Оптимізувати конструкції та параметри машин

Оптимізувати конструкції та параметри машин

/ Механізація АПК / Четвер, 22 березня 2018 15:46

Серед класичних та нових агрегатів для внесення добрив усе ще є можливості для удосконалення. Вітчизняні інженери-розробники пропонують власні рішення цієї техніки.

На вітчизняному ринку сільськогосподарської техніки є великий вибір якісних машин для мінерального удобрення грунтів і техніки для хімічної меліорації грунтів. Однак керівникам господарств складно вибрати оптимальний набір машин для хімізації полів свого господарства. Причина в тому, що загальнодоступних науково обгрунтованих рекомендацій з цього питання недостатньо, і не всі вони мають об’єктивний характер. Крім того, на психіку господарів і навіть окремих творців нових машин для хімізації сільського господарства впливає досвід недалекого минулого. Раніше міндобрива доставлялись у господарства насипом в універсальних залізничних вагонах, зберігались у малопристосованих приміщеннях. В результаті вони зволожувались і втрачали сипучість.

Тому дозувати їх можливо було лише конвеєром, розміщеним на днищі кузова машини, а для внесення у грунт використовувались так звані відцентрові розкидачі, нерівномірність внесення добрив якими досягала ±50%, і тому термін «розкидання добрив» відображав якість їх роботи.

Оскільки працювали майже всі такі розкидачі за прямоточною технологією, то їх змінна продуктивність безпосередньо залежала від вантажомісткості кузова, а тому вона весь час зростала і досягала 16 т (машина МВУ-16, масою 4000 кг), а як така машина ущільнювала грунт, і скільки пального витрачала на гектар удобреного поля — ніхто не рахував. Відповідно окремі господарники та навіть творці нової техніки і тепер вважають, що чим більша вантажомісткість кузова, тим більшу продуктивність має машина, а про питомі витрати пального не думають взагалі. Які ж об’єктивні критерії повинен враховувати керівник господарства при виборі машин для мінерального удобрення своїх ланів?

 

Критерії вибору машин

По-перше, сумарна продуктивність вибраних машин повинна забезпечувати удобрення полів в оптимальні строки. По-друге, загальна маса і вартість машин для внесення добрив і хімікатів повинна бути мінімально можливою. По-третє, питомі витрати пального на гектар удобрюваного поля також мають бути мінімальними.

Зараз міндобрива доставляються у господарства в м’яких герметичних ємкостях, а зберігаються в закритих приміщеннях. Тому вони не втрачають сипучості, і їх можна дозувати з високою рівномірністю простими за конструкцією гравітаційними дозаторами, які працюють за принципом піскового годинника. Причому необхідно звернути увагу на те, що при рівних площах отворів гравітаційний дозатор більш досконалий той, у якому при внесенні мінімальних доз добрив дозувальний отвір по формі ближчий до форми круга, оскільки круглий найменше забивається крупними частинками (спеченими при сушінні добрив двома гранулами, сторонніми предметами).

Нерівномірність внесення добрив сучасними відцентровими машинами не перевищує ±15%, і тому говорити, що добривами «розкидаються» не­етично (розкидається щось непотрібне), а вносяться добрива не тільки поверхнево, а й внутрішньо ґрунтово, тому термін «внесення» добрив невизначений, а термін «розподілення», згідно зі словником, має інший зміст. Відтак, на думку більшості науковців ННЦ «ІМЕСГ», відцентровою машиною добрива розсіваються (так наші предки розсівали насіння).

Те, що годинна продуктивність агрегату для мінерального удобрення грунту пропорційно залежить від його робочих швидкості і ширини захвату, знають усі фахівці, які мають відношення до внесення міндобрив, а от те, що змінна продуктивність удобрювального агрегату також пропорційно залежить, але лише від чистого часу роботи агрегату, тобто часу, протягом якого працює розсіювальний апарат, відомо далеко не всім.

Найбільш суттєво на зниження часу чистої роботи удобрювального агрегату впливає час розворотів його на поворотній смузі та час, пов’язаний із завантаженням добрив у технологічну місткість машини (кузов чи бункер), надалі бункер.

Оскільки удобрювальні агрегати працюють човниковим способом, то час на його розвороти пропорційний робочій ширині захвату агрегату і його робочій швидкості, вплинути на його зменшення для уже створеної машини неможливо.

Щодо часу, пов’язаного із завантаженням добрив у бункер, то при використанні прямоточної технології він включає час руху удобрювального агрегату від поля до сховища добрив, їх завантаження у кузов машини і руху агрегату від сховища до поля.

