МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

БРЮХОВЕЦКИЙ ФИЛИАЛ

Трубилин Е.И., Абликов В.А., Соломатина Л.П., Лютый А.Н.

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ МАШИНЫ

(Конструкция, теория и расчет)

ЧАСТЬ I

2008 г.

УДК 631.

Е.И. ТРУБИЛИН, В.А. АБЛИКОВ, Л.П. СОЛОМАТИНА, А.Н. ЛЮТЫЙ. Сельскохозяйственные машины (конструкция, теория и расчет) ЧАСТЬ I: Учебное пособие / КГАУ, 2-е издание переработанное и дополненное. Краснодар, 2008. 200 с.

Представлен материал по классификации и анализу рабочих органов с.х. машин и орудий для обработки почвы, посеву семян и посадке растений, внесению удобрений и защите растений от с.х. вредителей и болезней. Изложены известные физикомеханические и другие свойства почвы, семян и различных частей растений, имеющие существенное значение при их машинной обработке. На этой базе даны основы теории и расчета рабочих органов с.х. машин и орудий, а также предложения по их рациональному применению, основам их расчета и проектирования.

При написании учебного пособия авторы использовали известные литературные источники, а также результаты собственных научных исследований.

Учебное пособие предназначено для специалистов сельского хозяйства, научных работников, преподавателей, аспирантов, магистров и студентов аграрных вузов РФ по направлению подготовки «Агроинженерия».

Рецензенты: Кафедра эксплуатации МТП Кубанского Госагроуниверситета - зав. кафедрой, заслуженный деятель науки России, доктор технических наук, профессор Маслов Г.Г.

Кафедра технологии металлов Кубанского Госагроуниверситета - зав. кафедрой, заслуженный деятель науки Кубани, доктор технических наук, профессор - Чеботарев М.И.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………..

1. ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ МАШИНЫ И ОРУДИЯ

1.1. Плуги…………………………………………………… 1.1.1 Физико-механические свойства почвы…………….. 1.1.2 Агротехнические требования……………………….. 1.1.3 Оборот пласта и построение профиля борозды…….. 1.1.4 Рабочая поверхность корпуса плуга, как развитие трехгранного клина. Сопротивление почвы движению клина…………………………………………………………. 1.1.5 Типы лемешно-отвальных поверхностей плуга и способы их построения…………………………………….. 1.1.6 Расчет навесного плуга………………………………. 1.1.7 Расчет тягового сопротивления по В.П. Горячкину, КПД плуга…………………………………………………… 1.1.8 Равновесие плугов в работе…………………………... 1.2. Культиваторы…………………………………………. 1.2.1 Типы рабочих органов культиваторов………………. 1.2.2 Основные параметры рабочих органов культиваторов и их расчет……………………………………………… 1.2.3 Размещение рабочих органов на раме культиватора. 1.2.4 Типы крепления рабочих органов культиватора к раме…………………………………………………………… 1.3. Зубовые бороны……………………………………….. 1.3.1 Классификация зубовых борон……………………….. 1.3.2 Динамика работы зуба…………………………………. 1.3.3 Размещение зубьев на раме бороны………………….. 1.4. Дисковые почвообрабатывающие машины……….. 1.4.1 Основные параметры дисковых рабочих органов…… 1.4.2 Расстановка дисков борон и лущильников…………... 1.4.3 Силы, действующие на дисковые рабочие органы….. 1.4.4 Равновесие дисковых орудий…………………………. 1.5. Почвенные фрезы……………………………………..

1.5.1 Кинематика рабочих органов фрез…………………….

1.5.2 Основные параметры технологического процесса работы фрезы………………………………………………… 1.5.3 Затраты мощности на работу фрезы…………………..

2. ПОСЕВНЫЕ И ПОСАДОЧНЫЕ МАШИНЫ…………… 2.1 Технологические свойства семян и клубней………..

2.2 Агротехнические требования к посеву и посадке….

2.3 Способы посева и посадки…………………………….

2.4 Классификация посевных и посадочных машин…..

2.5 Семенные емкости сеялок и сажалок………………..

2.6 Высевающие аппараты сеялок и сажалок…………...

2.6.1 Катушечные высевающие аппараты………………….

2.6.2 Дисковые высевающие аппараты……………………..

2.6.3 Пневматические высевающие аппараты……………..

2.6.4 Рассадопосадочные аппараты………………………….

2.6.5 Аппараты для высадки клубней картофеля…………...

2.6.6 Струйные высевающие аппараты……………………..

2.7 Семяпроводы сеялок…………………………………… 2.8 Сошники сеялок и сажалок…………………………… 2.8.1 Типы сошников………………………………………… 2.8.2 Рабочий процесс сошников…………………………… 2.8.3 Взаимодействие сошников с почвой………………….

2.8.4 Взаимодействие сошников с семенами……………….

2.8.5 Равновесие сошников…………………………………..

2.9 Установка зерновой сеялки…………………………… 2.9.1 Установка зерновой сеялки на заданную норму высева семян……………………………………………………….

2.10 Расчет вылета маркера………………………………..

3. МАШИНЫ ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ УДОБРЕНИЙ…………… 3.1 Виды удобрений и способы их использования……… 3.2 Типы аппаратов для внесения удобрений………….. 3.3 Расчет тарельчатых туковысевающих аппаратов… 3.4 Расчет центробежных туковысевающих аппаратов.. 3.5 Расчет барабанных аппаратов для внесения твердых органических удобрений…………………………….. 3.6 Машины для разбрасывания жидких удобрений…... 4. МАШИНЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ………………………………………………………….. 4.1 Химические способы борьбы с вредителями……….. 4.2 Агротехнические требования к машинам для химической защиты растений………………………………. 4.3 Основы теории и расчета опрыскивателей…………. 4.3.1 Распиливающие наконечники и их расчет…………… 4.3.2 Расчет поршневого насоса…………………………… 4.3.3 Критерии качества опрыскивания……………………. 4.3.4 Малообъемное опрыскивание………………………… 4.4 Расчет параметров опыливателей……………………. 4.4.1 Типы распиливающих устройств……………………... 4.4.2 Расчет основных параметров опыливателей………… 4.5 Расчет параметров протравливателей……………….

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших задач современного сельскохозяйственного производства является улучшение инженерно - технической службы. В свете этого возрастает роль и значение инженера механика как организатора использования сельскохозяйственной техники. Для правильного и рационального функционирования инженерно - технической службы в сельском хозяйстве инженеру нужны глубокие знания конструкции и теории рабочих процессов сельскохозяйственных машин, умение настраивать эти машины на оптимальный режим работы в зависимости от изменяющихся свойств и состояния обрабатываемого материала.

Именно поэтому в данном учебном пособии освещаются основы теории и расчета рабочих органов сельскохозяйственных машин и особенности технологических процессов, раскрываются основные закономерности, связывающие качество работы и расход энергии с технологическими свойствами обрабатываемых материалов, т.е. те вопросы, которые необходимо знать инженеру - механику для решения задач современной инженерной практики.

Каждый раздел пособия охватывает группу машин, объединенных общностью выполняемых ими технологических процессов и операций, которые изложены в традициях школы академика В.П. Горячкина, заложенных в земледельческой механике. Учитывая, что марки машин часто меняются, а принципы их действия остаются без существенных изменений, в основу учебного пособия положены особенности технологических процессов рабочих органов и машин.

Земледельческая механика - это прикладная техническая дисциплина, изучающая законы теоретической механики применительно к анализу работы сельскохозяйственных машин, т.е. воздействию рабочих органов сельскохозяйственных машин на объекты обработки (почву, растения, удобрения, семена и т.п.).

Физико -механические свойства объектов обработки обуславливают форму, размеры и конструкцию рабочих органов сельскохозяйственных машин и в конечном итоге влияют на технологический процесс машины.

Основоположником теории сельскохозяйственных машин является русский ученый, академик В.П.

Горячкин (1868 - 1935), впервые открывший эту область прикладных знаний. В своем классическом труде "Земледельческая механика", вышедшем в 1923 году он впервые применил законы механики для анализа рабочих органов сельскохозяйственных машин и тем самым открыл широкие возможности использования этих законов в целях создания рациональных конструкций и определении оптимальных режимов работы машин.

Благодаря классическим трудам В.П. Горячкина, трудам его последователей академикам В.А. Желиговского, И.Ф. Василенко, Н.Д. Лучинского, П.М Василенко, А.Н. Карпенко, М.В. Сабликова, М.Н. Летошнева, А.Н. Гудкова, А.Ф. Ульянова, Н.И. Кленина, В.А.

