ПІВДЕННИЙ ФІЛІАЛ “КРИМСЬКИЙ АГРОТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ” НАЦІОНАЛЬНОГО АГРАРНОГО УНІВЕРСИТЕТУ

ВОЛОЖАНІНОВ Сергій Сергійович

УДК 631.348.45

Обґрунтування

параметрів системи очищення

виноградникових малооб’ємних

обприскувачів

05.05.11 – Машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Сімферополь – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Південному філіалі “Кримський агротехнологічний університет” Національного аграрного університету Кабінету Міністрів України.

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук

Догода Петро Онуфрійович,

професор кафедри сільськогосподарської техніки,

Південний філіал “Кримський агротехнологічний університет”

Національного аграрного університету

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Батлук Вікторія Арсеніївна, професор кафедри охорони праці

Національного університету “Львівська політехніка”

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Скориков Микола Андрійович, завідувач сектора механізації

ІВіВ “Магарач”

Провідна установа:  Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. П.М. Василенка Мінагрополітики України

Захист відбудеться 15 червня 2005 року о 14 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 52.805.03 у Південному філіалі “Кримський агротехнологічний університет” Національного аграрного університету за адресою: 95492, м. Сімферополь, смт. Аграрне, ПФ “КАТУ” НАУ

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Південного філіалу “Кримський агротехнологічний університет” Національного аграрного університету за адресою: 95492, м. Сімферополь, смт. Аграрне, ПФ “КАТУ” НАУ

Автореферат розісланий 12 травня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук, доцент О.П.Вербицький

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з найбільш актуальних проблем при догляді за виноградними насадженнями є зниження норм витрати робочої рідини при хімічному захисті від шкідників і хвороб, що дозволить покращити економічні показники й значно послабити антропогенне навантаження на навколишнє середовище, що дуже важливо для Криму як курортної зони України.

Першочерговою задачею є удосконалення і відновлення парку обприскувачів вітчизняного виробництва з метою якісного й ефективного проведення процесу хімічного захисту рослин. Цього можна досягти впровадженням малооб’ємного обприскування сучасного технічного рівня. Проте цей процес ускладнюється при обробках насаджень порошковими і мідьвмісними препаратами. Ця проблема може бути вирішена шляхом розробки та використання ефективної системи очищення робочої рідини в обприскувачі, що вимагає спеціальних досліджень і обґрунтувань.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження з програми дисертаційної роботи проводилися згідно з планом НДР Кримського державного аграрного університету (з 28 липня 2004 р. Південний філіал “Кримський агротехнологічний університет” Національного аграрного університету) на період з 2000 по 2005 рр. відповідно з темою №1 “Наукове забезпечення галузей агропромислового комплексу Криму, розробка й удосконалювання технологій виробництва і переробки сільськогосподарської продукції в нових умовах господарювання”, розділ №1 “Наукове забезпечення галузі виноградарства, удосконалювання концепції й основних напрямків її розвитку, розробка технології вирощування комплексно-стійких сортів винограду в передгір’ї Криму”, підрозділ №1.2.6 “Розробити обприскувач для дрібнодисперсного обприскування виноградників”, державна реєстрація №0102U000128.

Мета і задачі дослідження. Підвищення якості роботи розпилюючої апаратури, зниження витрат робочої рідини і поліпшення експлуатаційних показників роботи обприскувачів шляхом розробки і обґрунтування параметрів системи очищення робочих рідин від механічних домішок з використанням гідроциклона у виноградникових малооб’ємних обприскувачах.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі задачі досліджень:

- провести літературний пошук, визначити стан вивченості питання і обґрунтувати обраний напрямок роботи;

- провести аналітичні дослідження й обґрунтувати основні конструктивні і технологічні параметри гідроциклона для системи очищення робочої рідини;

- розробити методики та визначити фізико-механічні властивості робочих рідин;

- провести лабораторні дослідження і польову апробацію експериментального зразка гідроциклона;

- розробити рекомендації для розрахунку параметрів гідроциклона;

- визначити економічну ефективність запропонованої системи очищення робочої рідини.

Об’єкт досліджень. Технологічний процес малооб’ємного обприскування виноградних насаджень і закономірності взаємодії гідроциклона з гідравлічною системою обприскувача.

Предмет досліджень. Сучасні види робочих рідин і системи їх очищення в малооб’ємних обприскувачах.

Методи досліджень. При виконанні системи теоретичних і експериментальних досліджень застосовувався комплекс основних положень теоретичної механіки, гідродинаміки, математичного аналізу і моделювання. Фізико-механічні властивості робочих рідин визначалися за методом седиментації у рідкому середовищі та ситовим методом і методиками по визначенню густини і в’язкості. Для визначення густини отруйних твердих домішок в рідинах і виявлення можливості імітації дорогих отрутохімікатів вперше розроблені й використані спеціальні методики. Робота гідроциклона і системи очищення досліджувалася на виготовленій автором лабораторній установці з використанням математичних методів планування багатофакторного експерименту, варіаційного і дисперсійного аналізів. Експлуатаційно-технологічні показники роботи обприскувача з пропонованою системою очищення в польових умовах досліджувалися відповідно до ГОСТ 24055-88 – ГОСТ 24059-88 “Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки”.

