалось, зависят от потребности культуры в питательных веществах и уровня плодородия почв. Поэтому они могут быть очень различными. Вследствие этого машина должна иметь достаточно широкий предел регулировки доз внесения удобрений - от 0,1 до 1,0 т/га в физическом весе. Регулировка норм высева туков должна быть бесступенчатой.
Применение удобрений в заданных дозах является важнейшим условием эффективности локального внесения. Поэтому отклонение фактической дозы от заданной не должно превышать 5%.
При локальном внесении зависимость урожая от качества распределения удобрений проявляется в большей степени, чем при разбросном. Поэтому применение локального способа внесения туков требует более точного дозирования и более равномерного их распределения по площади поля. В особенности это касается высококонцентрированных полных удобрений, которые должны вноситься локально.
Допустимая неравномерность распределения туков между лентами не должна превышать 15%.
Нестабильность дозы по ходу движения агрегата не должна превышать 5%.
Эффективность основных доз минеральных удобрений при их допосевном локальном внесении лентами существенно зависит от глубины заделки их в почву, величины интервалов между лентами и ширины ленты.
Глубина заделки туков определяется почвенно-климатическими усло-виями и видом удобряемой культуры. Поэтому в конструкции машины необходимо предусмотреть возможность регулирования глубины внесения туков от 5 до 20 см.
Для обеспечения стабильности заданной глубины внесения удобрений необходимо предусмотреть групповое, независимое от механизма навески регулирование заглубления заделывающих рабочих органов.
Туковые бункеры и все элементы конструкции, соприкасающиеся с удобрениями, должны иметь устойчивое антикоррозийное покрытие или выполняться из устойчивых к коррозии материалов.
Машина должна быть оснащена устройством для контроля с места тракториста за уровнем удобрений в бункерах.
Рабочие органы, применяемые для локального внесения удобрений, не должны сгруживать перед собой почву и растительные остатки, ухудшать физическое состояние почвы и качество ее обработки.
Недопустимо также наличие незаделанных удобрений на поверхности почвы.
Основные агротехнические требования, предъявляемые к рабочим органам для обработки почвы, полностью распространяются и на комбинированные сошники, выполняющие эту операцию одновременно с допосевным внутрипочвенным внесением удобрений.
При внесении удобрений недопустимы огрехи из-за неправильного стыкования соседних проходов агрегата, несвоевременного включения и выключения туковых аппаратов, прекращения подачи удобрений в сошники, забивание сошников и тукопроводов.
Централизованно с места тракториста должны производиться опускание, подъем и перевод в транспортное положение рабочих органов машины.
Диапазон скоростей, на которых будет работать машина для внутрипочвенного локального внесения удобрений, должен быть близким или таким же, как и диапазон скоростей работы соответствующей почвообрабатывающей машины.
Для получения максимального эффекта от локального внесения удобрений необходимо, чтобы комбинированная машина отвечала самым высоким технико-эксплуатационным требованиям.

4.2.1 Агротехническое обоснование интервалов между лентами удобрений

Важное значение имеет величина интервалов между лентами, которая определяется способом посева культур, площадями питания и биологическими особенностями корневых систем сельхозкультур.
Корневая система различных культур развивается неодинаково. Через три недели после появления всходов, большинство сельскохозяйственных растений развивают свои корни на расстоянии 30-50 см, к моменту цветения их полное проникновение может достигать 80-130 см. Однако основная масса корней культурных растений располагается в небольшом слое почвы. Так, у картофеля 60-65% корней (сорта Эпрон и Лорх) сосредоточено в двадцатисантиметровом слое почвы . Активная зона корней некоторых корнеплодов (свекла, морковь) через шесть недель после посева располагается на глубине 60 см и 8-12 см в горизонтальном направлении. У овощных культур корневая система развивается слабее /22/. В зависимости от развитости корневой системы сельхозкультуры по-разному будут использовать питательные вещества удобрений. Так, растения гороха в узкорядном посеве на торфяной почве, используют фосфор, удаленный на расстояние 40 см. Кормовые бобы в фазе молочной спелости, но продолжающие цвести, могли получать фосфор из очагов, удаленных на 42 см; для растений кукурузы это расстояние в отдельных случаях достигало 245 см. Отмечалось использование фосфора свеклой с расстояния около 100 см от очага при квадратно-гнездовом посеве 60 на 60 см, в то же время, молодые растения в фазе 1-2 пар настоящих листьев на оподзоленой супеси усваивали фосфор с расстояния не более 20 см /23/.
Описанные результаты исследований говорят лишь о предельных расстояниях, с которых растения могут получать питательные вещества. Расположенные на таких расстояниях минеральные удобрения не обязательно окажут существенное влияние на урожай. Кроме того, достигая в определенной фазе наибольшего развития, корневая система в дальнейшем даже несколько уменьшается. Так, яровая пшеница в узкорядном посеве (7,5 см) на легкосуглинистой почве способна в период начала колошения поглощать в продольном и поперечном направлении относительно рядков фосфор из очага, размещенного на расстоянии до 50 см от растения, а в завершении фазы цветения - только 25-30 см. По данным японских ученых корневая система пшеницы активно действует в радиусе 33 см от растения /23/.


