CC BY
9УДК 631.51:632.931.1
И.М. Киреев, д-р техн. наук, зав. лабораторией, ведущий науч. сотр., e-mail: Kireev.I.M@mail.ru, З.М. Коваль, канд. техн. наук, гл. науч. сотр., e-mail: zinakoval@mail.ru, Ф.А. Зимин, инженер, e-mail: zinakoval@mail.ru.
Новокубанский филиал ФГБНУ «Росинформагротех» (КубНИИТиМ)
М.В. Данилов, канд. техн. наук, зав. каф. процессов и машин в агробизнесе, e-mail: danilomaster80@mail.ru
ФГБОУ ВО «Ставропольский ГАУ»
ИННОВАЦИОННЫЙ СПОСОБ ДЛЯ КРАЕВОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛЯ И СРЕДСТВО ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
Постановка проблемы.
Одним из важных направлений Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации является переход к высокопродуктивному и экологически чистому агрохозяйству, который на сегодняшний день невозможно осуществить без системы мероприятий по защите растений от неблагоприятных природных и антропогенных факторов.
При борьбе с засухой, водной и ветровой эрозией особое значение имеют искусственно созданные лесные насаждения. Важность таких насаждений имеет государственное значение для сбережения урожая.
В результате проведенных исследований положительных качеств полезащитных лесополос была выявлена необходимость по уничтожению сорных растений в светопроницаемых краях (технологических проходах), семена которых скоростным воздушным потоком разносятся по прилегающим полям в глубь поля, создавая дополнительные затраты по уничтожению произрастающих сорняков, а также - устранению основной опасности, которую создают зимующие в лесополосах, в стерне и в почве краевых участков поля, вредители полевой растениеводческой продукции - нанесение порчи качеству зерна и плодов, или значительной гибели урожая сельскохозяйственных культур.
В настоящее время для решения существующей проблемы защиты растений от сорняков и вредителей отсутствуют высокопроизводительные технические средства. Краевые обработки полей на начальных стадиях массового развития вредителей проводятся имеющиеся опрыскиватели и обеспечивают обработку лишь в пределах контура поля. Термиче-
ские аэрозоли известных генераторов практически неуправляемы и опасны для птиц и полезных насекомых. Опрыскивание полезащитных лесополос с применением авиационных средств не эффективны, так как листья лесонасаждений являются «зонтиками», хорошо защищающими вредителей.
В связи с изложенным, требуется разработка технического средства для краевых обработок полей и оснований посадок при защите посевов от сорняков и вредителей, обеспечивающего управляемую подачу растворов инсектицидов и гербицидов с заданной дисперсностью в соответствии с назначением.
Цель исследований - провести исследования по пневматическому транспортированию размеров и числа полидисперсных капель, характерных для применения гербицидов и инсектицидов в технологии краевой обработки полей и полезащитных лесных насаждений.
Материалы и методы исследования. Для реализации цели исследований предложен способ подачи факелов распыла жидкости щелевыми распылителями в скоростной воздушный поток струи, создаваемый осевым вентилятором, и выходящий из сопла с массовым расходом значительно превышающим массовый расход жидкости для исключения коагуляции капель в полидисперсной системе и транспортирования крупных капель для уничтожения сорной растительности, а мелких - для уничтожения вредителей при комбинированной краевой обработке поля и оснований полезащитных лесных насаждений.
Для формирования воздушного потока от вентилятора применено коническое сопло с углом конус-
ности 13...° в форме конфузора, имеющее круглое выходное сечение. Воздушная струя из такого сопла имеет высокую дальнобойность, указанную в исследованиях по гидравлике и аэродинамике ученых А.Д. Альтшуля, П.Г. Киселева и Г.Н. Абрамовича [1, 2].
Длина сопла и площадь его выходного сечения определялись следующим образом. Усеченная плоскость конуса, параллельная плоскости основания сопла, пересекает конус по кругу, а боковую поверхность - по окружности с центром на оси конуса [3]. Плоскость сечения конуса расположена на расстоянии й, м, от вершины конуса. Сечение конуса получается из основания конуса преобразованием гомотетии относительно вершины конуса с коэффициентом гомотетии, вычисляемым по формуле:
и=
н
(1)
где Н - высота конуса, м.
Поэтому радиус круга г, м, в сечении вычисляется по формуле:
г = = 0,31^ = 0,23, (2) Н 2,87
где R - радиус основания конуса (сопла), м.