Сакуна, Г.Е. Листопада, Э.И.Липковича и многих других в нашей стране сложилась стройная наука о сельскохозяйственных машинах, послужившая основой подготовки высококвалифицированных инженерных кадров по механизации сельского хозяйства.

В.П. Горячкин видел в теории могучее средство познания законов, которым следуют технологические процессы, выполняемые сельскохозяйственными машинами и орудиями. Знания этих законов позволяет управлять процессами в целях получения наибольшего эффекта при изменяющихся условиях работы.

На факультетах механизации сельского хозяйства, для которых предназначено это учебное пособие, в соответствии с учебной программой, курс имеет две части: устройство и работа сельскохозяйственных машин и основы теории и технологического расчета.

В предлагаемом учебном пособии рассмотрены вопросы теории и расчета почвообрабатывающих машин, машин для посева и посадки, внесения удобрений, химической защиты растений от вредителей и болезней. Изучение теории этих машин должно сопровождаться выполнением лабораторно - практических и расчетно-графических работ.

Для изучения сельскохозяйственных машин требуются знания агрономии, начертательной геометрии, теоретической механики, теории механизмов и машин, сопротивления материалов, деталей машин и технологии металлов.

1. ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ МАШИНЫ

И ОРУДИЯ

Обработка почвы – это приемы механического воздействия на почву, способствующие повышению ее плодородия и созданию лучших условий для роста и развития растений. Правильная обработка почвы – одно из главных звеньев повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Отдельные приемы обработки почвы должны:

придавать пахотному слою оптимально рыхлое, мелкокомковатое строение, как можно меньше разрушая его;

улучшать водный, воздушный и тепловой режимы почвы; усиливать круговорот питательных веществ, извлекая их из более глубоких горизонтов почвы; очищать поля от сорных растений; заделывать в почву растительные остатки и удобрения; защищать почву от водной и ветровой эрозии; создавать наилучшие условия для заделки семян культурных растений на оптимальную глубину.

Все технологические процессы обработки почвы сводятся к следующим основным операциям: рыхление (крошение), оборачивание, перемешивание, выравнивание, подрезание сорняков, создание борозд, гряд и гребней.

Рыхление изменяет размеры почвенных, частиц и их взаимное расположение, что способствует улучшению водо- и воздухопроницаемости. Рыхление уничтожает также твердую почвенную корку, задерживающую рост растений и усиливающую потерю влаги.

Оборачивание почвы – перемещение в вертикальном направлении слоев почвы, различающихся по агрономическим свойствам. Оборачивание почвы необходимо также для заделки пожнивных остатков, дернины, удобрений, осыпавшихся семян сорняков.

Перемешивание почвы создает однородный пахотный слой. Оно способствует равномерному распределению продуктов разложения органических веществ, минеральных удобрений, извести и гипса.

1.1.1. Физико-механические свойства почвы Почва – многофазная дисперсная среда, состоящая из твердых частиц, воды, воздуха и живых организмов, перемешанных между собой в различных соотношениях. Свойства почвы имеют решающее значение для качественных и энергетических показателей работы почвообрабатывающих машин.

Процентное содержание механических элементов в почве характеризует ее производственную ценность. Так, почвы с высоким содержанием илистых частиц относятся к тяжелым. Они имеют большое удельное сопротивление при обработке, плохо поглощают влагу, медленнее прогреваются, растительные остатки в них разлагаются медленно. Почвы с большим содержанием песков относятся к легким. Они хорошо поглощают влагу, но плохо ее сохраняют, хорошо воспринимают тепло. Лучшими по механическому составу считают суглинистые и супесчаные почвы с содержанием илистых частиц от 10 до 40%.

Механический состав. В зависимости от размеров твердые частицы почвы подразделяются на каменистые включения (размер частиц более 1 мм) и мелкозем. При определении типа почвы по механическому составу анализируют только мелкозем, который делится на две фракции: физический песок (частицы более 0,01 мм) и физическую глину (частицы менее 0,01 мм).

По количеству физической глины различают почвы глинистые (более 50% глины), суглинистые (50 - 20% глины), супесчаные (20 - 10% глины) и песчаные (менее 10% глины). Чем больше в почве физической глины, тем труднее она в обработке.

Различают почвы структурные и бесструктурные. Структурные почвы могут распадаться на отдельные различные по величине и форме агрегаты и залегать рыхлым слоем. Бесструктурная почва обычно или представляет плотную массу из мелких пылевидных частиц, или же состоит из плотных крупных глыбистых комков. Бесструктурные почвы плохо запасают и сохраняют влагу и имеют слабую воздухопроницаемость. Тяговое сопротивление при обработке структурной почвы меньше, чем при обработке бесструктурной.

Структура почвы. Со временем в почве первичные частицы коагулируют и сменяются, в результате чего создаются новые, более крупные агрегаты различного размера. Структурные образования размером более 0,25 мм условно принято называть микроагрегатами, а более крупные - макроагрегатами почвы. Считается, что при механической обработке почвы нельзя допускать разрушение ее до частиц меньше 0,25 мм, так как это приводит к разрушению структурных агрегатов и ветровой эрозии почв.

Коэффициент структурности почвы служит ее оценкой после обработки. Он вычисляется по формуле:

где m1 и m2 - соответственно массы агрегатов размером 0,25 - 7 мм и остальной части почвы.

Плотность почвы. Плотность представляет собой отношение массы т абсолютно сухой почвы с ненарушенным сложением (включая поры) к ее объему V, то есть Плотность минералов, образующих почву, равна 2,4 - 2,8 г/см3, твердой фазы почвы - 2,4 - 2,7 г/см3, перегноя - 1,2 - 1,4 г/см3. У культурной пашни = 1,0-1, г/см3; при 1,2 г/см3 она уплотнена, а при 1,3 - 1,4 г/см3 сильно уплотнена.

Влажность почвы. Влажность почвы считают оптимальной, когда вода заполняет три четверти имеющихся в ней капиллярных скважин.

О количестве воды в почве судят по ее абсолютной влажности Wa, которую вычисляют по формуле где mв и тс – соответственно масса влажной и сухой почвы.

Влажность почвы существенно влияет на ее обработку. Большим рабочим скоростям соответствует большая влажность почвы.

Оптимальной влажностью почвы при ее обработке можно считать: для подзолистой песчаной 12%, дерновоподзолистых суглинистых - 12 - 22%; черноземов - 17-30%.

Коэффициент пористости служит для характеристики сложения почв. Он равен отношению объема пустот VП к объему твердых частиц VT, то есть Т - плотность твердых частиц. При 0,5< 1,5 -рыхлая.

Способность почвы к крошению выражается отношением массы комков размером меньше 50 мм к массе почвы в пробе, выраженным в процентах.

Пределом нецелесообразности обработки почвы считают количество пылевых частиц, близкое к 30% по объему.

Идеальной считается такая обработка почвы, когда на глубине заделки семян ее составные части достигают размеров 0,25-7 мм, ниже этого слоя объемная масса составляет 1,1 0,1 г/см3 в зависимости от типа почв и возделываемой культуры.

Минимальный размер частиц для почв, подверженных эрозии, не должен быть менее 1 мм.

Твердость почвы – способность сопротивляться внедрению в нее под давлением какого-либо деформатора, [2].

Для измерения твердости почвы служат приборы – твердомеры.

Твердомеры снабжают самописцами. При внедрении в почву наконечника вычерчивается диаграмма (рис. 1), по которой определяют среднюю твердость почвы R по формуле:

где Р – среднее усилие, необходимое для вдавливания наконечника до предела пропорциональности, Н;

F - площадь максимального поперечного сечения деформатора (наконечника), см2;

т - жесткость пружины, определяемая тарировкой, Н/см;

h - средняя величина ординаты диаграммы, найденная планиметрированием, см;

Коэффициент объемного смятия почвы равен - коэффициент объемного смятия почвы, Н/см где - погружение деформатора в почву, см.

Рис.1. Диаграмма твердости почвы Для жнивья паров и лугов =5-10 Н/см3, для грунтовой дороги =50-90 Н/см3.

Коэффициент внешнего трения. Под трением понимается сопротивление скольжению одной поверхности по другой. Сила трения где N - нормальная сила, Н;

f и - соответственно коэффициент и угол внешнего трения.

Сила трения - пассивная сила (реакция), поэтому она не может быть больше fN, (рис. 2).

Рис 2. К определению коэффициента внешнего трения Коэффициент трения для разных почв колеблется от 0,25 до 0,90, угол трения - от 14 до 42°. Для ориентировочных расчетов принимают f=0,5, что соответствует углу трения =26°30'.