На возможность использования удаленных от растений питательных веществ значительное влияние оказывает наличие других растений. Достаточно удобрению находиться за одним-двумя рядками растений, чтобы оно стало недоступным .
Таким образом, мы видим, что различные сельхозкультуры имеют различную развитость корневой системы и способность получать минеральное питание из очагов удобрений. Поэтому для каждого вида культур оптимальное расстояние до очага удобрения также будет различаться.
Для озимых зерновых благодаря хорошему развитию их корневой системы увеличение интервала между лентами удобрений до 30 см практически не снижает урожай /24/.
Для яровых зерновых рекомендуется ленты удобрений располагать с интервалом 15-20 см /24, 25/. Другие авторы допускают для зерновых культур увеличение расстояния между лентами туков до 22...32 см, указывая, что только при чрезмерно большом интервале растения в их средней части будут развиваться с большим запозданием . Так, увеличение интервалов между лентами туков до 45 и 60 см вызывало резкое снижение урожая зерновых и запаздывание в созревании растений.
Для льна оптимальное расстояние между лентами удобрений составляет 16...32 см /24/. Под пропашные культуры рекомендуют располагать ленты на расстоянии 20.. .30 см друг от друга. В СШA и скандинавских странах при допосевном внесении удобрений для пропашных культур принято расстояние между лентами туков 20...25 см . Для сахарной свеклы наилучшее размещение удобрений при интервалах между лентами 22-25 см и выше ; для кормовой свеклы - до 32 см /24/.
Чрезмерное расширение интервалов сопровождается соответствующим повышением концентрации минеральных солей в ленте. Это может повредить часть посевного материала, а также вызвать большую пестроту посевов и, как следствие, ухудшение качества урожая. Чаще всего в опытах при увеличении интервалов более 30 см эффективность туков снижалась из-за того, что концентрация минеральных солей превышала оптимальный для растений уровень /18, 19/.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что удобрения должны вноситься на таком расстоянии от растения и с таким расчётом, чтобы последнее было способно усваивать питательные вещества на всём протяжении периода вегетации. Это условие обеспечит использование растениями максимального количества внесённых питательных веществ, следовательно, правильное их развитие и высокий урожай.
Анализ приведенных результатов исследований показывает, что минимальное расстояние, с которого большинство сельскохозяйственных растений способно усваивать питательные вещества в различные фазы вегетации, находится в пределах 20...30 см. Следовательно, эти значения определяют крайние границы расположения удобрений от растений. Исходя из этого, расстояние между лентами удобрений должно составлять 20...30 см.


4.2.2 Краткая техническая характеристика культиватора
КЧН-5.4

Культиватор КЧН-5,4 предназначен для рыхления почв, углубления подпахотного слоя, безотвальной обработки зяби весной вместо перепашки, разделки пласта многолетних трав, обработки почвы по стерне зерновых культур.
Культиватор состоит из рамы, чизельных рабочих органов, опорных колес, полуавтоматической сцепки, механизма регулировки глубины хода рабочих органов.
Техническая характеристика

Тип машины  навесная
Агрегатируется с трактором класса тяги  3
Производительность за час:
основного времени, га
эксплуатационного, га 
3,8...4,9
3,0...3,9
Расход топлива, кг/га  7,8...10,1
Рабочая скорость, км/ч  7...9
Ширина захвата, м  5,4
Глубина обработки, см  до 22
Масса, кг  1740
Габаритные размеры, мм  5940х5400х1600