Наукова новизна роботи. Досліджені суспензії з токсичними речовинами за допомогою розробленої методики визначення густини твердої фази компонентів і проведена їх імітація шляхом аналізу нетоксичних аналогів, створена фізична модель робочих рідин хімічно стійка і нетоксична; запропоновано метод розрахунку втрат тиску в системі “вхідний патрубок гідроциклона - регулятор тиску” стосовно до сільськогосподарських обприскувачів, виконано експериментально-теоретичне обґрунтування основних параметрів гідроциклонних апаратів відповідно до умов застосування в обприскувачах; розроблені методики теоретичного розрахунку гідродинамічних характеристик і ефективності роботи гідроциклонів.

Практичне значення отриманих результатів. На основі системного підходу встановлена необхідність удосконалення системи очищення робочої рідини в обприскувачах; визначені фізико-механічні властивості робочих рідин; запропонована схема та конструкція системи очищення робочої рідини з використанням гідроциклона дозволила підвищити продуктивність обприскувача в умовах малооб’ємного обприскування виноградних насаджень за 1 годину змінного часу роботи на 35%, знизити час технічного обслуговування агрегату на 50 %, підвищити коефіцієнт використання змінного часу на 27%.

Отримані результати досліджень дали можливість розробити конструкцію гідроциклонних апаратів, які забезпечують якісну і безперебійну роботу малооб’ємних обприскувачів і, на відміну від сітчастих фільтрів, характеризуються простотою, експлуатаційною надійністю і низькою собівартістю. Отримані теоретичні залежності можуть бути використані при подальшому удосконаленні систем очищення робочої рідини і конструкцій обприскувачів у цілому.

Результати досліджень використовуються ДПКТІ “Плодмашпроект” і НВСП “Наука” (м. Сімферополь) при модернізації сільськогосподарських обприскувачів. Модернізовані обприскувачі використовуються при обробці сільськогосподарських культур отрутохімікатами в господарствах Криму.

Особистий внесок здобувача. Основні положення і результати отримані самостійно: зроблено огляд існуючих проблем використання малооб’ємного обприскування [1-4], розроблена програма досліджень, вивчені фізико-механічні властивості робочих рідин і фракційний склад домішок, створена модель робочих рідин [6,7], теоретично й експериментально обґрунтовані основні параметри гідроциклонів з урахуванням особливостей застосування у гідравлічних системах обприскувачів [5], проаналізовані і узагальнені результати досліджень, проведені польова апробація і впровадження у виробництво модернізованого обприскувача [3,8,9].

Апробація результатів роботи. Результати досліджень доповідалися й обговорювалися на VIII міжнародному симпозіумі “Нетрадиционное растениеводство, экология и здоровье” (м. Алушта, 1999 р.), на міжнародній науково-технічній конференції “Землеробська механіка на рубежі сторіч” (м. Мелітополь, 2001 р.), на V міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (м. Вінниця, 2004 р.), на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Кримського ДАУ в 1998-2001 рр. Робота відзначена грантом Верховної Ради АР Крим у 2004 р., отриманий деклараційний патент України.

Публікації. Основні положення і результати досліджень опубліковані в дев’ятьох друкованих працях, з яких шість – у фахових виданнях і один деклараційний патент України на винахід.

Структура й обсяг роботи. Дисертація викладена на 169 сторінках, включає вступ, 5 розділів, висновки, 23 таблиці, 73 рисунка, 9 додатків. Список використаних джерел має 170 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, об’єкт досліджень, виділено наукову новизну і практичне значення роботи.

У першому розділі “Стан вивченості питання і обґрунтування обраного напрямку роботи” приведений аналіз проблеми використання в сільськогосподарському виробництві малооб’ємного обприскування при обробці виноградних насаджень від шкідників і хвороб [1-4]. Проблеми пов’язані з розробкою, виробництвом та використанням обприскувачів висвітлювали у своїх роботах Санін В.А., Прокопенко С.Ф, Чєнцов В.В., Барановський О.С., Войтюк Д.Г., Затхей Б.І., Хом’як В.В., Хом’як Й.В. та інші.

Встановлено, що для якісного виконання процесу малооб’ємного обприскування при роботі з порошковими і мідьвмісними препаратами важливе значення має система очищення робочої рідини від механічних домішок. Фільтрація суспензій забезпечує безперебійність роботи обприскувача, виключає необхідність прочищення розпилювачів у процесі обприскування і збільшує тривалість терміну використання насоса, розпилювачів і всієї комунікації в цілому. Внаслідок конструктивних і технологічних недоліків сітчастих елементів, які застосовуються для фільтрації, виникає необхідність пошуку нових методів очищення робочих рідин. Одним з них є використання відцентрового ефекту за допомогою гідроциклона. Теоретичні і практичні основи застосування гідроциклонів у різних галузях промисловості викладені в роботах Мустафаєва А.М., Гутмана Б.М., Шестова Р.М., Найденко В.В., Пономарьова В.Г., Скирдова І.В., Поварова А.І., Смоленського Л.А., Батлук В.А. та інших.

