Механико-технологическое обоснование технических средств для защиты плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве icon

Механико-технологическое обоснование технических средств для защиты плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве


Смотрите также:
Перечень технических средств кса цик гас «Выборы»...
Методические рекомендации по формированию и ведению перечня технических средств физической...
Примерная программа наименование дисциплины инструментальные методы исследований в садоводстве...
Примерная программа наименование дисциплины: инновационные технологии в садоводстве...
Задание: 3 Введение 4 Обоснование...
Задание: 3 Введение 4 Обоснование...
Инструкция по техническому обслуживанию комплекса технических средств...
Методические указания совместимость технических средств электромагнитная радиопомехи...
Методическое указание по написанию курсовой работы по курсу: «системы защиты растений» для...
Частное техническое задание на систему защиты персональных данных в составе информационных...
Рабочая программа для студентов направления 657800 «Конструкторско-технологическое обеспечение...
Рабочая программа учебной дисциплины "релейная защита "...



Загрузка...
страницы:   1   2   3
скачать
На правах рукописи


Хажметов Луан Мухажевич


МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПЛОДОВЫХ

НАСАЖДЕНИЙ В ГОРНОМ И ПРЕДГОРНОМ

САДОВОДСТВЕ


Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации

сельского хозяйства


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук


Краснодар 2010

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Кабардино-Балкарская

государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова»


^ Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Шомахов Лев Аслангериевич


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Утков Юрий Андреевич

доктор технических наук, профессор

^ Медовник Анатолий Николаевич

доктор технических наук, профессор

Малиев Владимир Хамбиевич


Ведущая организация: ГНУ «Северо-Кавказский научно-исследо-

вательский институт горного и предгорного

сельского хозяйства» (г. Владикавказ, РСО-А)


Защита состоится «03» марта 2010 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.08 при ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, ФГОУ ВПО «Кубанский ГАУ», факультет энергетики и электрификации, ауд. 4.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».


Автореферат разослан «____»___________2010 г.


Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, доцент В.С. Курасов


^ Общая характеристика работы

Актуальность темы. Центральная часть Северного Кавказа (ЦЧ СК) является одним из крупных регионов промышленного садоводства юга Российской Федерации, где оно функционирует в сложных природно-экономи-ческих условиях. При этом большая часть промышленных насаждений многолетних культур располагаются на склоновых землях в горно-предгорных районах.

Развитие промышленного садоводства в условиях горного и предгорного рельефа местности требует значительных капитальных вложений, поэтому ставится задача их быстрой окупаемости, снижения уровня рисков и получения проектного и стабильного урожая плодовых культур.

Значительный ущерб плодовым насаждениям в предгорных и горных районах ЦЧ СК наносят градобитие, атмосферная засуха, суховеи, заморозки и оттепели. В результате совместного воздействия неблагоприятных метеорологических факторов в 1993…1999 г.г, а также болезней и вредителей, были списаны и раскорчеваны более 60% садов. Урожайность плодовых насаждений в общественном секторе резко снизилась вследствие роста цен на энергоносители, сельскохозяйственную технику, пестициды и удобрения. Валовое производство плодов в целом по региону сократилось в 2,8 раз.

В данных климатических условиях актуальной проблемой ведения горного и предгорного садоводства является защита плодовых насаждений от неблагоприятных метеорологических факторов, болезней и вредителей.

Проблема разрабатывалась в период 1994…2008 г.г в соответствии с планами НИР Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академии имени В.М. Кокова (КБГСХА) и Северо-Кавказского научно-исследовательского института горного и предгорного садоводства (CКНИИГПС), государственными контрактами с Департаментом науки и технического прогресса МСХ РФ (№178.2.26.99 от 30.06.1999 г.) и Министерством сельского хозяйства Кабардино-Балкарской Республики (№ 16 от 16.03.2001 г.).

