ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАССЕЛЕНИЯ ТРИХОГРАММЫ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 632.937

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА

ДЛЯ

РАССЕЛЕНИЯ ТРИХОГРАММЫ

Бабицкий Л.Ф., доктор технических наук, профессор;

Османов Э.Ш., кандидат технических наук,

Институт «Агротехнологическая академия» ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В.И.Вернадского»;

В статье проанализированы достоинства и недостатки применяемых способов внесения трихограммы. На основании анализа обоснована схема устройства для механизированного сплошного расселения трихограммы. Отличительной чертой устройства является то, что расселения трихограммы осуществляется без применения воздушного потока, который травмирует ее снижая эффективность биологического метода борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур.

Ключевые слова: трихограмма, вредители, биологический способ, эн-томофаг, полевые культуры, эффективность, технические средства.

JUSTIFICATION OF THE PARAMETERS OF THE DEVICE FOR SETTLING THE TRICHOGRAM

Babitsky L.F., Doctor of Technical Sciences, Professor;

Osmanov E.Sh., Candidate of Technical Sciences,

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

The article analyzes the advantages and disadvantages of the methods used to make a trichogram. Based on the analysis, the scheme of the device for mechanized continuous settlement of the trichogram is substantiated. A distinctive feature of the device is that the settlement of the trichogram is carried out without the use of air flow, which injures it, reducing the effectiveness of the biological method of pest control of agricultural crops.

Keywords: trichogram, pests, biological method, entomophages, field crops, efficiency, technical means.

Введение. Совершенствование способов борьбы с вредителями, болезнями и сорной растительности сельскохозяйственных культур способствует сохранению до 30% урожая. Доминирующее положение в данных мероприятиях продолжает занимать химический метод борьбы, доказавший свою эффективность. Основная причина в выборе данного метода у специалистов - доступность техники и препаратов, возможность соблюдения оптимальных сроков внесения. Однако, такие недостатки метода как: уничтожение полезных насекомых, при

81

выкание вредителей к препаратам, загрязнение окружающей среды, причинение вреда здоровью человека, заставляет вести поиск других методов борьбы [1, 2].

Такой альтернативой может послужить биологический метод, суть которого заключается в использовании природных врагов сельскохозяйственных вредителей - этомофагов. Так называют различных животных, насекомых или даже микроорганизмы, которые питаются или уничтожают вредителей культурных растений. Данные методы не приводят к полному уничтожению вредителя, но снижают наносимый ущерб до приемлемых величин. Эффект от использования биологических методов как правило заключается в сокращении затрат на использование пестицидов и в получении более экологически чистой продукции [1].

Одним из видов энтомофагов, который широко используется в России является трихограмма (Trichogramma evanescens Westw., Т. ртШ Vog., сем. Trichogrammatidae, отр. Hymenoptera) (рис. 1). Трихограмма может применяться на полевых, многолетних, технических, пропашных культурах, а также на ягодниках и многолетних насаждениях, уничтожая при этом более 200 видов вредителей [3].

0,29 - 0.9

Рисунок 1. Внешний вид трихограммы

Биоматериал представляет собой яйца зерновой моли с внедренными куколками трихограммы внутри, которые в процессе развития превращаются во взрослую особь.

Материалы и методы исследования. С точки зрения физико-механическим свойств трихограмма характеризуется следующими параметрами: размер 0,26 - 0,9 мм (рис. 1); чувствительна к механическому, тепловому и воздушному воздействию; насыпная плотность 0,268 - 0,367 г/см3; средняя скорость витания 1,1 м/с; распределения по полю от1 до 12 г/га [4].

Расселение трихограммы осуществляется несколькими способами (рис. 2).

Ручной способ наиболее трудоемкий и малопроизводительный, его применяют на небольших по площади территориях.

Для внесения трихограммы на большие площади применяют механизированный и авиационные способы.

