ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОПРЫСКИВАТЕЛЯ ДЛЯ БОРЬБЫ С СОРНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ НА МНОГОЛЕТНИХ НАСАЖДЕНИЯХ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК631.348.45

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОПРЫСКИВАТЕЛЯ ДЛЯ БОРЬБЫ С СОРНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ НА МНОГОЛЕТНИХ НАСАЖДЕНИЯХ

Догода П. А., доктор сельскохозяйственных наук, профессор; Догода А. П., кандидат технических наук;

Османов Э. Ш., ассистент; Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского»

Борьба с сорной растительностью - одна из острых проблем в процессе ухода за виноградниковыми насаждениями. В статье отображены недостатки существующих опрыскивателей для борьбы с сорной растительностью, а также представлены зависимости влияния воздушного потока на качественные показатели опрыскивания.

Ключевые слова: способ, опрыскиватель, виноград, сорное растение, капли, гербицид, качество.

THE SUBSTANTIATION OF THE PARAMETERS OF WORKING BODIES OF THE MA-CHINE FOR COMBATING VEGETABLE VEGETATION ON MULTI-YEAR LANDINGS

Dogoda P. A., Doctor of Agricultural Sciences, Professor;

Dogoda A. P., Candidate of Technical Sciences;

Osmanov E. S., Assistant; Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University

The struggle with weed vegetation is one of the most acute problems in the care of vineyards. The article reflects the shortcomings of existing sprayers for combating weed vegetation, as well as the dependencies on the effect of air flow on the quality of spraying.

Key words: method, sprayer, grapes, weed plant, drops, herbicide, quality.

Введение. На виноградниковых насаждениях встречается более ста видов однолетних и многолетних сорных растений, из которых самые распространенные - пырей ползучий, горчица полевая, вьюнок, бодяг, гумай, щетинник, ширица, свинорой и др., которые снижают продуктивность виноградной лозы.

В зависимости от принадлежности сорных растений к определенному виду применяют различные способы их уничтожения и подавления. Выделяют агротехнический, биологический и химический методы борьбы с сорняками.

Основным методом борьбы с сорняками в садах по-прежнему остается механический способ. Однако постоянный рост цен на горючее становится причиной сокращения количества механических обработок: вместо рекомендуемых 5-6 культиваций хозяйства проводят только 2-3. В результате сады и виноградники зарастают сорняками. Поэтому в хозяйствах для обработки приствольных кругов и междурядий используют химический способ.

114

Химические способы основаны на применении химических веществ с целью уничтожения сорной растительности. Вещества, используемые для уничтожения нежелательной растительности, называют гербицидами. Для уничтожения сорной растительности на многолетних насаждениях применяют гербициды марок Базис 750, Прима, Торнадо, Аркан, Раундап, Ураган и др.

Особенность химических методов борьбы с сорняками - высокая эффективность и производительность. Гербициды вносят как ручным (ручное разбрасывание, разбрызгивание), так и механизированным способом - при помощи опрыскивателей [1].

Определяющим фактором эффективности использования гербицидов является качество внесения. Главными критериями качества опрыскивания -норма внесения рабочей жидкости, дисперсность распыливания, густота покрытия каплей поверхности, которая обрабатывается, и равномерность распределения. Перечисленные показатели качества опрыскивания в значительной мере зависят от параметров и режимов работы опрыскивателей.

Модификаций опрыскивателей огромное количество, поэтому и появляется актуальный вопрос отбора оптимального из них для конкретных условий работы. Современные опрыскиватели комплектуются по большей части гидравлическими распылителями [2].

Результаты и обсуждение. При анализе отечественных марок опрыскивателей, таких как агрегат для внесения гербицидов на виноградниках «АВГ -600», агрегат для внесения гербицидов в приштамбовую зону виноградников «ОНГВ - 300/500», машина для внесения гербицидов «МВГ - 300/500», ЗУБР НШ «ГЕРБИ - 1», а также зарубежных марок, SAE, FLAGARIA (Польша), Мапкаг (Германия) выявлен ряд недостатков (рис. 1).

777 777 777 Т7Т

Рисунок 1. Поведение капель различного размера при обычном опрыскивании

115

Одним из способов устранения перечисленных недостатков является использование воздушно-жидкостного потока при химической обработке сорной растительности, которое обеспечит объемную обработку растений, т. е. обработку всех ярусов: верхнего, среднего, нижнего, наружной (адаксиальной) и внутренней (абаксиальной) поверхности листьев, стеблей.