Можливість реалізації такого шляху у обприскувачах обмежується слабкою вивченістю фізико-механічних властивостей робочих рідин і механічних домішок, взаємодії гідроциклона з гідравлічною системою і регулюючою апаратурою обприскувача, умов роботи гідроциклона. Отримані висновки лягли в основу для вибору теми дисертації, визначення її мети і задач.

У другому розділі “Теоретичні дослідження технологічного процесу очищення робочої рідини в сільськогосподарських обприскувачах за допомогою гідроциклонів” визначений ступінь очищення робочих рідин від механічних домішок у залежності від агротехнічних вимог до малооб’ємного обприскування. Встановлено, що необхідно і достатньо очищати робочу рідину від частинок розміром більш 50?10-6 м. Проведено аналіз роботи гідроциклона в умовах гідросистеми обприскувача, визначені основні параметри гідроциклона з урахуванням тиску в зливальній магістралі, який встановлюється регулятором тиску. Геометричні параметри гідроциклона і розрахункова схема системи “вхідний патрубок гідроциклона – регулятор тиску” показані на рис. 1.

а) б)

Рис. 1. Конструктивно-розрахункова схема гідроциклона: а) конструктивна схема: 1- циліндрична частина; 2- конічна частина; 3- зливальний патрубок; 4 - вихідний патрубок; 5- вхідний патрубок; 6- розвантажувальний патрубок; б) розрахункова схема: РТ – регулятор тиску; - довжина трубопроводу до гідроциклона, у якому швидкість потоку дорівнює і тиск відповідає встановленому на регуляторі (точка 1); 2 – точка на виході з гідроциклона, швидкість потоку і тиск; 3 – точка усередині гідроциклона перед вихідним патрубком, тут швидкість потоку позначимо і тиск; 4 – точка, що відповідає діаметрові зливального патрубка, тут швидкість потоку і тиск; 5 – точка на нижній границі зливального патрубка, швидкість дорівнює і тиск; 6 – точка перед вхідним патрубком, для неї швидкість і тиск; 7 –точка, що відповідає вхідному патрубкові де швидкість потоку і тиск.

Технологічний процес очищення в гідроциклоні відбувається таким чином: неочищена робоча рідина подається у циліндричну частину 1 через вхідний патрубок 5 тангенціально, де вона набуває обертального руху і за спіраллю переміщується до конусної частини 2, а по ній - до розвантажувального патрубка 6. Більш важкі частинки під дією відцентрової сили відкидаються до стінок гідроциклона і виводяться через розвантажувальний патрубок 6. Легкі фракції разом з внутрішнім висхідним потоком рідини виходять з апарата через зливальний 3 і вихідний 4 патрубки, складаючи очищену частину рідини (див. рис. 1,а).

Введемо позначення: - тиск, встановлений за допомогою регулятора тиску, Па, – втрати тиску в трубопроводі на ділянці вихідний патрубок гідроциклона – регулятор тиску (рис. 1,б). Ці втрати тиску визначимо з наступного виразу:

,(1)

де - густина двофазної рідини, кг/м3;

g – прискорення вільного падіння, м/с2;

- втрати напору в трубопроводі, м.

Тиск на початку трубопроводу: вихідний патрубок гідроциклона – регулятор тиску визначимо:

.(2)

Втрати тиску при виході потоку з верхньої камери гідроциклона у вихідний патрубок розрахуємо за формулою:

(3)

де - швидкість у вихідному патрубку; –

коефіцієнт опору входу рідини в патрубок.

Тиск біля поверхні стінки у верхній камері гідроциклона перед вихідним патрубком (див. на рис. 1,б точку 3) визначимо як суму тиску у вихідному патрубку і втрат тиску при переході потоку з гідроциклона до вихідного патрубка апарата:

,(4)

або з урахуванням виразу (2):

.(5)

Для визначення тиску в точці 4 (див. рис. 1,б) скористаємося рівнянням Д. Бернуллі та дослідженнями, проведеними Смоленським Л.А.:

,(6)

де - густина очищеної двофазної суміші, кг/м3, приймаємо =.

З рівняння (6):

.(7)

Зміна тиску між горизонтальними площинами, що проходять через вхідний і вихідний патрубки гідроциклона, у точках з координатами радіуса зливального патрубка (на рис. 1,б точки 4 і 5), обумовлена зміною гідростатичного тиску:

,(8)

де - зміна гідростатичного тиску, Па; –

відстань між точками 4 і 5 (див. рис. 1,б), м;

- густина двофазної рідини, кг/м3.

Тиск у точці 5 з радіусом у площині вхідного патрубка:

.(9)

Запишемо рівняння Д. Бернуллі для точок 5 і 6:

.(10)

Звідки визначимо тиск біля стінки гідроциклона:

.(11)

Втрати тиску при вході потоку з вхідного патрубка в гідроциклон розрахуємо:

.(12)

Тиск у вхідному патрубку гідроциклона визначимо:

.(13)

Втрати тиску в системі “вхідний патрубок гідроциклона – регулятор тиску” можна визначити в такий спосіб:

;(14)

або з урахуванням згаданого вище: |

, (15)

де - витрати рідини через регулятор тиску, м3/год;

- діаметр трубопроводу в точці 1 (див. рис.1,б), м;

- діаметр циліндричної частини гідроциклона, м;

- діаметр зливального патрубка, м;

- показник ступеня, що залежить від параметра гідроциклона ,;

- параметр гідроциклона, що залежить від радіуса циліндричної частини гідроциклона і площі перетину вхідного патрубка ,;

- висота зливального патрубка, м;

- продуктивність гідроциклона, м3/год.

