Машина для дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений

Машина для дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к машинам для дифференцированного внесения в системе координатного земледелия азотных, фосфорных и калийных растворов и суспензий минеральных удобрений.

Известен агрегат для дифференцированного внесения жидких удобрений по RU 2286040 C2, А01C 23/04, 2005, содержащий шасси с резервуарами для азотных, фосфорных и калийных удобрений, пневматическую систему с источником сжатого воздуха, гидравлические системы для отдельной подачи каждого компонента удобрений с последующим их смешиванием в центральном эжекторе и дифференцированным внесением смеси жидкого минерального удобрения.

Недостатком известного устройства является несовершенство конструкции группового эжектора, заключающееся в отсутствии в нем камеры смешения, поэтому подаваемые в приемную камеру компоненты жидких минеральных удобрений недостаточно перемешиваются в эжекторе, часть их без перемешивания с другими компонентами сразу поступает в диффузор и далее в коллектор, кроме этого при изменении дозы вносимых удобрений от минимального до максимального значения из-за большого перепада скоростей истечения газожидкостной смеси возникает полидисперсность распыла - это в совокупности приводит к нестабильному качеству внесения удобрений, и как следствие, к снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

Известно распыливающее сопло по патенту №3675855, кл. 239-59, USA 11.07.1972, содержащее корпус, дефлектор и два сопловых канала с одной общей осью для подачи рабочей жидкости и воздуха. Такая форсунка дает широкий факел распыла газожидкостной смеси, но не может обеспечить монодисперсность распыла, вследствие недостаточного взаимодействия потоков газа и жидкости из-за отсутствия камеры смешивания в сопле, что снижает качество распределения газожидкостной смеси.

Известны разнофазные струйные аппараты с упругой рабочей и неупругой инжектируемой средой, в которых осуществляется как процесс пневмотранспорта рабочих жидкостей, так и процесс перемешивания жидкости и газа с возможностью регулирования расхода рабочего потока (Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. - 3-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.190). Однако в таких аппаратах, как правило, отсутствует дефлектор, и они не могут обеспечить широкий факел распыла газожидкостной смеси жидких минеральных удобрений и их равномерное распределение по рабочей ширине захвата.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений по RU 2321201 С2, А01С 23/00, 2006, включающая самоходное энергетическое средство, установленные на нем гидрорезервуар с отсеками для компонентов минеральных удобрений и штангу с закрепленными на ней рабочими органами с приемными камерами и дефлектирующими поверхностями, технологические системы подачи жидких компонентов и сжатого воздуха, дозирования и регулирования, распределения и внесения многокомпонентных смесей жидких минеральных удобрений и бортовой компьютер. Данное устройство имеет отдельные автономные дозаторы для каждой форсунки, распределяющей удобрения, причем количество дозаторов на каждую форсунку возрастает по мере увеличения количества вносимых компонентов удобрений, что усложняет устройство и вызывает громоздкость конструкции.

Калийсодержащий компонент смеси применяется в виде насыщенных растворов и суспензий, в которых диспергированы малорастворимые мелкие кристаллы хлорида калия частиц стабилизатора суспензий (Технология жидкого тукосмешения / Колесникова В.А., Марченко Л.А., Базегский Э.П. и др. - М.: РАСХН, 2004, с.8-12).

Использование компонента минерального удобрения, имеющего труднорастворимые мелкие кристаллы хлористого калия, приведет к абразивному износу всех контактирующих деталей дозаторов, выполненных в виде цилиндров с перемещающимся поршнем, и как следствие, к потере точности дозирования, а затем к отказу в работе устройства (Соколов М.В., Гуревич А.Л. Автоматическое дозирование жидких сред. - Л.: Химия, 1987, с.176).

Концентрация К₂О в калийном компоненте находится в пределах от 10% в растворах и до 30% - в суспензиях. В качестве калийного компонента используют базисные высоковязкие суспензии с максимальной концентрацией К₂О. Такие суспензии являются неньютоновскими жидкостями.

Неньютоновские жидкости обладают особыми свойствами, одним из которых является наличие в них при покое некоторой пространственной жесткой структуры, которая в состоянии сопротивляться любому внешнему воздействию до тех пор, пока вызванное им напряжение сдвига не превзойдет соответствующее этой структуре предельное напряжение (Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - Изд. 6-е, перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987, с.364-369).

В этой связи воздействие на калийную суспензию импульсами расхода сжатого воздуха не обеспечит равномерное распределение калийного компонента в потоке и, как следствие, снизит точность подачи дифференцированных доз.

