АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ МАШИН ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 631.348

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ МАШИН ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ

Самсонов Ю.В., заместитель директора;

Догода П.А., доктор сельскохозяйственных наук, профессор; Агротехнологическая академия ФГА-ОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского».

Проведен анализ технических характеристик существующих распылителей машин для химической защиты растений. Приведена их классификация, основные агротехно-логические требования по обработке растений агрохимикатами.

Ключевые слова: опрыскивание, распылитель, дисперсность, регулирование распыла, размер капли.

ANALYSIS OF DESIGNS OF SPRAYERS MACHINES FOR CHEMICAL PLANT PROTECTION

Samsonov Yu. V., Deputy Director; Dogoda P. A., doctor of agricultural Sciences, Professor;

Agrotechnological Academy FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University»

The analysis of technical characteristics of existing sprayers of machines for chemical plant protection is carried out. Their classification and main agrotechnological requirements for processing plants with agrochemicals are given.

Key words: spraying, spray, dispersion, regulation of spray pattern, droplet size.

Введение. Рост количества агрохимикатов сельскохозяйственного применения в различных почвенно-климатических условиях выдвигает требования универсальности технологического процесса опрыскивания с регулируемым диапазоном настраиваемых режимных параметров: количество распыляемой жидкости, дисперсность распыла и равномерность распределения капель по всей поверхности листостебельной массы.

Внесение агрохимикатов сопровождается потерями, одними из которых является снос капель рабочей жидкости ветром за границы обрабатываемого участка [1].

Актуальность проблемы заключается в снижении потерь агрохимикатов при химической защите растений в процессе работы при неблагоприятных погодных условиях, связанных с ветреной погодой.

Одно из технических решений - это применение регулируемых распыли-телей,на опрыскивателях, которые позволят изменять дисперсность распыле-ния,а также расход рабочей жидкости.

Материал и методы исследований. С целью проведения анализа существу -

103

ющих конструкций распылителей на машинах для химической защиты растений, проведен обзор литературы, посвященной исследованию механизации химической защиты растений,в том числе технологическому процессу распыления.

Результаты и обсуждение. Показателями качества опрыскивания является количество внесения рабочей жидкости агрохимикатов, дисперсность распыли-вания, густота покрытия каплями площади поверхности биологической массы при химической защите растений и равномерность распределения по ней .

В зависимости от способа опрыскивания и вида обрабатываемых культур опрыскиватели должны обеспечивать дисперсность распыла и нормы расхода рабочей жидкости на гектар в пределах, указанных в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика способов опрыскивания

« Я

б о

с о п

и

Преимущества

Недостатки

Виды рабочих жидкостей

я

ё

о £

0 Л

1

а о

е

рц

Л 5

Н 2

о а

о 2

о ^

а 5

а Я

1= С

о о

8 (Я

^ а

Нормы расхода рабочей жидкости, л/га

ад

О

В

И

а

ш §

л §

о

Л &

1°

£ I I

¡9

с

в

ие

£

я

е д

5 й с чро 2 «

2 о м о с §

и ла

о ^

си ев 8

В &

е е

0

о р

£

а лаа

я

о

с р

е

с

В

е

0 §

с б о

е д

о

«

е

о

§ Я

¡9

с

В

б

е

д о

^ I В I

и л

тел

ит

0 Л

л о

РЭ

р

и р

тер

В

ие

0 Л

л о б

¡9

с о м и

сот

е ст ие 5 ю ае кс

а с с е а о

+

+

+

о о т

Л

О

о о

о

о о о

о

« Ш

ао

I

рт

ш

в

Л §

^ о

ч &

Ш С

а о

о

св

о 3

б

Й а 3

оон пе

а

ае ипа

и

л

и рб пе н

ая

0

о

ро ок

ь т с

сок

м е

о

доу

р

т

¡9

с

сок

м е

еог р

е

£ ю о

В< 1>

й я

ж о

м

со

о

« «

о

^ о ^ ч ге ор

же о

^ 1>

та

Й ^ ь в

е

е

0

ы

«

о

с

ее р р

+

+

+

ад с д

сй

& о ? «

оч

& в

я « в > к

о о

о о

т 00

о о

о

г-)