Система подачи воздушного потока на распылители позволяет на 10-15 % сократить норму расхода гербицидов без потери их биологической эффективности за счет полного покрытия растений как с верхней, так и с нижней стороны листа; более чем в 2 раза повысить производительность опрыскивателя за счет увеличения скорости движения агрегата при обработке до 10 км/ч; расширить возможности проведения защитных мероприятий в ветреную погоду, позволяя производить обработку при скорости ветра до 7 м/с без сноса капель и снижения эффективности препаратов; направленный воздушный поток позволяет проникать рабочей смеси сквозь густой стеблестой сорных растений при обработке.

В результате исследования ряда авторов выявлено, что в жидкостном факеле гидравлического опрыскивателя преобладают мелкие капли. Вылетая из форсунок, капли жидкости обладают небольшой кинетической энергией, недостаточной для преодоления воздуха и сорного растения, поэтому большее количество мелких капель жидкости оседает на верхних поверхностях наружных листьев сорного растения или же сносится ветром.

Скорость воздушного потока определяется по формуле

(1)

Р Т+20°

где р = 0,125 ■ ,>73 + 1_;- кг.сек2/м3 - фактическая плотность воздуха;

Ра - атмосферное давление воздуха в мм рт. ст.; Т = 273 °С - абсолютная температура; t °С - температура воздуха;

Ктр = 1,0 - коэффициент трубки, учитывающий неточность ее изготовления, определенный по тарировочному графику.

Динамический напор в мм вод. ст. определяется по формуле

где у - удельный вес воды (кг/м3);

g - ускорение силы тяжести (м/сек2); V - скорость воздуха (м/сек).

Расход воздуха на выходе из воздушной насадки определяется по формуле

<г = РУср = Рр^- . (3)

где F - поперечное сечение окна воздушной насадки (м2); Vср - средняя скорость воздушного потока (м/сек).

116

Удельное число оборотов вентилятора определяется по формуле

00.5

Пуд = 20тг 0,75 • п .

(4)

■р

Жидкостный поток опрыскивателя направляется перпендикулярно плоскости ряда с сорными растениями. Воздушный поток направлен под углом 30° в сторону, противоположную движению агрегата. В этом случай суммарная скорость потока V складывалась из относительной скорости У0 и поступательной Уп, которая имеет тоже направление:

С увеличением суммарной скорости потока изменялось направление и увеличивался путь воздушно-жидкостного потока до растений, что способствовало затуханию его скорости.

При угле атаки а = 90° суммарная скорость воздушного потока равна

В этом случае параметры воздушно-жидкостного потока лучше. При угле атаки а > 90° суммарная скорость потока будет равна

В этом случае поступательное движение агрегата тормозит движение воздушно-жидкостной струи, способствует отклонению ее от прямолинейного направления, уменьшению пути движения и лучшему проникновению в сорное растение.

При относительной скорости потока V) = 20 м/с, поступательной Vп = 1...3 м/с и угле атаки а =30° суммарная скорость потока равна V = 19,1 ... 23 м/с; при угле атаки а =150° суммарная скорость потока V = 19 м/с.

Анализ данных показал, что с увеличением угла атаки с 15 до 150° качество обработки листовой поверхности сорного растения повышается.

При угле атаки а =105° степень покрытия поверхности и густота покрытия снижаются.

Следовательно, оптимальный угол атаки воздушно-жидкостным потоком куста сорного растения равен 105° к направлению движения.

При встрече воздушной струи с препятствием (сорное растение) коэффициент турбулентности увеличивается на Да за счет сопротивления сорных растений воздушному потоку. При движении опрыскивателя эта величина коэффициента еще больше возрастает, так как суммарная скорость потока за счет сопротивления встречного воздуха изменяет прямолинейное направление на величину е.

С учетом влияния этих факторов формула Абрамовича Г. Н. для безразмерной осевой скорости плоской воздушной струй для стационарного случая будет иметь вид

(5)

117

а для случая передвижения опрыскивателя в междурядьях

1,2 £

Уо

т

5+0,41

(6)

(7)

где V,, - скорость воздуха на выходе из сопла, м/сек;

- расстояние от устья сопла до измеренного сечения, м; V,, - осевая скорость в сечении, удаленном на расстоянии S от устья сопла; а - коэффициент турбулентности; А а - коэффициент сопротивления сорного растения; Ь - ширина воздушного сопла по наименьшей кромке, м; е - коэффициент, учитывающий изменение дальнобойности струи, завися, у-у„.