Рабочая гипотеза - Минимизировать ущерб, наносимый неблагоприятными метеорологическими и агробиологическими факторами в садоводстве и обеспечить рост урожайности плодовых культур при одновременном снижении энергозатрат возможно разработкой ресурсосберегающих технологических процессов и созданием специализированных технических средств защиты плодовых насаждений.

^ Цель исследований – разработка ресурсосберегающих технологических процессов и технических средств для защиты плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве от неблагоприятных метеорологических и агробиологических факторов.

^ Объекты исследований – технологические процессы защиты плодовых насаждений на горных склонах и технические средства для их осуществления.

Предмет исследования – закономерности функционирования рабочих органов предложенных средств механизации и их взаимодействие с объектами обработки в различных режимах работы.

Достоверность основных положений, выводов и предложений подтверждены результатами экспериментальных и лабораторно-полевых исследований, множественными численными экспериментами на ПЭВМ, положительными результатами производственных испытаний и хозяйственного применения предложенных технологических процессов и разработанных технических средств.

^ Методы исследований выбирались на основе системного подхода к решению поставленных задач, определяемых целью работы.

Технологические и технические параметры импульсных дождевателей, гидравлических и пневмоакустических распылителей жидкости, комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки и блочно-модульного штангового садового опрыскивателя изучались с использованием методик, разработанных во Всероссийском НИИ систем орошения и сельхозводоснабжения «Радуга», Ставропольском и Кубанском ГАУ, Высокогорном геофизическом институте, методов тензометрирования и квалиметрической системы «Спектр».

Исследование новых аппаратов и установок проводились на опытных образцах в лабораторных и полевых условиях.

Разработка и исследование технологического процесса защиты плодовых насаждений на горных склонах от атмосферных засух, суховеев, болезней и вредителей с применением технических средств синхронного импульсного и мелкодисперсного дождевания, мало- и ультрамалообъемного опрыскивания и других видов обработок выполнялись на опытных участках СКНИИГПС, а также на базе хозяйств «Экипцоко» и «Константиновское» Кабардино-Балкарской республики.

При выполнении работы применялись метод математического планирования эксперимента, метод начальных параметров и основные положения классической механики, а обработка экспериментальных данных производилась с использованием стандартного пакета прикладных программ Mathcad 2000, Matlab 6, SPSS 10,0,5 и S-PLUS 2000.

^ Научную новизну представляют:

─ система защиты плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве от неблагоприятного воздействия атмосферных засух, суховеев, болезней и вредителей;

─ математическая модель траектории движения дождевальной струи на склоновом участке с учетом ветра;

─ методика расчета конструктивно-технологических параметров ресурсосберегающих средств механизации: дождевального аппарата для орошения горных склонов, комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки, гидравлического и пневмоакустического распылителей жидкости для технологических процессов защиты плодовых насаждений, применительно к системе адаптивного горного и предгорного садоводства;

─ конструктивно-технологические схемы и оптимальные параметры предлагаемых средств механизации: дождевального аппарата, обеспечивающего круговой полив горных склонов; многоцелевой комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки, позволяющей проводить орошение, внесение макро- и микроудобрений и химических средств защиты с поливной водой; гидравлического и пневмоакустического распылителей жидкости и блочно-модульного штангового садового опрыскивателя, обеспечивающих МО и УМО опрыскивание плодовых насаждений;

─ математические модели по оптимизации параметров и режимов работ дождевального аппарата для орошения горных склонов, комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки, гидравлических и пневмо-акустических распылителей жидкости;

─ зависимости качественных показателей работы предлагаемых технических средств механизации при различных режимов их функционирования.

^ Практическая значимость работы и реализация результатов исследований

1. Снижены энергозатраты, нормы расхода оросительной воды, рабочей жидкости и пестицидов при одновременном повышении урожайности плодовых культур, путем использования предлагаемых технологий и технических средств.

Технологические процессы защиты плодовых насаждений с применением разработанных средств механизации внедрены на опытных садовых участках СКНИИГПС и в товарном садоводстве КБР.