о о о

-

о о

я

аст р

104

Продолжение таблицы 1

и

- о п л и

е ы

о д

н о

ь в

ла е и

м н

и е

н л

и б

2 е р

т

у

уст

о е е е о н л

ш ь

л

В-

ь т с

& § пь

ял е т

^ к

Н И ° &

О О з ю

§ е ^ 8

з Й

со

я

^ я

п ^

° 13

о 3 а 2

й «

2 о

н 4

° £

о а

«

8

Я

^

ш Я

+

+

О

о

0 о

0 о

-5 V)

0- о

0 о

г-)

Л

5

2 2^

А Н >К

Ч о ш

О О Ч

« Я -

« ^

К ^

е

о н

_ и

н о

о с

¡2

^ о

у ^ Л £ к о

ев О

о ш

а о

Л

н

о §

2 ш о

£

+

+

о

V

о

о Д

о Д

Примечание:Источник: составлено по материалам [2].

к

X.

=

ь

:

-6-

и

-

=

о

Распиливание

Электрическое

5

о г

ц о

Б ОС т

М н

о а

и и

оэ

К Г

¡- к К

У, !г К С-

< г? и

и И

05

-ы-

и е и Ь.

цилиндрическим соплом

£ щелевым соплом

Ударного типа

соударяющимися струями

Примечание: Источник: составлено по материалам [4].

Рисунок 1. Методы распыливания жидкости

105

Существующие в настоящее время основные точки зрения на механизм распыливания жидкости делятся на:

- распад под влиянием осесимметричных возмущений, которые возрастают под воздействием капиллярных сил;

- распад под воздействием турбулентных пульсаций, которые приводят к отрыву отдельных частиц жидкости;

- распад под воздействием кавитационных явлений, которые возникают вследствие колебательных процессов;

- распад под влиянием инерционных сил [3].

В зависимости от условий перемещения струи различают методы распы-ливания жидкости (рисунок 1).

Гидравлические распылители - основным энергетическим фактором которого приводит к распаду жидкости на капли, является давление нагнетания. Проходя через распыливающее устройство, поток жидкости приобретает высокую скорость и переходит в форму, способствующую быстрому и качественному распаду (струя, пленка, крупные частицы, в зависимости от принадлежности распылителя к тому или иному классу). Гидравлическое распыливание является самым экономичным по потреблению энергии (2-4 кВт на диспергирование 1 т жидкости), однако образуемый при этом распыл - довольно грубый и неоднородный, затруднено регулирование расхода жидкости при заданном качестве дробления. Однако этот способ нашел наиболее широкое распространение вследствие сравнительной его простоты.

Дисковые распылители - рабочая жидкость получает энергию в результате трения о быстровращающийся диск. Получая вместе с диском вращательное движение, рабочая жидкость под действием центробежных сил соскальзывает с распылителя (в виде пленок или струй) и дробится на капли. Существенными недостатками является то, что вращающиеся распылители дороги, сложны в изготовлении и эксплуатации, энергоемки (15 кВт на диспергирование 1 т жидкости) и, кроме всего прочего, создают завихрение воздуха, влияющее на траекторию полета капель.

Пневматические распылители - рабочая жидкость получает энергию, главным образом, в результате динамического взаимодействия ее с высокоскоростным воздушным потоком. В результате большой относительной скорости потоков в распылителе или за его пределами рабочая жидкость сначала расслаивается на отдельные нити, которые затем распадаются на капли. Недостатками такого типа распылителей являются повышенный расход энергии на распыливание (50-60 кВт на 1 т жидкости) и необходимость в оборудовании для подачи сжатого воздуха.

Акустические распылители - рабочая жидкость получает энергию при взаимодействии с потоком газа. Вместе с тем, в отличие от пневматического распыливания, газу сообщаются колебания ультразвуковой частоты, что при остальных равных условиях обеспечивает более тонкое и однородное дробление. Этот

106

способ распыливания является более экономичным и перспективным, чем пневматическое диспергирование, но конструкции акустических распылителей более сложные, чем пневматических [3,5].

Также нужно отметить, что для каждого конкретного случая имеется свой оптимальный размер капель, который зависит от многих факторов: вида растения, его состояния, применяемого препарата, погодных условий, интенсивности сноса частиц, рассеивания их в приземном слое атмосферы, испаряемости рабочей жидкости и густоты покрытия листовой поверхности [6]. Чем больше одинаково концентрированных и схожих по размеру капель из класса 60-250 мкм попадает в цель, тем меньше требуется сельскохозяйственных ядов, например пестицидов, при том же их токсикологическом эффекте [7].