Цей час можна зменшити збільшенням швидкості агрегату для транспортування добрив шляхом використання тракторів із підвищеною транспортною швидкістю, але його застосуванню понад 30 км/год. перешкоджає погане покриття польових шляхів, а також використання завантажувачів підвищеної продуктивності, що також не завжди можливо в умовах господарства.

При застосуванні перевантажувальної західноєвропейської технології удобрення грунту використовуються навісні та напівпричіпні машини, в яких одна частина їх маси і завантажених добрив передаються на опорні колеса, а інша — через дишло на причіпну сергу трактора. Позаяк максимально допустима робоча швидкість удобрювального агрегату не залежить від конструкції машини, а обумовлюється рельєфом грунту й амортизаційними властивостями трактора, то для усіх видів таких агрегатів вона приймається рівною 10 км/год.

 

Один чи два диски?

Оскільки на сучасних машинах для внесення добрив домінують відцентрові апарати, то робоча ширина захвату удобрювального агрегату не залежить від вантажомісткості бункера машини, а від форми і режиму роботи відцентрового диска. Перше питання, яке виникає при розробленні відцентрового апарата — скільки дисків повинен він мати — один чи два?

Прихильники дводискових машин посилаються на досвід західних фірм, де домінують дводискові машини. Однак, на думку автора статті, західноєвропейські конструктори, по-перше, ще не досягли вершин у цьому питанні, а по-друге, автовиробникам краще продавати дводискові машини, оскільки вигідніше повторно дорожче продавати придбаний метал, аніж результати творчої праці конструкторів, яким за неї необхідно платити.

Ефективність однодискових машин підтверджує досвід роботи ННЦ «ІМЕСГ», розроблений яким однодисковий відцентровий апарат машини МРД-4,0 (фото 1), за результатами випробувань в ­УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого, забезпечив робочу ширину захвату 33 м при рівномірності внесення добрив ±14%. Таких результатів на українських добривах не забезпечує жодна вітчизняна дводискова машина.

Фото 1. Машина для розсівання мінеральних добрив МРД-4 (Ковельсільмаш)

21 364 70

А застосування одного диска дає можливість виключити з конструкції навісної машини два редуктори, два з’єднувальних валики, один розсівальний диск і одну ворошилку та спростити механізм регулювання дози внесення добрив, конструкції бункера і спрямувального щитка біля диска.

Це дає можливість знизити масу машини не менш як на 30% і, відповідно, зменшити собівартість її виготовлення наполовину.

Однак при розробленні однодискової машини є свої особливості. Якщо добрива на диск спрямовувати двома симетричними до напрямку руху машини потоками, як у дводискових, то одна смуга розсівання добрив буде правильною, тобто позаду машини, а друга спрямовуватиметься під неї і трактор. Якщо ж добрива на такий диск подавати одним потоком (через один отвір у днищі бункера), то в кращому випадку вони будуть розсіватись правильно, але лише в один бік від напрямку руху машини, в результаті цього робоча ширина її захвату знизиться, як мінімум, удвічі. І щоб не писали розробники обох варіантів таких машин у своїх проспектах, нерівномірність розсівання ними добрив не буде кращою ±25%.

Автором статті розроблено оптимальне розміщення двох отворів у днищі бункера для подачі добрив на один диск, і оптимальна форма їх, завдяки якій при мінімальній дозі внесення форма висівного отвору близька до форми круга (патент України № 107136).

Щодо кількості лопаток на відцентровому диску — чотири чи дві, то, на перший погляд, чотири лопатки забезпечують більш рівномірне розсівання добрив. Однак все навпаки. Причина в тому, що при роботі відцентрового апарата верхніми кромками лопаток відбивається значна частина добрив. При цьому частина відбитих гранул руйнується, а решта частинок не набирають необхідної швидкості і подають на грунт на відстані до 4 м від диска, де і так висівається максимальна кількість добрив на одиницю площі. Відтак, вони додатково збільшують нерівномірність внесення добрива, а для забезпечення заданої рівномірності необхідно збільшувати перекриття суміжних смуг внесених добрив, у результаті чого знижується робоча ширина захвату машини.

Тому на дисках відцентрових машин зарубіжних фірм і на переважній більшості вітчизняних використовується по дві лопатки. Конструкція спрощується, і якість роботи підвищується. Щодо форми поперечного перерізу лопаток, то оптимальною є П-подібна. При такій формі лопаток всі добрива злітають з їх периферійних кінців, і тому отримують максимально можливу швидкість, що обумовлює збільшення робочої ширини захвату машини.