82

СПОСОБЫ ВНЕСЕНИЕ ТРИХОГРАММЫ

\7

V

НАЗЕМНЫЙ

АВИАЦИОННЫЙ

РУЧНОЙ

МЕХАНИЗИРОВАННЫЙ

МАЛАЯ АВИАЦИЯ

Рисунок 2. Способы внесения трихограммы

Основной недостаток авиационного способа внесения это высота, с которой вносят трихограмму (15 м в лучшем случае), а также трудности соблюдения расстояния между проходами. Кроме этого, создаваемые летательными аппаратами потоки воздуха сносят трихограмму от места внесения, создавая тем самым огрехи. Часть насекомых вообще не доставляется на объект обработки, а в нередких случаях погибает или травмируется из-за чрезмерного воздействия воздушного потока. Данные способы являются наиболее затратными из-за использования дорогостоящих летательных аппаратов и привлечения персонала владеющими навыками пилотирования [3].

Механизированный способ внесения является наиболее простым и надежным, доступным для реализации в большинстве хозяйств. Однако в данном способе также имеются свои недостатки. Анализ используемых машин и устройств показал, что для распределения трихограммы по полю используются устройства, в которых распределение биоматериала производится с применением воздушного потока. Как показали исследования [4, 5], трихограм-ма в причину своих размеров, чувствительна к механическому воздействию, что может сказаться на ее биологической эффективности. Также не исключен снос, хотя и не такой критичный как при авиационном внесении. Допустимая средняя скорость падения биоматериала не должна превышать 1,1 м/с, а при использовании воздушного потока, ему передается ускорение, увеличивается скорость внесения, что способствует травмированию трихограммы.

Расселяют трихограмму двумя способами: сплошным или очаговым (от 200 до 800 точек на 1 га). Исследования Н.Н. Краховецкого с точки зрения биологии трихограммы доказывают что, перспективным является её расселение в чистом виде без применения наполнителей сплошным способом. Трихограмма перемещается от места внесения на расстояние от 1 до 3 м [4].

Норма и критерии расселения куколок трихограммы определяются в зависимости от количества яиц вредителей. Поэтому равномерное расселение три-хограммы является одним из важных операций их распространения по всему полю.

Опыты, проведенные Тухтабаевым М.А. и др. с применением эжекторной

83

установки, «количество вылетевшей трихограммы составило 85 %, количество деформированных и травмированных около 3%. При этом скорость воздуха в пропускной трубке эжекторной установки меньше 3 м/с» [6, с.10]. Полученные данные подтверждают наши предположения, о негативном влиянии воздушного потока на эффективность внесения трихограммы, хотя скорость потока не большая, 3 м/с. Можно сделать предположение, что чем выше будет скорость воздушного потока в применяемых устройствах для внесения трихограммы, тем больше будет процент повреждения биоматериала.

Таким образом, создание устройства для механизированного внесения трихограммы является важной научной задачей.

С учетом выше сказанного в проектируемом устройстве должны быть заложены следующие характеристики:

- равномерно распределять биоматериал сплошным способом с щадящим воздействием элементов распределительного устройства,

- не использовать воздушный поток для переноса ее на объект обработки;

- регулировка нормы внесения.

Результаты и обсуждение. Нами предложено приспособление к серийным опрыскивателям и другим сельскохозяйственным орудиям (рис. 3) для внесения трихограммы, способное распределять биоматериал сплошным способом, дозировка производиться за счет электромагнитных сил.

Рисунок 3. Устройство для расселения трихограммы

84

Установка состоит из (рис.3): источника питания 1, циклического реле времени 2, проводов 3 подводящих питание к пластине по пластмассовой направляющей 4, бункер 5, пластины 6 и конффузора дозатора 7.

Через внутреннее отверстие направляющей 4 по проводу 3 подводится питание к пластине 6. Пластина 6 и конффузор дозатора изготовлена из токопро-водящего материала.

По всей поверхности пластины просверлены отверстия, через которые биоматериал проходит к дозатору. Конффузор дозатора выполнен по форме логарифмической спирали, вида [7]:

где г. - текущий радиус вектора;

гд - начальный радиус вектора;

Ф - угол трения трихограммы о конффузор;

О. - текущий полярный угол.

Такая форма конффузора уменьшает коэффициент трения, что способствует лучшему скольжению биоматериала в момент выхода его из дозатора.

