ЭТУ_Куликова_2014

При электрогидравлической обработке воды, взятой из водоема, в ней быстро увеличивается число растворимых соединений азота. При очень небольших затратах энергии число растворенных в воде соединений азота может возрасти в триста и более раз. Вода превращается в азотное удобрение и в некоторых случаях может служить самостоятельным удобрением полей, способным активно выщелачивать из почвы и переводить в растворимое состояние химические элементы, служащие питанием для растений. Чтобы еще более насытить раствор соединениями азота, можно сквозь воду непрерывно продувать воздух под очень небольшим давлением.

Потребности в воде для электрогидравлической обработки полей незначительны – около 10...15 м3 на 1 га, что составляет всего 5...10 % от нормы вегетационных поливов. Энергетические затраты силовой установки трактора, питающей электрогидравлическую установку, не превышают 30 кВт на 1 га, что определяет и себестоимость внесения удобрений.

Электрогидравлическая обработка почвы способствует экономически выгодному переводу в раствор содержащихся в почве солей и в воздухе азота, фосфора, микроэлементов, которые в растворимом состоянии легко усваиваются растениями. Тем самым можно резко снизить потребность полей в удобрениях. Проведенные эксперименты позволили разработать ряд электрогидравлических почвообрабатывающих устройств для различных систем земледелия.

В простейшем почвообрабатывающем электрогидравлическом устройстве (рисунок 9.9.) в качестве основного устройства, в котором происходит обработка почвы, используют электрогидравлическую дробилку. Кроме почвы, электрогидравлической обработке в дробилке подвергают воду, предназначенную для полива растений, воздух, выхлопные газы трактора или газообразный азот.

Для увеличения выхода азота из воздуха и выхлопных газов их перед пропусканием через электрогидравлическую дробилку подают в камеру воздушного разрядника. Несвязавшийся азот повторно направляют из дробилки в камеру воздушного разрядника.

Устройство монтируется на тракторе. При движении трактора специальное приспособление подает почву на транспортер, по которому она направляется в электрогидравлическую дробилку. Одновременно туда же подается вода, используемая для полива. Через дробилку продувают воздух, выхлопные газы или газообразный азот.

211

После электрогидравлической обработки удобренная почва в виде пульпы поступает в разбрасыватель–дозатор для равномерного распределения ее по полю.

2 3

4

1

Рисунок 9.9 – Устройство для электрогидравлической обработки почвы; 1

–приспособление для забора почвы, 2 – транспортер, 3 – электрогидравлическая дробилка, 4 – разбрасыватель

Увеличить выход полезных соединений в электрогидравлически обрабатываемой почве можно также за счет добавления в нее перед обработкой простейших катализаторов: хлорного железа и сорбентов типа местных почв, глин, песков, торфа. Введение на 1 кг почвы 20 г хлорного железа повышает выход растворимых солей более чем в 10 раз; введение на 1 т почвы 2 л водной вытяжки торфа дает резкое увеличение выхода в раствор соединений, содержащих ряд ценных микроэлементов. Обычная электрогидравлическая обработка почвы дала выход калия до 30 г на 1 т обрабатываемой почвы, а добавление в качестве катализатора торфяной воды увеличило его выход до 60 г на 1 т почвы.

Для резкого увеличения содержания высвобождаемого из почвы и воздуха азота после электрогидравлической обработки почву целесообразно засевать штаммами различных нитрифицирующих и аммонифицирующих бактерий, используя возможности «бактериального взрыва».

В целях минимизации объема электрогидравлической обработки почвы посев семенами или посадку клубнями, саженцами, рассадой или черенками целесообразно производить в предварительно образованные в почве электрогидравлически обработанные линии или гнезда либо вместе с небольшим количеством предварительно электрогидравлически обработанной почвы – в необработанные линии или гнезда.