Відносно розміщення лопаток до поверхні поля, яка може бути і не горизонтальною, то при їх паралельному розміщенні робоча ширина захвату машини буде мінімальною і не перевищить 24 м. Для збільшення робочої ширини захвату машини лопатки необхідно розміщувати під кутом до поверхні поля, причому максимальна дальність польоту частинок і, відповідно, робоча ширина захвату машини досягається при 300. Щодо закріплення лопаток до диска, то вони повинні бути рівної довжини, радіально розміщені і нерухомо з’єднані з диском.

Лопатки різної довжини лише розбалансовують відцентровий апарат і зменшують робочу ширину захвату машини, а шарнірне закріплення їх лише ускладнює відцентровий апарат і знижує рівномірність розсівання добрив. Причина в тому, що при радіальному нерухомому закріпленні лопаток забезпечується максимальна дальність польоту добрив, і в настанові з експлуатації машини приводиться максимально можлива її робоча ширина захвату. Тому тракторист налаштовується вести агрегат так, щоб ця робоча ширина витримувалася.

Якщо ж відхиляти шарнірно закріплену лопатку від радіального положення, то дальність польоту частинок і робоча ширина захвату машини відповідно зменшаться, але наскільки при розсіванні українських добрив — не скаже навіть зарубіжний конструктор такого закріплення лопаток. Тому тракторист навмання буде збільшувати кут відхилення лопатки від радіального положення, і таким же чином встановлювати невідому робочу ширину захвату. Зрозуміло, що рівномірність розсівання добрив при цьому не підвищиться. Крім того, при роботі відцентрового диска від вібрації гайка болта, що фіксує лопатку, часто відгвинчується, і шарнірно закріплена лопатка взагалі переходить у «вільне плавання».

Щодо закріплення лопаток під кутом до поверхні поля, то це краще здійснити шляхом виготовлення розсівального диска у формі конуса, спрямованого вершиною донизу, але для його виготовлення необхідний прес із пуасоном і матрицею. Тому при дрібносерійному виробництві можна до плоского диска приварити під необхідним кутом кутники, і до них болтами закріпити лопатки.

Щодо матеріалу відцентрового диска, то його доцільно виготовляти з чорного металу, оскільки з добривами взаємодіють лише лопатки. Зарубіжні фірми виготовляють диски із нержавіючої сталі для естетики, і щоб дорожче продати. А от лопатки бажано виготовляти з нержавіючої сталі, але при будь-якому матеріалі їх внутрішні поверхні вертикальних полиць, тобто робочі поверхні доцільно полірувати для зменшення коефіцієнта тертя добрив по лопатці, що забезпечує збільшення ширини захвату машини. Причому товщина матеріалу лопаток повинна бути не менше 2 мм, оскільки тоненькі лопатки зарубіжних фірм швидко протираються добривами, і необхідно купувати новий розсівальний диск, позаяк лопатки окремо не продаються. Для усунення забивання добривами висівних отворів гравітаційних дозаторів над днищем бункерів усіх машин з такими дозаторами встановлюються ворушилки, робочі органи яких взаємодіють із добривами над висівними отворами і усувають їх забивання.

Однак єдиної думки у творців машин для розсівання добрив щодо конструкції ворушилки немає, і тому кожна фірма використовує свою розробку. Найпростіша за конструкцією і найменше пошкоджує гранули добрив ворушилка Burg Ault, яка виконана у вигляді пластинки, встановленої біля висівного отвору і з’єднаної з електровібратором. А найскладніша за конструкцією, найбільш металомістка і енерговитратна є ворушилка одного з німецьких виробників, яка виготовлена у вигляді шнека, з’єднаного ланцюговою передачею із механізмом приводу. Необхідно відмітити, що більшість наявних ворушилок не забезпечують одночасне обслуговування двох висівних отворів гравітаційних дозаторів однодискових машин через їх оригінальне розміщення. Тому автором статті для однодискових машин розроблена проста за конструкцією і малометаломістка ворушилка, котра виключає пошкодження гранул добрив, на яку отримано патент України № 108969.

Щодо механізмів регулювання норми висіву добрив на одиницю площі і повного виключення висіву на поворотних смугах, то вони працюють за принципом зміни живих перерізів висівних отворів шляхом їх часткового перекриття, а на поворотних смугах вони повністю закриваються за допомогою гідроциліндра, сполученого з гідросистемою трактора.

Причому для цього в наявних машинах використовуються два типи механізмів. У більш ранніх конструкціях зарубіжних і усіх вітчизняних машинах цей механізм виготовлений у вигляді двох дисків з отворами, шарнірно закріплених під днищем бункера. Причому верхній диск з’єднаний із важелем — регулятором дози внесення добрив, а нижній — з гідроциліндром, для припинення висіву добрив на поворотних смугах.

