В.Н. Кондратьев, доктор технических наук, профессор. РУП «Институт мелиорации».
С.И. Оскирко, кандидат технических наук, доцент.
Ю.А. Напорко, старший преподаватель. УО Белорусский государственный аграрный технический университет. Г. Минск, Беларусь.
В статье приведен метод теоретического исследования и практического осуществления настройки на рекомендуемые нормы высева и равномерность распределения семян рапса при гидропосеве штангой с дефлекторными насадками.
Ключевые слова: метод, гидропосев, штанга с дефлекторными насадками, дефлекторная насадка, семена рапса, рекомендуемая норма высева семян рапса, равномерное распределение семян.
Ранее нами было опубликовано, что в УО БГАТУ на кафедре «Производственное обучение» разработана новая конструкция высевающей штанги для гидропосева мелкозернистых семян [1]. Она включает оригинальную модульную часть гидросистемы высева семян рапса, состоящую из трубопровода, подводящего суспензию от центробежного насоса к бачку-смесителю, бачка-смесителя, трубопроводов от бачка-смесителя, подводящих суспензию к дефлекторным насадкам, дефлекторных насадок, смонтированных на штанге и распределяющих суспензию с семенами по поверхности участка поля [1]. Дефлекторные насадки установлены с возможностью перемещения влево или вправо для осуществления необходимых регулировок и настройки её относительно поверхности засеваемого поля. Надо отметить, что конструкция дефлекторной насадки с обоснованными геометрическими параметрами играет доминирующую роль при разработке метода теоретического исследования и практического осуществления настройки на рекомендуемые нормы высева и равномерность распределения семян гидропосевом. На рисунке 1 показана принципиальная конструкция дефлекторной насадки устанавливаемой на штанге для высева семян рапса при гидропосеве.
Дефлекторная насадка состоит из быстросъемного замка, одна часть 2 которого смонтирована на трубопроводе 1 с запорным краном 14, а вторая часть 3 снабжена резьбовой втулкой 4 (рисунок 1 а, б).
Часть 2 и 3 быстросъемного замка выбирают по ГОСТ 28352-89 – (головки соединительные для пожарного оборудования) в зависимости от параметров основных размеров дефлекторной насадки. Как уже отмечалось, что часть 3 быстросъемного замка снабжена резьбовой втулкой 4, которая контактирует с фиксирующей гайкой 5 и, которая в свою очередь закрепляет резьбовую втулку 4 в части 3 быстросъемного замка, путем поджатия фиксирующей гайкой 5. В резьбовую втулку 4 вмонтировано сменное сопло 6 (см. рисунок 1 б). Резьбовая втулка 4 снабжена дополнительной контргайкой 7, на которой закреплен конусный корпус 8 с помощью опор 9. К фиксирующей гайке 5 болтами 11 крепится защитный кожух 10 (см. рисунок 1 б, в).
Защитный кожух 10 состоит из цилиндрической обечайки 12 и конусной части 13, на которой выполнены отверстия соединенные с вырезами на цилиндрической обечайке 12. При этом диаметр отверстий больше диаметра головки болтов 11 удерживающих защитный кожух на фиксирующей гайке 5. Конструкция защитного кожуха (см. рисунок 1 в) дает возможность снимать его. При разборке дефлекторной насадки болты 11 отворачивают так, чтобы цилиндрическая обечайка могла свободно перемещаться вверх относительно фиксирующей гайки 5. Защитный кожух 10 снимают при ремонте, в случае замены одного из дефектных элементов конструкции дефлекторной насадки.
Посредством быстросъемного замка производят замену сменного сопла 6 (см. рисунок 1 б) в случае необходимости уменьшить или увеличить расход суспензии (ϘH). Для этого часть 3 (см. рисунок 1 б) в сборе всей конструкции дефлекторной насадки поворачивают против часовой стрелки, отделяя её от части 2 быстросъемного замка. При этом запорный кран 14 должен быть закрыт (см. рисунок 1 а). После отделения части 3 от части 2 производят замену сменного сопла 6 на другое сменное сопло из комплекта сменных сопел для дефлекторных насадок (см. рисунок 1 г, д, е, ж, и), которые имеют одинаковый наружный установочный диаметр «D» и «D1» и отличаются только диаметрами выходных каналов сменных сопел «dн» (см. рисунок 1 б). Замену сменного сопла 6 производят простым выталкиванием его из резьбовой втулки 4 (см. рисунок 1б), а затем вместо него устанавливают новое сменное сопло.
После установки нового сменного сопла в резьбовую втулку 4 часть 3 соединяют с частью 2 быстросъемного замка путем поворота части 3 по часовой стрелке. Такое соединение дефлекторной насадки на трубопроводе 1 позволяет с минимальной трудоемкостью осуществить замену сопла 6 на другое сопло с необходимым расходом суспензии (ϘH) и рекомендуемой нормой высева семян рапса.