Отримані значення втрат тиску використовуємо при визначенні граничного діаметра та продуктивності за формулами Поварова А.І. [5]. На підставі отриманих даних побудовані теоретичні залежності, представлені на рис. 2 та рис.3.

Рис. 2. Теоретична залежність втрат тиску від відношення діаметра зливального патрубка до діаметра циліндричної частини гідроциклона.

Аналізуючи отримані залежності, можна констатувати, що відношення діаметра зливального патрубка до діаметра гідроциклона повинне знаходитися в межах 0,2-0,5 при діаметрі розвантажувального патрубка 0,005 м, при цьому частинки розміром більш 50?10-6 м повинні вільно відокремлюватися і не повинно спостерігатися повного поділу фаз.

Рис.3.Теоретична залежність граничного діаметра частинок від втрат тиску.

У роботі розглянутий рух частинки в гідроциклоні в радіальному напрямку. У цьому випадку треба враховувати: відцентрову силу, що діє в радіальному напрямку і орієнтовану від осі гідроциклона до його стінок; силу опору рідкого середовища, що діє на частинку при її русі в радіальному напрямку; силу гідравлічного опору середовища, спрямовану до осі гідроциклона (див. рис. ). Рівняння руху частинки в радіальному напрямку можна записати:

, (16)

де - рушійна сила, що діє на частинку в гідроциклоні в радіальному напрямку і визначає рух частинки до стінки або осі гідроциклона, Н.

З огляду на значення кожної складової в рівнянні (16) і після деяких перетворень диференціальне рівняння руху частинки буде таке:

, (17)

де - радіус обертання частинки, м;

- кутова швидкість обертання частинки, с-1;

- коефіцієнт, що залежить від форми тіла, для кулі;

- густина твердої частинки, кг/м3;

- діаметр частинки, м;

- кінематична в’язкість рідини, м2/с.

Розв’язання цього рівняння за допомогою MathCAD носить нестійкий характер, і тому було ухвалене рішення про необхідність моделювання процесу поділу рідкої й твердої фаз у гідроциклоні за допомогою чисельних моделей плину рідини. У ході роботи нами була побудована 3-х мірна кінцево-елементна модель гідроциклона, для якої розв’язана система рівнянь Нав’є-Стокса для турбулентного плину рідини. За допомогою моделі отримані розподіли осьових швидкостей і статичного тиску в гідроциклоні, аналіз яких дозволив виявити фізичну сутність процесів, що відбуваються в гідроциклоні. Тобто рух частинки до осі гідроциклона обумовлюється зменшенням гідростатичного тиску. Тому більш дрібні частинки можуть попадати в очищену рідину в тому випадку, коли відцентрова сила має невелике значення в порівнянні з силою опору середовища і гідравлічного опору (рис.5).

Рис. 5. Розподіл осьової швидкості і статичного тиску по радіусу гідроциклона , побудований за кінцево-елементною моделлю для швидкості на вході 2 м/с.

Для рівноважного руху частинки в гідроциклоні отримане рівняння:

. (18)

Рішення якого для радіальної швидкості виглядає в такий спосіб:

. (19)

Значення радіальної швидкості визначалися для частинок різного розміру й порівнювалися з радіальними швидкостями потоку рідини, отриманими за допомогою кінцево-елементної моделі. Запропонована модель дозволила:

- розкрити фізичну сутність руху рідини у гідроциклоні, визначити вплив діючих на частинку сил у радіальному напрямку на характер руху частинки;

- визначити, що при постійній витраті рідини через гідроциклон зміна тиску у зливальній магістралі не впливає на ефективність очищення;

- визначити, що основними геометричними параметрами, що впливають на ефективність роботи гідроциклона, є діаметр зливального патрубка, діаметр розвантажувального патрубка, кут конусної частини;

- установити, що швидкість подачі робочої рідини не впливає на загальний характер руху рідини в гідроциклоні, але визначає ефективність очищення.

У третьому розділі “Програма, умови і методики проведення експериментальних досліджень” викладена програма експериментальних досліджень, охарактеризовано устаткування, експериментальні пристрої для визначення фізико-механічних властивостей робочих рідин і фракційного складу домішок [6,7]. Описана експериментальна установка і методики проведення досліджень гідроциклонів. Обґрунтовані шляхи побудування математичної моделі процесу, оцінки ступеня впливу окремих факторів та їх взаємодії на якість роботи пропонованої системи очищення і виявлення оптимальних значень основних параметрів гідроциклона. Для вивчення процесу очищення робочої рідини створена лабораторна установка, яка показана на рис. 6.

Рис. 6. Схема лабораторної установки: 1 – бак; 2 – фільтр; 3 – насос; 4 – електродвигун; 5 – пасова передача; 6 – гідроциклон; 7 – відстійник; 8 – бак для очищеної рідини; 9 – пробовідбірник; 10 – регулятор тиску; 11 – розпилюючий пристрій; 12 – шланги, 13 - манометри.

