CC BY
71
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10219
УДК 631.348.45
ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТИ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОПРЫСКИВАНИЯ РАСТЕНИЙ ПРИ ИХ ЗАЩИТЕ ОТ СОРНЯКОВ
И.М. КИРЕЕВ, доктор технических наук, зав. лабораторией
З.М. КОВАЛЬ, кандидат технических наук, главный научный сотрудник (e-mail: [email protected])
Новокубанский филиал «Росинформагротех», ул. Красная, 15, Новокубанск, Новокубанский р-н, Краснодарский край, 352243, Российская Федерация
Резюме. Для опрыскивания растений при их защите от сорняков со сниженными расходом рабочей жидкости и препарата, по сравнению с традиционным опрыскиванием 200 дм3/га, предложена конструкция пневмогидравличе-ского устройства. Инжекция капель щелевых факелов распыла воздушным потоком, выходящим из сопла устройства с коэффициентом инжекции по жидкости для основных режимов работы предлагаемого устройства, не превышает критического значения 0,5, и воздушно-капельный поток с увеличенным количеством капель, в соответствии с закономерностью распространения воздушной струи, транспортируется к объектам обработки. В условиях Кура-гинского района Краснодарского края на технологической операции - опрыскивание сорняков почвенным гербицидом Спрут-Экстра проведены лабораторно-полевые исследования опытного образца опрыскивателя с пневмогидрав-лическими устройствами в агрегате с МТЗ-82, в сравнении с базовым вариантом со щелевыми распылителями (МТЗ-82+ОП-2000). Опрыскивание растений осуществляли при скорости 15,94 м/с и расходе 0,003863 м3 воздушного потока, выходящего из сопла устройства и направленного под углом 25...° к обрабатываемой поверхности, а также массовым расходом распыляемой жидкости 0,00033 кг/0,01077с, горизонтально расположенными под углом 80.100.° один к другому двумя распылителями, обеспечивая ширину опрыскивания 3 м с высотой расположения пневмогидрав-лических распылителей жидкости над объектами обработки 0,8 м. Скорость движения экспериментального образца опрыскивателя составляла до 17 км/ч (4,72 м/с) с расходами рабочей жидкости и препарата 15,12 дм3/га и 2,5 дм3/ га соответственно. Установлена полная гибель сорной растительности, включая вьюнок полевой. При использовании пневмогидравлических устройств в составе опрыскивателя, по сравнению с традиционным опрыскиванием, возможно уменьшение количества распылителей на штанге в 3 раза, сокращение расхода рабочей жидкости, более чем в 10 раз, расхода препарата - в 1,3 раза, увеличения производительности опрыскивателя в 1,4 раза. Ключевые слова: технология, опрыскивание, распылитель, коагуляция, инжекция, устройство, производительность, ресурсосбережение.
Для цитирования: Киреев И.М., Коваль З.М. Пневмоги-дравлический распылитель жидкости для совершенствования технологии опрыскивания растений при их защите от сорняков // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 2. С. 73-76. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10219.
При возделывании сельскохозяйственных культур особое значение придается технологическому процессу опрыскивания растений для защиты от вредителей, болезней и сорняков. Ежегодно сотни тысяч тонн рабочих растворов пестицидов превращаются в капли. Скорость оседания и испарения, степень инерционного осаждения, снос ветром и рассеяние в приземном слое атмосферы, смачивание различных поверхностей покровных
тканей растений и удерживаемость рабочей жидкости на них, скорость проникновения пестицидов в листовую ткань - эти и другие свойства капель определяются их размером. Узкий, оптимальный для каждого конкретного случая, спектр размеров капель характеризует перспективную технологию, реализуемую способом опрыскивания, удовлетворяющую постоянно возрастающим требованиям ресурсосбережения, высокой производительности и экологичности [1].
