CC BY
74
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практический журнал
УДК 631.348.45(047.31)
DOI: 10.31279/2222-9345-2019-8-36-4-9
М. В. Данилов, И. М. Киреев, З. М. Коваль, Л. И. Высочкина, В. Х. Малиев
Danilov M. V., Kireev I. M., Koval' Z. M., Vysochkina L. I., Maliev V. H.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ОПРЫСКИВАНИЯ НА СТЕНДЕ - ЭКОНОМИЯ СРЕДСТВ И ВРЕМЕНИ
MODELING OF SPRAYING TECHNOLOGIES ON THE STAND - ECONOMY OF MEANS AND TIME
В существующей технологии обработки растворами пестицидов сельскохозяйственных культур до 60 % распыленной жидкости уносится за пределы обрабатываемой площади, что связано со сносом ветром мелкодисперсных капель и со скатыванием крупных с листовой пластины. Нами разработано стендовое оборудование, позволяющее имитировать работу распылителей, создавая условия работы, сопоставимые с реальными условиями. Проведены эксперименты по распределению жидкости в продольном и поперечном направлениях при двух скоростях воздушного потока (3,3 и 4,7 м/с). Выявлено, что увеличение скорости сносящего воздушного потока до 4,7 м/с в поперечном направлении приводит к равномерному распределению объема распыленной жидкости в областях, близких к оси факела. Это явление связано с более интенсивным процессом коагуляции капель. При распределении жидкости в продольном направлении обнаружено, что увеличение скорости воздушного потока до 4,7 м/с приводит к уменьшению объема потерь жидкости. Моделирование технологического процесса работы щелевых распылителей с пластиковыми соплами (производство «Lechler» LU-03, AD-03, синего кода цвета; LU-04, AD-04, красного кода цвета) позволило определить потери 54,57 дм3/га (36,53 %) и 45,06 дм3/га (27,65 %) соответственно, при традиционной скорости движения опрыскивателя 12 км/ч. Таким образом, исследования на основе моделирования технологического процесса опрыскивания позволят получить дополнительные сведения о работе распылителей различного типа и выбрать рациональные способы и режимы обработки сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: стенд, устройство, распылитель, давление, расход, сопло, капли.
In the existing technology for processing crop pesticide solutions, up to 60 % of the sprayed liquid is carried out outside the treated area, which is associated with the drift of fine droplets by the wind and with the rolling of large droplets from a sheet plate. We have developed bench equipment that allows you to simulate the operation of spray guns, creating working conditions comparable to real conditions. Experiments were conducted on the distribution of fluid in the longitudinal and transverse directions at two air flow rates (3.3 and 4.7 m/s). It was found that an increase in the speed of the blowing air flow to 4.7 m/s in the transverse direction leads to a uniform distribution of the volume of atomized liquid in areas close to the axis of the torch. This phenomenon is associated with a more intense process of coagulation of drops. When distributing the fluid in the longitudinal direction, it was found that an increase in the air flow rate to 4.7 m/s leads to a decrease in the volume of fluid loss. Modeling the technological process of operation of slotted nozzles with plastic nozzles (production of Lechler LU-03, AD-03, blue color code; LU-04, AD-04, red color code) allowed us to determine the loss of 54.57 dm3/ha (36, 53 %) and 45.06 dm3/ha (27.65 %), respectively, with a traditional sprayer speed of 12 km/h. Thus, studies based on the modeling of the technological process of spraying will provide additional information on the operation of sprayers of various types and choose rational methods and modes of processing crops
Key words: stand, device, atomizer, pressure, flow, nozzle, drops.
