ÖSSZEFOGLALÁS

A kutatásban a mérőcsarnokban végzett műtrágyaszóró vizsgálatokat részben kiváltották a tárcsa közelében elhelyezett felfogó cellák alkalmazásával. A fejlett elméleti modellekkel kúpos röpítőtárcsák, ferdén elhelyezett lapátokkal is leírhatók. Ennek ellenére, csak a kényes paraméterekre kísérletileg optimált modell ad valósághű szórásképet. A szórásképet elvileg a kijuttató gép mechanikai sajátságai és a szemcsék fizikai jellemzői határozzák meg. A számítógépes modellezéssel a jövőben csökkenthető a költséges vizsgálócsarnokok kísérleti alkalmazása. Sok kísérleti eredmény felhasználásával a tanuló algoritmusok is megfelelően becsülhetik a várható szórásképet. Különböző fizikai elven működő érzékelőkkel lehet jellemezni a tárcsát elhagyó részecskeáramot. Az utóbbi módszereket gyors ballisztikai elemzéssel kombinálva „on line” szabályzott módon, helyspecifikusan lehet kijuttatni a kívánt tápanyagot. Kidolgoztam a röpítőtárcsás műtrágyaszórók elméleti szórásképének meghatározására alkalmas módszert, amelynek bemenő adatai a szemcsék fizikai és kezdeti kinematikai jellemzői. Az egyes szemcsék levegőben történő repülésének elemzéséhez a Kármán-féle hodográfos módszert elhanyagolások nélkül valósítottam meg. A pályaszámítások alkalmasak nagyszámú részecske mozgásának követésére és ezekből kiindulva a sugárirányú szórási hisztogram, a kereszt- és haladási irányú szórási kép előrejelzésére a mozgó szóróberendezés mögött. A módszer kipróbálásához - a hazánkban is használatos műtrágyákon végzendő számításokhoz - statisztikailag jelentős számú szemcse aerodinamikai, geometriai, tömeg és sűrűség jellemzőjét mértem meg. A vizsgálatokhoz a Géptani Tanszéken rendelkezésre álló illetve az általam fejlesztett mérőeszközöket használtam. Műtrágyaszemcsék légellenállási tényezőjének méréséhez új, folyadékos ejtőcsöves módszert dolgoztam ki, amely egyszerűbb, olcsóbb és pontosabb mint a korábbi módszerek. Ömlesztett anyagok térfogat-és sűrűség méréséhez kiterjesztettem a Mester-Sitkei féle légpiknométer alkalmazását. A hazai gyakorlatban gyakran használt ötféle műtrágya fontos halmaz tulajdonságait (nedvességtartalom, szitás mérettartományok, sűrűség, térfogattömeg, porozitás, felületi súrlódás, rézsűszög, belső súrlódás) meghatároztam és elemeztem. A röpítőtárcsán kialakuló szemcsemozgás körülményeinek megfelelő terhelés mellett az elmozdulás illetve a terhelés függvényében határoztam meg a súrlódási paramétereket. Az általam vizsgált műtrágyák egyes fizikai tulajdonságait (méret, tömeg, elutriátoros lebegtetési sebesség) 250 elemű mintákon szemcsénként mértem meg. Az adatokból többek között szemcsénként határoztam meg a sűrűséget és a légellenállási tényezőt. A mért paraméterek közül a CD alaktényező jól korrelál a gömbalakúsággel. Bizonyítottam, hogy a repítési távolság jó gömbalakúságú műtrágyák esetén típustól függetlenül a szemcseátmérő reciprokával arányosan csökken. Pályaszimulációkkal igazoltam, hogy hasonló alaktényezőjű szemcsék esetén a szemcseméret reciprokának a logaritmusa - igen széles mérettartományban - másodfokú függvény szerint adja a repítési távolságot. Az eredmények biztatóak abból a szempontból, hogy a precíziós szántóföldi alkalmazásoknál a repülő szemcsék méretéből és sebességéből - ballisztikai számítás nélkül - azonnal jósolható lesz a becsapódási hely. A számítások szerint a műtrágyák fizikai tulajdonságaitól függ a várható szóráskép egyenletessége. Értelmeztem a különböző műtrágyák eltérő szórásképére vonatkozó becsléseket, így az összetett műtrágya nagyobb szórásegyenlőtlenségét. Igazoltam, hogy a szokásos konstrukciókhoz képest a leválási sebesség, a tárcsa helyzet vagy a kúpszög további növelésével a repítési távolság nem növelhető ésszerű mértékben. A vizsgálatok során nyert nagyszámú adat és a szórásképek elemzése támpontokat ad az elérhető kijuttatási pontosságra, esetleg a műtrágya előállításának és a röpítőtárcsás műtrágyaszóró gyártási technológiájának javítására. SUMMARY

In the research, investigations in spreading halls are partly substituted with collection trays using compartments placed around the spinning disc. Recent theoretical models are able to characterize even conical discs with pitched vanes. However, high fidelity spreading patterns can only be predicted if sensitive parameters are experimentally optimized for the best fit. In principle, the spreading pattern is determined by the mechanical characteristics of the spreader and the physical properties of the fertilizer particles. The extent of the application of expensive spreading halls can be reduced by the application of computer modeling. Using learning algorithms and neural networks for the analysis of many experimental results spreading patterns can also be estimated properly. The particle stream leaving the disc can be characterized by sensors based on different physical principles. If the online measurements are combined with fast ballistic calculations the nutrients can be spread in a controlled, sitespecific way. I elaborated a computational method that is capable to calculate the theoretical spreading pattern from the physical properties of particles and their initial kinematic conditions. For the analysis of the particle flight in the air I applied Kármán’s hodograph method without neglections. These ballistic calculations are suitable to monitor the path of many particles and based on this, radial spreading histogram, longitudinal and transversal spreading patterns can be predicted behind the moving spreader. To test the method with the fertilizers used in Hungary, I measured the aerodynamical, geometrical, mass and density parameters for a large number of particles. For these investigations I used the equipments available at the Department of Machinery or the tools developed by myself. I elaborated a new, petroleum filled, descent pipe method to measure the air resistance factor of fertilizer particles. The new tool is simpler, cheaper and more accurate than conventional methods. For the measurement of the volume and density of bulk fertilizers I extended the range of application of the Mester-Sitkei air picnometer. For the same five type of fertilizers I measured and analyzed their bulk properties: humidity, size measured by sieves, solid density, bulk density, porosity, surface and inner friction and repose. Friction properties were determined as a function of displacement or load similar to the conditions of working spinning discs. The physical properties per particle (size, mass, floating velocity in air channel) were obtained on samples of 250 elements. From these data the density and air resistance factors per particle were derived. Among the measured parameters the CD drag coefficient is in good correlation with particle’s sphericity. I proved that the casting distance is decreasing as a function of the reciprocal radius of the particles - independently of fertilizer type – supposed that particles have good sphericity. It was also proved by path simulations that the logarithm of the reciprocal radius of the particles is a quadratic funcion the casting distance in a wide size range. The results are encouraging from the point of view that for precisional agricultural applications the impact points on the soil will be immediately predictable from the size and velocity of discharging particles - without any ballistic calculations. The large amount of data obtained and the analysis of spreading patterns in this study gives hints for the limits of the precisional spreading and potentially for the improvement of fertilizer production and manufacturing technology of spreaders.