щии от поступательной скорости агрегата (г =-);

у = + у2 _ 2уо упсоза ~ суммарная скорость потока, складывающаяся из

относительной скорости V, и поступательной V,; а - угол атаки относительно сорного растения.

Из выражения безразмерной осевой скорости коэффициент сопротивления сорного растения воздушному потоку для стационарного случая:

а для передвигающегося опрыскивателя в междурядьях:

'1,2 У0\2 Ьг2 ( „..„¿Л

.

Да

(8)

(9)

Расход воздуха на единицу ширины с учетом указанных факторов равен

Чо

= 1,2е

^5 + 0,41

V ь Г

(10)

где Qо - расход воздуха в устье сопла, м3/сек;

Qs - расход воздуха в сечении, удаленном от устья сопла на расстояние S, м3/с.

Подставляя в уравнение коэффициента сопротивления значения осевой скорости и коэффициента е, полученные экспериментальным путем, можно определить параметры воздушного потока опрыскивателя для борьбы с сорной растительностью с различной степенью облиственности (табл. 1).

Данные таблицы показывают, что е увеличивается с увеличением поступательной скорости передвижения опрыскивателя в междурядьях.

Сопротивление сорных растений воздушному потоку зависит от плотности (степени облиственности), которая для различных видов растений различна.

Для определения режимных параметров воздушного и жидкостных потоков рассмотрим методику расчета соударяющихся струй [7].

118

Таблица 1. Значения осевой скорости и коэффициента £, полученные экспериментальным путем

V» V, V е

1,06 19-21 0,5

18-20 1,28 19,2-21,2 0,6

1,46 19,4-21,4 0,7

2,02 19,8-22 0,8

Одна струя вытекает из воздушного сопла В и жидкостной форсунки Ж. Примем, что струя со скоростью Уе вытекающая из воздушного сопла В, имеющего площадь поперечного сечениядействует на свободную струю жидкости с площадью поперечного сечения со скоростью Уж (рисунок 2).

V

Рисунок 2. Схема к расчету параметров воздушно-жидкостной струи; Ое, Ож, Ос -массовый расход воздуха, жидкости и смеси; ре, рж, рс - давление воздуха, жидкости и смеси; Уе, Уж, Ус - скорость воздуха, жидкости и смеси;/е,/ж,/с - площадь поперечного сечения воздушно-жидкостной и воздушно-капельной струй

Обозначим величину давления рс, расхода Qc и скорости смешанной струи Ус, угол между струями - а, в - угол поворота воздушно-капельной струи после соударения струй.

Для анализа воспользуемся теорией потенциального течения идеальной жидкости и примем ряд допущений, касающихся физической сущности процесса [3, 4, 5]:

- регулирующий поток, его направление и размеры определяются силовым взаимодействием струи, располагающейся вблизи кромок каналов, из которых вытекает поток. Результирующая струя считается сформированной и распро-

страняется как турбулентная. Данное обстоятельство позволяет применить для результирующей струи соотношения, которые справедливы для одиночной турбулентной затопленной струи;

- во всей области взаимодействия струй, статическое давление не изменяется;

- течение плоское;

- сечение жидкости и воздуха рассматривается при малых перепадах давления, поэтому сжимаемостью рабочей среды можно в первом приближении пренебречь и принять рв = const и рж = const - изохорный процесс.

Исходя из сделанных выше допущений, можно применить теорему о количестве движения и неразрывности потока для результирующей струи.

Для всей области взаимодействия струй и количества движения в проекциях на осях X и Y можно записать следующие выражения:

ось Х- Gs Ve + sin а = Gc Vc cos ¡i; ось Y-вж Уж sin a = Gc F sin p. Согласно закону сохранения массы,

(11) (12)

(13)

Из уравнения V, = Ра /Рв = (0,15 10 -4 ...0,05 10 4 ), м2/с, где Vв - кинематический коэффициент вязкости при соответствующем давлении; Ра, Рв - соответственно атмосферное и внеатмосферное давление, получим:

(14)

(15)

Задавшись сечением а, мы можем определить угол поворота воздушно-капельной струи. Для увеличения результирующей скорости струи после соударения необходимо, чтобы направление вектора скорости воздушной струи совпало с направлением вектора результирующей скорости воздушно-капельной струи. Угол а определяет положение питательной трубки подачи жидкости. При /5 = 0, cos Р = 1 и, соответственно, из PKQK = h\Qxcomt получаем:

cos а =

G.yc -G.V. G V

Ж ж

(16)

Выводы. Задавшись скоростью смеси, можно определить необходимый угол установки питательной трубки подачи рабочей жидкости. Или, выбрав параметр для получения соответствующего качества распыла жидкости, можно определить необходимую скорость ее подачи.