Данилов Михаил Владимирович -
кандидат технических наук, доцент кафедры
процессов и машин в агробизнесе
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
РИНЦ SPIN-код: 5193-0379
Тел.: 8-903-418-50-75
E-mail: danilomaster80@mail.ru
Киреев Иван Михайлович -
доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией разработки средств измерений и испытательного оборудования Новокубанский филиал
ФГБНУ «Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса» г. Новокубанск Тел.: 8-918-157-80-53 E-mail: zinakoval@mail.ru
Коваль Зинаида Михайловна -
кандидат технических наук, главный научный
Danilov Mikhail Vladimirovich -
Ph.D of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Processes and Machines in Agrobusiness
FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» Stavropol
RSCI SPIN-code: 5193-0379 Tel.: 8-903-418-50-75 E-mail: danilomaster80@mail.ru
Kireev Ivan Mikhailovoch -
Doctor of Technical Sciences, Leading Researcher, Head of the Laboratories for Development of Measuring Instruments and Test Equipment Novokubansk branch
FSBSI «Russian Research Institute of Information
and Technical and Economic Research on Engineering
and Technical Support of Agro-Industrial Complex»
Novokubansk
Tel.: 8-918-157-80-53
E-mail: zinakoval@mail.ru
Koval' Zinaida Mikhailovna -
Ph.D of Technical Sciences, Chief Researcher
сотрудник лаборатории разработки средств измерений и испытательного оборудования Новокубанский филиал
ФГБНУ «Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса» г. Новокубанск РИНЦ SPIN-код: 1378-2953 Тел.: 8-918-450-67-82 E-mail: zinakoval@mail.ru
of the Laboratories for Development
of Measuring Instruments and Test Equipment
Novokubansk branch
FSBSI «Russian Research Institute
of Information and Technical and Economic Research
on Engineering and Technical Support
of Agro-Industrial Complex»
Novokubansk
RSCI SPIN-code: 1378-2953 Tel.: 8-918-157-80-53 E-mail: zinakoval@mail.ru
Высочкина Любовь Игоревна -
кандидат технических наук, доцент кафедры
процессов и машин в агробизнесе
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
РИНЦ SPIN-код: 3608-6717
Тел.: 8-961-483-07-99
E-mail: lubasha_vis_67@list.ru
Малиев Владимир Хамбиевич -
доктор технических наук, профессор кафедры
процессов и машин в агробизнесе
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
РИНЦ SPIN-код: 1449-4453
Тел.: 8-905-496-45-93
E-mail: vladimir_maliev@mail.ru
Vysochkina Lubov Igorevna -
Ph.D of Technical Sciences, Associate Professor
of the Department of Processes
and Machines in Agrobusiness
FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University»
Stavropol
RSCI SPIN-code: 3608-6717 Tel.: 8-961-483-07-99 E-mail: lubasha_vis_67@list.ru
Maliev Vladimir Hambievich -
Doctor of Technical Sciences, Professor
of the Department of Processes
and Machines in Agrobusiness
FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University»
Stavropol
RSCI SPIN-code: 1449-4453 Тел.: 8-905-496-45-93 E-mail: vladimir_maliev@mail.ru
Современное сельскохозяйственное производство невозможно без операций защиты растений, при этом более 75 % всех пестицидов вносится в виде водных растворов. Новые образцы сельскохозяйственных опрыскивателей и машин для внесения средств защиты оснащены оборудованием для обеспечения точной навигации, контроля норм внесения, но не способны управлять процессом нанесения и распределения распыленной жидкости.
Существуют проблемы технологического обеспечения эффективности нанесения распыленной жидкости на обрабатываемую поверхность растений. В настоящее время при работе опрыскивателей от 20 до 60 % распыленной жидкости уносится за пределы обрабатываемой площади ввиду мелкодисперсного распыления [1]. Второй проблемой является скатывание крупных капель, размер которых более 350 мкм.
Информационные источники предоставляют сведения только о норме внесения для тех или иных распылителей при разных уровнях давления в магистрали [2], но не приводят характеристик качества технологического процесса. Показатели эффективности осаждения капель распыленной жидкости на объекты обработки [3], объемы сносимого количества рабочей жидкости в них отсутствуют [4]. Ввиду отсутствия методической и приборной базы, высокой трудоемкости испытания по определению агротехнических показателей опрыскивания, таких как плотность распределения, медианно-массовый диаметр (ММД) [5] полидисперсных капель, количественные показатели сноса капельной жидкости [6], машиноиспытательными станциями не проводились [7].