Работает установка следующим образом. Питание от источника постоянного тока 1 подается к циклическому реле времени 2. При замыкание контакт К1.2 в положении положение 3 отрицательный заряд подается к конффузору дозатора 7. Биоматериал с положительным зарядом, налипает к внутренней поверхности дозатора 7. При переключении контакта К1.2 в положение 4, отрицательный заряд подается к пластине 6, биоматериал налипает на нее, тем самым не дает биоматериалу сходить в дозатор. В это время питание на кон-ффузоре дозатора 7 отсутствует. Производится сбрасывание биоматериала на объект обработки.

При помощи циклического реле времени можно установить длительность работы электродозатора в широком диапазоне времени от 0,1 с до 99 час.

Пластина 6 имеет возможность перемещаться, за счет чего увеличивается пространство в дозаторе 7, тем самым производиться регулировка нормы внесения.

где V1т - объем занимаемой одной трихограммой;

п - среднее количество личинок, которые необходимо внести.

Схема распределения трихограммы показана на рисунке 4. При выборе схемы внесения учитывалось, что радиус эффективного передвижения трихо-граммы от точки сброса составляет не более 5 м. Руководствуясь этим, разбрасыватели должны располагаться на расстоянии 10 м друг от друга, то есть на один гектар необходимо произвести 100 внесений. Соответственно, в одной из 100 доз должна быть сотая часть от общего количества трихограммы, подлежащих расселеию на один гектар. Один разбрасыватель устанавливается по оси движения, и две с каждой стороны, на расстояний 10 м друг от друга.

85

Рисунок 4. Схема расселения трихограммы

Алгоритмичная модель предложенного процесса расселения трихограммы показана на рисунке 5. Данная модель представляет собой программу последовательность выполняемых операции [8].

®

Рисунок 5. Диаграмма времени процесса дозирования трихограммы

Временная диаграмма (рис. 5) длительности функционирования отдельных составляющих процесса состоит из следующих операции: 1 - заполнение биоматериалом бункера; 2 - транспортирование биоматериала с бункера к дозатору; 3 - образование порции биоматериала в дозаторе; 4 - внесение биоматериала. Время цикла определим по следующему выражению:

ТЦ=? + ?\ТЦ

{ > Г > 0.

(2)

86

где t' = const - длительность рабочего процесса при скорости vp Ф const; t" ф const - длительность пауз между циклами.

Для теоретического обоснования дальнейшего пути распределения биоматериала после дозатора примем следующие допущения.

Принято, что окружающая атмосфера характеризуется плотностью воздуха pe =1,293 кг/м3, кинематический коэффициент вязкости v = 1,5*10-5 м2/с [4].

Примем трихограмму за частицу массой m. При воздействии на нее силы B = n (B - сила магнитного поля), скорость частицы Vm = 0. После того как сила B=0 скорость трихограммы Vm начнет расти. В первый начальный момент времени трихограмма будет падать под действием ускорения свободного падения, но так как воздух оказывает сопротивление движению трихограммы, через некоторое время она будет падать с определенной постоянной скоростью без ускорения. Воздух является вязкой средой, скорость будет беспредельно возрастать, а с течением некоторого времени достигает своего наибольшего значения и которая сохраняется во всем последующем времени падения.

Таким образом, на трихограмму воздействует сила тяжести и сила сопротивления воздуха R.

R — к ■ v'i (3)

При достижении постоянной скорости сила тяжести P равна силе сопротивления R, тогда:

vs - скорость восходящего потока воздуха.

frn-g

* = Л" (5) k - коэффициент пропорциональности.

Сопротивление среды движущемуся в ней воздуху можно записать в следующем виде:

R=c-F-pe-f (6)

где с - коэффициент пропорциональности, с =/(Re)

F - площадь проекции тела на плоскость перпендикулярную вектору скорости, м2

ре - плотность среды (воздуха).