120

Список использованных источников:

1. Турбин Б. Г., Лурье А. Б., Григорьев С. М., Иванович Э. М., Мельников С. В. Сельскохозяйственные машины. Теория и технологический расчет. / Б. Г. Турбин, А. Б. Лурье, С. М. Григорьев, Э. М. Иванович, С. В. Мельников - Л.: Машиностроение, 1967. -583 с.

2. Ревякин Е. Л., Краховецкий Н. Н. Машины для химической защиты растений в инновационных технологиях: науч.-аналит. обзор. - М.: ФГНУ «Ро-синформагротех», 2010. - 124 с.

3. Богомолов А. И., Михайлов К. А. Гидравлика. Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1972. - 618 с.

4. Исаев А. П. Гидравлика дождевальных машин. М.: Машиностроение, 1973. - С. 216.

5. Лебедев Б. М. Дождевальные машины. Теория и конструкция. - М.: Машиностроение, 1977.

6. Судит Ж. М. О пневматическом распылении жидкости в рабочих органах опрыскивателей. В кн.: Аэрозоли в сельском хозяйстве. / Под ред. Ю. Н. Фадеева и др. - М.: Колос, 1973. -С. 62-70.

7. Дмитриев В. Н., Градецкий В. Г. Основы пневмоавтоматики. - М.: Машиностроение, 1973.- С. 356.

Сведения об авторах:

Догода Пётр Ануфриевич - доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры технических систем в агробизнесе Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», Ре-

References:

1. Turbin B. G., Lurie A. B., Grigo-riev S. M., Ivanovich E. M., Melnykov S. V. Agreecultural machines. Agreecul-tural equipment. Theory and technology calculation. / Turbin B. G., Lurie A. B., Grigoriev S. M., Ivanovich E. M., Mel-nikov S. V. - L .: Mechanical Engineering, 1967. - 583 p.

2. Revyakin E. L., Krakhovetsky N. N. Machines for chemical protection of plants in innovative technologies: scientific. analyte. overview. - Moscow: FGNU «Rosinformagrotech», 2010. - 124 p.

3. Bogomolov A. I., Mikhailov K. A. Hydraulics. Textbook for high schools. Ed. 2 nd, Pererab. and additional. Moscow: Stroiizdat, 1972. - 618 p.

4. Isaev A. P. Hydraulics of sprinklers. Moscow: Mechanical Engineering, 1973, - p. 216.

5. Lebedev B.M. Sprinklers. Theory and construction. - M.: Mechanical Engineering, - 1977.

6. Judge Zh. M. On the pneumatic spraying of liquid in the working bodies of sprayers. In the book: Aerosols in agriculture. Ed. Yu. N. Fadeeva et al. Moscow: Kolos, 1973, - P. 62-70.

7. Dmitriev V. N., Gradetsky V. G. Fundamentals of pneumatic automation. M. Mechanical Engineering: 1973, -P. 356.

Information about the authors:

Dogoda Pyotr Anufrievich - Doctor of Agricultural Sciences, Professor of the Department of Technical Systems in Agribusiness of the Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE V. I. Ver-nadsky Crimean Federal University»,

121

спублика Крым, г. Симферополь ул. За-леская, 81, кв. 104.

Догода Александр Петрович - кандидат технических наук, ассистент кафедры технических систем в агробизнесе Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», Республика Крым, г. Симферополь ул. Залеская, 81, кв. 104.

Османов Энвер Шевхийевич - ассистент кафедры механизации и технического сервиса в АПК Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», enver_hotboy@mail.ru, Республика Крым, г. Симферополь, ул. Слуцкого, 10.

Republic of Crimea, Simferopol, st. Zaleska 81, apt. 104.

Dogoda Alexander Petrovich - Candidate of Technical Sciences, Assistant of the Department of Technical Systems in Agribusiness Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», Republic of Crimea, Simferopol, st. Zaleska 81, apt. 104.

Osmanov Enver Shevhievich -Assistant of the Department of Mechanization and Technical Service in the agro-industrial complex of the Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», enver_hotboy@mail. ru, Republic of Crimea, Simferopol, st. Slutsky 10.

122