Для получения характеристик распылителей, удовлетворяющих агротехническим, экологическим требованиям, авторским коллективом специалистов КубНИИТИМ создано стендовое оборудование [8], позволяющее путем воздействия воздушным потоком на факел распыла имитировать его перемещение в пространстве. Стендовое оборудование [9], состоящее из двух модулей: создания воздушного потока 1 и распыления водного раствора и улавливания диспергированной капельной жидкости 2; камеры уменьшения скорости воздушного потока 3 и соединительных кожухов 4 (рис. 1), позволило смоделировать технологический процесс опрыскивания с изменяющимися входными данными.
Разработанное стендовое оборудование позволяет имитировать работу распылителей различных типов, в полной мере создавая условия работы, сопоставимые с реальными. Оборудование позволяет интенсифицировать процесс коагуляции капель [10], а следовательно, и дисперсность распыливаемой жидкости путем образования зон повышенного давления и разрежения во фронтальной области и кормовой областях факела. Модулем 2 стендового оборудования [9] получаются данные о распределении водного раствора по ширине опрыскивания и распределении капель по размерным классам.
Модулем 2 стендового оборудования определялись характеристики распределения распыленной жидкости. Классовое распределение жидкости определялось путем нахождения объема осажденной жидкости в улавливающие желобки с последующим сбором жидкости в мерные цилиндры. Улавливающие желобки модуля 2 установлены в двух взаимно перпендикулярных направлениях, вдоль и поперек направления воздушного потока.
6
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
1 - модуль создания воздушного потока с требуемыми характеристиками; 2 - модуль распыления водного раствора и улавливания диспергированной капельной жидкости в поперечном и продольном направлениях; 3 - камера уменьшения скорости воздушного потока и распределения мелкодисперсного аэрозоля; 4 - кожух соединительный
Рисунок 1 - Общий вид стенда для моделирования технологии работы распылителей
штанговых опрыскивателей
Объем мелкодисперсного аэрозоля, который не осел в улавливающих желобках, определялся как разность между объемами распыленной распылителем жидкости и объемом жидкости в мерных цилиндрах. Модуль 3 позволяет снизить скорость и напор воздушного потока за счет просечных стенок. Дополнительное фотометрическое оборудование в соответствии с законом Бугера в динамиче-
ской аэрозольной камере (ДАК) [11] позволило определить концентрацию и дисперсность аэрозоля.
Анализ объема осевшей в улавливающие желобки и собранной мерными цилиндрами жидкости позволил определить законы распределения для продольного и поперечного направления [8]. Визуально распределение жидкости выглядит, как представлено на рисунке 2.
Рисунок 2 - Распределение жидкости в продольном (вид а) и поперечном (вид б) направлениях
действия воздушного потока
Испытания стендового оборудования проводились для двух скоростей воздушного потока - 3,3 и 4,7 м/с.
Классовое распределение капель жидкости (рис. 2, а) обусловлено различным их размером в факеле распыла. В поперечном направлении, то есть по ширине факела распыла (рис. 2, б), характеризуется нормальным законом распределения и, как следствие, симметричностью распределения размерных классов. Исходные условия (форма насадки распылителя, давление жидкости, скорость выхода жидкости из распылителя, размер капель, начальная скорость движения капель, скорость воздушного потока) технологическо-
го процесса опрыскивания определяют законы распределения.
Экспериментальные данные при различных условиях воздействия воздушного потока (статическом и динамическом) представлены на рисунке 3. Представленные зависимости обусловлены различной интенсивностью воздействия воздушного потока, а именно - полным его отсутствием и динамическим воздействием на двух уровнях варьирования (3,3 и 4,7 м/с). Графические зависимости, представленные на рисунке 3, характеризуют объемы жидкости, осажденные в поперечном направлении [10].
сети и к АПК
Ставрополья
Рисунок 3 - Распределение жидкости в поперечном направлении при различных условиях
Анализ представленных графических зависимостей позволяет сделать вывод о том, что увеличение скорости сносящего воздушного потока до 4,7 м/с приводит к более равномерному распределению объема распыленной жидкости в областях, близких к оси факела.