З метою визначення впливу конструктивних і технологічних параметрів гідроциклона (тиску на зливальній магістралі, діаметра зливального патрубка і діаметра розвантажувального патрубка) на граничний діаметр частинок були виготовлені експериментальні зразки і заплановано проведення багатофакторних експериментів. Значення факторів, їхні рівні варіювання приведені в таблицях 1 і 2.

Таблиця 1

План багатофакторного експерименту для вивчення впливу тиску

на зливальній магістралі і діаметра зливального патрубка на граничний

діаметр частинок

Таблиця 2

План багатофакторного експерименту для вивчення впливу діаметра зливального патрубка і діаметра розвантажувального патрубка на граничний діаметр

частинок.

Заплановано у процесі експериментальних досліджень провести вивчення експлуатаційно-технологічних показників при виконанні малооб’ємного обприскування модернізованим обприскувачем із застосуванням гідроциклона у системі очищення. Фотохронометражні спостереження включали реєстрування наступних первинних показників: час основної роботи, обсяг і витрати корисної роботи, кількість витраченого палива й матеріалів.

На основі первинних показників визначали: продуктивність за 1 годину експлуатаційного та змінного часу, кількість обслуговуючого персоналу, продуктивність за 1 годину основного і технологічного часу, коефіцієнти використання змінного й експлуатаційного часу. Проведення експлуатаційно-технологічної оцінки обприскувачів здійснювали за ГОСТ 24055-88 - ГОСТ 24059-88 “Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки”.

У четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень” приведені експериментальні дані щодо виявлення фізико-механічних властивостей робочих рідин. Визначалися густина і в’язкість робочих рідин, підготовлених з використанням концентратів емульсій, водних розчинів, порошків, що змочуються і отримані результати зіставлялися з даними для водопровідної води. Вивчалися фізико-механічні властивості, фракційний склад механічних домішок]. Установлено, що найбільшу в’язкість, у порівнянні з водопровідною водою, має бордоська рідина, а найменшу - Топаз (концентрат емульсії). Значення в’язкості інших зразків робочих рідин несуттєво відрізняються від в’язкості водопровідної води. Найбільшу густину має 2-% бордоська рідина, а найменшу - концентрат емульсії Топаз. За результатами експериментів побудовані гістограми (рис. 7).

Рис. 7. Густина ?0 і кінематична в’язкість ?0 робочих рідин: 1 – Байлетон, 2 – Раундап, 3 – Топаз, 4 – бордоська рідина, 5 – дистильована вода, 6 – водопровідна вода.

Густина твердих частинок, узятих для аналізу робочих рідин, приблизно відповідає густині кварцевого піску; водний розчин Раундап, концентрат емульсії Топаз не мають механічних домішок.

Дослідження фракційного складу механічних домішок бордоської рідини показали, що основу домішок у бордоській рідини складають частинки розміром 40?10-6 - 250Ч10-6 м, для змочувального порошку Байлетон - розміром 30?10-6-250Ч10-6 м [6]. Гістограма розподілу механічних домішок у залежності від розміру частинок для бордоської рідини і Байлетона представлена на рис. 8.

На підставі отриманих даних щодо фракційного складу механічних домішок створена фізична модель робочої рідини з використанням води і піску з різним розміром частинок. Модель має хімічну стійкість, нетоксичність, можливість повного і якісного вивчення процесу очищення робочої рідини [7].

Рис. 8. Розподіл механічних домішок у залежності від розміру частинок для бордоської рідини і Байлетона: 1 – 10?10-6-20Ч10-6 м, 2 – 20?10-6-30Ч10-6 м, 3 – 30?10-6-40Ч10-6 м, 4 – 40?10-6-50Ч10-6 м, 5 – 50?10-6-100Ч10-6 м, 6 – 100?10-6-250Ч10-6 м, 7 – 250?10-6-500Ч10-6 м, 8 – 500?10-6-1000Ч10-6 м, 9 – більш 1000?10-6 м.

При вивченні впливу тиску на зливальній магістралі і діаметра зливального патрубка на граничний діаметр частинок був реалізований експеримент за планом 22. Після обробки експериментальних даних отримане рівняння регресії:

, (20)

де - граничний діаметр частинок, ?10-6 м.

Графічну інтерпретацію результату приведено на рис. 9. Аналізуючи отриману залежність, можна відзначити, що при збільшенні діаметра зливального патрубка граничний діаметр частинок зростає прямо пропорційно і якість очищення робочої рідини погіршується. Тиск у зливальній магістралі не робить значного впливу на зміну граничного діаметра частинок.

При вивченні впливу діаметра зливального патрубка і діаметра розвантажувального патрубка на граничний діаметр частинок, реалізовано багатофакторний експеримент за планом 22 і отримане рівняння регресії:

, (21)

де - граничний діаметр частинок, ?10-6 м.

Графічну інтерпретацію результатів приведено на рис. 10. Аналіз отриманих даних дозволяє вважати, що при збільшенні діаметра розвантажувального патрубка граничний діаметр частинок зменшується, а при збільшенні діаметра зливального патрубка – збільшується, що підтверджує наші теоретичні передумови.

Рис. 10. Поверхня відгуку, що зображує модель у 3-х мірному просторі.