212

Для обработки почвы на больших земельных участках разработаны принципиально новые многоцелевые сельскохозяйственные машины, производящие одновременно предпосевную обработку, удобрение почвы и посев различных сельскохозяйственных культур.

Наиболее ценное качество почвообрабатывающих электрогидравлических устройств то, что они не только не оказывают угнетающего действия на глубокие слои почвы, но одновременно улучшают структуру почвы, повышают ее плодородие. Почвообрабатывающие электрогидравлические устройства разработаны с учетом типа почвы, влажности и климатических условий.

Электрогидравлический плуг для сухой почвы (рисунок 9.10) состоит из плужного, поддерживаемого колесами корпуса, на раме которого укреплены одни или несколько последовательно перемещающихся передних и задних ножей. Задние ножи заземляются. В передние ножи встроены изолированные электроды, проходящие через отверстия труб, по которым в почву на разрядный рабочий промежуток подают воду или жидкий удобрительный состав. Электрическая энергия по кабелю, вмонтированному в передний нож, поступает от генератора импульсных токов, размешенного на тракторе и питающегося от его силовой установки путем отбора мощности. Концы кабеля, вмонтированные в передние ножи

иострия задних ножей, образуют рабочие искровые промежутки. Плоским

иузким ножам электрогидравлического плуга почва оказывает весьма небольшое сопротивление при перемещении плуга в процессе обработки почвы, поэтому на перемещение плуга тратится очень небольшая часть энергии трактора.

7

6 5

8

Рисунок 9.10 – Электрогидравлический плуг для сухой почвы: 1 – токопровод; 2 – высевающее или посадочное устройство; 3 – опорные колеса; 4 – кронштейн для подъема колеса: 5 – пластина заднего ножа (отрицательный полюс тока); 6 – положительный полюс тока; 7 – трубопровод для подачи воды или жидкого удобрения;8 – передний нож; 9

– плужная рама

213

Работает электрогидравлический плуг следующим образом. При повороте кронштейна поднимаются колеса, а ножи–электроды заглубляются в почву. По трубопроводу в рабочий промежуток непрерывно поступает вода, а по кабелю от генератора импульсных токов к электродам плуга подаются импульсы тока, частота следования которых и их параметры определяются рабочими характеристиками генератора импульсных токов. Направляющая пластина заднего ножа–электрода и возможность регулирования высоты подъема опорных колес обеспечивают осуществление электрогидравлических ударов на заданной глубине и устойчивость движения плуга. В результате в заполненной водой полости между передним и задним ножами плуга непрерывно возникают электрогидравлические удары, обрабатывающие почву.

После обработки электрогидравлическим плугом вокруг зоны разряда нижний слой почвы уплотняется, образуя корытообразный лоток для удобренного слоя, а верхний слой почвы с располагающейся в ней корневой системой растений разрыхляется.

Электрогидравлический плуг для распутицы [83] предназначен для обработки почвы в осенний, весенний периоды и работы при поливном земледелии.

1 2

5

Рисунок 9.11 – Электрогидравлический плуг для работы в распутицу и при поливном земледелии: 1 – плужная рама, 2 – токопровод; 3 – коленчатая ось;4 – транспортные колеса; 5 – лыжи; 6 – задний нож; 7 – сошник (отрицательный электрод);8 – конец кабеля (положительный электрод); 9 – передний нож–сошник

Он представляет собой горизонтальный разрядник, защищенный ножом и безотвальным лемехом от разрушения о грунт. Искровые разряды, возникающие на этом разряднике внутри насыщенного водой грунта, интенсивно диспергируют этот слой, рыхлят выше расположенные слои, не переворачивая их, и уплотняют слои почвы, расположенные ниже.

Этот плуг состоит из плужной рамы с закрепленным на ней сошником, несущим передний нож и кабель. Нижний выступающий конец кабеля отогнут назад и образует с задним ножом, также сидящим на плужной раме, рабочий искровой промежуток.