Указанные недостатки снижают эффективность и качество выполнения технологического процесса дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений данными устройствами.

Выявленные недостатки не позволяют осуществлять дифференцированное внесение многокомпонентных смесей жидких минеральных удобрений с заданным нормативным качеством распределения удобрений и установленной дозой на каждом элементарном участке и по всей площади обрабатываемого поля.

Техническая задача изобретения - обеспечение нормативного качества дифференцированного внесения многокомпонентных смесей жидких минеральных удобрений на каждом элементарном участке и по всей площади обрабатываемого поля.

Технический результат от использования изобретения - повышение точности. внесения дифференцированных доз многокомпонентных смесей жидких минеральных удобрений, обеспечение монодисперсности распыла при изменении доз компонентов удобрений, снижение неравномерности распределения удобрений до нормативного значения в процессе перехода машины с одного элементарного участка на другой и на каждом элементарном участке обрабатываемого поля.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в машине для дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений, включающая самоходное энергетическое средство, установленные на нем гидрорезервуар с отсеками для компонентов минеральных удобрений и штангу с закрепленными на ней рабочими органами с приемными камерами и дефлектирующими поверхностями, технологические системы подачи жидких компонентов и сжатого воздуха, дозирования и регулирования, распределения и внесения многокомпонентных смесей жидких минеральных удобрений и бортовой компьютер, согласно изобретению, что приемные камеры снабжены, по крайней мере, тремя установленными симметрично по окружности щелевыми соплами, оси выходных отверстий которых смещены от нормали к оси симметрии корпуса рабочего органа в сторону подачи потока сжатого воздуха, пересекая эту ось в точке выхода сжатого воздуха из сопла, а на дефлектирующих поверхностях между плоскостями выходного отверстия и схода выполнены турбулизаторы в виде продольно-поперечных углублений, с уменьшающимися по мере увеличения их ширины глубиной и длиной, при этом ширина каждого последующего турбулизатора больше предыдущего.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом показывает, что новым является то, что приемные камеры снабжены, по крайней мере, тремя установленными симметрично по окружности щелевыми соплами, оси выходных отверстий которых смещены от нормали к оси симметрии корпуса рабочего органа в сторону подачи потока сжатого воздуха, пересекая эту ось в точке выхода сжатого воздуха из сопла, а на дефлектирующих поверхностях между плоскостями выходного отверстия и схода выполнены турбулизаторы в виде продольно-поперечных углублений, с уменьшающимися по мере увеличения их ширины глубиной и длиной, при этом ширина каждого последующего турбулизатора больше предыдущего.

В предлагаемой конструкции машины с сочетанием пневматического и гидравлического способов распыления жидких компонентов: установка в приемной камере распределяющих рабочих органов плоскофакельных щелевых сопел на одинаковых расстояниях по окружности со смещением в сторону распыляемого потока воздуха обеспечивает взаимодействие газовой струи с несколькими перекрестными, падающими на нее плоскими струями жидкости, что, с одной стороны, исключает образование обратных токов и вихрей газожидкостной смеси в торцевой части приемной камеры, а также застойных зон, являющихся местом скопления механических загрязнений от накопления кристаллов удобрений, с другой стороны, повышает равномерность орошения зоны взаимодействия разнофазных потоков и, как следствие, обеспечивает равномерное перемешивание компонентов смеси удобрений и воздуха перед подачей газожидкостной смеси на дефлектор. За счет выполнения на дефлектирующих поверхностях турбулизаторов в виде продольно-поперечных углублений с последовательным уменьшением глубины и длины с увеличением ширины каждого последующего турбулизатора при взаимодействии потока газожидкостной смеси с дефлектором образуется поле поперечных пульсаций скоростей плоского потока, адекватное расширяющемуся факелу распыла газожидкостной смеси, что стабилизирует монодисперсность распыла и дает более равномерное распределение смесей удобрений в самом факеле распыла, по рабочей ширине захвата машины и по ходу ее движения - это, в конечном итоге, обеспечивает нормативные параметры качества распределения каждого компонента смесей жидких минеральных удобрений при их дифференцированном внесении под сельскохозяйственные культуры на каждом элементарном участке и по всей площади обрабатываемого поля, повышает эффективность работы машины.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».

Заявляемое устройство соответствует критерию «изобретательский уровень, так как не является очевидным для специалиста и позволяет достигнуть результат, удовлетворяющий существующую потребность: повышение точности внесения дифференцированных доз многокомпонентных смесей жидких минеральных удобрений, обеспечение монодисперсности распыла при изменении доз компонентов удобрений, снижение неравномерности распределения удобрений до нормативного значения в процессе перехода машины с одного элементарного участка на другой и на каждом элементарном участке обрабатываемого поля.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «промышленная применимость», так как может использоваться в сельском хозяйстве, в частности в машинах для дифференцированного внесения в системе координатного земледелия азотных, фосфорных и калийных растворов и суспензий минеральных удобрений.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид; на фиг.2 изображена комбинированная принципиальная схема машины; на фиг.3 изображен рабочий орган для внесения жидких минеральных удобрений в продольном разрезе; на фиг.4 - поперечный разрез А-А рабочего органа; на фиг.5 - вид сверху Б рабочего органа.

Машина для дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений состоит из самоходного энергетического средства 1, установленных на нем бортовым компьютером с микропроцессорным блоком 2 контроля и управления работой машины и приемником навигационных сигналов 3, на шасси 4 машины установлены: гидрорезервуар 5 с эластичными перегородками 6 и 7, разделяющими его на отсеки 8, 9 и 10 для азотных, фосфорных и калийных компонентов минеральных удобрений, компрессор 11 с ресивером 12; насосы 13, 14 и 15, дозаторы 16, 17 и 18; штанга 19 с размещенными на ней рабочими органами 20, распределяющими жидкие минеральные удобрения.

Технологические системы подачи жидких компонентов удобрений и сжатого воздуха, дозирования и регулирования, распределения и внесения удобрений объединены соответственно в блоки подачи 21, дозирования 22, распределения 23, связанные интерфейсами 24, 25 и 26 с блоком контроля и управления 2.

Отсеки 8, 9 и 10 гидрорезервуара 5 снабжены, соответственно, заправочными горловинами 27, 28 и 29 и дыхательными пневмоклапанами 30, 31 и 32. В нижней части гидрорезервуара 5 под каждым отсеком 8, 9 и 10 установлены трехходовые краны 33, 34 и 35 и фильтры 36, 37 и 38.

Насосы 13, 14 и 15 для подачи жидких компонентов через гидроклапаны давления переливного типа 39, 40 и 41 соединены гидролинией с дозаторами 16, 17 и 18, а другой гидролинией через обратные клапаны 42, 43 и 44 соединены соответственно с отсеками 8, 9 и 10 гидрорезервуара 5.

Гидроклапаны давления 39, 40 и 41 обеспечивают понижение давления, создаваемого насосами 13, 14 и 15 и поддержание перепада давления на заданном уровне перед дозаторами 16, 17 и 18. Компрессор 11 и ресивер 12 соединены пневмолинией с редукционным пневмоклапаном 45, который, в свою очередь, соединен с электромагнитным клапаном 46, дозаторы 16, 17 и 18 соединены с электрогидравлическими клапанами 47, 48 и 49, каждый из которых посредством гидролиний 50, 51 и 52 подключен к выходным штуцерам 53, 54 и 55 распределяющих рабочих органов 20, а электропневмоклапан 46 соединен с пневмоштуцерами 56 рабочих органов 20.

Рабочие органы 20, распределяющие удобрения, состоят из корпуса 57, внутри которого выполнены приемная камера 58, переходящая в камеру смешения 59 конондального типа и цилиндрическое сопло 60, дефлектора 61 с плоскостью схода 62 и турбулизаторами 63, имеющими глубину h₁>h₂>h₃ и длину ℓ₁>ℓ₂>ℓ₃, уменьшающимися по мере увеличения ширины b₁<b₂<b₃ турбулизаторов 63. При этом ширина каждого последующего турбулизатора больше предыдущего.

Торцевая часть приемной камеры 58 закрыта резьбовой крышкой 64, по оси которой ввинчен штуцер 65, с одной стороны которого установлено сопло 66, а с другой - корпус регулирующего устройства 67 подачи воздуха, содержащее шаговый двигатель 68, плунжер 69 с золотником 70 в виде усеченного конуса, канал 71 для подачи сжатого воздуха.

В приемной камере 58 установлено, по крайней мере, не менее трех щелевых сопел 74, 75, 76, симметрично расположенных по окружности корпуса 57, смещенных от нормали к оси симметрии корпуса 57, с осями А-А, наклоненными в сторону движения потока сжатого воздуха и пересекающимися с осью сопла 66.

Машина для дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений работает следующим образом.