4.3 Технологическое обоснование вместимости бункеров для удобрений


Условия Республики Беларусь характеризуются относительно малыми площадями полей, неправильной их конфигурацией, пересечённой местностью, засоренностью камнями. Поэтому возможности повышения производительности сельскохозяйственных агрегатов за счёт увеличения ширины захвата и рабочей скорости ограничены. Эта проблема должна решаться путём создания комбинированных машин и агрегатов, позволяющих за один проход выполнять несколько смежных технологических операций /26, 27/.
Рациональное построение комбинированных машин и агрегатов должно базироваться на обоснованном выборе основных параметров этих машин. Одним из основных параметров комбинированных машин и агрегатов, которые одновременно с обработкой почвы транспортируют определённый объём удобрений, следует считать грузоподъёмность транспортной части агрегатов /27/.
Изменение численных значений этого параметра оказывает наибольшее влияние на изменение часовой производительности машинно-тракторного агрегата и рациональное построение технологических процессов.
Повышение производительности комбинированных машин, которые одновременно обрабатывают почву и вносят удобрения, зависит от организации загрузки бункера удобрениями. При малом объёме бункера возникает необходимость частой остановки агрегата на заправку новой порцией удобрений, что может вызвать снижение производительности.
При чрезмерно большом объёме бункера агрегат реже останавливается на заправку новой порцией удобрений, однако при этом увеличивается тяговое сопротивление и мощность, расходуемая на перемещение агрегата по полю, что при прочих равных условиях также ведёт к снижению производительности /27/.
Между численными значениями основных параметров комбинированного агрегата существует такое сочетание, при котором производительность становится максимальной.
Найдём зависимость производительности комбинированного агрегата от факторов, определяющих её за период опорожнения бункера.
Часовая производительность полевых сельхозмашин выражается следующей зависимостью /28, стр.98/:
, (4.1)
где kо – удельное сопротивление комбинированной машины;
– эффективная мощность двигателя трактора;
- тяговый к.п.д. трактора;
- коэффициент использования тяговой мощности трактора;
- коэффициент использования времени смены.
Временем цикла будем считать период времени, заключённый между двумя технологическими остановками агрегата.( )
Для упрощения расчётов обозначим
0,36Nен = с.
Тогда выражение 2.1 примет вид
W = ; (4.2)
Удельное сопротивление сельхозмашин определяется по формуле /26, стр.25/:
;
где Rм – тяговое сопротивление машины, Н;
Вр – рабочая ширина захвата машины, м.
Так как одновременно с обработкой почвы агрегат транспортирует запас
удобрений, то общее сопротивление машины R0 будет состоять из суммы тягового сопротивления машины с включенными в работу рабочими органами и сопротивления транспортирования массы G удобрений по полю:
R0 = Rм + fмGg + , (4.3)
где fм- коэффициент сопротивления качению,
Vp – рабочая скорость агрегата, км/ч:
NВОМ – мощность, потребляемая машиной от ВОМ трактора, Вт;
g – ускорение свободного падения, м/с2.
Необходимо также заметить, что при работе машина непрерывно расходует удобрения, т.е. вес транспортируемых удобрений в течение цикла изменяется от своего максимального значения до нуля. Следовательно, и тяговое сопротивление машины за цикл будет изменяться. Поэтому в расчёте будем учитывать среднее значение грузоподъёмности транспортной части агрегата. Тогда формула (4.3) будет иметь вид:
. (4.4)
Среднее удельное сопротивление за цикл kср машины будет равно
. (4.5)
Коэффициент использования времени цикла без учёта простоя на технический уход, организационные неполадки и на устранение неисправностей агрегата можно представить в следующем виде:
= 1дв , (4.6)
где 1 – частный коэффициент использования времени цикла, учитывающий остановку на заправку бункера;
дв – коэффициент использования времени движения.
Известно, что дв при Vр=Vx (Vр – рабочая скорость агрегата; Vx – скорость движения агрегата на поворотах) равен коэффициенту рабочих ходов :
дв = ; (4.7)
Частный коэффициент использования времени цикла комбинированной машины также характеризует потери пути агрегата за счёт остановки его на заправку новой порции удобрений.
За время t1 заправки комбинированной машины агрегат мог бы пройти путь t1Vр. Тогда, для частного коэффициента 1 запишем:
, (4.8)
где – путь, пройденный агрегатом за время опорожнения бункера.
В общем случае за время опорожнения бункера агрегат может совершить несколько рабочих ходов и холостых поворотов в конце гона. Следовательно,
= Lo + Lx.x , (4.9)
где Lo – рабочий путь, на протяжении которого опорожняется бункер, м;
Lx.x – общий путь холостых ходов за время опорожнения бункера, м.
Рабочий путь машины за время опорожнения бункера можно определить по формуле:
Lo , (4.10)
где h – доза внесения удобрений на единицу площади, кг/га.
Общий путь холостых ходов за время опорожнения бункера комбинированной машины можно определить, если известно число рабочих ходов i, следующим образом:
Lx.x = lхх i;
где lхх – длина одного поворота или заезда.
Число рабочих ходов за время опорожнения бункера при известной рабочей длине гона Lр может быть определено по формуле:
i = .
С учётом этих выражений формула (4.9) может быть записана в следующем виде:
.
Если принять допущение, что машина за время опорожнения бункера совершит одинаковое количество рабочих и холостых ходов, то выражение . Тогда формула (4.8) запишется в виде:
. (4.11)
Необходимо отметить, что t1 в формуле (2.11) зависти от грузоподъёмности транспортной части агрегата и от производительности погрузочного средства. Однако, учитывая, что при использовании для заправки комбинированных агрегатов перегрузочных машин доля времени на собственно процесс загрузки незначительна по сравнению со временем, необходимым на остановку агрегата, подъезда к нему погрузочной машины и включение агрегата в работу, то влиянием грузоподъёмности транспортной части агрегата на t1 можно пренебречь. Подставив в формулу (4.2) значения и kср, будем иметь:

. (4.12)

Рациональное значение грузоподъемности комбинированной машины можно определить из условия максимальной производительности, решив уравнение ,
G2fм- 20,1GBpVpt1hfм – 0,1 t1hfмBp(VpRм – Nвом) = 0. (4.13)
Решив уравнение (4.13) находим формулу для определения грузоподъёмности транспортной части комбинированных тягово-приводных машин, которые одновременно с обработкой почвы транспортируют определённый запас удобрений, непрерывно расходуя его в зависимости от основных производственных факторов,
. (4.14)
Для расчёта рациональной вместимости бункера машины определяем численные значения показателей, входящих в формулу (4.14).
Ширину захвата машины определяем из условия её агрегатирования трактором кл.3. В настоящее время культиватор КЧН-5,4 при обработке средних и тяжёлых суглинков на глубину до 20 см создаёт сопротивление, практически предельно загружающее трактор кл.3.
Учитывая, что при работе машины будет перевозиться не менее двух тонн удобрений, что существенно повысит сопротивление и сделает невозможным её агрегатирование с тем же трактором, для комбинированного агрегата используем только среднюю секцию культиватора КЧН-5,4, ширина захвата которого равна 3,6 м. Следовательно, и ширина захвата машины будет равна 3,6 м.
Рабочую скорость движения агрегата принимаем равной рабочим скоростям культиватора КЧН-5,4. По данным белорусской МИС она находится в пределах 5-9 км/ч. Для расчёта зададимся средним значением V=7 км/ч.
Тяговое сопротивление комбинированной машины Rм находим по экспериментальным данным для аналогичных машин и приведённым в справочной литературе /28/.
В нашем случае тяговое сопротивление комбинированной машины (без учёта массы удобрений) Rм будет составлять: при скорости Vp = 7 км/ч и глубине обработки почвы h = 20 см – 26,5 кН.
Коэффициент сопротивления комбинированной машины зависит от состояния поверхности поля, на котором работает машина, скорости движения машины и агротехнического фона. Основные значения для типичных условий работы сельскохозяйственных агрегатов приведены в справочной литературе /18 (табл.2.10)/. Для наших расчётов мы предварительно примем
= 0,19 (слежавшаяся пашня весной).
Норму внесения удобрений h определяем из условия, что основные дозы удобрений вносят в количестве 150 кг/га действующего вещества. Более высокие дозы применять не целесообразно. При содержании в 1 кг, например,
хлористого калия 52% действующего вещества /20/, доза удобрений в физическом весе составит h 290 кг. Поэтому для нашего случая мы примем h= 290 кг/га.
Время технологического обслуживания t1 зависит от выбранной схемы технологического процесса (прямоточная, перегрузочная или перевалочная). Необходимо принять во внимание, что схема, по которой будет организована работа агрегата, окажет решающее влияние на производительность. Поэтому для наших расчётов мы предварительно примем, что технологический процесс работы машины организован по прямоточной схеме. Время технологического обслуживания агрегата определим по известной методике /28/. В нашем случае t1 = 0,3 ч.
Мощность, расходуемую на привод рабочих органов машины, предварительно принимаем из справочных данных /18 (табл.2.12)/, как для разбрасывателей минеральных удобрений (Nвом = 8 кВт).
Коэффициент рабочих ходов определяется по следующему выражению /18, стр.100/:
, (4.15)
где Sp и Sx.x – соответственно рабочий и холостой пути на участке, м.
Коэффициент рабочих ходов 1 зависит от размеров обрабатываемого участка, принятого способа движения агрегата и кинематических параметров агрегата.
При работе культиваторных агрегатов обычно применяется челночный способ движения с петлевыми (грушевидными) поворотами.
Среднее поле в Республике Беларусь имеет площадь 11,2 га. Средняя длина гона 400...600 м /Государственный земельный кадастр 1997г./.
При условии, что на поле длина гона 400 м, ширина участка поля будет составлять С = 280 м.
Для принятых условий определим длины холостого и рабочего ходов на участке /28, стр.85/
Sp = Lp np и Sx = Lxх nx , (4.16)
где Lp и Lxх - соответственно средняя рабочая длина гона и средняя длина хоостого поворота, м;
np и nx – соответственно число рабочих проходов и холостых поворотов агрегата на участке.
Приблизительно для выбранного способа движения длина холостого поворота определяется по формуле /18, стр.92...93/:
lхх = (6,68,0)Ro + 2е , (4.17)
где Ro – минимальный радиус поворота агрегата. Для культиваторных одномашинных агрегатов Ro = 1,5 3,6 = 5,4 м. / 18 (табл.3.7) /
е – длина выезда агрегата, м.
Длина выезда агрегата е зависит от кинематической длины агрегата lк и для прицепных агрегатов:


е =(0,25...0,75)lк =0,5lк . (4.18)
Кинематическая длина агрегата определяется из суммы кинематических длин трактора lт и машины lм.
Для трактора Белорус 1522 lт = 1,58 м. Для культиватора прицепного lм = 5,9 м.
С учётом этого длина выезда агрегата будет равна:
е = 0,5(1,58 + 5,9) = 3,74 м.
Учитывая полученные значения длины выезда агрегата и минимального радиуса поворота Ro, определим длину холостого поворота:
lхх = 6,6 Ro + 2е = 6,6 5,4 + 2 3,74 = 43,12 м.
Для того, чтобы определить рабочую длину хода, определяем вначале оптимальную ширину поворотной полосы /18 (табл.3.8)/:
Еопт = 2,8Ro + е + 0,5dк , (4.19)
где dк – кинематическая ширина агрегата (расстояние между крайними точками по ширине рабочих органов при прямолинейном движении). В нашем случае dк = 1,8 м.
Определяем численное значение Еопт:
Еопт = 2,8 5,4 + 3,74 + 0,5 3,6 = 20,66 м.
Фактическую ширину поворотной полосы необходимо выбирать кратной ширине захвата машины. Поэтому число проходов машины по поворотной полосе должно быть целым числом. В нашем случае

С учётом этого Еопт = n Bр = 6 3,6 = 21,6 м.
Рабочую длину гона определяем из выражения:
Lp = L - 2Еопт, (4.20)
где L – длина гона на участке (L = 400 м).
С учётом этого:
Lp = 400 – 2 21,6 = 356,8 м.
Число холостых поворотов и рабочих проходов для выбранного способа движения определяем из выражения /28 (табл. 1.42)/:
; , (4.21)
где С – ширина участка (загона).
; nx = 77.
Тогда с учётом значений lxх, Lp, nx и np, определённых по выражениям (4.17), (4.20) и (4.21), определим коэффициент рабочих ходов:
.
Определив численные значения входящих в формулу (4.14) показателей, определяем рациональную вместимость бункера комбинированной машины:
G = 0,1 0,3 7,0 3,6 290 0,89 +
+
2500 кг.
Таким образом, рациональная вместимость бункера комбинированной машины, при которой будет обеспечиваться максимальная производительность агрегата, должна составлять 2500 кг.
Как видно из формулы (4.14) рациональная грузоподъемность по производительности зависит от ширины захвата Вр машины, скорости Vр агрегата, дозы внесения удобрений h и тягового сопротивления Rм машины. С увеличением этих составляющих грузоподъемность машины возрастает. Большое влияние на величину грузоподъемности оказывает время технологического обслуживания агрегата, с увеличением которого рациональная грузоподъемность также должна быть увеличена.