214

Ножи плуга заглубляют в почву и переводят их в транспортное положение поворотом коленчатой оси с сидящими на ней транспортными колесами и лыжами, служащими предохранителями от излишнего заглубления плуга (при работе на затопленном водой поле). При необходимости передний конец сошника снабжается рыхлителем или другой насадкой.

Применение описываемого электрогидравлического устройства позволит решить одну из проблем земледелия – включить в общий сельскохозяйственный цикл не используемые сезоны весенней и осенней распутицы.

Для обработки каштановых почв сухих степей, песчаных и субпесчаных почв может быть использовано устройство, представляющее собой соединение в один агрегат электрогидравлических дробилки и вибратора (рисунок 9.12.). Это позволяет использовать энергию каждого электрогидравлического удара не только для обработки почвы путем пропускания ее через электрогидравлическую дробилку, но и для сообщения движения поршню электрогидравлического вибратора, обеспечивающего уплотнение подпочвенного слоя. С этой целью дробилка конструктивно связана с поршнем, шток короткого оканчивается плитой, движущихся под почвой. Чтобы исключить попадание почвы из дробилки на поверхности трения поршня, он выполнен заодно с сетчатым (калиброванным) дном дробилки и связан с ее корпусом эластичными муфтами.

Материал, загруженный в бункер, разрушается электрогидравлическими ударами при прохождении через дробилку. Под действием электрогидравлических ударов нерастворимые химические соединения почвы переходят в растворимые, почва становится более плодородной, удобренной. Одновременно электрогидравлические удары толкают поршень электрогидравлического вибратора вниз, и он через шток передает их усилия виброплите, которая интенсивно уплотняет почву, создавая корытообразный уплотненный подпочвенный слой. Корытообразный поперечный профиль этого слоя образуется благодаря изогнутому профилю виброплиты.

Рисунок 9.12 – Электрический плуг с вибратором: 1 – положительный

215

электрод; 7 – шток поршня–вибратора; 2 – дно дробилки– отрицательный электрод;8 – виброплита; 3 – высевное или посадочное устройство; 9 – сошник–рыхлитель; 4 – уплотнительная муфта, 10 – цилиндр поршня

Из выходного бункера дробилки раздробленный материал в виде густой пульпы проходит по трубопроводу, расположенному в теле штока и виброплиты, выбрасывается назад по ходу движения устройства в разрез почвы за виброплитой и заполняет пустоты, возникающие после прохождения виброплиты, образуя поверх уплотненного корытообразного слоя почвы удобренный гигроскопичный слой.

Верхние над ним слои почвы разрыхляются колебаниями виброплиты. Для уменьшения сопротивления почвы трубчатый шток поршня–вибратора снабжен ножом–обтекателем, разрезающим почву при движении устройства.

На несущей раме устройства может быть размешено несколько систем, включающих электрогидравлическую дробилку, вибратор и виброплиты, благодаря чему устройство становится широкозахватным. Питание обеспечивается от силовой установки, размещенной на тракторе. Каждая электрогидравлическая дробилка питается от самостоятельного контура.

5

4

Рисунок 9.13 – Электрогидравлическое устройство для санкции подпочвенного влагозадерживающего горизонта: 1– элеватор; 2– электрогидравлическая дробилка; 3– трубопровод; 4 – сопло трубопровода;5– безотвальный плуг

Создание подпахотным горизонтом влагозадерживающего слоя может быть также обеспечено электрогидравлической обработкой.

Для этого при вспашке, которую проводят па глубину большую общепринятой, на уровне среза почвы создают тонкие ленточные слои, смыкающиеся в сплошной слой, из почвы или почвенно–торфяной смеси, предварительно прошедшей электрогидравлическую обработку.

Электрогидравлически обработанная почва, измельчаясь, приобретает высокую гигроскопичность и созданный из неё слой накапливает большое количество влаги. Opганические волокна при электрогидравлической обработке расщепляются по длине и являются отличной органической арматурой, предотвращающей размывание и вынос почвы.