2. Предприятиям ОАО завод «СКЭП», ОАО «Техноприбор» (г.Нальчик) передана конструкторская и техническая документация на дождевальный аппарат для орошения горных склонов, комбинированную мелкодисперсную дождевальную установку, пневмоакустический распылитель и штанговый садовый опрыскиватель для выпуска опытных партий и организации серийного производства в КБР. Названные устройства включены в каталог техники «Машины для механизации работ в садоводстве».

3. Результаты исследований используются в учебном процессе в КБГСХА при изучении дисциплин «Сельскохозяйственные машины» и «Гидротехническая мелиорация».

Разработки, выполненные на базе диссертации экспонировались на ВДНХ СССР (г. Москва, 1992 г.) и отмечены серебряной медалью; на Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (г.Москва, 2003 и 2006 г.г) отмечены золотыми медалями и дипломами I степени; на международной агропромышленной выставке «Агроуниверсал - 2005» (г. Ставрополь) отмечены дипломом I степени.

Новизна предлагаемых технических и технологических решений защищена авторским свидетельством СССР и 6-ю патентами РФ на изобретения и полезные модели.

^ Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях КБГСХА им. В.М. Кокова (1996-2008 г.г.), Северо-Кавказском НИИ горного и предгорного сельского хозяйства (1996 г.), Горском ГАУ (2000 г.), СКНИИГПС (2000 г.), Всероссийском селекционо-технологическом институте садоводства и питомниководства (2002-2004 г.г.), Северо-Кавказском зональном НИИ садоводства и виноградарства (2003, 2005 г.г.), Всероссийском НИИ систем орошения и сельхозводоснабжения «Радуга» (2003, 2005 г.г.), Ставропольском ГАУ (2005 г.), Московском государственном университете природообустройства (2006 г.).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в сборниках международных, всероссийских, региональных и республиканских конференций, в журналах «Тракторы и сельскохозяйственные машины», «Механизация и электрификация сельского хозяйства», трудах Кубанского ГАУ. По материалам исследований опубликовано 54 печатные работы, в т.ч. 7 статей в изданиях, согласно перечню ВАК, 3 монографии и брошюра.

Общий объем опубликованных работ, включая участие в коллективных публикациях составляет 51,5 п.л. (в том числе лично автора 42,2 п.л.). Подробное изложение материалов по разделам работы дано в 7 научных отчетах СКНИИГПС.

^ Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, рекомендации, списка литературы и приложений. Общий объем работы 390 страницы машинописного текста, 33 таблицы, 88 рисунков, 53 приложения. Список литературы состоит из 311 наименований, из них 27 на иностранных языках.

^ На защиту выносятся следующие основные положения:

- адаптированные к условиям горного и предгорного садоводства системы технологических процессов защиты плодовых насаждений от атмосферных засух, суховеев, болезней и вредителей;

- конструктивно-технологические схемы технических средств механизации по защите плодовых насаждений;

- методика расчета конструктивно-технологических параметров технических средств механизации;

- математические модели по оптимизации параметров и режимов работ дождевального аппарата для орошения горных склонов, комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки, гидравлических и пневмо-акустических распылителей жидкости;

- качественные показатели работы предложенных устройств в реальных условиях их функционирования.

^ Содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, ее народно-хозяйст-венное значение, раскрыта общая характеристика работы и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние проблемы, цель и задачи исследования» приводится краткое изложение тенденции развития горного и предгорного садоводства, особенности, обусловленные природно-климатическими условиями региона и ведением садоводства на склоновых землях.