4.4 Обоснование рациональной формы бункера

Зная необходимую вместимость бункера, важно выбрать такую его форму, которая обеспечивала бы удобство механизированной загрузки удобрениями, устойчивое и полное опорожнение. При этом важно также, чтобы расход материала (металла) на изготовление бункера и затраты энергии на перемещение удобрений к рабочим органам дозирующе-распределяющего устройства (в дальнейшем – многопоточного дозатора) были минимальными.
На выбор формы бункера влияют конструктивные параметры культиватора, модернизация которого осуществляется, параметры размещения и количество зон загрузки многопоточного дозатора, а также физико-механические и технологические свойства удобрений.
На принятой в качестве базы средней секции культиватора КЧН-5,4 рабочие органы (стойки) размещены в три ряда. Следовательно, многопоточный дозатор должен иметь такое пространственное расположение, которое обеспечивало бы подачу удобрений ко всем трем рядам рабочих органов. Для этой цели на культиваторе предпологается установить два многопоточных дозатора поперек культиватора, причем в работе будут задействованы обе ветви – подающая и возвратная.
Для более эффективной загрузки многопоточного дозатора загрузочные зоны необходимо расположить на каждой ветви. Следовательно, бункер будет иметь четыре выпускных отверстия (рис.4.1).
В сельскохозяйственном производстве наиболее распространены прямоугольные пирамидальные или обелисковые бункера. По форме днища бункеров подразделяются на двух-, трех-, четырехскатные и многоскатные /29...34/.
Днища бункеров такой формы позволяют обеспечить непрерывное и полное вытекание хорошо сыпучего материала из бункера. Поскольку у нас имеются четыре загрузочные зоны, то бункер будет четырехсекционный. Каждая секция будет иметь трехскатное днище с выгрузным отверстием внизу.
Определим производительность выпуска материала бункерной установкой. Она выражается следующей формулой:
Wб = k , (4.22)
где: hmax – максимальная норма внесения удобрений, кг/га,
– теоретическая производительность машины за час основного времени, га/ч,
k – коэффициент избытка удобрений.


Рис.4.1. Технологическая схема комбинированной машины:
1 – бункеры; 2 – распределительно-дозирующее устройство;
3 – почвообрабатывающий модуль.

Избыток удобрений, подаваемый в многопоточный дозатор, необходим для того, чтобы обеспечить равномерность выпуска через все выпускные отверстия. Избыток удобрений возвращается затем в загрузочную зону многопоточного дозатора. Устанавливается коэффициент избытка удобрений опытным путем и в первом приближении может быть принят в пределах 1,2...1,3 /30/.

Часовая теоретическая производительность машины определяется по формуле:
=0,36 Bр (га/ч) , (4.23)
где - теоретическая скорость движения агрегата во время работы, км/ч. Определяется из диапазона рабочих скоростей почвообрабатывающей машины (см. 4.3). В нашем случае = 5...9 км/ч. Расчет будем вести для максимальной скорости 9 км/ч.
В результате часовая теоретическая производительность агрегата:
.
Интенсивность выпуска удобрений из бункера машины через четыре выгрузных отверстия должна составлять:
Wб = 1, 2 • 1000 • 3,24 = 3888 кг/ч.
А через одно выгрузное отверстие
Wотв = = = 972 кг/ч.
Таким образом, мы определили интенсивность выпуска удобрений из одного выгрузного отверстия бункерной установки. В дальнейшем, это значение будет исходным для расчета геометрических размеров выгрузного отверстия.


4.5 Исследование процесса истечения материала из бункеров

4.5.1 Общие сведения

Истечение сыпучих материалов из бункеров оказывает решающее влияние на устойчивость процесса дозирования гравитационными дозаторами.
В результате исследований /29...34/ установлены три основные формы истечения сыпучего материала из бункеров: нормальное истечение, сплошное и гидравлическое (рис.4.2).