В то же время традиционные технологии опрыскивания вегетирующих растений, широко реализуемые с использованием штанговых тракторных опрыскивателей (прицепных, навесных, самоходных) с гидравлическими плоскофакельными (стандартными или антисносными) распылителями недостаточно удовлетворяют современным требованиям. Нормы расхода рабочих растворов при их эксплуатации чаще всего составляют 100-300 дм3/га, а средний размер капель - с1т = 250-500 мкм. Расход пестицидов, рассчитанный на технологические потери и конструктивное несовершенство такой опрыскивающей техники, сильно завышен. Мелкие капли (< 80 мкм) сносятся за пределы обрабатываемого поля, а крупные (> 300 мкм) - скатываются с растений, загрязняя почву [1]. Образуемые в начальной области факела распыла жидкости в результате коагуляции, крупные капли - одна из основных причин нерационального расходования пестицидов. Повышенная концентрация капель в факелах распыляемой жидкости штанговых опрыскивателей обусловливает коагуляцию и значительное уменьшение их количества, что в свою очередь требует в десятки раз больше расхода рабочей жидкости на единицу обрабатываемой площади. Кроме того, при мелкокапельном распыливании жидкости происходит снос капель в окружающую среду. Рекомендуемая для решения этой проблемы, высота расположения распылителей на штанге опрыскивателя 0,5 м ограничивает его скорость передвижения до 12 км/ч, особенно с широкозахватной штангой, при колебаниях которой до 12о возникает опасность соприкосновения краев с поверхностью земли. Турбулентные воздушные вихри, возникающие за штангой при движении опрыскивателя, увеличивают снос капель распыляемой жидкости в окружающую среду [2].
Применяемые методы и устройства для воздушного сопровождения капель распыляемой жидкости к объектам обработки не имеют какого-либо научного обоснования и малоэффективны для обеспечения требований объемно-поверхностного распределения препарата на объектах обработки [2, 3, 4]. Устройства конструктивно сложны и дороги.
Цель исследований - полевая оценка метода и средства для опрыскивания сорной растительности с меньшими расходами рабочей жидкости и препарата.
Рис. 1. Общий вид агрономического фона (измельченные пожнивные остатки после уборки пшеницы с проросшей сорной растительностью).
Условия, материалы и методы. После уборки озимой пшеницы на поле НТЦ (научно-технического центра) КубНИИТиМ было выполнено лущение стерни для закрытия влаги, затем лущение для провокации прорастания семян сорных растений.
Перед проведением эксперимента по опрыскиванию сорная растительность была представлена следующими видами: однолетние двудольные -амброзия, лебеда, вьюнок полевой, злаковые - падалица озимой пшеницы. Лабораторно-полевые исследования опытного образца опрыскивателя, в сравнении с базовым вариантом ОП-2000, осуществляли на технологической операции - опрыскивание почвенным гербицидом «Спрут - Экстра» сорняков на агрономическом фоне (рис. 1), представленном измельченными пожнивными остатками после уборки пшеницы с проросшей сорной растительностью (фаза развития злаковых сорных растений в период обработки - 5-6 листьев, однолетних двудольных -цветение).
Показатели условий сравнительных испытаний опрыскивателей (табл. 1) определяли по ГОСТ 20915 [5]. Работу проводили на поле 7/3 НТЦ КубНИИТиМ в Курганинском районе Краснодарского края. Рельеф поля - ровный, микрорельеф - выровненный, влажность почвы в слое от 0 до 10 см - 23,7 %, твердость -0,9 МПа, температура воздуха - 29,0 °С, относительная влажность воздуха - 48 %, направление ветра по отношению к движению машины - восточный, скорость ветра - 2,7 м/с.
Таблица 1. Условия работы опрыскивателя (24.09.
Перед проведением сравнительных испытаний опрыскивателя с пневмо-гидравлическими устройствами участок поля длиной 700 м разбивали на 3 делянки шириной 48 м, оставшуюся часть поля обрабатывали хозяйственной нормой опрыскивателем ОП-2000.
На каждой делянке закладывали по 5 площадок размером 1 м2, одну из которых накрывали полиэтиленовой пленкой (рис. 3), для исключения попадания раствора на сорняки (для контроля роста сорняков), на остальных четырех определяли гибель сорных растений после обработки.
Режимы работы опытного образца опрыскивателя были следующими: при скорости движения агрегата 12 км/ч норма расхода рабочей жидкости и препарата составляли 21,67 дм3/га и 2,5 дм3/га соответственно; 14,3 км/ч - 18,18 дм3/га и 2,5 дм3/га; 17,2 км/ч - 15,12 дм3/га и 2,5 дм3/га [7, 10].