Рассмотрена адаптивно-ландшафтная почвозащитная технология выращивания промышленных садов на склоновых землях и интегрированная система защиты плодовых насаждений в условиях центральной части Северного Кавказа, разработанная сотрудниками СКНИИГПС: П.Г. Лучковым, Л.А. Шомаховым, В.Н. Бербековым, Р.С. Шидаковым, М.Н. Фисуном, Х.Ж. Балкаровым, Ж.Х. Баккуевым, С.А. Алексеевой, Г.В. Быстрой, М.А. Варквасовой и др. Предложена «Концепция и Программа сохранения и развития садоводства до 2025 г.». Ее реализация предусматривает закладку 16,0 тыс. га новых садов, обновление имеющихся садов на площади 7,5 тыс. га, что обеспечит резкое повышение экономической эффективности садоводства.

Интенсивное развитие горного и предгорного садоводства невозможно без создания и использования эффективных средств механизации.

Проблемам механизации ухода за плодовыми насаждениями посвящены исследования профессора Ю.А. Уткова, А.А. Цымбала, В.В. Бычкова, В.А. Бондарева, П.А. Лукашевича, Г.П. Варламова, Г.Г. Маслова, Л.А. Шомахова, А.С. Пронь, А.Н. Медовника, В.Х. Малиева, Б.И. Турбина, Т.Т. Гаппоева, А.Б. Кудзаева, Ю.А. Шекихачева, и др. Научные разработки ученых нашли отражение в создании семейства новых машин, агрегатов и комплексов, способствующих повышению уровня механизации в садоводстве.

Природные условия горных и предгорных зон ЦЧ СК характеризуются большими уклонами, сложным рельефом, раздробленностью и мелкоконтурностью земельных участков, что накладывает ряд ограничений на использование традиционной поливной техники.

Недостаточно изучены и слабо разработаны средства механизации защиты плодовых насаждении в горных и предгорных садоландшафтах от неблагоприятных метеорологических факторов (засух, суховеев, заморозков и оттепелей), болезней и вредителей. Практически не задействован такой мощный фактор интенсификации отрасли, как орошение плодовых насаждений на горных склонах. Недостаточно изучены факторы, влияющие на технологический процесс орошения горных склонов. Опрыскиватели, используемые для химической защиты плодовых насаждений, не отвечают требованиям экологии и условиям производства конкурентоспособной продукции.

В главе изложены особенности организации орошения плодовых насаждений на горных склонах, проведена оценка современных способов и техники орошения. Анализ показал, что наиболее приемлемыми для орошения плодовых насаждений на горных склонах являются технические средства малоинтенсивного орошения – синхронного импульсного и мелкодисперсного дождевания.

Большой вклад в разработку технических средств и изучению эффективности синхронного импульсного и мелкодисперсного дождевания внесли

академик РАСХН Б.Б. Шумаков, В.Ф.Носенко, Г.В. Ольгаренко, О.Г. Грамматикати, И.И. Агроскин, Б.А. Васильев, С.П. Ильин, А.М. Шарко, М.Ю. Храбров, Г.П. Лямперт, Е.В. Кузнецов, Ю.А. Скобельцин, и др.

Вопросам проектирования и эксплуатации дождевальных систем на горных склонах посвящены исследования Д.М. Кервалишивили, Б.А. Душинского, Г.Е. Тугуши, В.Ф. Носенко, Г.Ю. Шейкина и др. Анализ результатов этих исследований показал, что в условиях горных склонов ни вертикальное, ни нормальное расположение дождевального аппарата по отношению к склону, ни секторное дождевание не дают требуемой эффективности полива.

Исследованию методов МО и УМО опрыскивания и распылителей для их осуществления посвящены работы В.Ф. Дунского, Н.В. Никитина, М.И. Штеренталя, Г.Г. Маслова, А.А. Цымбала, С.М. Борисовой и др.

Сделав вывод о необходимости создания надежной системы защиты плодовых насаждений от неблагоприятных метеорологических факторов, болезней и вредителей, следует отметить, что технологические процессы и комплексы машин для их осуществления должны быть гибкими и адаптированными к быстроизменяющимся условиям внешней среды на склонах.