216

Устройство, реализующее описанный выше способ создания подпочвенного влагозадерживаюшего горизонта, состоит из электрогидравлической дробилки, соединенной трубопроводами с соплами, которые устанавливают позади каждого рабочего органа плуга, ширина выхода из сопел не должна быть больше захвата плуга (рисунок

9.13.).

При движении плуга по полю происходит подрезание пласта, подъем и рыхление его ножом безотвального плуга или поворот лемехом отвального плуга и введение ленточного слоя электрогидравлически обработанной почвы или почво–торфяной смеси из падающих сопел в образующуюся за

ножом плуга прорезь.

При размещении лемехов или ножей на раме плуга таким образом, чтобы следы их соприкасались, образуются лет очные слои, которые также соприкасаются и создают сплошной подпочвенный влагозадерживающий горизонт. Электрогидравлически обработанную смесь целесообразно получать во время движения устройства по полю с помощью небольшого элеватора, забирающего верхний слой почвы в электрогидравлическую дробилку.

9.4. Электрогидравлические устройства для орошения

Устройство для орошения состоит из трубопровода с размешенными по всей длине отверстиями–форсунками. Трубопровод состоит из отрезков определенной длины, соединенных коленами. На одном конце каждого отрезка трубопровода находится электрогидравлическое устройство, создающее продольную волну с помощью электрогидравлического удара, а на другом – плоский отражатель ударной волны. Вода в трубопровод подается под небольшим давлением, чтобы из форсунок били фонтанчики высотой 10...20 см. Одновременно в трубах на электрогидравлических устройствах осуществляют электрогидравлические удары, которые создают ударную волну. Она идет по трубопроводу и тратит энергию на то, чтобы на выходе из трубопровода в каждое отверстие–форсунку ответвить часть своей энергии. Если из отверстия–форсунки бьет струя, ответвленная часть волны входит в струю и доходит до того места, где струя распадается на капли. Здесь энергия ответвленной волны расходуется на превращение верхушки струи в дисперсную пыль (рис.

9.14.).

Электрогидравлическое устройство резко снижает расход воды и повышает качество полива. При его использовании можно осуществить полив горько–солеными водами, мелкодисперсная водяная пыль, испаряясь, насытит пресными водами слои атмосферы, а в выброшенных

217

форсунками более крупных капельках образуется концентрированный рассол, который можно направить по заданному руслу.

а)

3

б)

Рисунок 9.14 – Электрогидравлическое устройство для орошения: а, б– виды сбоку и сверху; 1 – трубопровод; 2 – отверстия–форсунки; 3 – устройство, создающее продольную ударную волну; 4 – плоский отражатель ударной волны

9.5. Устройства для очистки, обеззараживания и утилизации животноводческих стоков

При конструировании таких устройств необходимо учитывать, что на эффективность электрогидравлической обработки стоков влияет их электропроводность, определяющая величину рабочего промежутка и зону эффективного воздействия электрогидравлического эффект а.

Снижение энергозатрат при обработке жидких субстратов достигается за счет увеличения длины искры путем инициирования канала разряда лучом лазера, другого источника излучения или с помощью теплового взрыва ВТЭ, а также осуществлением электрогидравлических ударов в воде и передачей их воздействия на высокопроводящий субстрат через эластичную оболочку, окружающую электроды.

В электрогидравлическом устройстве для приготовления торфонавозного удобрения уменьшение потерь на проводимость решается за счет предварительного внесения в навозные стоки фрезерного торфа и последующей их совместной обработки.