Производительность пневмогидравлического устройства в составе штангового опрыскивателя зависит от высоты его расположения (у, м). Для ее расчета и определения режима работы устройства при воздействии воздушного давления на воздушно-капельный поток сформированной струи использовали следующее уравнение [9]:
у = |(>/*х + с&2р-с&р),
где у - высота расположения устройства (ордината), м; х - расстояние по горизонтали при угле наклона струи в = 25...° к поверхности обработки (абсцисса), м.
Коэффициент к в уравнении (2) определяется выражением:
С„Р<»2
к =
50р0и20 эт2 Р '
(3)
где р - плотность воздуха, кг/м3; ю - скорость движения опрыскивателя, м-с-1; 8о - половина толщины плоского сопла пневматической части пневмогидрав-
16.10.2015 г.)
Показатель
Значение показателя при испытаниях
Скорость агрегата, км/ч
Норма препарата, л/га
Число сорных растений до прохода,
шт.:
экспериментальный вариант
12
14,3 2,5
17,2
базовый вариант
12 3,3
амброзия 17,5 12,0 15,7 13,7
вьюнок полевой 2,0 1,0 1,5 2,5
лебеда 3,0 2,0 2,0 1,0
падалица озимой 2,0 1,0 2,0 1,2
пшеницы 10,5 8,0 10,2 9,0
Пневмогидравлическое устройство (рис. 2) [6] состоит из патрубка 1, сходящейся конической насадки 2 и конуса 3, усеченных секущей плоскостью 4, перемычек 5, кронштейна 6 и двух щелевых распылителей 7.
лического распылителя, м; ро - плотность воздушно-капельного потока, кг/м3; ио - скорость воздушного потока в начальном сечении сопла, м-с-1.
Коэффициент Сп в выражении (2) рекомендовано определять из сопоставления теоретической кривой струи с экспериментальными данными.
Для расчета коэффициента к плотность воздушно-капельного потока р0 (кг/м3) определяется с учетом массовых расходов распыляемой жидкости и воздушного потока, выходящего из пневматической части пневмогидравлического устройства [8]. Например, массовый расход рабочей жидкости через сопло типа
Рис. 2. Общий вид пневмогидравлического устройства: а) вид сбоку; б) вид снизу с расположенными под углом двумя щелевыми распылителями: 1 - патрубок; 2 - усеченная сходящаяся коническая насадка; 3 - конус; 4 - секущая плоскость; 5 - перемычки для обеспечения постоянного сечения плоского сопла; 6 - кронштейн для крепления распылителя. 7 - щелевой распылитель.
02 (код цвета - желтый) при давлении 4 Бар равен 3,310-4 кг. При начальной скорости воздушного потока, например, ио =15,94 м-с-1 его массовый расход составит 1,8510-3 кг. Объемы жидкости и воздушного потока будут равны 3,3-10-7 м3 и 1,5310-3 м3 соответственно, а плотность воздушно-капельного потока р= М /V = 1,43 кг/ м3.
"о сум ' сум ' '
Расстояние х1 (по направлению действия струи под углом 25...° к поверхности почвы) может быть определено из выражения [7]:
1,2 ,^ + 0,41
|5о (4)
где ио - скорость воздушного потока в начальном сечении сопла, м-с-1; имакс - скорость воздушного потока на оси основного участка струи, м-с-1; х1 -расстояние от начального сечения струи, м; а « 0,090,12 - коэффициент структуры струи.
При начальной скорости воздушного потока, выходящего из сопла пневмогидравлического устройства под углом 25.° к оси х и установленного с учетом скорости витания капель, создаваемых распылителями для их транспортирования к объектам обработки, ио =15,94 мс-1максимальная скорость имакс = 5 м-с-1 (в области объектов обработки) на расстоянии х1 [7, 10] , значение х = 1,7 м. Для скорости движения опрыскивателя 17 км/ч (4,7 м-с-1), с учетом приведенных данных, к = 38,08 Сп. Высота расположения сопла пневмогидравлического устройства над объектами обработки при коэффициенте Сп = 0,01 составляет 0,77 м. Для реализации высокопроизводительных ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий работы опрыскивателей с пневмогидравлическими устройствами мы приняли ее равной 0,8 м.