В работе решается проблема защиты плодовых насаждений от атмосферных засух, суховеев, болезней и вредителей путем разработки и внедрения ресурсосберегающих технологических процессов и технических средств, обеспечивающих экономию энергозатрат, снижение норм расхода оросительной воды, рабочей жидкости и пестицидов.

Для решения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований:

- Обосновать потребность и наметить пути защиты плодовых насаждений от неблагоприятных метеорологических и агробиологических факторов.

- Разработать математическую модель траектории движения дождевальной струи на склоновом участке с учетом ветра, разработать конструктивно-технологическую схему, методику расчета и оптимизировать параметры дождевального аппарата для орошения склоновых земель.

- Исследовать технологические параметры работы импульсного дождевателя и разработать технологический процесс синхронного импульсного дождевания плодовых насаждений на склоновых землях.

- Разработать методику расчета конструктивно-технологических параметров комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки и оптимизировать режимы ее работы.

- Разработать ресурсосберегающий технологический процесс защиты плодовых насаждений от атмосферных засух, суховеев, болезней и вредителей с использованием комбинированной мелкодисперсной дождевальной установки.

- Разработать конструктивно-технологическую схему блочно-модуль-ного штангового садового опрыскивателя с гидравлическими и пневмоакустическими распылителями, исследовать процесс распыливания рабочей жидкости, оптимизировать параметры и режимы работы распылителей. Подготовить техническую документацию и изготовить опытные образцы распылителей.

- Разработать технологический процесс защиты плодовых насаждений от болезней и вредителей с использованием блочно-модульного штангового садового опрыскивателя, позволяющего проводить МО и УМО опрыскивание плодовых насаждений.

- Определить экономическую эффективность предлагаемых средств механизации защиты плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве.

Во второй главе «Агрометеорологическое обоснование потребности в защите плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве ЦЧ СК» приведена метеорологическая оценка характера и количества выпадающих осадков, распределение их по декадам, месяцам и в период вегетации. Установлено, что территория республик ЦЧ СК подвержена безосадочным периодам продолжительностью 50…70 дней. Эти периоды характеризуются высокой температурой (до 350С) и низкой влажностью воздуха (20…40%), что приводит к атмосферной засухе. В зимний же период наблюдаются оттепели, иногда продолжительностью 20…30 дней, весной - заморозки, продолжительностью 1…3 дня.

Анализ известных способов и технических средств защиты плодовых насаждений от неблагоприятных метеорологических факторов, болезней и вредителей позволил разработать систему защиты плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве, которая представлена на рис. 1.

Главным условием при создании технических средств является их приспособляемость к разным требованиям зональных технологий производства, что, в нашем случае достигается воздействием на приземный слой воздуха и почву.

Исходя, из этого установлены основные агротехнические требования к техническим средствам для защиты плодовых насаждений от неблагоприятных метеорологических факторов, болезней и вредителей:

  1. Технические средства дождевания, используемые для защиты плодовых насаждений должны:

- обеспечивать низкую интенсивность дождевания 0,002…0,02 мм/мин;

- обеспечивать в соответствии с ходом водопотребления плодовых культур необходимую влажность почвы (75 и 80 % );

Рисунок 1 – Система защиты плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве

- обеспечивать функционирование дождевальных систем и установок в соответствии с геоморфологическими условиями;

- обеспечивать внесение удобрений и химических средств защиты с поливной водой;

- обеспечивать круговой полив склоновых земель, не вызывая поверхностного стока и механического повреждения плодовых насаждений.

В третьей главе «^ Разработка и обоснование технических средств защиты плодовых насаждений на горных склонах и оптимизация их параметров» приведены результаты теоретических исследований, обоснованы конструктивно-технологические схемы предлагаемых технических средств и осуществлена оптимизация их параметров.

Важным показателем, характеризующим дождевальный аппарат и зависящим от начального угла наклона ствола дождевального аппарата является дальность полета дождевальной струи.