Установка имеет две технологические линии: подготовки исходных компонентов и приготовления комплексного органического удобрения. Линия подготовки исходных компонентов содержит навозоприёмник, снабженный устройством для перемещения навоза, насос для подачи навоза в смеситель с устройством для измельчения остатков корма, содержащихся в навозе. В нее входят элементы для подготовки и

218

транспортировки в смеситель торфа: приемный бункер, вибросито, транспортер, механическая дробилка и магнитный сепаратор. Линия приготовления органического удобрения содержит смеситель, электрогидравлическую дробилку, соединенную трубопроводами со смесителем и другими элементами линии, блок питания (генератор импульсных токов), накопительную емкость для хранения промежуточного продукта и ёмкость для хранения готового продукта.

Предварительно подготовленные на линии исходных компонентов жидкий навоз и фрезерный торф поступают в смесительный реактор, соединенный с электрогидравлической дробилкой, где циркулируют по цепочке: смеситель – электрогидравлическая дробилка – смеситель. Полученный продукт насосом перекачивается в накопительную емкость. Предусмотрена возможность прямой выдачи продукта для дальнейшего его использования или последующей электрогидравлической обработки при циркуляции по цепочке накопительная емкость – электрогидравлическая дробилка – накопительная емкость. Продолжительность циркуляции определяется числом электрогидравлических ударов на единицу объема обрабатываемого продукта. После завершения обработки готовый продукт поступает в хранилище.

Установка позволяет получать качественное, обеззараженное, гомогенизированное органическое удобрение.

9.6. Устройства для дражирования семян

Высокая дисперсность, вязкость, клеящая способность и хорошие удобрительные свойства электрогидравлически обработанного торфа позволили применить его в качестве основного компонента дражирования массы.

Для внедрения в практика разработка линия для дражирования семян [13]. Фрезерный торф погрузчиком подается на виброгрохот, где производится отсев крупных включений. Просеянный торф по транспортеру поступает в смеситель, где смешивается в заданной пропорции с водой. Затем суспензия идет на обработку в бункер электрогидравлической дробилки, после которой пульпа направляйся в ёмкость готового продукта, далее через сито – в распылитель дражиратора. В качестве второго компонента дражировочной массы используют сухой торф. После обработки в дражираторе семена поступают в сушилку. 1атем

– в калибратор, в котором осуществляется сортировка дражированных семян по фракциям. Дражирование семян может производиться формированием удобрительной гранулы с размещением внутри нее

219

семени. Формирование осуществляется выдавливанием компонентов гранулы из концентрических трубопроводов, охватывающих семяраспределитель. Сформированные драже отсекаются дозирующим отсекателем.

Можно формировать и многокомпонентные гранулы с комплексным запасом питательных элементов, необходимых растениям на всех фазах их развития.

Удобрения вносятся к корням растений, одновременно с посевом, благодаря объединению в грануле семени и удобрений. Концентрация удобрительных смесей в гранулах позволяет повысить экономичность внесения удобрений.

9.7. Устройства комплексной обработки сельскохозяйственной продукции

Многоцелевое электрогидравлическое устройство для чистки шерсти, мойки фруктов и овощей, отделения кожицы и семян от мякоти и других работ приведено на риснке 9.15.

Устройство состоит из ванны, заполненной моющей средой или иной рабочей жидкостью, и двух ленточно–сетчатых транспортеров: верхнего и нижнего. Транспортеры образуют между собой полость (канал), в которой находится обрабатываемый материал. Рабочая среда входит в ванну через входной штуцер. Несколько пар электродов помещаются под обоими транспортерами. Под электродами устанавливаются отражатели. Количество пар электродов определяется мощностью генератора импульсных токов.

Материал, подлежащий обработке, подается на транспортеры и проходит над искровыми разрядными промежутками. Чередование электрогидравлических ударов происходит так, чтобы в ванне возникала «бегущая волна» в направлении выхода обрабатываемого материала. Обработанный материал выносится транспортерами и сбрасывается в бункер–приемник. Электрогидравлическую обработку можно вести в полностью заполненной рабочей жидкостью ванне, а также при низком уровне жидкости, что позволяет применять метод «воздушной кавитации», для этого предусмотрена наклонная крышка ванны.

220