Удельное сопротивление почв. В качестве показателя трудности обработки почв принято удельное сопротивление почвы к (Н/см2), которое определятся по формуле где Р - общее сопротивленцев плуга, измеренное динамометром, Н;

а - глубина пахоты, см;

b - ширина захвата корпуса см;

п - число корпусов плуга.

Удельное сопротивление почвы зависит от ее механического состава, структуры, степени уплотненности, задернелости, влажности и т. п.

Почвы с удельным сопротивлением до 3 Н/см считаются легкими, от 3 до 5 - средними, от 5 до 7 среднетяжелыми и от 7 до 12 Н/см2 - тяжелыми.

Липкость почвы – способность почвы прилипать к различным поверхностям. Липкость характеризуется усилием, отнесенным к 1 см2 соприкасающейся с почвой стальной поверхности и необходимым для ее отрыва.

Липкость почвы зависит от влажности, дисперсности, свойств материала рабочего органа, чистоты его поверхности и удельного давления. С увеличением дисперсности липкость почвы увеличивается. Поэтому глинистые почвы наиболее липкие.

Абразивные свойства. Под абразивными понимаются свойства почвы, способствующие износу поверхностного слоя металла рабочих органов движущимися почвенными частицами. Из минералов, образующих почву, наибольшую твердость имеет кварц, входящий в состав песчаных почв. С увеличением влажности песчаных почв износ рабочих органов увеличивается. На глинистых и суглинистых почвах наблюдается обратное явление.

1.1.2. Агротехнические требования Агротехнические требования к основной обработке почвы Учеными установлено, что низкое качество пахоты приводит к снижению производительности уборочных агрегатов на 40-50% и увеличению потерь зерна при уборке урожая в 2-3 раза. Вспашка и в ближайшие годы будет оставаться основным приемом агротехники и применяться не менее, чем на 50% площади пашни.

Глубина вспашки под зерновые колосовые и зернобобовые 20-22 см, под пропашные - 25-27 см, под сахарную свеклу - 32-35 см.

Зяблевую вспашку старопахотных земель и первичную вспашку целинных земель выполняют лемешными плугами с предплужниками. Перепашку пара и запашку навоза проводят без предплужников. В районах недостаточного увлажнения пашут без оборота пласта. Задернелые почвы обрабатывают с оборотом, но без рыхления пласта (для рыхления применяют другие орудия). На почвах, засоренных камнями, используют плуги с предохранителями.

Вспашка проводится в заданные сроки и на глубину не менее 20 см, а на почвах с недостаточной толщиной пахотного слоя - на его полную глубину с постепенным углублением почвоуглубителями и отклонением от заданной глубины не более чем на ±5% (на ровном рельефе - это ±1 см, на склонах - ± 2 см).

Вспашка должна быть прямолинейной с равномерной гребнистостью не более 5 см.

Высота свальных гребней и глубина развальных борозд - не более 7 см.

Оборот пласта должен быть полным, вспаханный слой рыхлым, пожнивные остатки, сорняки, удобрения должны быть полностью запаханы (не менее 95 %).

Глыбы размером более 10 см должны составлять не более 15% по объему на глубине вспаханного слоя.

Выравненность поверхности - длина профиля не должна превышать 10,7 м на отрезке 10 м.

Огрехи и необработанные поворотные полосы, а также незаделанные разъемные борозды и свальные гребни не допускаются.

Склоны пашут способом в свал поперек (по горизонтали).

Агротехнические требования к лущению стерни Лущение стерни подразделяется на дисковое (на глубину до 6-12 см) и корпусное (до 16 см). Цель лущения – мелкая обработка почвы для уничтожения сорняков, уменьшения испарения влаги (ежедневно после уборки пшеницы испаряется 40 – 100 т влаги с каждого гектара) и сокращения затрат энергии до 35% на последующую глубокую обработку. Кроме того, при лущении гибнут сельхозвредители. С опозданием лущения на неделю сопротивление почвы при зяблевой вспашке повышается на 20%, а там, где лущения не проводили - на 36. В системе обработки почвы под пропашные культуры (кукурузу, подсолнечник, сахарную свеклу) в начале проводят дисковое лущение на глубину 6 - 10 см, а через 20 - 25 дней (после отрастания сорняков) - корпусное на глубину 14 - 16 см. Это особенно необходимо для борьбы с корнеотпрысковыми сорняками (осот и др.).

Стерню лущат одновременно с уборкой урожая или не позднее 1 - 2 дней после уборки на глубину 6 - см дисковыми лущильниками, 10 - 12см (при значительной засоренности и твердости почвы) дисковыми боронами, а на глубину 14 - 16 см - корпусными лущильниками. Отклонение средней глубины - от заданной не должно превышать ± 10%.

Полное подрезание сорняков.

Отсутствие огрехов на взлущённом поле.

Гребнистость не более 4 см.

Перекрытие смежных проходов 15-20 см.

В стыке средних батарей лущильников дисковых борон развальная борозда не должна превышать глубины лущения, [27].

Агротехнические требования к предпосевной культивации Предпосевную культивацию и посев зерновых колосовых культур проводят с минимальным разрывом по времени.

Глубина рыхления почвы должна быть одинаковой по всей ширине захвата агрегата с отклонениями от заданной не более 1 см.

В обработанном слое почвы не должно быть комков размером более 10 см.

При обработке почвы нижние слои не должны обнажаться и перемешиваться с верхним слоем.

Сорняки должны быть полностью подрезаны.

Высота гребней и глубина борозд после культивации не должна превышать 4 см.

Культивацию проводят поперек или под углом к направлению вспашки, а повторные обработки - поперек предшествующих культивации.

Смежные проходы агрегатов должны перекрываться на 10-15 см.

Поворотные полосы обрабатывают после основного массива.

На склонах культивацию проводят в направлении горизонталей, [9].

Агротехнические требования при уходе за посевами пропашных культур При бороновании засеянного поля зубья борон должны крошить почву на глубину 3 - 4 см, допускаются комки до 3 - 5 см, гребни высотой 2 - 3 см, поврежденных и засыпанных растений - не более 3 - 5 %.

Бороны не должны извлекать на поверхность семена, проростки или клубни картофеля.

После прореживания фактическое число растений в рядке на 1 м не должно отклоняться от заданного более чем на 3, количество букетов с числом растений, превышающим расчетное, должно быть не более 25 %, засыпанных растений – не более 10%.

При подкормке отклонение фактической дозы внесения удобрений от заданной должно быть не более ± 15 %, неравномерность высева туков по рядкам – не более ±5%, отклонение глубины заделки туков от заданной – не более ±3 см, повреждение культурных растений – не более 5 %.

При внесении гербицидов и других ядохимикатов не должно быть пропусков и необработанных участков (огрехов). Отклонение фактической дозы внесения гербицидов от заданной допускается не более чем на +15% и -20%.

При культивации посевов рабочие органы не должны повреждать более 1 % растений, отклоняться от заданной глубины обработки более чем на ±1 см при мелком рыхлении и ±2 см при глубоком, не выносить влажный слой почвы на поверхность, полностью подрезать сорные растения в междурядьях, в процессе окучивания нагребать почву к растениям ровным слоем высотой 5 - 8 см, покрывать дно и стенки борозды должны рыхлым слоем почвы.

1.1.3.Оборот пласта и построение профиля борозды В процессе работы плужный корпус лезвием лемеха подрезает пласт шириной b на глубине вспашки а.

Отделение пласта вдоль стенки борозды производится дисковым ножом или полевым обрезом отвальной поверхности (рис. 3). Подъем пласта с поворотом его в сторону борозды выполняется грудью отвала, а окончательное опрокидывание пласта – крылом отвала.

Для анализа технологической операции оборота пласта сделаем допущение, что пласт в процессе продвижения по отвалу не деформируется, т. е. его размеры а и b не изменяются.

Поворот пласта в первоначальный момент будет происходить относительно ребра А, до того, как пласт займет вертикальное положение, а затем относительно ребра D' до тех пор, пока грань D'C'' не ляжет на ранее отваленный пласт.

Из треугольника D'A1D1 определим угол наклона отваленного пласта к горизонту.

Рис. 3. Схема оборота пласта Из этого выражения видно, что угол наклона пласта уменьшается с увеличением соотношения сторон пласта k, т. е. оборачивание пласта будет тем совершеннее, чем больше ширина захвата корпуса и меньше глубина пахоты, а растительные остатки будут заделываться более плотно, [8].