Рис.4.2. Истечение материала из бункеров:
а)- нормальное; б) – сплошное; в) – гидравлическое.
При нормальном истечении частицы находятся в движении лишь в зоне
столба материала, расположенного над выпускным отверстием в бункере (см. рис.4.2.а). Свободная поверхность сыпучего тела представляет собой воронку, вдоль стенок, которой частицы груза перемещаются в центральную зону. Насыпной груз, расположенный около стенок бункера, образует застойные зоны, в которых его частицы неподвижны до тех пор, пока воронка, образовавшаяся на поверхности груза, не достигнет нижней части бункера.
Угол наклона конуса воронки осыпи к горизонтали примерно равен углу естественного откоса груза; вокруг центрального канала груз находится в неподвижном состоянии.
Нормальное истечение происходит в большинстве бункеров, у которых угол наклона стенок к горизонтали вблизи выпускного отверстия составляет 45o...55o. /33/
При сплошном истечении все частицы материала в бункере находятся одновременно в движении. Свободная поверхность сыпучего тела в бункере не имеет четко выраженной воронки; все точки этой поверхности опускаются одновременно, причем скорость опускания отдельных частиц носит стохастический характер. При сплошной форме истечения в бункере отсутствуют застойные зоны, что дает возможность выравнивать поток насыпного материала, поступающего в бункер неравномерно.
Сплошное истечение сыпучего материала характерно для бункеров, стенки которых имеют большой угол наклона к горизонтали (70o-80o). В заполненных бункерах со сплошным истечением при открытии выпускного отверстия вначале истечение является нормальным, затем зона движущихся частиц расширяется (см. рис.4.2.б), образуя так называемый объем обрушения. Когда границы объема обрушения достигнут стенок бункера, возникает сплошное истечение.
Сельскохозяйственные бункера с нормальным истечением материала предпочтительнее других, так как имеют большую вместимость. Поэтому, для создания комбинированной машины, этот факт имеет важное значение, т.к. напрямую влияет на габаритные размеры бункера для удобрений.
Учитывая вышесказанное, для создания нашей машины примем, что бункер должен иметь угол наклона стенок 45o-55o и обеспечивать, таким образом, нормальное истечение материала.
Существенным моментом в работе бункеров является обеспечение поступления материала к распределяюще-дозирующему устройству равномерным потоком. Простое истечение материала из бункера оказывает, кроме того, решающее влияние на устойчивость процесса равномерного заполнения материалом многопоточного дозатора, а следовательно, и на точность дозирования.
Как физическое явление процесс истечения сыпучих материалов весьма сложен и взаимодействие возникающих при этом деформации и напряжений в частицах материала трудно поддается изучению.
Характер гравитационного истечения сыпучего материала из отверстия бункера зависит от многих факторов. Существенное влияние на характер
движения оказывают физико-механические свойства материалов, конфигурация и параметры бункера, его выпускного отверстия, а также технологические факторы, например, перерывы в выпуске, способ загрузки и т.д.
Исследования /33, 34/ показали, что для истечения сыпучего материала недостаточно, чтобы отверстие в дне бункера было больше любой из его частиц. Не обеспечивает непрерывного истечения и многократно увеличенный диаметр (например, для круглого отверстия) по сравнению с размером частиц сыпучего материала, так как над отверстием образуется свободная полость в виде свода.
Сводообразование – самопроизвольное возникновение в сыпучей массе над выпускным отверстием сводов естественного равновесия. Образование сводов обуславливается размерами выпускного отверстия и связностью поступающей массы, которая зависит от гранулометрического состава, содержания в ней пылевидных частиц, влажности и разрыхления. Своды образуются даже в идеально сыпучих телах при повышении их влажности.
Разработанные к настоящему времени теории сводообразования в большинстве своем ограничиваются определением параметров образовавшихся сводов и не дают ни качественной, ни количественной характеристики их возникновения. Объяснения явлений сводообразования в бункерах в большинстве случаев даются упрощенно, принимая заведомо искажающие фактическую картину допущения и ограничения.
Теории сводообразования в сыпучих телах, применимой для бункерных установок и позволяющей организовать непрерывное и полное истечение из них материалов, нет /31...34/. Поэтому бункера для удобрений необходимо оборудовать побуждающими и сводообрушающими устройствами.


4.5.2 Методика определения размеров выпускного отверстия бункеров

Расчет гравитационных дозаторов сводится к определению размера отверстия истечения, соответствующего заданной норме внесения удобрений.
Производительность (расход) Q (кг/с) гравитационных дозаторов в общем случае определяется по формуле /80, стр.148/:
Q = Vγ S, (4.24)
где V – средняя скорость истечения материала из отверстия дозатора м/с
γ- насыпная плотность материала, кг/м3
S – площадь отверстия истечения.
Приведенная зависимость расхода материала справедлива тогда, когда площадь отверстия S больше некоторого критического значения Sкр, определяемого критическим гидравлическим радиусом. Уменьшение сечения выходного отверстия ведет к тому, что при определенном значении истечение материала прекращается, хотя диаметр отверстия значительно больше размеров его частиц. При этом не происходит разрушения граничного слоя