Следовательно, из выражений (3) и (6) получим, что коэффициент пропорциональности k может быть записан в виде:

к = с ■ F ■ ^ (7)

2

А скорость падения частицы в воздухе с учетом выражения (7) будет равен:

(8)

87

Коэффициент пропорциональности с в выражении (8) может быть определен по формуле Клячко:

24 4

С = — + (9)

йе уйе

С достаточной для практики точностью (8) можно записать:

С ~ — (Ю)

Де

Подставляя выражение (10) в функцию (8) при развернутом виде Re:

Ие = ^ (11)

V

V - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с Численное значение скорости можем определить по выражению:

2-т-д-и3т! (12)

¡п-д-а (13)

Р5 =

12

Для частицы, имеющей форму близкую к шару, масса частицы:

т = V -р,: =±-тг-с1* - р., (14)

л ■ с12 р =-

4

Следовательно, выражение (14) можно записать в виде:

¿г-Рм-9 (15)

У5 =

18

где рм - плотность материала частицы.

Исходя из диапазона размера биоматериала и скорости их относительного движения, изменения числа Яе находится в пределах 5<Яе<50. При таких значений Яе для тел шаровой формы коэффициент Ср аппроксимируются эмпирической формулой Смирнова

Ср = f(Re) = ^(1 + 0Д83л/йё + 0,0172 Яе).

Для теоретического анализа транспортирования частиц должна быть решена задача определения параметров модельного мультидисперсного вещества, состоящего из шаровых частичек различного диаметра, соблюдено условие, что внешние и внутренние свойства тождественны со свойствами реального биоматериала. Эти условия приводят к системе уравнений, связывающей случайные величины d (диаметр модельной шаровой частицей) и W (критическая скорость витания), а также их средние значения d0, ро, т0.

Отождествляя т0 с соответствующими значениями для реального биоматериала, т0 = 1,3^10-8 кг, можно получить приближенное решение системы в виде

88

Яе0 = 19,0: с1д= 0,2604 О'3 м; рд = 1,25-103 кг/м3, 2

Ке = 23,6 ■ (—) - 4,6—; — = 0,8 ■ — + 0,2.

\с10; с10 с10

Следовательно, величина й линейно связана со случайной величиной W, которую можно определить экспериментально для реального биоматериала. Установлено, что скорости витания частиц биоматериала с хорошей точностью подчиняются нормальному закону распределения:

р{т) = ---ехр

со средним значением W0 = 1,1 м/с и среднеквадратичным отклонением ^=0,17 м/с.

Выводы. Предложено устройство для расселения трихограммы в котором, рабочий процесс осуществляется без применения воздушного потока, в отличие от применяемых устройств, где воздушный поток травмировал три-хограмму. К тому же в существующих устройствах это дополнительные капитальные вложения и усложнение конструкции. Применение циклического реле способствует регулировке циклов внесения биоматериала в зависимости от количества точек распределения и скорости движения агрегата. Получены теоретические и экспериментальные зависимости определяющие параметры и характер распределения трихограммы.

Таким образом, применение предложенного устройство для механического сплошного расселения трихограммы позволит увеличить эффективность биологического способа борьбы с вредителями.

Список использованных источников:

1. Сорокина, А.П. Применение трихограммы: прошлое и настоящее / А. П. Сорокина // Защита и карантин растений. - 2011. - № 10. - С. 9-12.

2. Биологическая защита расте-ний/М. В. Штерншис, Ф. С.-У. Джали-лов, И. В. Андреева, О. Г. Томилова; Под ред. М. В. Штерншис. - М.: Колос, 2004. - 264 с.

3. Коваленков, В. Г. Авиационное расселение трихограммы в борьбе с хлопковой совкой / В. Г. Коваленков, Л. В. Светличный, Т. И. Савченко // Защита и карантин растений. - 2021. - № 3. - С. 18-20.

4. Краховецкий, Н.Н. Технология

References:

1. Sorokina, A.P. Application of the trichogram: past and present / A. P. Sorokina // Protection and quarantine of plants. - 2011. - №. 10. - P. 9-12.

2. Biological protection of plants/M. V. Sternshis, F. S.-U. Jalilov, I. V. Andreeva, O. G. Tomilova; Edited by M. V. Sternshis. - M.: Kolos, 2004. - 264 p.