Устойчивое положение пласта будет только в том случае, если вектор силы тяжести Р пересечет дно борозды справа от точки его опоры D1 (рис. 3).

Неустойчивое положение пласта будет в случае, когда его диагональ BD, располагается вертикально (рис. 4). Такой пласт после прохода корпуса может упасть обратно в борозду.

Рис. 4. Положение неустойчивого равновесия отваленного пласта Из подобия прямоугольных треугольников DBA и DA'D' следует:

После преобразований получим:

Решив биквадратное уравнение, получим k=1,27.

Таким образом, устойчивое положение пласта будет при k азот (N) и вещества, которые улучшают физические, химические и биологические свойства почвы и тем самым способствуют повышению урожайности культурных растений.

Промышленность выпускает минеральные удобрения в виде гранул размером 1-5 мм, кристаллов, порошков или жидкие (азотные).

Минеральные удобрения бывают простые, полные, комплексные, сложные, смешанные.

Простое минеральное удобрение содержит один элемент питания растений; полное; - N, Р, К; комплексное - два и более элементов питания; сложное не менее двух элементов; смешанное получают при механическом смешивании простых и сложных удобрений.

Фосфорные удобрения. Простой и двойной суперфосфат выпускается заводами в виде гранул и порошков. Не слеживается, имеет достаточную сыпучесть.

Фосфоритная мука, полученная путем тонкого размола фосфоритов, представляет собой не слеживающийся сильно пылящий порошок.

Калийные удобрения - хлористый калий и калийные соли. Хлористый калий хорошо смешивается с другими удобрениями. При хранении слеживается.

Азотные удобрения содержат азот в форме аммиака, связанного с кислотой. Аммиачная селитра и карбамид представляют собой белые гранулы, гигроскопичны, слеживаются. Сульфат аммония и хлористый аммоний - кристаллические порошки, слабо слеживающиеся.

Жидкие аммиачные удобрения - безводный сжиженный аммиак, водный аммиак (аммиачная вода), аммиакаты. Внесение в почву жидких удобрений часто совмещают с обработкой почв, внесением гербицидов, ядохимикатов.

Безводный аммиак хранят и транспортируют в стальных цистернах и баллонах, рассчитанных на давление 2,5 - 3,0 МПа. Для хранения и перевозки аммиачной воды нужна герметичная тара из углеродистой стали, рассчитанная на давление 0,2 МПа.

Промышленность выпускает также сложные и комплексные минеральные удобрения: нитрофоски, аммофос, калиевую селитру. Комплексные удобрения обеспечивают многостороннее питание растений, содержат мало балласта, имеют устойчивые гранулы, удобны для перевозки, складирования, внесения в почву.

Микроудобрения содержат бор, медь, цинк, кобальт, молибден в малых дозах.

Химическая промышленность приступила к выпуску перспективных жидких комплексных удобрений (ЖКУ), содержащих два - три питательных элемента, микроэлементы, гербициды. ЖКУ не теряют азот при хранении и внесении в почву.

Известковые и гипсосодержащие материалы (мелиоранты) косвенно воздействуют на почву, их применяют для нейтрализации кислотности почв и мелиорации солонцов.

Органические удобрения: навоз, торфоминеральные аммиачные удобрения, жидкий навоз, компосты, навозная жижа - богатые источники питательных веществ, способствующие повышению воздушного и водного режимов в почве и ее биологической активности.

Органические удобрения, содержащие органические вещества животного или растительного происхождения, имеют почти все элементы питания растений. Навоз перепревший, жидкий, полужидкий, навозную жижу собирают на животноводческих фермах с применением способов, обеспечивающих сохранение питательных элементов и получение массы, наиболее пригодной для механизированного разбрасывания по полю.

Способы использования минеральных удобрений:

предпосевной, припосевной и подкормка растений.

Предпосевной способ, называемый основным, сплошным или разбросным, применяют при внесении основной массы туков, всех мелиорантов и органических удобрений.

При сплошном способе удобрения, равномерно разбросанные (рассеянные) по полю, во время вспашки или предпосевной культивации заделывают в почву на глубину 10-20 см. Удобрения, размещенные в зоне наиболее развитой корневой системы растений, доступны для них в течение вегетационного периода.

Припосевное внесение - удобрения вносят в почву вместе с семенами. Подкормка - удобрения вносят в почву одновременно с культивацией междурядий.

Расширяется применение прогрессивного способа - локального внесения туков, размещение их концентрированными очагами (лентами, гнездами) во влагообеспеченном слое почвы. Удобрения размещают на оптимальном расстоянии от семян, обеспечивающем доступность корней растений к источнику питания.

Путем механизации локального припосевного внесения туков и подкормки растений в процессе вегетации достигается значительное повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Одновременно снижается расход удобрений, улучшается охрана природы вследствие уменьшения выноса химикатов со сточными водами, облегчается управление развитием растений.

Расширяется внесение удобрений сельскохозяйственной авиацией. Применение самолетов и вертолетов для рассева удобрений целесообразно при подкормке растений в оптимальные агротехнические сроки, когда работа наземных машин затруднена из-за повышенной влажности почвы.

3.2. Типы аппаратов для внесения удобрений Катушечно-штифтовые аппараты (рис. 55, а) применяются для высева гранулированных туков.

Удобрения поступают из ящика 1 к катушке самотеком, а для улучшения подачи служит мешалка 2.

Катушка 4, на поверхности которой расположены в два ряда штифты, вращается и сбрасывает удобрения в тукопровод.

Количество вносимых удобрений регулируют открытием заслонки 3 питающего окна и изменением частоты вращения катушки.

В зависимости от размера гранул (туков) и свойств удобрений регулируют зазор между катушкой и донышком 5. Такие аппараты устанавливают на комбинированных сеялках.

Рабочий процесс аппарата аналогичен катушечному высевающему аппарату для семян.

Тарельчатые аппараты (рис. 55, б) устанавливают на разбрасывателях туков для сплошного внесения удобрений, а также для рядового способа внесения удобрений совместно с культивацией, посевом или посадкой.

Удобрения из емкости 1 (ящик или банка) выносятся, вращающейся тарелкой 6. Сбрасыватели 7 а виде вращающихся лопастей (дисков) или неподвижных скребков ссыпают их на щиты (сплошное внесение) или в тукопроводы (рядковый способ внесения удобрений). Своды из удобрений, образующиеся в емкостях, разрушаются колеблющимися стенками или ворошителями.

Тарельчатые аппараты обеспечивают требуемую точность высева удобрений.

Изменяя скорость вращения тарелки, а также ширину щели между ее дном и заслонкой 3, регулируют количество высева.

Дисковые аппараты (рис. 55, в) применяются в машинах для сплошного и рядкового внесения удобрений.

На кукурузных, хлопковых и других сеялках, посадочных машинах и культиваторах устанавливают унифицированный дисковый аппарат марки АТД-2.

Диск 9, вращаясь, выносит удобрения к скребкунаправителю, который ссыпает их в тукопровод 12. На удобрения активно воздействует ворошитель 10, вращающийся вместе с диском. За уровнем удобрений в емкости следят по указателю 11.

Количество высева удобрений регулируют изменением частоты вращения диска, а также величины угла установки скребка-направителя.

Транспортерные аппараты (рис. 55, г) находят широкое применение в основном для сплошного внесения минеральных, органических удобрений и извести.

Удобрения засыпают в кузов какого-либо прицепа, а оттуда их выносит транспортер 13 и направляет к разбрасывающим устройствам.

На навозоразбрасывателях, например, ставят двух- или однобарабанные разбрасывающие устройства. В двухбарабанных аппаратах нижний барабан 14, вращаясь против хода часовой стрелки, штифтами измельчает навоз и через себя сбрасывает его на поле, а верхний барабан 15 выравнивает слой навоза, подаваемого транспортером 13.

Однобарабанный аппарат - обычно барабан с винтовой гребенкой. Такие устройства обеспечивают ширину разбрасывания в пределах 2,5-3,5 м.

Для разбрасывания минеральных удобрений и извести применяются диски 16 с вертикальной осью вращения или вращающееся резиновое кольцо 17 с роликом 18. Удобрения поступают на диск или внутрь кольца и под действием центробежной силы разбрасываются по полю.

Транспортерные аппараты применяются еще и для внесения удобрений при посадке картофеля.

3.3. Расчет тарельчатых туковысевающих аппаратов Туковые сеялки с тарельчатыми высевающими аппаратами применяются для внесения концентрированных минеральных удобрений, которые требуют при малых нормах высева высокой равномерности рассева [12,4].