За оптимальный угол наклона траектории полета струи принимаем такое его значение, при котором дождевальная струя имела бы наибольшую дальность полета.

Траектория движения дождевальной струи при орошении верхней части горного склона показана на рис. 2.



Рисунок 2 – Траектория движения дождевальной струи

при орошении верхней части горного склона


Траектория движения дождевальной струи описывается следующими уравнениями:

x = V0 cos0t; y = V0 sin0 t - ; V0 =; y = x tg, (1)

где x,y – координаты точек траектории струи; VO – скорость в сжатом сечении струи, м/с; – угол наклона ствола дождевального аппарата, град.; Н – напор жидкости, м; – угол наклона склона, град.

При этом задача по отысканию оптимального угла наклона ствола дождевального аппарата сводится к решению на максимум уравнения дальности полета дождевальной струи. Решив совместно уравнения (1) получим:

(2)

Для определения наибольшей дальности полета струи в зависимости от угла ее вылета α вычисляется производная от x по α.

Тогда уравнение (2) запишется в виде:

(3)

Откуда получим:

= . (4)

Наибольшая дальность полета дождевальной струи при орошении горного склона без учета сопротивления воздуха обеспечивается при угле вылета равном 450 и плюс .

Известно, что для наиболее распространенного в дождевании отношения напора воды к диаметру сопла дождевального аппарата равной 2500…3000 угол максимальной дальности полета струи составляет 320.

Исходя, из этого угол максимальной дальности полета дождевальной струи при орошении верхней и нижней частей горного склона можно записать в виде:

= , (5)

где – угол наклона ствола дождевального аппарата, обеспечивающий максимальную дальность полета дождевальной струи в условиях горизонтальной плоскости, град.

Для проведения кругового дождевания горных склонов угол наклона ствола дождевального аппарата должен быть равным: при поливе вверх по склону – 37; 42 и 47о, вниз по склону – 27; 22 и 17о, поперек склона – 32о, соответственно, в зависимости от крутизны склона 10; 20 и 30о.

Величина орошаемой площади зависит не только от уклона склона, но и от скорости ветра, гидравлических и конструктивных параметров дождевального аппарата, высоты расположения его над поверхностью земли. С учетом указанных факторов определен характер движения капель дождя на склоновом участке с учетом ветра.

Движение единичной капли дождевальной струи определяется влиянием начальной скорости, направленной под определенным углом к горизонту и силой сопротивления движению, которая зависит от давления ветра на каплю (рис. 3).

Дифференциальные уравнения движения капли дождя с учетом влияния ветра имеют вид:

,

(6)

где , и - коэффициенты пропорциональности, которые можно рассчитать по формулам:

,

(7)

где – коэффициент сопротивления движущейся капли; – плотность воздуха, кг/м3; – диаметр капли дождя, м2; – плотность воды, кг/м3; –скорость ветра, м/с; – угол поворота ствола дождевального аппарата относительно вертикальной оси, град.




^
Рисунок 3 – Схема траектории движения единичной капли дождевальной струи при наличии ветра на склоновом участке



Разделив обе части выражений в системе (6) на , умножив на и проинтегрировав их получим:

.

(8)

Произвольные постоянные , и определяются по начальным данным. При имеем: Xк = Yк = Zк = 0;

; ; ; (9)

Тогда ; ; , (10)

где – начальная скорость капли дождя, м/с.

Перейдя к дальнейшему интегрированию выражений системы уравнений (8) и умножив эти уравнения на можно их представить в виде:

.

(11)

Умножив на и проинтегрировав первое выражение в системе уравнений (11) получим:

.

(12)

При имеем, что . Тогда из выражения (12) получим, что

. Откуда .

(13)

Проинтегрировав второе и третье выражения системы уравнений (11) и после проведения соответствующих математических преобразований получим:

.

(14)

.

(15)

Таким образом, движение капли дождя над наклонной обрабатываемой поверхностью с учетом ветра будет определяться выражениями (13,14 и 15).