В соответствии с заранее подготовленной электронной картой доз вносимых азотных, фосфорных и калийных удобрений, необходимых для каждого элементарного участка обрабатываемого сельскохозяйственного поля, отсеки 8, 9 и 10 гидрорезервуара 5 заполняются соответственно азотными, фосфорными и калийными растворами или суспензиями минеральных удобрений, при этом наличие гибких перегородок 6 и 7 гидрорезервуара 5 позволяет максимально использовать грузовместимость машины. Машина с загруженными удобрениями ставится на обрабатываемом поле в точке начала работы. По навигационному приемнику 3 определяются значения координат стартовой точки и сравниваются с заданными на электронной карте обрабатываемого поля, записанной в микропроцессор 2. При необходимости стартовая точка ввода машины в работу корректируется, и машина переустанавливается. В момент начала и в процессе движения машины микропроцессор 2 по заданной программе обработки поля определяет дозы внесения азотных, фосфорных и калийных компонентов минеральных удобрений для каждого участка поля в соответствии с их координатами.

В момент начала и в процессе движения машины от микропроцессора 2 через интерфейсы 24, 25 и 26 передаются управляющие сигналы к блокам 21, 22 и 23. Включаются насосы 13, 14, 15 и компрессор 11, открываются электроклапаны 47, 48, 49 и 46. Включаются шаговые электродвигатели 68 регулирующего устройства 67 распределяющих рабочих органов 20. Из отсеков 8, 9 и 10 азотные, фосфорные и калийные удобрения, соответственно, подаются насосами 13, 14 и 15 к дозаторам 16, 17 и 18, посредством которых происходит автоматическое регулирование расхода и, соответственно, дифференциация дозы компонента жидкого минерального удобрения по заданной программе обработки поля в соответствии с его электронной картой для каждого элементарного участка поля. Часть удобрений через клапаны 42, 43 и 44 поступает обратно в отсеки 8, 9, и 10 для перемешивания. Далее компоненты азотных, фосфорных и калийных удобрений поступают к рабочим органам 20.

Сжатый воздух от компрессора 11 через ресивер 12, клапаны 45 и 46 поступает в штуцер 56 рабочих органов 20. Посредством шагового электродвигателя 68 плунжер 69 с золотником 70 сдвигаются вправо, открывается входное отверстие штуцера 65, и сжатый воздух распыляется из сопла 66 во входную часть камеры смешения 59. Одновременно в приемную камеру 58 рабочего органа 20 через щелевые форсунки 73 со смещенными соплами 74, 75 и 76 распыляются азотные, фосфорные и калийные компоненты жидкого минерального удобрения в виде симметричных плоских факелов, направленных в сторону движения потока сжатого воздуха. Жидкостно-воздушная смесь поступает в камеру смешения 59 и далее в сопло 60, выходя из сопла 60, цилиндрическая струя газожидкостной смеси за счет перехода кинетической энергии потока газожидкостной смеси в потенциальную энергию давления преобразуется в форму плоской пленки, которая вследствие действия дефлектора, турбулизаторов и аэродинамических сил дробится на капли оптимального размера и равномерно распределяется по всей обрабатываемой площади с заданной дозой для каждого элементарного участка сельскохозяйственного поля.

Угол факела распыла и дисперсность распыла при изменении доз компонентов жидкого минерального удобрения регулируются и устанавливаются на заданные параметры изменения расходом сжатого воздуха, выходящего из сопла 66, за счет изменения перепада давления, устанавливаемого редукционным пневмоклапаном 46 и за счет изменения площади выходного отверстия штуцера 65 при повороте вала шагового электродвигателя 68 на заданную угловую дискрету по команде управления от микропроцессора 2.

Машина для дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений, включающая самоходное энергетическое средство, установленные на нем гидрорезервуар с отсеками для компонентов минеральных удобрений и штангу с закрепленными на ней рабочими органами с приемными камерами и дефлектирующими поверхностями, технологические системы подачи жидких компонентов и сжатого воздуха, дозирования и регулирования, распределения и внесения многокомпонентных смесей жидких минеральных удобрений и бортовой компьютер, отличающаяся тем, что приемные камеры снабжены, по крайней мере, тремя установленными симметрично по окружности щелевыми соплами, оси выходных отверстий которых смещены от нормали к оси симметрии корпуса рабочего органа в сторону подачи потока сжатого воздуха, пересекая эту ось в точке выхода сжатого воздуха из сопла, а на дефлектирующих поверхностях между плоскостями выходного отверстия и схода выполнены турбулизаторы в виде продольно-поперечных углублений с уменьшающимися по мере увеличения их ширины глубиной и длиной, при этом ширина каждого последующего турбулизатора больше предыдущего.