Процентная доля поверхности, на которой необходимо произвести обработку, зависит во многом от технических, химических и биотических факторов. При рекомендованном расходе рабочей жидкости она должна составлять минимально от 10% до 15% [8].

Известно, что более мелкая капля даёт большую степень покрытия препаратом листовой поверхности, лучшее держание препарата на ней, повышенное проникновение в ткань (слоеная абсорбция) и вследствие чего высокую токсичность действия его на вредные организмы [9].

На нерегулируемом распылителе дисперсность напрямую зависит от рабочего давления (рис. 2), но увеличение рабочего давления влечет за собой и увеличение расхода рабочей жидкости.

* л ЛГЛ Л^Л л Л л л л л

1,5 атм -

5,0 атм

Примечание: составлено по материалам [8].

Рисунок 2. Изменение размера капель в зависимости от изменения рабочего давления

С повышением дисперсности распыления увеличивается и снос его воздушными потоками в атмосферу, то есть снижается степень оседания препарата на растения, а отсюда снижается и густота покрытия, а соответственно и эффективность использования препарата.

Под сносом при применении средств защиты растений подразумеваются капли с активными веществами, которые при опрыскивании не попадают на почву или растения, а уносятся ветром из зоны обработки или испаряются, не достигнув цели. Вследствие этого могут быть повреждены соседние культуры и загрязнены водоемы. Таким образом создается угроза для человека и животных, загрязняются другие полевые культуры, нарушаются регламенты норм внесения препаратов на обрабатываемые культуры. Причинами сноса

107

могут быть технические и метеорологические факторы, такие как: размеры капель, скорость движения, высота штанги, скорость ветра, температура воздуха, влажность воздуха [8,10].

Один из способов решения данной проблемы- использование распылителей с регулируемым диапазоном режимных параметров.

Распределение жидкости по сечению струи зависит как от начальных условий истечения струи (составляющие скорости, физические свойства жидкости, геометрические размеры распылителя), так и от условий взаимодействия летящих капель и окружающей газовой среды. Анализ представленных на рис. 3 данных показывает, что при снижении скорости, уменьшении диаметра сопла и увеличении вязкости, максимумы плотности орошения приближаются к центру и при определенных условиях сливаются, образуя один максимум на оси вращения. Это происходит при закручивании струи, так как характер зависимости коэффициента расхода от числа Яе сохраняется прежним, т.е. растет при уменьшении числа Яе за счет уменьшения касательной составляющей скорости.

У.

Расстояние от центра факела

Обозначение ц Re

1 1,5 * 10-5 104

2 4,5 * 10-5 4 * 103

3 2,3 * 10-4 1,7 * 103

а0=0,94 мм; D/d0=9,73; А=4,4; z/d0=170 Рисунок 3. Распределение безразмерной плотности орошения g по сечению

факела

Поскольку размер капель является функцией диаметра сопла и критериев Яе, П1 и А, то эти критерии служат главными факторами, определяющими форму распыленной струи при истечении в неподвижную среду. Из анализа данных следует, что по мере уменьшения критериев Яе и А (уменьшения центробежных сил инерции) максимумы кривых приближаются к оси[11].

108

С увеличением длины камеры закручивания возрастает поверхность трения и, как следствие, уменьшается момент количества движения потока жидкости, поступающей в сопло форсунки. При этом увеличивается коэффициент расхода форсунки и снижается угол факела распыливания. Тем самым течение жидкости приобретает более сложный характер, чем в форсунках с короткой камерой.

Выводы. Анализ литературных источников показывает, что до настоящего времени нет распылителей агрохимикатов с регулируемыми дисперсностью и расходом рабочей жидкости. Для решения этого вопроса необходимо создать регулируемый распыливатель опрыскивателя, который будет удовлетворять современным технологическим, экологическим и агротребованиям. Конструкция должна быть простой в производстве, надежной в эксплуатации, иметь малую энергоемкость. Распылитель может обеспечивать регулирование режимных параметров: нормы расхода рабочей жидкости и требуемой дисперсности распыливания, за счет изменяющихся параметров величин Яе и А.

Список использованных источников:

1. Научный вестник Национального Университета Биоресурсов и Природопользования Украины. - № 166, 2011.