Для проектирования туковысевающих аппаратов необходимо узнать размер высевных отверстий F (рис.

56), производи тельность питателя, угол среза банки, обороты тарелки и другие параметры, Объем банки определяется путем умножения площади круга на высоту с вычетом объема срезанной площади цилиндра.

Площадь отверстия F для выхода туков из банки при открытии заслонки зависит от угла а поворота рычага (рис. 56) и определяется из следующего выражения:

где l – длина заслонки, см;

х - высота открытия щели.

Из рис. 56. Видно, что x=r-rcosa=r(1-cosa), где r - радиус заслонки. Подставляя значение х в формулу площади, будем иметь:

Производительность питателя Q зависит от площади отверстия F и скорости вращения V, т.е. можно записать:

где - объемная масса туков.

Подставляя значение F из уравнения (156) и выразив скорость вращения тарелки через обороты, получим:

где Rср - средний радиус тарелки туковысевающего аппарата.

При проектировании питателя его площадь для заданной максимальной производительности рассчитывают по формуле:

При работе тарельчатого туковысевающего аппарата не должно быть самопроизвольного сбрасывания туков через верхний край тарелки. Удобрения с тарелки должны сбрасываться принудительно специальными сбрасывателями.

Допустим, что борт тарелки представляет собой наклонную плоскость под углом к горизонту. Частица удобрения т, находится на наклонной плоскости, удалена от оси вращения тарелки на расстояние R.

Для определения предельной частоты вращения тарелки рассмотрим схему сил, действующих на частицу удобрения.

На рис. 57 изображены сила тяжести mg и ценmV тробежная сила. Силу тяжести можно разложить на силу mg sin и силу mg cos. Центробежную силу mV 2 mV Вниз по наклонной плоскости действует сила mg sin, вверх вверх по образующей будет:

Препятствует движению удобрений вверх сила трения:

где Таким образом, движение частицы т вверх по борту тарелки будет только в случае, если После решения этого выражения относительно V определяемая скорость тарелки, при которой удобрения начинают сбрасываться, будет Для того, чтобы удобрения не сбрасывались с тарелки, частота ее вращения должна соответствовать условию 3.4. Расчет центробежных туковысевающих аппаратов Рабочий процесс центробежного аппарата характеризуется наличием двух фаз. К первой фазе относится та часть процесса, в пределах которой частицы находятся на рабочей поверхности диска.

Ко второй фазе относится та часть процесса работы разбрасывателя, когда частицы материала, получив необходимую скорость, покидают диски и совершают свободный полет до соприкосновения их с поверхностью почвы.

Рассмотрим движение частиц по поверхности диска. Пусть частица массы т в произвольной точке М подается на равномерно вращающийся диск с начальной скоростью, равной нулю (рис. 58). Тогда силами, приложенными к частице и действующими в плоскости диска, будут: сила трения F и центробежная сила I e переносного движения.

где f – коэффициент трения тука о диск;

g – ускорение силы тяжести;

r0 - расстояние от центра диска до точки М подачи тука.

Точка М диска имеет окружную скорость, равную Ve r0, которую частица может приобрести мгновенно, если сила трения окажется достаточной для удержания этой частицы в состоянии относительного покоя. Для этого случая уравнение равновесия будет:

из которого можно определить минимальное число оборотов диска откуда При меньшем числе оборотов диска частицы материала будут лишены возможности перемещаться по поверхности диска и центробежный аппарат потеряет свою работоспособность.

Кинематические особенности рассева гладкими вращающимися дисками, установленными горизонтально, характеризуются наличием спиралевидных траекторий движения частиц по диску и относительно невысокими значениями скоростей при сходе их с диска.

При вращении диска с угловой скоростью частица материала в точке М в относительном движении будет перемещаться по поверхности диска со скоростью Vr и через некоторое время придет в точку М1.

Сила трения оказывается недостаточной и частица отстает от диска, описывая траекторию в виде спиралевидной кривой Sr. П. М. Василенко предложил принять кривую Sr за логарифмическую спираль, уравнение которой где r и – текущие полярные координаты;

а ctg const (a - угол между касательной к спирали и радиусом r, близкий к прямому).

Переносным движением в данном случае является вращательное движение диска, при котором частица имеет переносную скорость Ve r. Абсолютная траектория частицы представлена кривой Se, а абсолютная скорость - вектором Ve. Как видно из схемы, векторы Vr и Ve могут быть направлены в разные стороны, в результате чего скорость схода частиц с диска оказывается малой, что ограничивает ширину полосы разбрасывания туков.

Следует отметить, что с уменьшением угловой скорости диска полярный угол f ( t ) увеличивается.

Конечное значение этот угол, называемый углом схода частиц, обозначаемый cx получает при сходе частицы с диска. Таким образом, угол схода ва центральный угол, на который поворачивается диск за время относительного движения частицы по диску от момента подачи ее на диск до момента схода.

Однако характер движения материала по диску зависит не только от выбранного режима работы диска, но и от его конструкции. Разбрасывающие диски бывают плоскими или коническими, гладкими или снабженными лопастями. В свою очередь, лопасти могут быть прямолинейными, расположенными радиально или с наклоном к радиусу, и, наконец, встречаются лопасти криволинейные.

3.5. Расчет барабанных аппаратов для внесения твердых органических удобрений Технические средства для внесения органических удобрений будут совершенствоваться в направлении повышения их грузоподъемности, увеличения ширины разбрасывания, создания прицепных разбрасывателей с небольшой высотой погрузки и с меньшим удельным давлением на почву, улучшения проходимости [19].

Технологический процесс работы прицепаразбрасывателя протекает следующим образом: при поступательном движении агрегата верхняя ветвь транспортера, перемещаясь с небольшой скоростью назад вдоль кузова, подводит слой удобрений к вращающимся шнековым барабанам. Нижний измельчающий барабан шнековой лентой с прерывистым зубчатым профилем разрыхляет, измельчает массу и ровным слоем перебрасывает через себя. Верхний разбрасывающий барабан, вращаясь в том же направлении, что и нижний, принимает от него удобрения, выравнивает, дополнительно измельчает, отбрасывает излишек к передней части кузова и распределяет удобрения по поверхности поля.

Скорость движения транспортера определяют исходя из секундной подачи удобрений. В свою очередь, масса (кг) сброшенных на поле удобрений в секунду:

где Vтр – скорость перемещения транспортера, м/с;

Н - толщина слоя удобрений в кузове, м;

L - длина шнекового барабана, м;

- объемная масса удобрений, кг/м3.

Норма внесения удобрений QH (кг/м2) на единицу площади находится в прямой зависимости от секундного расхода:

где Вп - ширина полосы разбрасывания, м;

VM - поступательная скорость агрегата, м/с.

Принимая во внимание выражение (169) и подставляя значение q в формулу (170), получим Значения величин Н, L, Вп и - лимитируемые параметрами кузова и для определенных машин являются постоянными. Из формулы (171) видно, что норма внесения удобрений прямо пропорциональна поступательной скорости транспортера Vтр и обратно пропорциональна скорости агрегата Vм, т. е. ее можно регулировать изменением скоростей Vтр и Vм.

При известных конструктивных параметрах разбрасывателя и заданной формы внесения удобрений скорость транспортера

QH BПVМ

Для обеспечения нормальной работы разбрасывающего устройства необходимо, чтобы производительность шнековых барабанов была равна или больше производительности транспортера, т. е.

где b и h – соответственно ширина и высота захвата массы шнековым барабаном, м;

V0 – окружная скорость шнекового барабана, м/с;

Н – толщина слоя удобрений, подаваемых транспортером, м;

Втр – ширина слоя удобрений, подаваемого транспортером, м;

VTP – скорость транспортера, м/с.

Окружная скорость шнекового барабана где п - частота вращения шнекового барабана;

r - радиус шнекового барабана.

Подставляя значение V0 в формулу (174), получим откуда минимальная частота вращения барабана 3.6. Машины для разбрасывания жидких удобрений Машины для разбрасывания жидких удобрений предназначены для откачки жижи из жижесборников животноводческих помещении, перевозки ее в поле и по верхностного сплошного внесения в почву. Все они выполнены по примерно одинаковой схеме, т. е. каждый представляет собой одноосный тракторный полуприцеп, на котором смонтирована горизонтальная цилиндрическая цистерна, оборудованная эжектором или вакуумным насосом для заправки перемешивающей и напорной системами для перемешивания и создания рабочего давления и распределительным устройством для разбрызгивания удобрений. В машинах вместимостью 1,8 и 3,6 м3 для создания вакуума при заправке применяют эжектор, а в машинах вместимостью 4 - м3 - специальный вакуумный насос [7, 18].