а – схема установки дефлекторной насадки на трубопроводе;
б – конструктивная схема насадки (разрез А-А);
в – конструкция защитного кожуха;
г, д, е, ж, и – конструкция сменных сопел к дефлекторной насадке.
1 – трубопровод; 2 и 3 – части быстросъемного замка; 4 – втулка резьбовая; 5 – гайка фиксирующая; 6 – сопло сменное; 7 – контрогайка; 8 – корпус конусный, 9 – опора; 10 – кожух защитный; 11 – болт; 12 – цилиндрическая обечайка; 13 – конусная часть защитного кожуха; 14 – кран запорный.
Рисунок 1. – Принципиальная схема установки дефлекторных насадок на трубопроводах высевающей штанги и конструкция дефлекторной насадки.
Перед выездом в поле для гидропосева семян рапса производят необходимые настройки и регулировки гидросеялки и штанги с дефлекторными насадками. За время подготовки и организации технического процесса определяют длину засеваемого участка l3 одной заправкой агрегата по формуле:
(1)
где νc – емкость цистерны агрегата, л;
φk– коэффициент полноты заправки и опорожнения цистерны, φ k=0.95;
bм – ширина полосы, образуемая шириной захвата штанги, смонтированной на агрегате, м;
Нр.с.<.sub> – норма внесения суспензии на 1м2 (л/м2).
Время, за которое проходит агрегат длину l3 со скоростью (м/с) определим из выражения:
(2)
где ta – время прохождения агрегата l3, с;
υм – скорость движения агрегата, м/с.
Откуда следует, что:
(3)
За это время ta из дефлекторных насадок штанги должно истекать φk*νc суспензии:
(4)
где ϘH – расход одной дефлекторной насадки, л/с;
i – количество дефлекторных насадок на штанге (i=6)
Из выражения 4 найдем расход ϘH, который должна обеспечить каждая из дефлекторных насадок штанги:
(5)
Известно, что теоретический расход ϘH через дефлекторную насадку определяется по формуле (6):
(6)
где ω – площадь выходного отверстия дефлекторной насадки, мм2;
μ – коэффициент расхода, μ=0,980…0,985;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
Н – давление (напор) создаваемое насосом гидросеялки, МПа.
Лабораторными опытами определено, что давление (Н) развиваемое насосом гидросеялки должно быть в пределах 0,2 – 0,25 МПа. Поэтому в теоретических расчетах принимаем рабочее давление развиваемое насосом при гидропосеве рапса равным 0,25 МПа.
Известно, что площадь круглого сечения выходного отверстия сменного сопла:
(7)
где dH – диаметр выходного отверстия сменного сопла, м.
Подставив формулу 7 в 6, получим зависимость внутреннего диаметра сменных сопел dH от расхода суспензии ϘH:
(8)
где ϘH – теоретический расход суспензии сменным соплом, л/с;
Дефлекторные насадки снабжены комплектом сменных сопел (см. рисунок 1 г, д, е, ж, и) через которые суспензия под давлением, развиваемым насосом, наносится на горизонтальную поверхность засеваемого участка.
Равномерность распределения суспензии в основном зависит от фактического расхода, параметров сменных сопел и в целом от параметров дефлекторной насадки, а также от рабочей скорости агрегата по полю.
Поэтому важно перед выездом в поле определить фактический расход суспензии каждым сменным соплом (см. рисунок 1 г, д, е, ж, и). На рисунке 2 показана установка для определения фактического расхода суспензии сменными соплами (ϘФ). При подготовке установки необходимо с дефлекторной насадки снять защитный кожух 10, конусный корпус 8 вместе с опорой 9 и дополнительной контргайкой 7 (см. рисунок 1 б), установить емкости 15 для сбора суспензии. Емкость должна быть цилиндрической формы объемом равным:
(9)
где tэ – время на опыт, tэ=10с;
ϘH – теоретический расход суспензии сменным соплом, л/с.
Теоретический расход суспензии сменными соплами рассчитывают по формуле (6) и заносят в таблицу 1.
Таблица 1 – Теоретические расходы суспензии ϘH сменными соплами диаметром dH выходного отверстия при напоре 0,25 МПа.
dн | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
Ϙн | 0,5 | 1,2 | 2,1 | 3,4 | 4,9 |
Определив теоретический расход ϘH суспензии (см. таблицу 1), объем одной емкости рассчитывают по формуле (9), взяв за основу расход суспензии сменным соплом dH=30мм в течение 10 с.
Такое обоснование объема емкости для сбора суспензии сокращает ресурсозатраты на проведение замеров определяемых параметров дефлекторной насадки. Повторность замеров троекратная для каждого сменного сопла дефлекторной насадки.
Тогда средний фактический расход ϘH для каждого сменного сопла вычисляют по формуле (10):
(10)
где R – радиус емкости для сбора суспензии, м;
h1, h2, h3 – высота столбика суспензии в емкости, м.
nэ – повторность опыта, nэ=3;
tэ – продолжительность опыта, nэ=10C.