Рис. 3. Рамка (контроль) с полиэтиленовой пленкой для экранирования воздействия препарата на сорную растительность.
Таблица 2. Результаты агротехнической оценки
Показатель Машинно-тракторный агрегат (норма препарата, дм3/га)
МТЗ-82+РМ 229 (2,5) МТЗ-82+ОП 2000 (3,3)
скорость аг регата, км/ч
12,0 1 14,3 17,2 12,0
Высота сорных растений перед обработкой, см
Амброзия 38 42 45 36
Вьюнок полевой 6,5 5,8 6,1 6,0
Лебеда 24 28 23 25
Падалица озимой пшеницы 10 11 12 10,5
Состояние сорных растений после обработки
На 7-й день
амброзия увядание увядание увядание увядание
вьюнок полевой гибель 25 % гибель 30 % гибель 25 % гибель 30 %
лебеда увядание увядание увядание увядание
падалица озимой пшеницы гибель 100 % гибель 100 % гибель 100 % гибель 100 %
На 14-й день
амброзия гибель 100 % гибель 100 % гибель 100 % гибель 100 %
вьюнок полевой гибель 32 % гибель 45 % гибель 68 % гибель 45 %
лебеда гибель 100 % гибель 100 % гибель 100 % гибель 100 %
На 21-й день
вьюнок полевой гибель 51 % гибель 53 % гибель 100 % гибель 52 %
Для базового варианта хозяйственная скорость движения агрегата составляла 12 км/ч, норма расхода рабочей жидкости - 200 дм3/га, препарата -3,3 дм3/га при высоте расположения распылителей 0,5 м.
Определение действия химического раствора проводили по результатам измерения высоты сорных растений до и после опрыскивания.
Результаты и обсуждение. Конструктивно-технологические характеристики пневмогидравлического распылителя обеспечивают выполнение агротехнических требований опытным образцом опрыскивателя со сниженными расходами рабочей жидкости и препарата в 13,23 и 1,32 раза соответственно, по сравнению с традиционным опрыскиванием (табл. 2).
Результаты агротехнической оценки свидетельствуют о том, что при опрыскивании сорных растений агрегатом МТЗ-82+РМ 229 воздействие препарата в дозе равной 2,5 дм3/га на падалицу озимой пшеницы, амброзию и лебеду такое же, как при обработке традиционным способом агрегатом МТЗ-82+ОП-2000 дозой 3,3 дм3/га.
На 21 день после обработки гибель вьюнка полевого при использовании агрегатов МТЗ-82+РМ 229 и МТЗ-82+ОП 2000 на скорости от 12,0 до 14,3 км/ч составляла от 51 до 53 %. В варианте с устройством
РМ 229 на скорости 17,2 км/ч отмечали полную гибель растений этого вида.
Высокая производительность защитных работ с применением предлагаемой технологии определяется скоростью передвижения опрыскивателя, увеличение которой возможно при укороченной длине штанги и обоснованной высоте ее расположения над объектами обработки 0,8 м [9], тогда как для традиционной технологии оптимальная высота штанги (по мнению производителей распылителей) должна составлять 0,5 м, при которой скорость опрыскивателя не может превышать 14 км/ч (3,89 м/с). Ширина опрыскивания двумя распылителями пневмогидравлического устройства, равная 3 м [6], позволяет сократить их число на штанге, по сравнению с традиционным расположением через 0,5 м, в 3 раза, а также уменьшить длину штанги без снижения ширины захвата орудия, благодаря увеличению обрабатываемой полосы по краям опрыскивателя.
Вывод. Полевая оценка предлагаемой технологии применения гербицидов, показала, что выполнение агрономических и экологических требований возможно при большей в 1,5 раза производительности работ, меньшем в 3 раза расходе рабочей жидкости и в 1,3 раза - препарата, чем при традиционной технологии.
Литература.