Якщо розсікти дану поверхню площинами, перпендикулярними до вертикальної осі, то лінії їх перетинання дадуть нам криві, що відповідають певному значенню функції відгуку. Спроектуємо криві на горизонтальну площину, одержимо графічну інтерпретацію даного рівняння, яка показана на рис. 10.

Для визначення зміни тиску на вході гідроциклона в залежності від величини тиску, установлюваного регулятором тиску на зливальній магістралі, проводилися дослідження з гідроциклоном із діаметром зливального і розвантажувального патрубків м и м відповідно. На підставі отриманих результатів побудовані графіки (див. рис. 11).

Рис. 11. Залежність тиску на вході гідроциклона від тиску у зливальній магістралі.

Отримані результати підтверджують теоретичні передумови і дають можливість судити про доцільність використання методики визначення втрат тиску в системі “вхідний патрубок гідроциклона – регулятор тиску” при розрахунку основних геометричних параметрів гідроциклона для обприскувачів.

У ряді експериментів визначався вплив конструктивних параметрів гідроциклона на граничний діаметр частинок при значеннях діаметра зливального патрубка м і м та перемінних значеннях діаметра розвантажувального патрубка. Розвантажувальні патрубки виготовлялися п’яти розмірів м, м, м, м и м. Отримані дані порівнювалися з теоретичними, що представлено на рис. 12. На підставі аналізу отриманих даних встановлено, що для системи очищення в обприскувачі доцільно використовувати гідроциклон з діаметром зливального патрубка м, діаметром розвантажувального патрубка біля м, при діаметрі циліндричної частини м. Результати експериментів підтверджують теоретичні залежності, що обумовлює можливості їхнього застосування при визначенні основних параметрів гідроциклонів для обприскувачів.

У процесі роботи проводилися дослідження ефективності очищення робочої рідини від механічних домішок. Порівнювалася якість очищення, яка отримана в результаті використання гідроциклонів з діаметром циліндричної частини м, діаметром розвантажувального патрубка м і різними діаметрами зливального патрубка м і м, а також при використанні сітчастого фільтра, встановлюваного в напірній магістралі насоса замість гідроциклона. На підставі отриманих результатів побудовані гістограми (див. рис. 13).

Аналізуючи їх, можна вважати, що застосування гідроциклона з циліндричною частиною м, діаметром розвантажувального патрубка м і діаметром зливального патрубка м дозволяє нам одержати найбільш високу ефективність очищення робочої рідини від механічних домішок у порівнянні з гідроциклоном з діаметром зливального патрубка м і з сітчастим фільтром.

За результатами виявлення експлуатаційно-технологічних показників модернізованого обприскувача в порівнянні з базовим встановлено, що використання системи очищення робочого розчину за допомогою запропонованого гідроциклона дозволяє: збільшити змінну продуктивність на зменшити витрати часу на технічне обслуговування машини на 50 %, підвищити коефіцієнт використання змінного часу на 27 %.

Отримані результати експериментальних і теоретичних досліджень дозволили розробити рекомендації для визначення основних конструктивних і технологічних параметрів гідроциклона на етапах проектування нових обприскувачів із застосуванням у системі очищення гідроциклонних апаратів з використанням комп’ютерної техніки, які впроваджені Державним проектно-конструкторським технологічним інститутом “Плодмашпроект” і НВСП “Наука” (м. Сімферополь) при розробці нових і модернізації існуючих машин для хімічного захисту сільськогосподарських культур від шкідників і хвороб. Переустатковані машини пройшли виробничу перевірку в господарствах Автономної Республіки Крим і показали високу надійність і якість роботи. Обприскувачі з новою системою очищення успішно використовуються при хімічному захисті багаторічних насаджень від шкідників і хвороб у Навчально-дослідницькому господарстві “Комунар” ПФ “КАТУ” НАУ і в Дочірньому підприємстві агрофірми “Заветное” Сімферопольського району. Застосування цих машин дозволило в господарствах знизити норми витрати робочих рідин, збільшити продуктивність, зменшити експлуатаційні витрати й антропогенне навантаження на навколишнє середовище [3,8,9].

Дослідження, проведені за темою дисертації, лягли в основу проекту “Проблемы разработки энергосберегающей технологии возделывания винограда и средств механизации защиты растений”, актуальність і практична цінність якого була відзначена грантом Автономної Республіки Крим у 2004 році.

У п’ятому розділі “Економічна ефективність застосування гідроциклонів на сільськогосподарських обприскувачах” проведений розрахунок техніко-економічної ефективності від використання системи очищення із застосуванням гідроциклонного апарату на модернізованому обприскувачі у порівнянні з серійним обприскувачем ОПВ-2000.

Річний економічний ефект від упровадження малооб’ємного обприскувача з удосконаленою системою очищення склав 3192 грн.

Ефект досягається за рахунок зменшення експлуатаційних витрат, зокрема скорочення витрат на отрутохімікати, при одночасному підвищенні якості й ефективності обробки виноградних насаджень [3,9].

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розроблено конструкцію гідроциклона для системи очищення робочої рідини у виноградникових малооб’ємних обприскувачах і на основі теоретичних та експериментальних досліджень обґрунтовано його геометричні і технологічні параметри.