В качестве примера рассмотрим принципиальную схему машины, оборудованной эжектором (рис.

59). Для заправки затвор 8 и задвижку 5 открывают, а задвижку 7 закрывают; гибкий заборный шланг 3 с фильтром 2 опускают в жижесборник (жижехранилище). Выпускные газы поступающие от трактора, проходя через эжектор 4, создают разрежение в трубопроводах 15, 14, 13 и цистерне 11, под действием которого жидкость заполняет цистерну. При перемешивании колпачок 12 вывертывают, а в цистерне 11 при помощи эжектора 4 создают вакуум. При этом наружный воздух под действием атмосферного давления входит сверху в трубу 16 и, выходя через отверстие горизонтальной части этой трубы, перемешивает жидкость.

При распределении по полю или выливе жидкости с помощью выпускных газов, проходящих по трубам 15, 14 и 13 в цистерне 11 создают избыточное давление.

При этом задвижка 5 закрыта, а задвижка 7 открыта и жидкость через нее поступает к распределительному устройству 6 которое веерообразным потоком разбрызгивает ее по полю. Норму внесения удобрений от 10 до 40 т/га регулируют сменой жиклера (диаметр 20, 30 и 38 мм), изменением скорости движения агрегата, давления выпускных газов и положения распределительного лотка. Наибольшая ширина поливаемой полосы или наименьшая норма внесения жидких удобрений получается при угле наклона 30 - 45°. Ширина разлива жидкости 3 -11 м, рабочая скорость до - 2,2 м/с (10 км/ч).

4. МАШИНЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ

4.1. Химические способы борьбы с вредителями и болезнями растений Борьба с вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений ведется преимущественно химическим способом, при котором ядохимикаты в мелкораспыленном виде наносятся на вегетативные органы сельскохозяйственных растений, сорняков или вносятся в почву. Химические вещества, применяемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, подразделяются на инсектициды, фунгициды и гербициды.

Инсектициды применяются для борьбы с вредными насекомыми, фунгициды - для борьбы с возбудителями болезней сельскохозяйственных растений и гербициды - для уничтожения сорных растений [24].

По химическому действию различают три вида инсектицидов: кишечные, или яды внутреннего действия (мышьяковистые соединения, препараты фтора, бария и др.); яды контактного внешнего действия (препараты никотина, гексахлорана и др.) и фумиганты (хлорпикрин, углеводород и др.).

Инсектициды и фунгициды применяют методом опрыскивания, опыливания, газификации, протравливания, а также аэрозольным способом.

При опрыскивании из ядохимиката приготовляют водный раствор, суспензию или эмульсию, которые подаются на вегетативные органы растений в тонкораспыленном состоянии. Мельчайшие капельки рабочей жидкости плотно прилипают к поверхности растений и хорошо удерживаются на ней. После испарения воды на поверхности растений остается тонкий равномерный слой ядохимиката. Рабочая ядовитая жидкость в зависимости от назначения может составляться из одного или нескольких не реагирующих между собой химикатов.

Машины, предназначенные для опрыскивания растений рабочей ядовитой жидкостью, называются опрыскивателями. Они нашли широкое применение в сельском хозяйстве. Для сокращения расхода воды и затрат труда и энергии для опрыскивания используют более концентрированные рабочие жидкости, что значительно повышает эффективность применения опрыскивателей.

При опыливании химическое вещество подается на растение в пылеобразном состоянии и покрывает вегетативные органы растений тонким слоем ядохимиката.

Машины, предназначенные для опыления растений, называются опыливателями. Они менее громоздки, чем опрыскиватели, так как, работая без воды, затрачивают меньше труда и механической энергии. Но расход ядохимиката при этом способе борьбы с вредителями и болезнями бывает значительно больше, так как сухой ядохимикат хуже прилипает к поверхности растений.

При фумигации ядовитая жидкость вносится в почву в дозированном количестве, испаряется, распространяется в порах почвы и попадает в организм вредителей через дыхательные органы или поверхностный покров.

Машины, предназначенные для внесения в почву фумигантов, называются фумигаторами.

При аэрозольном способе борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений раствор ядохимиката и минерального масла термомеханическим или механическим путем распыляется в мельчайшие капельки, которые образуют туман, оседающий на растениях равномерным слоем. При этом способе расход жидкости бывает значительно меньше, что способствует сокращению трудовых затрат.

При протравливании семенной материал перемешивают с дозированным количеством сухого или жидкого ядохимиката, который покрывает поверхность семян тонким слоем. Машины, предназначенные для протравливания семян, называются протравливателями.

4.2. Агротехнические требования к машинам для химической защиты растений Машины для химической борьбы с вредителями, болезнями и сорняками должны: 1) выполнять работы в оптимальные сроки, установленные с учетом развития растений, биологических особенностей вредных организмов, почвенных и метеорологических условий;

2) равномерно распределять ядохимикаты по обрабатываемому объекту с заданной нормой расхода (степень неравномерности не должна превышать 5%, а отклонение от нормы расхода - 3%); 3) иметь истребительный эффект не менее 95% для вредителей и болезней и 90% - для сорняков; 4) повреждение культурных растений не должно превышать 0,5% [2, 5].

Кроме того, к машинам предъявляются дополнительные специфические агротехнические требования.

Протравливатели должны хорошо перемешивать семена с ядохимикатами, выдерживая норму расхода яда; рабочие органы протравливателей не должны повреждать семена; протравливатели должны быть герметичны и безопасны при работе, особенно при сухом протравливании; передаточные механизмы должны иметь защитное устройство, обеспечивающее безопасность работы и не затрудняющее обслуживание машины.

Опрыскиватели должны иметь распыливающие устройства, обеспечивающие наиболее равномерный распыл жидкости по размеру капель; они должны точно дозировать ядохимикаты, сохранять требуемый расход жидкости за весь период опорожнения резервуара независимо от скорости движения агрегата. Неравномерность состава рабочей жидкости не должна превышать ±5%. Покрытие всего растения или его части в зависимости от места расположения вредителей или возбудителей болезни должно быть равномерным; неравномерность не должна превышать 50% по ширине захвата машины и 20% по ходу движения агрегата. При обработке садовых насаждений воздушный поток должен подавать распыленную рабочую жидкость на высоту не менее 8 м. Скорость воздушного потока на входе внутрь кроны должна быть не более 30м/с.

Опыливатели должны быть универсальны, то есть: обрабатывать как садовые насаждения, так и полевые культуры; обеспечивать тонкое распыливание ядохимикатов; создавать равномерную по ширине захвата пылевую волну и обеспечивать равномерный и полный охват растений этой волной и равномерное их покрытие ядохимикатом. Неравномерность дозирования пылевидного ядохимиката не должна превышать ±15%.

4.3. Основы теории и расчета опрыскивателей Опрыскиватели являются наиболее распространенными машинами, предназначенными для химической защиты растений, что объясняется рядом преимуществ способа нанесения на растения жидкого ядохимиката. Яды, наносимые на растения в виде растворов, хорошо прилипают к ним, поэтому расходуются экономичнее, чем при опиливании. Опрыскиванием смесью ядохимикатов можно одновременно обрабатывать растения против двух и более видов вредителей или против вредителей и болезней, Недостатком опрыскивателей является громоздкость их конструкции и быстрый износ деталей, соприкасающихся с агрессивной средой [5].

В зависимости от способа нанесения распыленной рабочей жидкости на обрабатываемые растения опрыскиватели подразделяют на гидравлические и вентиляторные.

Гидравлические опрыскиватели распиливают рабочую жидкость и наносят ее на растения только под воздействием напора жидкости, создаваемого насосом.

Вентиляторные опрыскиватели наносят распыленную под напором насоса жидкость на растения с помощью воздушных потоков, создаваемых вентилятором. Вентиляторные опрыскиватели являются более компактными и производительными.

4.3.1. Распыливающие наконечники и их расчет Распыливающие наконечники являются самой ответственной частью опрыскивателя, так как от их работы зависит равномерность покрытия растений распыленной жидкостью. По назначению и устройству распиливающие наконечники разделяют на полевые и садовые, (рис. 60) [5,12].

Полевые наконечники, (рис. 60, а, б) применяют для опрыскивания низкорослых растений (полевых культур, виноградников и т.д.). Они хорошо распыляют жидкость при небольших давлениях (3-5 ат) и дают короткую (1-2 м) струю с широким распылом.