3. Kovalenkov, V. G. Aviation settlement of the trichogram in the fight against the cotton scoop / V. G. Kovalenkov, L. V. Svetlichny, T. I. Savchenko // Protection and quarantine of plants. - 2021. - №. 3. - P. 18-20.

4. Krakhovetsky, N.N. Technology and technical means for biological plant

89

и технические средства для биологической защиты растений : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.01. - Москва, 2005. - 170 с.

5. Рашидов М., Кимсанбаев Х., Сулайманов Б., Сагдуллаев А. Требования к биологическим средствам (энто-мофагом) борьбы с вредителями, сельскохозяйственных культур и методы их контроля. - Ташкент, - 2007 - 19 с.

6. Сборник статей международной естественнонаучной конференции «Техноконгресс» : Сборник статей студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава. По результатам LXXI Международной научной конференции, Кемерово, 13 июня 2022 года / Никитин Павел Игоревич - главный редактор. - Кемерово: Издательский дом «Плутон», 2022. - 20 с.

7. Скотаренко, В.В. Повышение качества технологического процесса расселения трихограммы мобильной струйной дозирующей системой : специальность 05.20.01 «Технологии и средства механизации сельского хозяйства» : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Скотаренко Виктор Васильевич. - Луганск, 1998. - 19 с.

8. Бабицкий Л.Ф Основы бионических исследований [Текст]: Учебник / Л.Ф. Бабицкий, В.Ю. Москалевич, И.В. Соболевский. - Симферополь: ЧП «Антиква», 2014. - 328с.

protection : dissertation... Candidate of Technical Sciences : 05.20.01. -Moscow, 2005. - 170 p.

5. Rashidov M., Kimsanbayev H., Sulaimanov B., Sagdullaev A. Requirements for biological means (entomophage) of pest control, agricultural crops and methods of their control. - Tashkent, - 2007 - 19 p.

6. Collection of articles of the international natural science conference "Technocongress": Collection of articles by students, postgraduates and faculty. According to the results of the LXXI International Scientific Conference, Kemerovo, June 13, 2022 / Nikitin Pavel Igorevich - Editor-in-chief. - Kemerovo: Publishing house "Pluto", 2022. - 20 p.

7. Skotarenko, V.V. Improving the quality of the technological process of settling a trichogram with a mobile jet dosing system : specialty 05.20.01 "Technologies and means of mechanization of agriculture" : abstract of the dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences / Viktor V. Skotarenko. - Lugansk, 1998. - 19 p.

8. Babitsky L.F. Fundamentals of bionic research [Text]: Textbook / L.F. Babitsky, V.Y. Moskalevich, I.V. Sobolevsky. - Simferopol: State of emergency "Antiqua", 2014. - 328 p.

Сведения об авторах: Information about the authors:

Бабицкий Леонид Фёдорович - Babitsky Leonid Fedorovich -

доктор технических наук, профессор, Doctor of Technical Sciences, Professor, заведующий кафедрой механизации и Head of Department of mechanization

90

технического сервиса в АПК Института «Агротехнологическая академия» ФГАОУ ВО «КФУ имени В.И. Вернадского», e-mail: kaf-meh@rambler. ru, 295492, Россия, Республика Крым, г. Симферополь, п. Аграрное, Институт «Агротехнологическая академия» ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского».

Османов Энвер Шевхийевич -кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры технических систем в агробизнесе, Институт «Агротехнологическая академия» ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: enver_hotboy@ mail.ru, 295492, п. Аграрное, Институт «Агротехнологическая академия» ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского»

and technical service in AIC of the Institute "Agrotechnological Academy" FSAEI HE 'V.I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: kaf-meh@ rambler.ru, Institute "Agrotechnological academy" of the FSAEI HE "V.I. Vernadsky Crimean Federal University", Agrarnoye v., Simferopol, Republic of Crimea, 295492, Russia.

Osmanov Enver Shevkhiyevich -Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer of the Department of Technical Systems in Agribusiness, Institute «Agrotechnological Academy» FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: enver_hotboy@ mail.ru, Institute «Agrotechnological academy» of the FSAEI HE «V.I. Vernadsky Crimean Federal University», Agrarnoye v., Simferopol, Republic of Crimea, 295492, Russia.

91