Курсовая работа по механизации и электрификации сельского хозяйства на тему Разработка конструктивно-технологической схемы разбрасывателя твердых минеральных удобрений кузовного типа

Проектируемый кузовной разбрасыватель твердых минеральных удобрений предназначен для эксплуатации в различных почвенно-климатических зонах Российской Федерации с развитым растениеводством, в первую очередь в Центральном Черноземье, Среднем Поволжье, на Северном Кавказе, Южном Урале и юге Западной Сибири. Климатические условия в этих регионах характеризуются как умеренно-континентальные с четко выраженной сезонностью. Эксплуатация машины будет осуществляться преимущественно в весенний и осенний периоды при температуре воздуха от +5°C до +30°C. Данный температурный диапазон, особенно в сочетании с ночными и утренними росами, требует учета возможности отпотевания и слеживания удобрений, а также применения материалов и покрытий, устойчивых к коррозии. Полевые условия характеризуются отсутствием ветрозащиты, поэтому для минимизации сноса удобрений ветром необходимо обеспечить оптимальную траекторию вылета гранул и рекомендовать проведение работ в безветренную погоду.
Почвенно-рельефные условия типичны для зон сплошной распашки и характеризуются выровненным рельефом с небольшими уклонами, не превышающими 3-5 градусов, что позволяет эффективно использовать широкозахватные машины. Машина будет работать на основных типах почв: черноземах обыкновенных и типичных, каштановых, серых лесных и дерново-подзолистых почвах. Поверхность поля перед внесением удобрений должна быть хорошо выровнена и подготовлена; возможна работа по стерне предшественника, что требует обеспечения достаточного дорожного просвета и надежной работы рабочих органов в условиях наличия пожнивных остатков.

Рисунок 1 – Технологические схемы внесения удобрений

Машина является универсальной и предназначена для внесения основных доз минеральных удобрений под широкий спектр сельскохозяйственных культур, включая зерновые колосовые культуры, такие как озимая и яровая пшеница, ячмень и рожь, пропашные культуры – кукурузу, подсолнечник, сахарную свеклу, а также технические культуры – рапс, сою и лен. Технология применения включает основное внесение под вспашку или культивацию, а также подкормку озимых культур и многолетних трав.
Агрегатирование разбрасывателя предполагается с тракторами тягового класса 1.4-2.0, такими как МТЗ-80/82, МТЗ-1221 и их аналогами. Для проектируемой машины принята навесная схема агрегатирования, обеспечивающая достаточную маневренность и удобство эксплуатации. Конструкция разбрасывателя должна также соответствовать требованиям безопасности при транспортировке по дорогам общего пользования. Учитывая физико-механические свойства твердых минеральных удобрений, таких как аммиачная селитра, карбамид, суперфосфат, калийная соль и комплексные удобрения NPK, которые обладают различной сыпучестью, склонностью к слеживанию и абразивностью, конструкция машины должна обеспечивать надежное дозирование и минимальное разрушение гранул. Как отмечено в работах [1, 2], качество распределения удобрений в значительной степени зависит от равномерности их подачи на распределительные устройства, что является ключевым требованием к проектируемой машине.