У сучасних зарубіжних машинах використовується також механізм з одним диском, причому для регулювання дози внесення добрив додатково використовується пружина високої пружності.

Автором статті також розроблений аналогічний за принципом дії, але простіший за конструкцією механізм, на який отримано патент України № 109914.

Відносно форми і місткості бункера для мінеральних добрив для навісних машин, то вони виготовляються у вигляді зрізаних конуса або піраміди. Конусний бункер простіший у виготовленні, але центр його маси неможливо наблизити на необхідну відстань до трактора, оскільки верхня основа конуса впирається у трактор. Це обумовлює збільшення перекидного моменту, який діє на трактор, що викликає зниження тиску передніх коліс на грунт і втрату керованості агрегатом. Тому конічні бункери використовуються на машинах з невеликою їх вантажомісткістю (до 800 кг).

У традиційних напівпричіпних машинах кузов, як правило, в поперечному перерізі знизу має форму трапеції, розміщеної більшою основою зверху, з якою сполучений прямокутник. Причому в таких сучасних зарубіжних машинах конструктори зменшують ширину і довжину днища кузова, що забезпечує зниження маси, енергоємності приводу і вартості транспортера-живильника, що важливо при фракційному його приводі від колеса машини. А необхідна вантажомісткість такого кузова забезпечується за рахунок збільшення ширини і висоти його паралелепідної частини. Однак загальна висота машини не повинна перевищувати завантажувальної висоти навантажувача добрив.

Щодо вантажомісткості бункера навісної машини, то вона мало впливає на енергоємність робочого процесу і тому повинна бути максимально можливою для зменшення кількості зупинок агрегату для його завантаження добривами і відповідного підвищення змінної продуктивності агрегату, але при збереженні надійної керованості агрегатом. Досвід використання дводискової навісної машини МВД-1000 масою 290 кг і вантажомісткістю бункера 1000 кг, із закріпленим до задньої частини трактора перевантажувача добрив ТП-1 масою 500 кг, свідчить, що при встановленні на цю машину додаткового вантажу масою 1500 кг (1000 кг добрив і 500 кг перевантажувач) керованість удобрювального агрегату зберігається.

Тому вантажомісткість бункера перспективної однодискової навісної машини без перевантажувача доцільно збільшити до 1500 кг. Причому маса її не перевищить 250 кг, тобто буде меншою машини МВД-1000, а, крім того, центр маси її пірамідального бункера можна наблизити до трактора шляхом зменшення кутів нахилу до вертикалі його передньої і задньої стінок і збільшенням таких кутів правої і лівої стінок, що додатково підвищить керованість агрегату.

Щодо кузовних машин, то їх вантажомісткість суттєво впливає на енергомісткість робочого процесу і питому витрату пального, а тому її доцільно мінімізувати до 5000 кг.

Однак завод Кобзаренка продовжує традицію радянських конструкторів зі створення сімейства кузовних відцентрових розкидачів мінеральних добрив і навіть їх перевершив, розробивши машину МРД-20 (фото 2) з вантажомісткістю кузова 20 т. Що це дає господарствам — покаже аналіз.

Фото 2. Розкидач мінеральних добрив МРД-20 (завод Кобзаренка)

21 364 73 1

Для порівняння техніко-­економічних показників сучасних машин для розсівання мінеральних добрив приймаємо такі умови: довжина гонів удобрюваного поля — 500 м; середня відстань розміщення удобрюваного поля від сховища добрив — 3 км; середня швидкість транспортного агрегату для доставки добрив — 30 км/год; робоча швидкість удобрювального агрегату — 10 км/год; оскільки радіус повороту удобрювального агрегату не менше 14 м, то його швидкість на розворотах приймаємо рівною робочій, тобто 10 км/год; середня доза внесення добрив — 100 кг/га; робоча ширина захвату агрегату 33 м. Оскільки більшої ширини захвату на вітчизняних добривах державні центри сертифікації не одержали, середня маса удобрювального агрегату включає масу машини, трактора і перевантажувача, якщо він встановлений на машині, а також половину вантажомісткості бункера машини, позаяк у процесі роботи кількість завантажених добрив поступово зменшується до нуля; коефіцієнт опору коченню коліс агрегату приймаємо 0,15, бо добрива вносяться переважно по зораному полю.

 

Результати одержаних показників

Як свідчить наведена таблиця, найбільш ефективними при удобренні грунту є навісні машини. Вони мають найменшу масу і, відповідно, ціну, високу продуктивність і малу питому витрату пального на гектар удобреного поля.