2. П.А. Догода. Механизация химической защиты растений. - С.: Таврия, 2000. - 139 с.

3. Д.Г. Пажи, В. С. Галустов. Основы техники распыливания жидкостей. - М.: Химия, 1984. - 256с.

4. Ю.Ф. Дитякин, Л.А. Клячко, Б.В. Новиков, В.И. Ягодкин. Распыли-вание жидкостей.- М.: Машиностроение, 1977. - 208 с.

5. В.М. Халанский, И.В. Горбачев. Сельскохозяйственные машины. - М.: КолосС, 2004. - 624 с.

6. Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков. Технические средства и технологические особенности применения гербицидов и арборици-дов на объектах несельскохозяйственного пользования. - М.:РАСХН-ГНУ ВНИИФ, 2009.® - 68 с.

7. Ю.М. Веретенников, А.В. Ов-сянкина, И.Я. Паремский. Статья

References:

1. Scientific Bulletin of the National University of Bioresources and nature Management of Ukraine. -No. 166, 2011.

2. P. A. Dogoda. Mechanization of chemical plant protection. - S.: Tavria, 2000. - 139 p.

3. D. G. Pazhi, V. S. Galustov. Fundamentals of liquid atomization techniques. - Moscow: Chemistry, 1984. - 256 p.

4. Yu. F. Dityakin, L. A. Klyachko, B. V. Novikov, V. I. Yagodkin. Spraying of liquids. Moscow: Mashinostroenie, 1977. - 208 p.

5. V. M. Halansky., I. V. Gorbachev. Agricultural vehicles. Moscow: Koloss, 2004. - 624 p.

6. N. V. Nikitin, Yu. Ya. Spiridonov, V. G. Shestakov. Technical means and technological features of application of herbicides and arboricides on non-agricultural objects. - Moscow: RASKHN-GNU VNIIF, 2009. - 68 p.

7. Yu.M. Veretennikov, A.V. Ov-syankina, And I.Ya. Paremsky. The article "On the use of monodisperse dispersion

109

«О монодисперсном применении дисперсионных химических энергий».

8. Agricultural Spray Nozzles and Accessories.CatalogLechler, 2012. - 65 p.

9. Механизация технологических процессов защиты растений. Сборник научных трудов. - М.: ВО «Агропро-миздат», 1991.

10. TeeJet Technologies. A Spraying Systems Company. - Wheaton, 2007. -192 p.

11. Витман Л.А., Кацнельсон Б.Д., Палеев И.И.. Распыливание жидкостей форсунками. - М.: Государственное энергетическое издательство. -1962. - 265 с.

of chemical energy".

8. Agricultural Spray Nozzles and Accessories.CatalogLechler, 2012. - 65 p.

9. Mechanization of technological processes of plant protection. Collection of proceedings. - Moscow: VO "Agropromizdat", 1991.

10. TeeJet Technologies. A Spraying Systems Company. - Wheaton, 2007. - 192 p.

11. L. A. Wittman, B. D. Katsnelson, I. I. Paleev. Atomization of liquids by injectors. - M.: State energy publishing house. - 1962. - 265 p.

Сведения об авторах:

Самсонов Юрий Викторович -заместитель директора Агротехно-логической академии ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», e-mail: y.v.samsonov@mail.ru, 295492, Россия, Республика Крым, г. Симферополь, п. Аграрное, Агротехнологи-ческая академия ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского».

Догода Петр Ануфриевич - доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры технических систем в агробизнесе Агротехнологи-ческой академии ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», e-mail: petr. dogoda@mail.ru, 295492, Россия, Республика Крым, п. Аграрное, Агро-технологическая академия ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И.Вернадского».

Information about the authors:

Samsonov Yuri Viktorovich -Deputy Director of the Agrotechno-logical Academy of the FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: y.v.samsonov@ mail.ru, Agrotechnological Academy of FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» 295492, Russia, Republic of Crimea, Simferopol, v. Agrarnoe, Agrotechnological Academy FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University».

Dogoda Peter Anufrievich - Doctor of Agricultural Sciences, Professor of the Agrotechnological Academy of the FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: petr.dogoda@mail.ru, 295492, Russia, Republic of Crimea, Simferopol, v.Agrarnoe, Agrotechnological Academy FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University».

110