Данный факт обусловлен более интенсивным процессом коагуляции капель [8].
Аналогичным образом проведены испытания о влиянии условий воздействия сносящих воздушных потоков на распределение в продольном направлении, представленное на рисунке 4 [8].
Расположение мерных стаканчиков для сбора жидкости из желобков, м*10 2
Рисунок 4 - Распределение жидкости в продольном направлении при разных вариантах воздействия воздушного потока на факел распыла
Графические зависимости распределения капельной жидкости, представленные на рисунке 4, свидетельствует о том, что увеличение скорости воздушного потока до 4,7 м/с приводит к уменьшению объема осажденной жидкости в желобках, установленных на расстоянии 10...30 см от факела распыла, а следовательно сносу мелких капель на большее расстояние [10]. Характер представленных зависимостей (рис. 3, 4) позволяет сделать выводы о качественных показателях технологического процесса опрыскивания.
При моделировании технологического процесса работы распылителей возможно
определить потери капельной жидкости как разность ее количества, прошедшего через сопло и осажденного в желобки. Количество осажденной жидкости по площади определяется как произведение ширины опрыскивания факела распылителя (% 50 см) на расстояние, проходимое опрыскивателем за одну секунду.
Так, например, при моделировании технологического процесса щелевых распылителей с пластиковыми соплами (производство «Lechler» LU-03, AD-03, синего кода цвета; LU-04, AD-04, красного кода цвета), широко
8
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
применяемых на практике, потери могут составлять 54,57 дм3/га (36,53 %) и 45,06 дм3/ га (27,65 %) соответственно при традиционной скорости движения опрыскивателя 12 км/ч (3,3 м/с). Определение потерь в реальных условиях не представляется возможным, что и препятствует выбору рациональных технологий применения опрыскивателей.
Таким образом, установлено, что используемые в технологии опрыскивания растений статические данные о дисперсности, которые приведены в каталогах, должны быть дополнены результатами исследований дисперсно-
сти с применением методов и средств моделирования процессов работы распылителей. Разработано стендовое оборудование и метод моделирования процесса опрыскивания для получения экспериментальных данных о работе распылителей разных производителей и разновидностей.
Лабораторные испытания позволили предположить возможность полной имитации технологического процесса опрыскивания для получения дополнительных сведений о рациональных способах и технологиях распыления рабочей жидкости.
Литература
1. Киреев И. М. Разработка средств управления дисперсными системами для совершенствования технологий протравливания, посева семян и опрыскивания растений : дис. ... д-ра техн. наук: 05.20.01. М., 2011. 285 с.
2. Самая широкая линейка продукции для опрыскивания. URL: https://www.teejet. com/ru/spray_application/overview.aspx (дата обращения: 22.10.2019).
3. ГОСТ ИСО 5682-1-2004. Оборудование для защиты растений. Оборудование распылительное. Часть 1. Методы испытаний распылительных насадок. Введ. 2008-0101. М. : Стандартинформ, 2009. 14 с.
4. ГОСТ Р 53053-2008. Машины для защиты растений. Опрыскиватели. Методы испытаний. Введ. 2009-01-01. М. : Стандартин-форм, 2009. 42 с.
5. ГОСТ ISO 5681-2012. Оборудование для защиты растений. Термины и определения. Введ. 2014-07-01. М. : Стандартин-форм. 2014. 11 с.
6. Степук Л. Я., Дашков В. Н., Петровец В. Р. Машины для применения средств химизации в земледелии: конструкция, расчет, регулировки : учебное пособие. Минск : Дикта, 2006. С. 342-345.
7. Веретенников Ю. М., Лысов А. К. Регулировка штанговых опрыскивателей // Защита растений. 1994. № 4. С. 29-31.
8. Исследование методов моделирования функциональных параметров технологического процесса работы распылителей штанговых опрыскивателей: отчет о НИР / КубНИИТиМ ; И. М. Киреев, З. М. Коваль. Новокубанск, 2017. 127 с. Инд. № 092017.