Таблиця 1. Порівняльний аналіз продуктивності агрегатів, що розкидають мінеральні добрива

21 364 72

У порівнянні з вітчизняною напівпричіпною машиною МРД-20, машина МРД-150 при практично рівній продуктивності має у 24 рази меншу масу і, відповідно, ціну, у 7,3 разу споживає менше пального на гектар удобреного поля і вшестеро менше ущільнює грунт. Очевидно, що такі громісткі та енерговитратні машини непотрібні сільськогосподарським підприємствам для мінерального удобрення грунту.

Однак сільськогосподарське виробництво не може обійтися без кузовних напівпричіпних машин. Причина в тому, що культура землеробства в нашій країні поступово зростає, і хоча в обмежених кількостях проводиться хімічна меліорація грунтів, при якій кислі грунти вапнуються, а солонцюваті — гіпсуються. Причому для хімічної меліорації часто використовуються місцеві матеріали — дефекат, доломітове борошно, мегрел тощо. Вони часто мають підвищену вологість і крупні частинки. Очевидно, що на таких матеріалах гравітаційний дозатор працювати не може.

Тому для хімічної меліорації грунтів вітчизняна промисловість повинна виготовляти напівпричіпні кузовні машини з конвеєрним дозатором, але зважаючи на те, що хімічна меліорація поки що застосовується в обмежених кількостях, вантажомісткість їх кузова не повинна перевищувати 5000 кг, і вони повинні мати сучасну форму, наприклад, як машина МАХІ 4000 Agres.

Фото 3. Напівпричіпна машина МАХІ 4000 Agres

21 364 73 2

Причому в зв’язку з тим, що універсальна машина, яка буде забезпечувати мінеральне удобрення й хімічну меліорацію грунтів, буде користуватися більшим попитом споживачів, вона повинна комплектуватись двома типами відцентрових дисків. Для розсівання мінеральних добрив диски мають бути такими, як у сучасних машинах для таких робіт, а для хімічної меліорації — плоскими, товщиною не менше 2 м, а лопатки Г-подібними, товщиною не менше 3 мм для забезпечення ударостійкості від крупних частинок, наприклад, при внесенні дефекату.

Крім того, для підвищення продуктивності машини і рівномірності внесення пилоподібних хіммеліорантів заводського виробництва вона повинна спрямовувати пилоподібний матеріал в один бік від напрямку руху техніки, відповідно з розробленим автором статті способом (патент № 47701), за вітром.

Володимир МОЙСЕЄНКОпровідний науковий співробітник ННЦ «ІМЕСГ», винахідник

 26 травня 2018
Сільськогосподарські угіддя степового півдня дають самі мізерні врожаї, а найвигідніше займатися фермерством на Прикарпатті.
Сільськогосподарські угіддя степового півдня дають самі мізерні врожаї, а найвигідніше займатися фермерством на Прикарпатті.
26 травня 2018
 26 травня 2018
В окупованому Криму обміліло Белогорськоє водосховище в результаті посух на півострові.
В окупованому Криму обміліло Белогорськоє водосховище в результаті посух на півострові.
26 травня 2018
 26 травня 2018
Таке рішення опублікував Європейський суд з прав людини (ЄСПЛ). Так, двоє українців звернулися з позовом, стверджуючи, що мораторій на продаж землі порушує їх право власності. І ЄСПЛ з таким твердженням погодився.
Таке рішення опублікував Європейський суд з прав людини (ЄСПЛ). Так, двоє українців звернулися з позовом, стверджуючи, що мораторій на продаж землі порушує їх право власності. І ЄСПЛ з таким твердженням погодився.
26 травня 2018
 26 травня 2018
Україна посідає восьме місце в рейтингу світових експортерів курятини, передає УНН з посиланням на World's Top Exporters.
Україна посідає восьме місце в рейтингу світових експортерів курятини, передає УНН з посиланням на World's Top Exporters.
26 травня 2018
 25 травня 2018
Серед можливих інвесторів СЕС може стати Європейський банк реконструкції та розвитку.
Серед можливих інвесторів СЕС може стати Європейський банк реконструкції та розвитку.
25 травня 2018
 25 травня 2018
При цьому на підприємствах молока стали виробляти більше.
При цьому на підприємствах молока стали виробляти більше.
25 травня 2018

Найближча подія

31 трав. 2018
08:00AM - 05:00PM
Ukrainian Agro-Industrial & Food Forum

Наші видання

Please publish modules in offcanvas position.