Размер частиц распыленной жидкости в большой степени зависит от угла подъема и площади сечения винтовых каналов распылителя. С уменьшением их уменьшается средний размер частиц жидкости, а также расход жидкости наконечником. В зависимости от этого полевые наконечники подразделяют на обыкновенные и экономичные. Распылители имеют винтовую ленточную нарезку для придания жидкости вращательного движения и лучшего распыления. Распылители плотно вставляют в колпачок; пространство между дном колпачка и концом распылителя называется камерой завихрения, величина которой в наконечниках этого типа постоянная. По конструкции полевые наконечники подразделяются на одинарные, у которых колпачок жестко прикреплен непосредственно к штуцеру штанги, и двойные, состоящие из средней головки, ввинчиваемой в штуцер штанги или в трубку брандспойта, закрытой и открытой головок, винтовой шпильки с затяжной гайкой, двух распылителей и двух колпачков. Крайние головки наконечника можно поворачивать на шпильке и закреплять под различными углами для различного направления распыляемой жидкости. Полевые наконечники стандартизированы.

Садовые наконечники (рис. 60, в) укрепляют на конце трубки брандспойта. У распылителя 7, вставляемого в корпус 8, нарезка более крупная, чем у полевых наконечников. Благодаря этому распыляемая жидкость не получает сильного завихрения, струя приобретает хорошую дальнобойность. Распылитель жестко соединен со стержнем 6 ручки брандспойта. В корпус наконечника вставляют сменные диафрагмы, различающиеся по диаметру и числу выходных отверстий для получения различного расхода и степени распыла жидкости. Диафрагму крепят к корпусу крышкой 9. Величину камеры завихрения, а вместе с этим степень распыла и угол конуса распыла можно изменять путем поворота брандспойта.

Для хорошей работы садовых наконечников требуется давление 20-25 ат, они дают струю распыленной жидкости высотой 8-9 м. Для обработки деревьев выстой до 12 м применяют дальнобойные брандспойты.

Действие наконечников обоих типов состоит в следующем: жидкость, поданная насосом под давлением в корпус наконечника, проходит через винтовые каналы сердечника и приобретает вращательное движение. Затем она поступает в камеру завихрения, откуда с большой скоростью выбрасывается через выходное отверстие колпачка или диафрагмы наружу и мелко распыливается под действием центробежной силы и удара об окружающий воздух. В результате образуется конусообразный факел мелкораспыленной жидкости.

Расход жидкости через наконечник определяют по формуле где s – площадь выходного отверстия наконечника, – коэффициент (для обычных полевых наконечников =0,43...0,47, для экономичных =0,22...0,25);

g – ускорения силы тяжести;

Н – напор, создаваемый насосом, мм вод. ст.

Расход жидкого ядохимиката за единицу времени зависит от суммарной площади выходных отверстий рабочих органов и напора жидкости, создаваемого насосом.

Расход жидкости при работе опрыскивателя с полевыми наконечниками, имеющими постоянный расход жидкости, определяют по формуле где V - рабочая скорость машины, км/ч;

В - ширина захвата машины, м;

q - норма расхода раствора ядохимиката, л/га.

Для определения расхода жидкости опрыскивателями с наконечниками садового типа в предыдущую формулу вводят коэффициент. Формула принимает вид Величину выбирают в пределах 0,5 - 0,7. Этот коэффициент учитывает изменение величины конуса распыла и дальности струи при обработке деревьев.

Норма расхода жидкости должна быть согласована с производительностью насоса.

4.3.2. Расчет поршневого насоса Производительность поршневого насоса определяют по формуле где d - диаметр поршня, дм;

n - число двойных ходов поршня в минуту или число оборотов вала кривошипа в минуту;

i - число цилиндров насоса;

- коэффициент объемного наполнения насоса, учитывающий разницу между действительной и теоретической подачей жидкости =0,8-0,9).

Мощность, потребную для привода насоса в действие, определяют по формуле где Q - действительная подача жидкости насосом, - удельный вес жидкости, кг/л;

H - давление в м вод. ст.;

- общий к. п. д. насоса (=0,6-0,75).

Высоту распыленной струи опрыскивателей с наконечниками садового типа (брандспойта) определяют по следующей эмпирической формуле:

дальнобойного где d1 и d2 - диаметры отверстий наконечников, мм.

4.3.3. Критерии качества опрыскивания У всех опрыскивателей рабочая жидкость дробится на капли наконечниками. Вентиляторы дополнительно дробят и транспортируют жидкость или же только транспортируют ее [12,15,18].

Средний диаметр капли - критерий дисперсности распыла жидкости. Он может быть вычислен по формуле:

где dсл - замеренный диаметр следа капли;

- угол между касательной к сфере капли в точке ее сечения обрабатываемой поверхностью и самой поверхностью.

Обычно средний размер капель d k d сл и составляет 150 - 300 мкм, а при аэрозольном опрыскивании - 50 - 100 мкм.

Средний диаметр капли - это первый критерий качества работы опрыскивателей.

Степень покрытия каплями обрабатываемой поверхности М(%) - второй критерий оценки работы опрыскивателей.

где d1; d2…dn - диаметр следов капли, мкм;

n1, n2…nn - количество капель каждого размера;

F0 - исследуемая площадь, мкм2.

Коэффициент эффективного действия капли, равный отношению общей площади эффективного действия к площади, образованной следом капли - третий критерий качества опрыскивания:

Здесь площадь следа капли а площадь эффективного действия капли где r - зоны эффективного действия, равная 100 - Отсюда степень эффективного покрытия каплями обрабатываемой поверхности С уменьшением размеров капли увеличивается коэффициент эффективного действия.

Мелкокапельное дробление требует высокого давления, но увеличение давления связано с возрастанием потребляемой мощности, увеличением размера и массы гидравлических насосов, что нежелательно как с конструкторской, так и с эксплуатационной точки зрения.

Поэтому для получения мелкокапельного дробления используют насосы низкого давления с частичным дроблением жидкости вентиляторами.

Кроме того, скорость потока рабочей жидкости, распыленной на мелкие капли, падает быстрее по мере удаления от сопла, чем скорость потока жидкости более крупного распыла. Следовательно, мелкокапельное дробление не обеспечивает большую дальность действия опрыскивателя.

4.3.4. Малообъемное опрыскивание Рабочая жидкость слагается из двух основных компонентов - ядохимиката и воды. Если первый из них - действующий фактор, то вода - это разбавитель и носитель яда. Производительность опрыскивателей и стоимость обработки ими одного гектара посадки непосредственно зависит от расхода воды: чем больше расход, тем ниже производительность и тем выше стоимость работы химической защиты растений [15].

Особенности малообъемного опрыскивания. Расход воды при опрыскивании колеблется в широких пределах, обычно от 300 до 1000 л/га, при конструктивных возможностях опрыскивателей от 100 до л/га.

Если повысить концентрацию ядохимиката в рабочей жидкости, то это позволит значительно уменьшить ее расход. Опрыскивание концентрированной жидкостью при уменьшенном ее расходе на гектар посадки (или на одно дерево) называется малообъемным.

Малообъемное опрыскивание может быть только мелкокапельным. Мелкие капли концентрированной ядовитой жидкости лучше проникают внутрь кроны и хорошо оседают на нижней стороне листьев и дольше удерживаются на ней.

Требование достаточно большой энергии потока рабочей смеси не позволяет ставить на малообъемных опрыскивателях насосы' низкого давления - они оборудуются насосами высокого давления.

4.4. Расчет параметров опыливателей Опыливатели предназначены для нанесения на растения сухих или увлажненных порошкообразных ядохимикатов. Обработка порошкообразными ядами ввиду большого рабочего захвата опыливателей является менее трудоемким и более производительным по сравнению с опрыскиванием, но имеет существенные недостатки. Из-за слабого прилипания порошка к листьям растений расход ядохимиката при опыливании в 3 - 4 раза больше, чем при опрыскивании. При незначительном (2-3 м/с) негре производить опыливание нельзя, так как порошок сдувается с растений.

4.4.1. Типы распыливающих устройств С помощью распыливающих устройств распиливают порошкообразный ядохимикат и наносят его на обрабатываемые растения. В опыливателях применяют распыливающие устройства двух типов: бокового дутья - для обработки садов; прямого дутья - для обработки полевых культур и виноградников [5,11].

Распыливающие устройства бокового дутья выбрасывают пылевой поток ядохимиката на растения сбоку из одного или двух металлических трубопроводов, соединенных с выходным отверстием вентилятора. На другом конце трубопроводов устанавливают распыливающие наконечники.