Следовательно, площадь сечения конуса Б, м2, вычисляется по формуле:
S =
7iR2d2 3,14 0,312-2,152
Н
2,87
= 0,169(л*2) = 0,17(Л*2) (3)
Например, при значении радиуса R = 0,31 м в основании конуса из прямоугольного треугольника, получающегося в сечении конуса по его оси Н, м, а также значения тангенса угла 82,5° = 9,255 [4]. По
апрель 2022
лтширим
теореме Пифагора расчетная высота конуса Н равняется 2,87 м. С учетом калибра сопла в форме конфузора, равного двум, высоту усеченного конуса (длину сопла) можно принять равной 0,72 м, при которой:
- расстояние й от вершины конуса до усеченной области равно 2,15 м;
- радиус круга г в сечении конуса равен 0,232 м;
- площадь сечения конуса Я равна 0,169 м2.
Расчет коэффициента сопротивления С при прохождении воздушного потока от вентилятора до выходного сечения сопла осуществлялся в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 1[5].
Коэффициент сопротивления £ вычисляется по формуле:
^ = 1,05
А
= 1,05
0,62
= 3,465, (4)
= 3,465
1,21-6,1
= 78,004(Я), (5)
или
АР =
78,004(Я) 0,17(л*2)
= 458,9(Яа), (6)
Значение перепада давления АР в Па позволяет, по формуле Сен-Венана [1] определить скорость истечения воздуха из сопла v2, м/с:
1.4-1 1.21 ч = 27.8 {м/с)
101958.9
, (7)
0,46
где w0=6,1 м/с - скорость воздушного потока, создаваемая осевым вентилятором с производительностью расхода воздуха 22000 м3/ч;
йд = 0,62 м - диаметр корпуса вентилятора;
й,=0,46 м - диаметр выходного сечения сопла.
При значении коэффициента сопротивления сопла и скорости воздушного потока, создаваемой вентилятором, определяется перепад давления АР, при прохождении воздуха через сопло по следующей формуле:
2 2
где к = 1,4 - коэффициент адиабатического течения для воздуха;
Р1 - давление, создаваемое вентилятором, Па;
Р2 - атмосферное давление, Па. Скорость воздуха и2 м/с обеспечивает дальность действия воздушной струи для переноса полидисперсных капель, создаваемых щелевыми распылителями, и их осаждение на объектах назначения. Скорость круглой свободной струи, wm, м/с, на расстоянии I, м, от ее начального сечения определяется по формуле [2]:
0,96
0,96
а'Ь
+ 0,29
27,8
0,08-15 0,233
= 0,176
, (8)
+ 0,29
где wm - скорость круглой свободной струи, на расстоянии I от ее начального сечения;
а' = 0,08 - коэффициент структуры (турбулентности) круглой струи.
Скорость воздушного потока wm = 4,9 м/с, на расстоянии 15 м от сопла свидетельствует о возможности транспортирования капель с различными скоростями их витания. В полидисперсной системе широко применяемых в сельском хозяйстве щелевых распылителей жидкости [6] скорости витания капель с диаметрами от 5 10-4 до 8 10-5 м имеют значения от 1,94 до 0,19 м/с. В воздушном потоке струи такие капли распространяются следующим образом [7].
/
Рисунок 1. Схема плавно сужающегося сопла для определения коэффициента сопротивления
Сравнительно мелкие капли приобретают скорость, равную пульсационной скорости воздуха. Для капель средней крупности скорости капель и воздуха через определенное время становятся близкими между собой. Для капель большой крупности и большого удельного веса ускорение, получаемое за счет разности скоростей капель и воздуха, может стать сравнимым с ускорением силы тяжести, т. е. на турбулентную структуру течения будет оказывать влияние не только присутствие «невесомых» капель, но и вес капель. Если струя направлена горизонтально, то сила тяжести оказывает воздействие на поперечные составляющие пуль-сационной скорости и не влияет на ее продольные составляющие. В случае наклонной струи вес капель будет оказывать влияние на обе составляющие пульсационной скорости. Получение информационных сведений о размерах капель, для выполнения агротехнических требований в технологии краевой обработки поля, возможно опытным путем при осаждении из воздушно-дисперсной системы полидисперсных капель на пронумерованные предметные карточки, расположенные на поверхности и на возвышениях по направлению распространения струи [8]. С учетом закономерности распространения струи [8] предметные карточки закреплялись скрепками на планшетах в перпендикулярном направлении на расстоянии 5 метров от линии движения технического средства, учитывая комбинированное применение краевого опрыскивания и опрыскивания поля штанговыми распылителями. Расстояние передвижения технического средства в соответствии с требованиями принималось 60 м [8]. На таком расстоянии устанавливается режим функционирования опрыскивания и стабильная скорость движения технического средства, принятая 7,2 км/ч.
В составе сельскохозяйственного агрегата Беларус 1025.2+ +ОН-12 техническое средство [9], [10], с комплектом щелевых распылителей при комбинированной их установке по образующей сопла для подачи факелов распыли-ваемой жидкости под небольшим углом оси сопла приведено на рисунке 2.
w
т
Г
в
Рисунок 2. Нанесение капель на карточки из воздушно-капельного потока, создаваемого подачей факелов распыла щелевыми распылителями в воздушный поток начального участка струи.