1. Очищення робочої рідини у малооб’ємних обприскувачах не вирішено технічно, що негативно впливає на експлуатаційні і якісні показники роботи обприскувача, особливо при використанні мідьвмісних препаратів.

2. Аналіз існуючих способів і пристроїв для очищення робочої рідини від механічних домішок в обприскувачах дав змогу обґрунтувати доцільність використання для цієї мети гідроциклона.

3. Виконані аналітичні і теоретичні дослідження дозволили створити метод розрахунку втрат тиску у системі “вхідний патрубок гідроциклона - регулятор тиску” стосовно до сільськогосподарських обприскувачів і кінцево-елементну модель руху рідини у гідроциклоні та встановити математичні залежності для визначення основних конструктивних і технологічних параметрів гідроциклона.

4. Експериментальні дослідження технологічного процесу очищення робочих рідин за допомогою гідроциклона підтвердили аналітико-теоретичні передумови і дозволили:

- дослідити фізико-механічні властивості робочих рідин з токсичними речовинами за розробленою автором методикою, а також створити фізичну модель робочих рідин, яка має хімічну стійкість і нетоксичність шляхом аналізу нетоксичних аналогів;

- визначити за допомогою методів планування багатофакторного експерименту, що якісне виконання процесу очищення робочих рідин від механічних домішок розміром більш 50Ч10-6 м можливе при діаметрі гідроциклона м, діаметрі зливального патрубка м, діаметрі розвантажувального патрубка м.

5. Польові експериментальні дослідження показали, що використання малооб’ємного обприскувача з очищенням робочої рідини за допомогою гідроциклона дозволяє підвищити змінну продуктивність на 35 %, зменшити витрати часу на тех-нічне обслуговування машини на 50 %, підвищити коефіцієнт використання змінного часу на 27 %.

6. Розроблені рекомендації щодо використання у системі очищення робочих рідин гідроциклона і методика його інженерного розрахунку підтверджують можливість широкого і ефективного застосування цього апарата при проектуванні і модернізації сільськогосподарських обприскувачів.

7. Річний економічний ефект від упровадження малооб’ємного обприскувача з удосконаленою системою очищення склав 3192 грн. Він досягається за рахунок зменшення експлуатаційних витрат, зокрема зниження витрат на отрутохімікати, з одночасним збереженням якості й ефективності обробки виноградних насаджень.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Догода П.А., Воложанинов С.С. Обоснование норм расхода рабочей жидкости препаратов при внедрении безопасной технологии использования средств защиты растений от вредителей и болезней // Труды VIII Международного симпозиума “Нетрадиционное растениеводство, экология и здоровье”.- Симферополь, 1999.- С. 714-716. (Особистий вклад полягає в аналізі літературних джерел і підготовці результатів до опублікування).

2. Воложанинов С.С. Проблемы создания конструкций малообъемных виноградных опрыскивателей // Механизация сельскохозяйственного производства: Науч. тр./ Крым.гос.аграрный ун-т.- Симферополь, 1999.- Вып.59,Ч.1. - С.73-76.

3. Догода П.А., Воложанинов С.С., Догода Н.П. Проблемы разработки энергосберегающей технологии и средств механизации защиты растений // Вісник інженерної академії України, 2000. - № 1. – С. 66-71. (Особистий вклад полягає в аналізі літературних джерел по обґрунтуванню використання малооб’ємного обприскування і підготовці матеріалів до опублікування).

4. Догода П.А., Воложанинов С.С., Догода Н.П. Механизация химической защиты растений.- Симферополь: Таврия, 2000.- 139с. (Особистий вклад полягає в аналізі літературних джерел і підготовці чотирьох розділів брошури).

5. Воложанинов С.С. Определение производительности гидроциклонов // Механизация с.-х. пр-ва: Науч.тр./Крым.гос.аграрный ун-т.-Симферополь, 2000.- Вып.65.-С.35-39.

6. Воложанинов С.С. Исследование фракционного состава рабочих жидкостей сельскохозяйственных опрыскивателей // Праці ТДАТА. – Вип. 1. - Том 22. – Мелітополь, 2001. – С. 116-120.

7. Воложанинов С.С. Моделирование рабочих жидкостей // Проблемы ресурсосбережения и перспективы использования нетрадиционных источников энергии в АПК: Науч.тр./ Крым.гос. аграрный ун-т.- Симферополь, 2002.- Вып.69. -С.93-96.

8. Догода П.А., Воложанинов С.С., Догода Н.П. Обоснование норм расхода рабочей жидкости при защите виноградных насаждений от вредителей и болезней в зависимости от листовой поверхности // Механизация сельскохозяйственного производства: Научные труды КГАУ.– Симферополь, 2002. - Вып. 77. – С. 52-55. (Особистий вклад полягає в аналізі літературних джерел і розробці номограми для визначення норм витрат робочої рідини при хімічному захисті виноградників від хвороб і шкідників).

9. Пат.62312А Україна, МПК 7 В04С5/12. Обприскувач виноградниковий малооб’ємний: Пат.62312А Україна, МПК 7 А01М7/00: Пат.62312А Україна, МПК 7 В05В9/03 / В.І. Аніщенко, С.С. Воложанінов, М.П. Догода – № 2003031882; Заявлено 03.03.2003; Опубл. 15.12.2003; Бюл. №12.-3с. (Особистий вклад полягає у проведенні теоретичних й експериментальних досліджень при розробці конструкції гідроциклона і підготовці матеріалів до опублікування).