сводчатой структуры и образовавшейся статический свод преграждает доступ частиц материала к выпускному отверстию.
Для надежной работы гравитационных дозаторов необходимо, чтобы размеры выпускного отверстия были выбраны с учетом физико-механических свойств дозируемого материала.
Для определения критического размера выпускного отверстия бункера для легкосыпучих грузов К.В.Алферовым предложена формула /33, стр.386/:
Аи = k'(а' + 80) tgφв, (4.25)
где Аи – размер стороны квадратного или диаметр круглого отверстия, мм
k' – опытный коэффициент (для сортированных грузов k' = 2,6, а для рядовых k' = 2,4)
а' – наибольший размер типичных кусков (частиц) материала
φв – угол внутреннего трения материала (если для данного груза φв > 50o, то в 4.25 расчет ведут для φв = 50o /33/).
Для расчета ширины прямоугольных выпускных отверстий формулу (4.25) преобразуют следующим образом /33, стр.386/:
Аи = , (4.26)
где na = - отношение сторон отверстия (большей к меньшей);
Аи и Ви – размеры отверстия истечения, мм.
По формуле (4.26) определим наименьший допустимый размер выпускного отверстия для двух видов удобрений, учитывая, что:
- коэффициент внутреннего трения для суперфосфата fвн = 0,67, для хлористого калия –0,68;
- наибольший размер типичных кусков а' для суперфосфата – 3 мм, хлористого калия – 5 мм;
- отношение сторон выпускного отверстия nа примем равным 2,5.
Тогда минимальный допустимый размер выпускного отверстия:
- для суперфосфата Аи = 93,4 мм;
- для хлористого калия Аи = 97,1 мм.
Полученные значения проверим по условию Аи ≥ (3...6) а' /79/:
- для суперфосфата Аи > (6 а' = 18 мм);
- для хлористого калия Аи > (6 а' = 30 мм).
Определим наименьшую длину выпускного отверстия по выражению Ви= 2,5 Аи:
- для суперфосфата Ви = 233,5 мм;
- для хлористого калия Ви = 242,75 мм.
Определим площадь выпускного отверстия:
- для суперфосфата S = 0,0218 м2;
- для хлористого калия S = 0,0236 м2.
Рассчитанные по формулам (4.25) и (4.26) выпускные отверстия в дальнейшем проверяются на расчетную пропускную способность бункера. При

этом следует иметь в виду, что в большинстве сельскохозяйственных бункеров, у которых площадь выпускного отверстия намного меньше площади поперечного сечения бункера, имеет место нормальный вид истечения материала.
При нормальном истечении скорость груза зависит от размеров выпускного отверстия /33/. Для расчета скорости истечения нужно сначала определить гидравлический радиус отверстия истечения и критическое значение этого радиуса.
Гидравлический радиус истечения может быть определен по выражению /33, стр.381/:
Rг = ,
где S – эффективная площадь отверстия истечения, определяемая с учетом размера а' типичных кусков (размеры отверстия уменьшаются на а'), мм2;
Lот – периметр эффективного отверстия истечения, мм.
Для прямоугольного выпускного отверстия гидравлический радиус определяется по формуле /33, стр.381/:
Rг = . (4.27)
По формуле (4.27) определим гидравлический радиус истечения материала:
- для суперфосфата Rг = 32,46 мм;
- для хлористого калия Rг = 33,19 мм.
При определении критического размера выпускного отверстия для связных хорошо сыпучих материалов в механике сыпучих тел получила наиболее широкое распространение формула Р.Л.Зенкова /80, стр.149/:
Rкр = , (4.28)
где Rкр – критический радиус сводообрушающего отверстия;
τн – начальное сопротивление сдвигу;
γ – насыпная плотность материала.
Минимально допустимый гидравлический радиус отверстий бункеров, содержащих связные материалы:
Rг = , (4.29)
где = 1,5...2 – коэффициент надежности истечения.
Критический гидравлический радиус отверстия истечения можно определить по выражению:
Rкр = τ0 /( ) + , (4.30)
где τ0 – начальное сопротивление сдвигу;
- коэффициент подвижности;
а' – размер типичной частицы материала.
Коэффициент подвижности идеально сыпучего тела характеризует сыпучесть груза. Он определяется по формуле /33, стр.18/:
= (1 – sinφВ)(1+ sinφВ) (4.31)
Насыпные грузы характеризуются размером а' типичного куска. Для рядовых несортированных грузов за типичный кусок принимают:
а'=(0,8...1)аmax, (4.32)
где аmax – максимальный размер кусков материала.
При нормальном истечении, когда выходное отверстие сравнительно мало с размерами бункера и давление над отверстием относится к виду местных напряжений в грузах, которые значительно меньше гидростатического, расчет этого давления (напряжения) определяются по формуле /29, стр.183/:
σв = χ q γ RГ, (4.33)
где χ – коэффициент, зависящий от коэффициента внутреннего трения fвн.
Коэффициент χ определяется теоретически по формуле:
χ = , (4.34)
где fвн - коэффициент внутреннего трения (f