Математическое моделирование процесса движения капель дождевальной струи на склоновом участке крутизной (10; 20 и 300) позволило установить зависимость дальности полета капель дождя от скорости и направления ветра (0,5; 2,0 и 4,0 м/с), давления в сопле (0,3; 0,4 и 0,5 МПа), диаметра (14 мм) и высоты его расположения над поверхностью земли (2,5 м), при угле наклона ствола дождевального аппарата 32, а также определить форму и политую площадь участка (рис. 4).


1

2

3



30


1

2

3





Рисунок 4 – Траектория полета дождевальной струи и проекция контура поливаемой площади на склоне крутизной 200 при давлении 0,4 МПа и

различных скоростях ветра: 1 – 0,5 м/с; 2 – 2,0 м/с; 3 – 4,0 м/с

При синхронном изменении угла наклона стволов в зависимости от уклона орошаемого участка и скорости ветра можно достигнуть максимального радиуса действия дождевального аппарата по всем направлениям. С учетом этих требований предложены новые конструктивные решения копирующего устройства для изменения угла вылета дождевальной струи, позволяющие использовать дождевальные аппараты, серийно выпускаемые промышленностью, для кругового дождевания горных склонов (рис. 5).



Рисунок 5 – Дождевальный аппарат с копирующим устройством

для изменения угла вылета дождевальной струи

(А.С. СССР № 1263214, пат. РФ № 2202175)

Изучив характер движения стволов дождевального аппарата при орошении горного склона получена зависимость, характеризующая изменение угла наклона стволов от угла наклона обоймы и угла поворота стволов.

, (16)

где – угол наклона обоймы в вертикальной плоскости, град.

Предложенная комбинированная мелкодисперсная дождевальная установка для ухода за кронами плодовых деревьев представлена на рис. 6.



Рисунок 6 – Мелкодисперсная Рисунок 7 – Схема к расчету

дождевальная установка в работе консольного распределительного

(патенты РФ №2141194 и №58848) трубопровода дождевальной установки

Установка обеспечивает одновременное выполнение операций орошения, внесения макро- и микроудобрений и химических средств защиты с поливной водой при многократном сокращении времени на их выполнение. При обосновании конструктивно-технологической схемы комбинированной установки в качестве средства перемещения мелкодисперсных дождевателей был выбран подвесной канат и канатная тяга т.к. их использование позволяет полностью исключить механическое воздействие на почву, приспособить оборудование к конкретным условиям склона, механизировать и автоматизировать технологические процессы защиты плодовых насаждений на горных склонах.

Для определения максимально допустимой длины распределительного трубопровода, с учетом условий прочности (σmax[σ]и =160 МПа) и устойчивости (Кзап.1,5) разработана математическая модель конструкции, описываемая системой уравнений, обеспечивающей определение пяти неизвестных величин: изгибающего момента Мо и реакций Rox, Roy в сечении заделки трубопровода О, а также реакции S и S натяжения канатов в сечениях их крепления (рис. 7).

Rox-S1cosα1-S2cosα2=0 ,

Roy + S1sinα1 + S2sinα2 – qℓ - 2G = 0,

(17)

(18)

,


(19)

,

(20)


.

(21)

где G – вес распределителей с распылителями, Н.

Оптимизационные задачи решались при различных вариантах компоновки конструкции с одним и двумя поддерживающими канатами с вариацией длины пролета, мест крепления канатов, высоты подвеса дождевателя и поперечного сечения трубопровода. Решение уравнений и последующая проверка работоспособности конструкции по критериям прочности и устойчивости позволила рекомендовать производству конструкцию установки со следующими параметрами:

- ширина захвата 25 м, высота подвеса 0,7 м, два поддерживающих каната на одно крыло, консоль по обе стороны 1,5 м, внутренний диаметр трубопровода 25 мм.

В ходе теоретических исследований процесса распыла капель дождя центробежным распылителем с цилиндрическим вкладышем получено выражение для расчета диаметра капель:

.