 
2 Агротехнические требования к внесению удобрений

Качество работы разбрасывателя твердых минеральных удобрений оценивается по степени соответствия агротехническим требованиям, регламентирующим процесс механизированного внесения. Соблюдение этих требований является обязательным условием для обеспечения планируемой урожайности сельскохозяйственных культур и эффективного использования удобрений.
Важнейшим требованием является равномерность распределения удобрений по площади поля. Неравномерное распределение приводит к недобору урожая на одних участках и излишнему потреблению питательных веществ на других, что может вызывать полегание растений и негативно влиять на окружающую среду. Согласно [2, 3], коэффициент вариации неравномерности распределения удобрений по ширине захвата не должен превышать 25–30%. Достижение такой равномерности требует точной настройки и синхронизации работы всех рабочих органов разбрасывателя.
Следующим критически важным параметром является точность дозирования. Проектируемый разбрасыватель должен обеспечивать внесение заданной дозы удобрений в широком агрономическом диапазоне – от 400 до 1300 кг/га. Отклонение фактической дозы от заданной не должно превышать ±10–15% [1, 5]. Это требование предъявляет высокие требования к надежности и точности работы дозирующего устройства, которое должно стабильно функционировать при различных физико-механических свойствах удобрений.
Для обеспечения высокой культуры земледелия и выполнения технологических операций в сжатые сроки разбрасыватель должен иметь ширину захвата 10–12 метров. При этом распределение удобрений по ширине должно быть симметричным и стабильным, без выраженных провалов или пиков в зоне перекрытия смежных проходов агрегата.
Значительное внимание уделяется сохранности гранулометрического состава удобрений. Процесс перемещения удобрений в кузове, их дозирование и выброс с дисков не должны приводить к существенному разрушению гранул, так как образовавшаяся пылевая фракция легко подвергается ветровой эрозии (сносу) и сегрегации, что напрямую ухудшает равномерность распределения [1, 4].
Наконец, необходимо минимизировать прямые потери удобрений, к которым относится их просыпание на почву во время транспортировки и загрузки, а также снос за пределы обрабатываемой полосы во время разбрасывания. Конструкция кузова и органы управления должны исключать просыпание, а кинематика полета гранул, определяемая параметрами центробежного диска, должна обеспечивать их доставку на почву с минимальным влиянием ветра. Как отмечено в источниках [3, 5], выполнение этих агротехнических требований в комплексе является основным критерием оценки технического уровня и эксплуатационной надежности проектируемой машины.

 
3 Описание существующих машин, их характеристик и результатов испытаний

Современный парк машин для внесения твердых минеральных удобрений представлен широким спектром моделей отечественного и зарубежного производства. Анализ конструкций и результатов их испытаний позволяет выявить тенденции развития и определить оптимальные пути для проектирования новой модели.

Рисунок 2 – Схемы машин для внесения удобрений
а) Схема навесного разбрасывателя удобрений:1 – бункер; 2 – сводоразрушитель; 3 – дозирующее устройство; 4 – разбрасывающий диск; 5, 6 – редукторы; 7 – регулятор
б) Схема агрегата внутрипочвенного внесения удобрений: 1 – цистерна; 2 – распределительное устрой­ство; 3 – каток; 4 – подкормочная трубка; 5 – лапа; 6 – дисковый нож; 7– рама; 8 – гидроцилиндр подъема секций; 9– напорный тру­бопровод.

Отечественные разбрасыватели, такие как РУМ-8, РУ-7000 и их модификации, широко распространены в сельскохозяйственных предприятиях в силу относительно низкой стоимости и простоты конструкции. Как правило, они выполняются по классической схеме с кузовом, цепно-планчатым транспортером и двумя горизонтальными дисками, приводимыми в действие от ходового колеса или через ВОМ трактора. Однако, по данным испытаний, приведенных в [1, 3], этим машинам часто присущи недостаточно высокая равномерность распределения (коэффициент вариации может достигать 30-40%) и чувствительность к влажности и слеживаемости удобрений. Регулировка дозы внесения у таких моделей часто механическая и не обеспечивает необходимой точности в широком диапазоне норм.
Зарубежные производители, такие как Amazone (серии ZA-M, ZG-T), Rauch (серии AXION, AERO), Bogballe и Kuhn, предлагают технику с высоким уровнем автоматизации и точности. Их машины оснащены гидравлическим или электрическим приводом рабочих органов, системами электронного контроля дозы (например, Amazone EDW) и тайлерами для краевого внесения. Конструкции центробежных дисков с оптимизированной геометрией лопаток и системой их регулировки обеспечивают высокую равномерность распределения с коэффициентом вариации менее 15% [5, 7]. Недостатком является высокая стоимость и сложность обслуживания.
Для наглядного сравнения основных параметров и характеристик представленных машин составлена сравнительная таблица.