1. Никитин Н.В., Спиридонов Ю.Я., Шестаков В.Г. Научно-практические аспекты технологии применения современных гербицидов в растениеводстве. М.: РАСХН. ВНИИФ. 2010. 189 с.
2. Противосносная технология внесения гербицидов нового поколения/Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.А. Абуби-керов и др. // Вестник защиты растений ВИЗР. 2008. № 3. С. 47-55.
3. Клочков А.В., Клочкова В.С., Маркевич А.Е. Работа опрыскивателя с использованием дополнительного воздушного потока // Земледелие и защита растений. 2006. № 5. С. 39-41.
4. Абубикеров В.А. Совершенствование технологии и технических средств для внесения пестицидов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М.: ГНУ ВНИИФ, 2006. 25 с.
5. ГОСТ 20915 2011. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний. М.: Стан-дартинформ, 2013. С. 28 с.
6. Киреев И.М., Коваль З.М. Пневмогидравлический распылитель растворов пестицидов// Патент на полезную модель РФ № 138902, 27.03.2014.
7. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960. 715 с.
8. Соколов Е. Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты. 3-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1989. 352 с.
9. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Наука. 1980. С. 582.
10. Левин Л.М. Об осаждении частиц из потока аэрозоля на препятствие //Доклады академии наук (ДАН) СССР. 1953. Т. 91. № 6. С. 1329-1332.
PNEUMOHYDRAULIC LIQUID ATOMIZER FOR THE IMPROVEMENT OF TECHNOLOGY OF PLANT SPRAYING AT THEIR PROTECTION AGAINST WEEDS
I.M. Kireev, Z.M. Koval'
Novokubansk branch of «Rosinformagrotekh», ul. Krasnaya, 15, Novokubansk, Novokubanskii r-n, Krasnodarskii krai, 352243, Russian Federation
Abstract. For spraying plants when they are protected from weeds with a reduced flow rate of the working fluid and preparation, in comparison with the traditional 200 dm3/ ha spraying, the design of a pneumohydraulic device is proposed. Injection of droplets of slot sprays by the air flow leaving the nozzle of the device with a fluid injection coefficient for the main operating modes of the proposed device does not exceed a critical value of 0.5. The air-droplet flow with an increased number of droplets, in accordance with the regularity of the spread of the air jet, is transported to processing objects. Under conditions of Kuraginsky district of Krasnodar Krai, a laboratory-field study was carried out on a technological operation - spraying of weeds with Sprut-Extra soil herbicide. We tested an experimental sprayer with pneumohydraulic devices in an aggregation with MTZ-82, in comparison with the basic version with slot nozzles (MTZ-82 + OP-2000). Spraying was carried out at the speed of 15.94 mps and the rate of 0.003863 m3. Air flow left the nozzle of the device and was directed at the angle of 25 degrees to the working surface. We also examined the mass flow of sprayed liquid of 0.00033 kg/0.01077 and two sprayers, horizontally arranged at the angle of 80-100 degrees to each other two nozzles. It ensured the spraying width of 3 m with the height of the pneumohydraulic sprayers of 0.8 m above the objects of processing, at the speed of 17 kmh (4.72 mps) with the rate of the working fluid and the preparation of 15.12 dm3/ha and 2.5 dm3/ha, respectively. The total loss of weed vegetation, including field bindweed, was registered. When using the pneumohydraulic device in the sprayer, compared to traditional spraying, it is possible to reduce the number of sprayers on the pricker 3 times, reduce the flow of working fluid more than 10 times, the consumption of the preparation - 1.3 times, increase the productivity of the sprayer - 1.4 times.
Keywords: technology, spraying, sprayer, coagulation, injection, device, productivity, resource saving.
Author Details: I.M. Kireev, D. Sc. (Tech.), head of laboratory; Z.M. Koval', Cand. Sc. (Tech.), chief research fellow (e-mail: [email protected]).
For citation: Kireev I.M., Koval' Z.M. Pneumohydraulic Liquid Atomizer for the Improvement of Technology of Plant Spraying at Their Protection against Weeds. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2018. Vol. 32. No. 2. Pp. 73-76 (in Russ.). DOI: 10.24411/02352451-2018-10219.