Измерение расстояний и расположение планше тов с пронумерованными карточками на площадке показано на рисунке 3, видами а) и б).
а) измерение расстояний рулеткой от сопла до начала расположения планшетов и расстановка карточек;
б) расположение планшетов на площадке с предметными карточками.
Рисунок 3.
Расположение планшетов с предметными карточками на площадке для получения информационных данных по дисперсности капель, создаваемых режимом технического средства, для технологии краевой обработки поля и уничтожения сорняков и вредителей культурных растений.
Рисунок 4. Общий вид технического средства для краевой обработки поля с установленными 4-мя щелевыми распылителями (код цвета -
красный, зеленый, желтый и синий).
апрель 2022
лтширим
Результаты исследований и обсуждение. Общий вид технического средства для краевой обработки поля с установленными на образующей сопла 4-мя щелевыми распылителями (код
цвета - красный, зеленый, желтый и синий) приведен на рисунке 4.
В таблице 1 приведены данные по осаждению классовых размеров капель из воздушно-капельной системы на карточках, рас-
положенных в направлении ее распространения с применением 4-х щелевых распылителей Ш-04. ДР-04; Ш-03, АР-03; Ш-02, Дй-02; Ш-015, АР-015 (код цвета - красный, синий, желтый и зеленый).
Таблица 1.
Классовые размеры капель, осажденные на поверхности из воздушно-капельной системы в направлении ее распространения с применением 4-х щелевых распылителей (код цвета - красный, зеленый, желтый и синий).
№ Средний диаметр капли, мкм Средне взвешенный, мкм Количество капель по диапазонам Процентное соотношение капель Доля покрытия, % Среднее число капель на 1 см2
< 150 от 150 до 300 > 300 < 150 от 150 до 300 > 300 < 150 от 150 до 300 > 300
1 77,22 216,95 797,90 328,958 1097,0 539,5 684,0 47,3 23,2 29,5 8,9365 66,3
2 78,65 214,61 848,35 409,952 484,5 281,5 510,5 38,0 22,1 40,0 6,054 36,4715
3 77,82 212,56 808,48 407,664 502,0 319,0 560,0 36,4 23,1 40,6 6,225 39,457
4 80,21 212,46 765,45 376,103 599,5 423,5 630,5 36,3 25,6 38,1 6,9615 47,243
5 80,01 212,67 895,73 420,4125 521,5 288,5 463,5 41,0 22,7 36,4 5,8395 36,3855
6 78,41 210,41 904,01 447,6495 427,5 259,5 492,5 36,2 22,0 41,8 5,9125 33,7
7 73,84 209,62 767,02 305,9065 563,5 216,0 330,0 50,8 19,5 29,7 3,967 31,7
8 78,15 211,24 882,24 449,671 708,0 460,5 868,5 34,8 22,6 42,6 10,36 58,2
9 74,77 213,47 818,02 358,066 627,5 331,5 486,5 43,4 22,9 33,7 5,8755 41,3
10 78,27 215,59 719,86 361,06 617,5 411,0 648,0 36,8 24,5 38,7 6,8465 47,9
11 83,03 214,29 748,73 413,406 648,0 547,5 963,5 30,0 25,4 44,6 10,269 61,686
12 84,35 211,09 708,70 332,484 488,0 455,0 447,0 35,1 32,7 32,2 5,234 39,7145
13 83,64 209,01 606,02 278,71 284,5 269,5 244,5 35,6 33,8 30,6 1,9815 18,9715
14 85,81 209,36 448,33 208,8105 249,0 218,5 145,5 40,6 35,6 23,7 1,7975 18,7855
15 89,85 211,99 418,83 197,159 228,0 185,0 95,0 44,9 36,4 18,7 1,22 12,2145
16 88,47 217,66 451,99 279,4565 122,0 152,0 214,5 25,0 31,1 43,9 1,917 13,8285
17 96,31 214,57 408,40 211,392 159,0 145,5 92,0 40,1 36,7 23,2 1,194 11,29
18 99,28 204,87 425,46 210,9375 135,5 186,5 71,5 34,4 47,4 18,2 1,1735 11,243
Таблица 2.
Классовые размеры капель, осажденные из воздушно-капельной системы на карточках по высоте их расположения в направлении ее распространения с применением 4-х щелевых распылителей (код цвета - красный, зеленый, желтый и синий).