9. Пат. 179647 Российская Федерация, МПК A01M 7/00 (2006.01). Устройство для испытания распылителей опрыскивателей / И. М. Киреев, З. М. Коваль, Ф. А. Зимин, В. И. Новиков ; заявитель и патентообладатель ФГБНУ «Росинформагро-тех». № 20017144656 ; заявл. 19.12.2017 ; опубл. 21.05.2018, Бюл. № 15. 3 с.
10. Киреев И. М., Коваль З. М., Слесарев В. Н. Метод и средство моделирования техноло-
References
1. Kireev I. M. Development of control systems for disperse systems to improve the technology of dressing, sowing seeds and spraying plants: dissertation ... of doctor of technical Sciences: 05.20.01. M., 2011. 285 p.
2. Widest line of products for spraying. URL: https://www.teejet.com/en/spray_ap-plication/overview.aspx (date of access: 22.10.2019).
3. GOST ISO 5682-1-2004. Plant protection equipment. Spray equipment. Part 1. Test methods for spray nozzles. Introduction. 2008-01-01. M. : Standartinform, 2009. 14 p.
4. GOST R 53053-2008. Machines for plant protection. Sprayers. Test Methods. Introduction. 2009-01-01. M. : Standartinform, 2009. 42 p.
5. GOST ISO 5681-2012. Plant protection equipment. Terms and definitions. Introduction. 2014-07-01. M. : Standartinform, 2014. 11 p.
6. Stepuk L. Ya., Dashkov V. N., Petrovets V. R. Machines for the use of chemicals in agriculture: design, calculation, adjustment : a training manual. Minsk : Dikta, 2006. P. 342-345.
7. Veretennikov Yu. M., Lysov A.K. Adjustment of boom sprayers // Plant protection. 1994. № 4. P. 29-31.
8. Study of methods for modeling the functional parameters of the technological process of operation of sprayer boom sprayers: report on research / Kuban Research Institute for Testing Tractors and Agricultural Machines ; I. M. Kireev, Z. M. Koval. No-vokubansk, 2017. 127 p. Ind. № 09-2017.
9. Patent 179647 Russian Federation, IPC A01M 7/00 (2006.01). A device for testing spray nozzles / I. M. Kireev, Z. M. Koval, F. A. Zimin, V. I. Novikov ; Applicant and patent holder of the FSBSI «Russian Research Institute of Information and Technical and Economic Research on Engineering and Technical Support of Agro-industrial Complex» (Rosinformagro-tech). № 20017144656 ; declared 12.19.2017; publ. 05.21.2018, Bul. № 15. 3 p.
10. Kireev I. M., Koval Z. M., Slesarev V. N. Method and tool for modeling the technolo-
гического процесса распылителей жидкости // Техника и оборудование для села. 2017. № 7. С. 28-31.
11. Пат. 50675 Российская Федерация, МПК С01М21/05. Аэрозольная камера для определения концентрации и размера частиц аэрозоля, создаваемого распылителями пестицидов / И. М. Киреев, З. М. Коваль, Н. К. Таригин ; заявитель и патентообладатель Российский научно-исследовательский институт по испытанию сельскохозяйственных технологий и машин (РосНИИТиМ). № 2005120138/22 ; за-явл. 28.06.2005 ; опубл. 20.01.2006, Бюл. № 2. 3 с.
gical process of liquid sprayers // Technique and equipment for the village. 2017. № 7. P. 28-31.
11. Patetn 50675 Russian Federation, IPC G01N21/05. Aerosol chamber for determining the concentration and particle size of aerosol generated by pesticide sprayers / I. M. Kireev, Z. M. Koval, N. K. Ta-rigin ; applicant and patent holder Russian Research Institute for Testing of Agricultural Technologies and Machines (RosNIITiM). № 2005120138/22 ; declared 06.28.2005 ; publ. 01.20.2006, Bul. № 2. 3 p.