АНОТАЦІЯ

Воложанінов С.С. Обґрунтування параметрів системи очищення виноградникових малооб’ємних обприскувачів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Південний філіал “Кримський агротехнологічний університет” Національного аграрного університету, Сімферополь, 2005.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню і удосконаленню системи очищення робочої рідини у виноградникових малооб’ємних обприскувачах з метою підвищення якості й надійності роботи машини. Вивчені існуючі системи очищення робочих рідин від механічних домішок, доведено необхідність їх модернізації.

На основі теоретичних досліджень розроблена нова система очищення робочої рідини з використанням гідроциклона. Побудовано математичну модель розподілу тиску в системі “вхідний патрубок гідроциклона - регулятор тиску”. Визначено конструктивні і технологічні параметри гідроциклона.

Досліджено фізико-механічні властивості робочих рідин і механічних домішок, що містяться в них. Проведено експериментальні лабораторні й польові дослідження, на підставі яких доведено високу ефективність функціонування запропонованої системи очищення робочої рідини з використанням гідроциклона.

Ключові слова: малооб’ємне обприскування, система очищення робочої рідини, гідроциклон, екологія.

АННОТАЦИЯ

Воложанинов С.С. Обоснование параметров системы очистки виноградниковых малообъемных опрыскивателей. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Южный филиал “Крымский агротехнологический университет” Национального аграрного университета, Симферополь, 2005.

Диссертационная работа посвящена исследованию и усовершенствованию системы очистки рабочей жидкости в виноградниковых малообъемных опрыскивателях с целью повышения качества и надежности работы машины.

Для достижения поставленной цели изучены существующие системы очистки рабочих жидкостей от механических примесей, определены их недостатки и доказана необходимость модернизации.

На основе теоретических исследований разработана новая система очистки рабочей жидкости с использованием гидроциклона. Построена математическая модель распределения давления в системе “входной патрубок гидроциклона - регулятор давления”. Определены конструктивные и технологические параметры гидроциклона. Создана численная модель движения жидкости в гидроциклоне, которая позволила раскрыть физическую сущность процесса разделения жидкой и твердой фазы и определить основные параметры, влияющие на эффективность очистки рабочей жидкости.

Исследованы физико-механические свойства рабочих жидкостей и механических примесей, которые содержатся в них, а также фракционный состав примесей. На основании полученных результатов создана физическая модель рабочих жидкостей, использовавшаяся для лабораторных исследований гидроциклона.

Разработана и изготовлена лабораторная установка, с помощью которой исследовалась работа гидроциклона в условиях гидравлической системы опрыскивателя. Проведены экспериментальные лабораторные исследования, результаты которых подтвердили теоретические предпосылки и позволили обосновать основные конструктивные и технологические параметры гидроциклона.

В ходе полевых исследований проводилась эксплуатационно-технологическая оценка модернизированного опрыскивателя с использованием в системе очистки гидроциклона, на основании которых доказана высокая эффективность функционирования предложенной системы очистки рабочей жидкости.

Разработаны рекомендации для определения основных конструктивных параметров гидроциклона для сельскохозяйственных опрыскивателей и предложена программа расчета на компьютере.

Расчет экономической эффективности от внедрения системы очистки рабочей жидкости в опрыскивателях с использованием гидроциклона подтверждает целесообразность внедрения данной разработки в производство.

Ключевые слова: малообъемное опрыскивание, система очистки рабочей жидкости, гидроциклон, экология.

SUMMARY

Volozhaninov S.S. Justification of vineal low volume sprayers clearing system. Manuscript.

Thesis on competition of the Cand. Tech. Sci. scientific degree on speciality 05.05.11 – machines and means of mechanization of farm – production. Southern Branch “Crimean Agrotechnological University” of National Agrarian University, Simferopol, 2005.

The thesis is devoted to research and development of system of clearing of working fluid in vineal low volume sprayers with the purpose of quality and reliability of machine operation improvement. Existing systems of working fluids clearing from mechanical admixtures are investigated, the urgency of their modernizing is proved.

New system of working fluid clearing with the use of hydrocyclone is developed on the base of theoretic research. The mathematical model of distribution of pressure in system “upstream end of a hydrocyclone – pressure regulator” is built. Constructive and technological parameters of a hydrocyclone are defined.

Physical and mechanical properties of working fluids and their mechanical admixtures, containing in them, are investigated. Experimental laboratory and field research are held, and on its base the high functional efficiency of the suggested clearing system of working fluid with the use of hydrocyclone is proved.

Keywords: a low volume spraying, system of clearing of working fluid, a hydrocyclone, ecology.

Підписано до друку 20 квітня 2005 р.

Формат 60х84 1/16. Обсяг 1 ум. др. арк. Тираж 100 прим.

Надруковано у видавничому центрі ПФ “КАТУ” НАУ

Адреса: 95492, м. Сімферополь, смт. Аграрне, ПФ “КАТУ” НАУ

тел. (0652) 26-32-23