№ Средний диаметр капли, мкм Средне-взвешен- Количество капель по диапазонам Процентное соотношение капель Доля покры- Среднее число капель на 1 см2
< 150 от 150 до 300 > 300 ный, мкм < 150 от 150 до 300 > 300 < 150 от 150 до 300 > 300 тия, %
352 76,676 211,429 862,998 419,358 620 316 626 39,7 20,2 40,1 7,306 44,629
353 74,986 211,162 2212,151 1144,397 1279 620 1821 34,4 16,7 49,0 45,931 106,286
354 74,49 212,927 2360,916 1245,825 1220 536 1776 34,5 15,2 50,3 47,397 100,914
355 78,405 212,319 642,47 300,379 597 327 471 42,8 23,4 33,8 4,794 39,857
356 81,223 209,572 678,1 293,314 622 356 420 44,5 25,5 30,0 4,689 39,943
357 83,418 211,175 757,109 329,12 468 264 341 43,6 24,6 31,8 3,935 30,657
358 91,918 221,444 381,2 143,644 75 19 11 71,4 18,1 10,5 0,455 3
359 88,759 216,111 392,25 132,064 85 19 9 75,2 16,8 8,0 0,452 3,229
360 77,194 207,789 0 125,105 38 20 0 65,5 34,5 0 0,375 1,743
Из данных таблицы 1 следует, что требования по числу капель, на 1см2 для применения гербицидов выполняются на расстоянии до 12 метров от технического средства. Мелкие капли распространяются до 16 метров.
В таблице 2 приведены данные по осаждению классовых размеров капель из воздушно-капельной системы на карточках по высоте их расположения в направлении ее распространения 4-мя щелевыми распылителями (код цвета - красный, зеленый, желтый и синий).
Из данных таблицы 2 следует, что требования по числу капель, на 1см2 для применения гербицидов выполняются на расстоянии до 10 метров от технического средства. Мелкие капли распространяются до 16 метров.
В исследованиях суммарный расход жидкости при давлении 4 Бар составил 4,77 литров в минуту.
При скорости движения технического средства 7,2 км/ч расход рабочей жидкости на один километр обработанных полезащитных лесных насаждений и краевой обработки поля составляет 39,8 литров.
Вывод. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о перспективности предложенного инновационного способа и технического средства для его реализации требуют продолжения таких исследований для технологии краевой обработки полей и полезащитных лесных насаждений.
Литература
2.
3.
4.
5.
6.
7.
9.
Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости). Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1975. - 323 с.
Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй / Репринтное воспроизведение издания i960 г. - М.: ЭКОЛИТ, 2011. - 720 с.
Саламатова А.Г. Справочник по математике (геометрия) для 5-9 классов общеобразовательных организаций. - М.: гуманитарный издательский центр «Владос» , 2020. - 256 с.: ил.
Брадис В.М. Четырехзначные математические таблицы / Брадис Владимир Модестович. - 19-е изд., стер. - М.: Дрофа, 2016. - 96 с.: табл. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям/ Под ред. М.О. Штейнберга. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.; Машиностроение, 1992. - 672 с: ил.
Каталог TeeJet Technologies 50A-RU // TeeJet Technologies [Электронный ресурс]. URL: http://teejet. it/russian/home /literature/catalogs/catalog-51a-ru.aspx (дата обращения 13.01.2021).
Теория турбулентных струй / Абрамович Г,Н., Гир-шович Т,А., Крашенинников С.Ю., Секундов А.Н., Смирнова И.П. Изд. 2-е перераб. и доп./Под ред. Г.Н. Абрамовича. - М: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1984. - 717 с. ГОСТ 34630 - 2019. Техника сельскохозяйственная. Машины для защиты растений. Опрыскиватели. Методы испытаний. - Введ. 2021-15-03. -М.: ФГУП «Стандартинформ»., 2020. - 38 с. Киреев И.М., Коваль З.М., Данилов М.В. Экспериментальная оценка дисперсности капель, создаваемой разработанным техническим средством для краевой обработки поля // Техника и оборудование для села. - 2021. - № 3. - С. 26-30. 10. Киреев И.М., Коваль З.М. Данилов М.В / Дисперсные показатели для технологии краевой обработки поля / И.М. Киреев, З.М. Коваль, М.В. Данилов // Наука в центральной России. - Тамбов: фГБНУ «ВНИИтИн».-2021. - №.3 (51) - С. 5-12.
сельскохозяйственный
ШПАГАТ повышенной прочности
ДЛЯ ТЮКОВАНИЯ СЕНА И СОЛОМЫ С УФ-СТАБИЛИЗАТОРОМ
2000 ТЕКС
Г" DONPLASTIC
тепличная нить
С УФ-СТАБИЛИЗАТОРОМ 100% ФИБРИЛИЗАЦИЯ
500 750 1000 ТЕКС
О 8 (988) 588-18-98 Ш donplastic@bk.ru ® donplastic.ru