Распыливающие устройства прямого дутья выбрасывают пылевой поток ядохимиката на растения сверху или с боков из шести-восьми трубопроводов, присоединенных к выходному отверстию вентилятора посредством специальной распределительной коробки.

На концах трубопроводов также устанавливают наконечники.

Наконечники придают пылевому потоку направление и скорость, необходимые для полного и равномерного охвата обрабатываемых растений распыленным ядохимикатом. В опыливателях применяют наконечники следующих типов (рис. 61): плоские конические, открытые ложкообразные, секирообразные и цилиндрические.

Конические, секирообразные и ложкообразные наконечники предназначены для обработки полевых, огородных и других низкорослых культур, а также виноградников; при этом ложкообразные наконечники применяют для опыливания нижних поверхностей листьев низкорослых культур хлопчатника, винограда), так как они дают сравнительно широкую и короткую волну, направленную под некоторым углом вверх.

Плоские конические наконечники имеют выходное отверстие в виде прямоугольной щели; они создают пылевой поток с определенным направлением.

Скорость движения воздушного потока на выходе из этих наконечников составляет 5 - 8 м/сек.

Секирообразные наконечники благодаря наличию в их выходных отверстиях специальных регулируемых направляющих планок дают еще более определенное направление пылевого потока.

Цилиндрические наконечники предназначены для обработки садов и лесозащитных полос боковым дутьем. Эти наконечники дают пылевой поток длиной до 40 м и высотой до 20 м.

Расчет расхода ядохимиката опыливателями сводится к определению его количества, которое должно быть подано за определенное число оборотов ходового колеса:

где n - число оборотов ходовых колес, сделанных за время установки;

D - диаметр ходового колеса, м;

В - ширина захвата пылевой волны, м;

G - норма расхода ядохимиката, кг/га.

Для тракторного опыливателя:

где V - скорость движения опыливателя, км/ч;

В - ширина захвата пылевой волны, м, G - норма расхода ядохимиката, кг/га.

4.4.2. Расчет основных параметры опыливателей Главный рабочий орган опыливателей - питатель, который одновременно служит дозатором. Различают питатели четырех видов: шнековые, плоскотерочные, дисковые и пневматические - скоростные [5,15].

Производительность шнекового питателя определяется по уравнению основанному на формуле В.П.

Горячкина (м3/с):

где d - диаметр витка шнека, м;

kH - коэффициент наполнения;

- угловая скорость ленточного шнека, рад/с Производительность плоскотерочного питателя, применяемого для ручных опыливателей, дм3/с:

F - площадь одного дозировочного окна, дм2;

где F0 - начальная скорость падения препарата, м/с;

Кн - коэффициент наполнения (для порошков 0, пд - количество дозировочных окон.

Пропускная способность пневматических скоростных питателей, устанавливаемых на тракторных и автомобильных опыливателях, вычисляется по формуле ( ).

Производительность дисковых питателей (дм /с), которыми оборудуются конные и некоторые тракторные опыливатели, определяют по формуле:

где F0 - площадь кольцевого просвета между плоскостью диска и нижним обрезом дозировочной манжеты (муфты), дм2;

V - окружная скорость диска, м/с, kH - коэффициент наполнения (0,7 - 0,8);

f - коэффициент трения массы препарата о плоскости диска.

Суммарный расход распыливающего механизма штанги опыливателя:

где D - диаметр штанги (трубы) в середине (на входе);

d - диаметр штанги в конце;

F - площадь сечения распиливающих щелей.

Воздушная струя, выходящая из опыливателя, образует угол /2 с направлением его движения. При перемещении опыливателя по обрабатываемому участку траектория струи принимает криволинейную форму.

Степень опыляемости растений, т. е. количество пылинок на 1 мм2 листа - критерий качества опыливания. Степень опыляемости есть функция угла атаки:

где - степень опыляемости обратной стороны листьев, не зависящая от угла атаки;

k - безразмерный коэффициент, определяемый концентрацией яда в воздухе;

- угол атаки (угол между осью потока и плоскостью опыливаемого объекта).

Абсолютная скорость воздушного потока определяется из выражения:

где Vот - относительная скорость воздушного потока;

Vм - скорость машины;

При скорости передвижения машин 1,1 м/с максимальная опыляемость наблюдается, когда =75°.

В нормальных условиях опыливания с боковым дутьем распыливающие наконечники должны быть отведены от куста на расстояние где h - высота куста;

- угол расширения конуса распыла в вертикальной плоскости.

Расстояние L ограничивается противоположным (с другой стороны междурядий) рядом кустов до величины где m - ширина междурядий;

Угол наклона к горизонту распиливающих наконечников зависит от условий работы.

Дальность струи при работе опыливателей зависит от внешних факторов. Поэтому если увеличивается диаметр сопла, то необходимо повысить давление в трубопроводе, чтобы сохранить дальнобойность машины.

4.5. Расчет параметров протравливателей Производительность перемешивающего шнека основного рабочего органа протравливателя (т/ч) находят по уравнению:

перемещаемого материала, м2;

d - диаметр шнека, м;

kH - коэффициент заполнения желоба шнека;

V - коэффициент, учитывающий снижение производительности шнека вследствие его наклона к горизонту;

VП - скорость продольного перемещения материала, м/с;

- объемная масса материала, кг/м3.

Скорость продольного перемещения материала вычисляют по формуле:

где s - шаг витка шнека, м;

n - частота вращения, об/мин.

Средняя скорость движения зерна пшеницы от 0,017 до 0,027 м/с.

При проверке расхода яда протравливателями сначала определяется опытным путем расхода семян при наибольшей их подаче, затем, - также из опыта, подача ядохимиката. Оба показателя приводятся в соответствие. Отклонение в расходе яда не должно превышать 10% от показателей шкалы регулятора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Абликов В.А., Дремов Г.Г., Северин Ю.Д., Методические указания, Краснодар, КГАУ, 1989.

2. Босой Е.С. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение, 1977.

3. Горячкин В.П. Собрание сочинений. Том 2., М.: Колос, 1965.

4. Григорьев С.М. Сельскохозяйственные машины, практикум. М. - Л., Сельхозгиз, 1957.

5. Иванов И.С. и др. Сельскохозяйственные машины. М.: Машиностроение, 1970.

6. Кленин Н.И., Попов И.Ф., Сакун В.А., Сельскохозяйственные машины. М.: Колос, 1970.

7. Кленин Н.И., Сакун В.А., Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Колос, 1980.

8. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Колос, 1994г.

9. Карпенко А.Н., Халанский В.М., Сельскохозяйственные машины. М.: Колос, 1983.

10. Ю. Камаритов В.Е., Дунай Н.Ф. Сельскохозяйственные машины. М: Колос, 1984.

11. Киртбая Ю.К. Механизация сельского хозяйства. М.: Колос, 1974.

12. Красниченко А.В. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин., (I и II том). М.: Машиностроение, 1961.

13. Кленин Н.И. и др. Практикум по сельскохозяйственным машинам и орудиям. М.: 1963.

14. Комаристов В.Е., Одинцов Л.А. Практикум по сельскохозяйственным машинам. М.: Колос, 1978.

15. Листопад Г.Е. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Колос, 1976.

16. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. М.: Сельхозгиз, 1955 г.

17. Любимов А.И. и др. Практикум по сельскохозяйственным машинам. М.: Колос, 1971.

18. Листопад Г.Е., Демидов Г.К., Шебалкин А.Е.

Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.:

Агропромиздат, 1986 г.

19. Морозов И.В. Основы теории сельскохозяйственных машин., М.: ВСХИЗО, 1993.

20. Петрусов А.И., Комаристов В.Е. Машины для посева, посадки и внесения удобрений. Харьков, 1961.

21. Сабликов М.В. Сельскохозяйственные машины, часть первая. М.: Колос, 1968.

22. Сабликов М.В. Сельскохозяйственные машины, ч. II. М.: Колос, 1968.

23. Сабликов М.В. и др. Механизация сельского хозяйства. М.: Колос, 1980.

24. Саакян С.С. Сельскохозяйственные машины.

М. 1962.

25. Семенов А.Н. Зерновые сеялки, Киев, Машгиз, 1959.

26. Турбин Б.Г. Сельскохозяйственные машины (Теория и технологический расчет). Л.: Машиностроение, 1967 г.

27. Трубилин Е.И. Технология и правила производства механизированных полевых работ. Краснодар:

КубГАУ, 1996.

28. Чубарин М.И. Рассадопосадочные машины. М.: Машиностроение, 1972.