При подборе емкости 15 для сбора суспензии, необходимо чтобы выполнялось условие R
15 – емкость для сбора суспензии.
Рисунок 2. – Схема установки для тарировки сменных
сопел на фактический (Ϙф) расход суспензии.
Данные таблицы 1 обоснованы не только теоретически, но проверены практически по выше изложенному методу.
Из выражения 11 следует, что уточненная υм скорость движения агрегата будет иметь следующий вид:
(11)
где Ϙф – фактический расход суспензии сменным соплом, л/с;
Для определения высоты установки дефлекторных насадок относительно горизонтальной поверхности используем следующую зависимость:
(12)
где h – высота установки дефлекторных насадок относительно горизонтальной поверхности, м;
bм – ширина захвата штангой, м;
α – угол вершины конуса насадки, град.
Из выражения 12 следует, что bм будет иметь следующий вид:
(13)
Подставив формулу 13 в 11, получим зависимость υм скорость движения агрегата от параметров высевающей штанги:
(14)
Экспериментально было определено: оптимальный угол при вершине конуса насадки равный 45°, и количество насадок на штанге 6 шт., тогда формула 14 примет следующий вид:
(15)
Как видно из выражения 15, скорость агрегата υм, зависит не только от расхода насадок Ϙф и нормы внесения суспензии Н р.с на горизонтальную поверхность поля, но и от высоты расположения высевающей штанги h.
По формуле (16) определяют количество семян, которое необходимо засыпать в цистерну (для одной заправки):
(16)
где νc – вместимость цистерны, л;
y – коэффициент опорожняемости цистерны (y=0,95);
Hp – рекомендуемая норма высева семян рапса, кг/га;
Hp.c. – норма внесения суспензии на единицу поля, л/м2.
Определив все расчетные технологические параметры для гидропосева рапса, гидросеялку транспортируют на засеваемый участок поля, дозаправляют водой, засыпают семена рапса, открывают кран 14 (см. рисунок 1 а), включают необходимую скорость трактора и насос гидросеялки при этом суспензия из бачка-смесителя по трубопроводу 1 под давлением подается к дефлекторным насадкам со сменными соплами 6. Гидроселка в агрегате с трактором движется посредине засеваемой полосы. После высева суспензии из цистерны, технологический цикл повторяется [1].
Вытекающая из сопла 6 суспензия соударяется с жесткой поверхностью конусного корпуса 8, образует стекающую с нее пленку, распадающуюся в воздушной среде на капли.
При этом защитный кожух 10 способствует, чтобы вся суспензия была равномерно распределена по поверхности конусного корпуса 8 и вытекающая из сопла 6 струя надежно защищена от деформации потоком воздуха, создаваемого при движении гидросеялки по полю.
Суспензия образует утончающуюся пленку на границе поверхностного слоя, образованного по окружности большого основания конусного корпуса 8.
Формирование капель происходит у границы поверхностного слоя. Размер капель суспензии зависит от толщины пленки у границы поверхностного слоя, которая равна в пределах толщины кромки твердой стенки конусного корпуса 8 на границе поверхностного слоя. Следовательно, с обратной стороны конусного корпуса 8 имеется фаска шириной 10-15 мм и толщиной 0,1-0,5 мм [2. 3].
Кроме того, внедрение штанги с дефлекторными насадками, которые оснащены быстросъемными замками, позволяет сократить трудоемкость на замену сменных сопел в дефлекторных насадках, и обеспечить необходимую технологическую скорость (ϑм)движения агрегата при гидропосеве рапса.
1. Создание нового модуля гидросистемы высева к высевающей штанге, самой высевающей штанги и принципиально новой конструкции дефлекторной насадки дало возможность разработать метод теоритического исследования и практического осуществления настройки на рекомендуемые нормы высева, равномерность распределения семян рапса и при этом определять необходимую технологическую скорость движения (ϑм) гидросеялки, агрегатируемой трактором.
2. Универсальность метода дает возможность установки высевающей штанги на прицепных гидросеялках как зарубежных, так и отечественного производства.
3. Внедрение штанги с дефлекторными насадками, оснащенными быстросъемными замками, позволяет сократить трудоемкость на замену сменных сопел до 15-20%.
1. Кондратьев В.Н. К обоснованию основных параметров конструкции штанги для гидропосева мелкозернистых семян /В.Н. Кондратьев, С.И. Оскирко, Ю.А. Напорко // Мелиорация. – 2016. №2(76). – С. 30-40.
2. Насадка: пат.6396 Респ. Беларусь: МПК (2009) АО1М 7/00 / В.Н. Кондратьев, Ю.А. Напорко, С.И. Оскирко: дата опубл. 30.08.2010.
3. Штанга к гидросеялке: пат. №4497 Респ. Беларусь: МПК (2006) А 01С 7/00 / В.Н. Кондратьев, Ю.А. Напорко: дата опубл. 30.06.2006.