(22)

где - коэффициент расхода распылителя; Rо – радиус сопла распылителя, м; Np – мощность, затраченная на образование капель, Вт.

Согласно выражения (22) построен график зависимости диаметра капли от давления воды при различной величине выходных отверстий распылителя (рис.8).



Рисунок 8 – График зависимости среднего диаметра капли

от давления воды при различном радиусе Rо сопла распылителя


Установлено, что средний диаметр капли изменяется в зависимости от диаметра сопла распылителя и давления воды. При одинаковом диаметре сопла распылителя, изменяя давление воды в дождевателе можно получить необходимую дисперсность распыла капель: так например, при диаметре сопла равном 2 мм и давлении воды 0,2…0,3 МПа диаметры капель составили 290…200 мкм, а с увеличением давления воды до 0,4…0,5 МПа капли уменьшились до 155...120 мкм в диаметре.

Для выполнения комплекса технологических операций по защите плодовых насаждений от болезней и вредителей предлагается универсальный опрыскиватель на базе штангового садового опрыскивателя с гидравлическими и пневмоакустическими распылителями. При химической защиты низкорослых молодых и плодоносящих плодовых насаждений от болезней и вредителей штанговый садовый опрыскиватель комплектуется оборудованием для подачи воздуха и пневмоакустическими распылителями (рис. 9), а для обработки среднерослых плодовых насаждений используются гидравлические распылители (пат. РФ №58856), представленные на рис. 6.



а. б.

Рисунок 9 – Штанговый садовый опрыскиватель (а) оборудованный

пневмоакустическими распылителями (б)

(пат. РФ № 77133, № 2263549)

Опрыскиватель содержит две секции с пневмоакустическими распылителями, снабженными защитными экранами и позволяет обрабатывать два ряда плодовых деревьев по высоте и периметру одновременно. При совместной работе пневмоакустических распылителей создается устойчивое завихренное облако аэрозолей внутри туннеля, т.е. между защитными экранами, тем самым увеличивается проникающая способность аэрозоля вглубь объема кроны плодового дерева, сводя потери частиц рабочей жидкости к минимуму с более равномерным распределением капель.

В настоящее время нет полного теоретического обоснования процесса дробления жидкости в пневмоакустических распылителях. В связи с этим была рассмотрена частная задача образования капель из жидкости при потере устойчивости жидкой пленки в устье акустического узла пневмоакустического распылителя при воздействии на нее потока воздуха и вращательного движения резонатора.

Схема процесса дробления жидкости вращающимся резонатором при обдуве его потоком воздуха представлена на рис. 10 .




Рисунок 10 – Схема процесса дробления жидкости вращающимся

резонатором пневмоакустического распылителя

На каплю действуют сила поверхностного натяжения Fн, центробежная Fц и аэродинамическая Fа силы, которые рассчитываются по выражениям:

; ; ,

(23)

где - диаметр капли, м; - коэффициент поверхностного натяжения жидкости капли относительно среды. - плотность жидкости, кг/м3; - наружный радиус резонатора, м; - угловая скорость вращения резонатора, с-1; - коэффициент сопротивления; - плотность воздуха, кг/м3; - скорость воздушного потока, м/с.

Начало процесса отрыва капли от торца резонатора соответствует моменту, когда равнодействующая центробежных сил и аэродинамической силы превысит силы поверхностного натяжения , т.е. при условии

.

(24)

Приняв, что центробежная и аэродинамическая силы направлены под прямым углом друг к другу, условие (24) перепишется в виде:

.

(25)

С учетом выражений (23) и (25) диаметр капли при дроблении рабочей жидкости вращающимся резонатором при обдуве его потоком воздуха рассчитывается по выражению:

.

(26)




Скачать 480,49 Kb.
оставить комментарий
страница1/3
Дата05.11.2011
Размер480,49 Kb.
ТипАвтореферат диссертации, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх