CC BY
3Технические науки
233
12. Nagaev, N.B. Ispytaniya agregata dlya vytopki voska iz ramok [Tekst] / V.F. Nekrashevich, N.B. Nagaev, N.A. Grunin, K.V. Burenin // Sel'skij mekhanizator № 7 2015. - M.- S. 26-27.
13. Kashirin D. E. energy-Saving setting for drying bee bread [Text] / D. E. Kashirin // Herald krasgau. -No. 12. - 2009.- S. 189-191.
■3
14. Kashirin D. E. energy-Saving setting for drying bee bread honeycombs [Text] / D. E. Kashirin // Mechanization and electrification of agriculture. - No. 10. - 2009. - P. 24-25.
15. Byshov N. V. Upgraded energy-saving setting for drying pollen /N. In. Bishov, D. E. Kashirin // Technique in agriculture. - 2012. -No. 1. - S. 26-27.
УДК 631.333.02:(631.812.2:632.95)
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИДКИХ СРЕДСТВ ХИМИЗАЦИИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
ЛАТЫШЕНОК Михаил Борисович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры «Организация транспортных процессов и безопасность жизнедеятельности» , oap.kafedra@mail.ru
ШЕМЯКИН Александр Владимирович, д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой «Организация транспортных процессов и безопасность жизнедеятельности», shem.alex62@yandex.ru ГРИШИН Иван Иванович, д-р техн. наук, профессор
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева МАКАРОВ Валентин Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, гл. научный сотрудник отдела концептуальных проблем механизации агрохимического обеспечения сельскохозяйственного производства, va_makarov@rambler.ru
ХРИПИН Владимир Александрович, канд. техн. наук, зав. отделом концептуальных проблем механизации агрохимического обеспечения сельскохозяйственного производства, khripin@mail.ru
ЖУРАВЛЕВА Ольга Ивановна, ст. научн. сотр. отдела концептуальных проблем механизации агрохимического обеспечения сельскохозяйственного производства, vnimsot7@mail.ru
ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт механизации и информатизации агрохимического обеспечения сельского хозяйства, г. Рязань
От совершенствования технологии применения жидких агрохимикатов зависит многое: эффективность их применения, степень использования, содержание химических остатков в урожае, безопасность окружающей среды, условия труда обслуживающего персонала. Наиболее полно принципам экологии и охраны окружающей среды отвечает интегрированная защита растений, в которой актуальна проблема рационального расходования пестицидов. На смену традиционным приходят новые поколения препаратов, нормы расхода которых на 1-2 порядка ниже. Потери пестицидов и загрязнение окружающей среды связаны с формированием особо крупных капель при высокой норме расхода рабочей жидкости (75-300 литров на гектар).В этой связи актуальной задачей по созданию надёжной системы защиты растений является совершенствование и разработка новых технологий опрыскивания полевых культур на базе более совершенных средств механизации. Последние должны обеспечить выполнение агротехнических требований на более высоком уровне, повышение производительности труда, снижение энергетических затрат и экологизацию защитных мероприятий. В этом плане статья указывает на комплексный подход к решению задачи повышения эффективности использования опрыскивателя, за счёт оптимизации режимов работы, анализа и обобщения теоретических положений.
Ключевые слова: жидкие агрохимикаты, математическое ожидание, модели, принципиальные схемы, распределение, уравнения.
Введение
Одной из основных задач земледелия как отрасли сельскохозяйственного производства является удовлетворение растущих потребностей общества в продукции растениеводства. Среди многочисленных средств интенсификации сельскохозяйственного производства эффективным является использование системы агрохимикатов. Для получения стабильного и высокого урожая требуется проводить комплекс технологических
операций по внесению гранулированных и жидких минеральных удобрений.
Следует отметить, что в отличие от гранулированных минеральных удобрений жидкие имеют свой спектр природных веществ, макро- и микроэлементов, стимулирующих рост и развитие растений, поэтому повышение эффективности жидких комплексных удобрений является основой совершенствования технических средств для их внесения в почву.
Вестник РГАТУ, № 4 (36), 2017
Интерес представляют схемы дозирования жидких агрохимикатов: с групповым одноступенчатым разделением каждого потока на подпотоки и с централизованным двухступенчатым разделением исходного потока на подпотоки.
Теоретическая часть При работе навесных опрыскивателей для внесения пестицидов и жидких минеральных удобрений используется технологическая схема с системой централизованного распределения по форсункам, установленным по длине штанги. Оценим показатели, характеризующие соответствие равномерности распределения жидких агрохимикатов по форсункам агротехническим требованиям: в первом случае - с групповым одноступенчатым распределением исходного потока на подпотоки, а во втором случае - с централизованным двухступенчатым разделением потока жидкости на подпотоки, удовлетворяющие следующим условиям: а) секундный расход каждого из них можно с достаточной для практики точностью считать постоянным; б) секундные расходы в под-потоках распределены в соответствии с законом Лапласа-Гаусса (рис.) [1-3].
а - групповое с одноступенчатым разделением
каждого потока на подпотоки; б - централизованное с двухступенчатым разделением исходного потока на подпотоки
1 - емкость для растворов агрохимикатов; 2 - дозатор; 3 - делитель потока; 4 - шланги;
5 - форсунка Рис. - Схема дозирования жидких агрохимикатов:
В первом случае (рис. 1, а) из ёмкости 1 жидкие агрохимикаты выделяются в распределитель дозатором первой ступени, который разделяет поток на подпотоки. Они поступают по отверстиям в форсунки и распределяются по обрабатываемой площади.
Обозначим через Q секундный расход потока,
формируемого дозатором 2. Образуемый им поток поступает в распределитель 3 первой ступени, который разделяет поток на подпотоки. Они поступают по каналам второй ступени, направленным шлангами 4 к форсункам 5. Число потоков, образуемых распределителем первой ступени к форсункам на штангах, обозначим п; х1...,хп - расходы потоков в форсунках; хт1п = т1п(х1...хп); хтах = тах(х1... хп); Л,- представляет дискретную случайную величину, принимающую значения х1...хп; л - математическое ожидание (вероятностное среднее) случайной величины Л; у? —среднеквадратичное отклонение случайной величины £ п - число потоков, образуемых каждым распылителем форсунок.
Зафиксируем один, выбранный произвольным образом, и обозначим через у1, . ,уп - расходы образуемых им потоков. Пусть ут1п=тт(уг..уп) и Утах=тах(у1...уп) - расход образуемых им потоков; ап- среднее квадратическое отклонение дискретной случайной величины п , принимающей значения у1,...уп; ип - коэффициент вариации значений случайной величины п ; Р(А) - величина события А.
Пусть °ли ^заданы, что позволяет выполнить, как показано ниже, вероятностное описание распределения жидких агрохимикатов, формируемого системой центрального распределения в целом.
Так как ^ Х1 —
$ = д п
ст£ = 0,0¿л /п
имеем
(1) (2)
Предположим, что частицы факела распыла распределяются в соответствии с законом Лапласа-Гаусса. Тогда случайная величина будет распределена нормально, в следствие чего можно записать уравнение Л, в виде
Р=\Л — Л> 3а
л
0,003
(3)
Из уравнения (2) и (3) следует, что с высокой степенью точности
*тт=0О-ОДЧ)/п, (4)
*тах=0(1 + О,ОЗ^)/п. (5)
Из нормального распределения величины Л и безграничной делимости любого нормального распределения вытекает, что случайная величина птакже подчиняется закону Лапласа-Гаусса [8,9,10].На основании правила трех сигм будем с достаточной для практики точностью иметь
•Ушах =^тах/П + 3^,
Аналогично формуле (2)
Из (1) и (4) следует, что
(6)
(7)
(8)
Технические науки
(9) (10)
Экстремальное значение расхода для каждого потока из форсунки выражается формулами (4) и (5), а для потоков второй ступени - соотношениями (8) и (9).
Перейдя к рассмотрению совокупности всех потоков второй ступени формируемых средств централизованного распределения, введем матрицу
вследствие чего Утп = £/(тп)-3а0; У™ = е/(тп) + 3^о
На основании нормального распределения случайных величин п и Y будем иметь с высокой степенью точности
Уг
Уп
= Y
та
= У.....
(13)
(14)
Из (9) и (14) свойства транзитности равенства следует что
ст0 = 0,0+ Ц;)/(шп) (15)
Обозначим через и0 коэффициент вариации, характеризующий равномерность распределения жидких агрохимикатов по площади распыла форсунками. На основании (15) запишем:
U
(16)
в
(17)
где У у - производительность потока, направленного на ¡-ю форсунку.
Обозначим через Y дискретную случайную величину, множеством значений которой служит совокупность элементов матрицы М. В силу безграничной делимости нормальных распределений значения случайной величины Y тоже распределены в соответствии с законом Лапласа-Гаусса.
Пусть У - ее математическое ожидание, и0- ее среднеквадратическое отклонение, а Ут1п и Ут- соответственно, наименьший и наибольший элементы матрицы М. Тогда
р]|Г-Г|> ЗиЛ - 0,003
(11) (12)
Во втором случае (рис. б) раствор выводится из емкости 1 несколькими форсунками 2.
Обозначим через ииП коэффициенты вариации, отнесённые к протокам, образуемым соответственно форсунками. Равномерность распределения агрохимикатов по форсункам зависит от и и и Пусть - одно и то же для всех форсунок .
Рассуждая, как выше, получим
и = и+и
Различие между двумя рассмотренными случаями заключается в том, что если дозирование жидких агрохимикатов выполнено по второй схеме, то форсунки ввиду их небольшого числа могут быть отрегулированы достаточно точно на одну норму распыла; это нежелательно для системы централизованного распределения, выполненной по первой схеме.
Результаты и выводы
Посредством тщательного регулирования форсунок на одинаковом уровне можно добиться того, что с достаточной для пр а ктики точностью О п = 0, вследствие чего U = и1 Таким образом, более равномерное распределение агрохимика-тов достигается благодаря регулированию форсунок на одинаковую норму распыла по поверхности поля и растений.
Список литературы
1. Митраков, М. В. Оптимизация гранулометрического состава минеральных удобрений / М. В. Митраков, В. А. Хрипин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2011. - № 7. - С. 9-10.
2. Техника и технология безопасного применения средств защиты растений / Дидио РЖ., Фишер Д.-К., Лерх М. [и др.]. - М. : Агропромиздат, 1991.
- 186 с.
3. МаШ-iies H.J. Meier F., Ytarbook Fgricultural Engineering / Edinion. - 1996, p.227.
4. Капустин, В. П. Энергосберегающая технология внесения химических средств защиты растений / В. П. Капустин, Е. В. Бирюкова // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: Труды 4-й международной научно-технической конференции (ГНУ ВИЭСХ, г. Москва).
- Часть 2. Энергосберегающие технологии в растениеводстве и мобильной энергетике. - М. : ГНУ ВИЭСХ, 2004. - С.115-120.
5. Теория турбулентных струй / Абрамович Г.Н., Гиршович Т.А., Крашенинников С.Ю., Секундов А.Н., Смирнова И.П. ; под ред. Г.Н. Абрамовича.
- 2-е изд. перераб. и доп. - М. : Наука. Главная ре-дация фозико-математической литературы, 1984.
- 388 с.
6. Измайлов, А. Ю. К вопросу обоснования технико-экономического уровня сельскохозяйственных машин и оборудования / А. Ю. Измайлов, В. А. Макаров // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2016. - № 6. - С.3-9.
7. Кулешов, М. С. Распределение воздушно-минеральной смеси по каналам штанговой машины для внесения удобрений / М. С. Кулешов, В. А. Макаров, Н. М. Марченко // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2015. - №3. - С. 17-19.
8. Громшинский, В. Г. Теоретические основы инженерного прогнозирования / В. Г. Громшинский, Г. И. Флиорент. - М. : Наука, 1993. - 237 с.
9. Бышов, В. А. Методика оценки параметров туконаправителя для внесения твердых минеральных удобрений машины с фрезерными рабочими органами / В. А. Бышов, О. Ю. Сбродов // Вестник РГАТУ им. Костычева. - 2016. - № 3 (31).
- С. 49-54.
BecTHUK PrATy, № 4 (36), 2017
THEORETICAL FOUNDATION OF DISTRIBUTION SYSTEM OF LIQUID CHEMICALS IN THE
PROCESSING OF GRAIN CROPS
Latyshenok Michael B, Doctor of Technical Science, Professor, Professor of the Faculty of Organization of Transport Processes and Life Safety, oap.kafedra@mail.ru
Shemyakin Alexander V., Doctor of Technical Science, Associate Professor, Head of the Faculty of Organization of Transport Processes and Life Safety, shem.alex62@yandex.ru Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev, vvt62ryazan@yandex.ru
Grishin Ivan I., Doctor of Technical Science, Professor
Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev
Makarov Valentin A., Doctor of Technical Science, full professor, chief research scientist of the Department of conceptual problems of mechanization of agrochemical support of agricultural production, va_makarov@ rambler.ru
Khripin Vladimir A, Candidate of technical sciences, the head of the Department of conceptual problems of mechanization of agrochemical support of agricultural production, khripin@mail.ru
Zhuravleva Ol'ga I., senior research scientist of the Department of conceptual problems of mechanization of agrochemical support of agricultural production, vnimsot7@mail.ru
FGBNU All-Russian Scientific Research Institute of Mechanization and Informatization of Agrochemical Support of Agriculture, Ryazan.
A lot depends on the improvement of the technology for the use of liquid agrochemicals: the effectiveness of their application, the degree of use, the content of chemical residues in the crop, the safety of the environment, the working conditions of maintenance personnel. The integrated protection of plants, in which the problem of rational consumption is actual, is most fully in line with the principles of ecology and environmental protection Pesticides. Traditional generations are replaced by new generations of drugs whose consumption rates are 1-2 orders of magnitude lower. The loss of pesticides and environmental pollution is associated with the formation of particularly large drops, with a high rate of flow of working fluid (75-300 liters per hectare). In this regard, the current The task and creation of a reliable plant protection system is the improvement and development of new technologies for spraying field crops on the basis of fundamentally new mechanization sits. The latter should ensure the implementation of agrotechnical requirements at a higher level, increase labor productivity, reduce energy costs and environmental protection measures. In this plan, the article is aimed at a comprehensive approach to improving the efficiency of sprayer use by optimizing operating modes, analyzing and summarizing theoretical provisions.
Key words: liquid agrochemicals, mathematical expectation, models, basic schemes, distribution, equations.
Literatura
1. Mitrakov M.V., Hripin V.A. Optimizacija granulometricheskogo sostava mineral'nyh udobrenij / Mehanizacija i jelektrifikacija sel'skogo hozjajstva. - 2011. - №7. - S. 9-10
2. Tehnika i tehnologija bezopasnogo primenenija sredstv zashhity rastenij/Didio R.Zh., Fisher D.-K., Lerh M. i dr. - M. :Agropromizdat, 1991. - 186 s.
3. Matthies H.J. Meier F., Ytarbook Fgricultural Engineering/Edinion, 1996, p.227.
4. Kapustin V.P., Birjukova E.V. Jenergosberegajushhaja tehnologija vnesenija himicheskih sredstv zashhity rastenij // Jenergoobespechenie i jenergosberezhenie v sel'skom hozjajstve: Trudy 4-j mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii (GNU VIJeSH, g. Moskva). Chast' 2. Jenergosberegajushhie tehnologii v rastenievodstve i mobil'noj jenergetike. - M.: GNU VIJeSH, 2004. - S.115-120.
5. Teorija turbulentnyh struj / Abramovich G.N., Girshovich T.A., Krasheninnikov S.Ju., Sekundov A.N., Smirnova I.P.; Pod red. G.N. Abramovicha. Izd.2-e pererab. i dop. - M.: Nauka. Glavnaja redacija foziko-matematicheskoj literatury, 1984. - 388 s.
6. Izmajlov A.Ju., Makarov V.A. K voprosu obosnovanija tehniko-jekonomicheskogo urovnja sel'skohozjajstvennyh mashin i oborudovanija // Sel'skohozjajstvennye mashiny i tehnologii. - 2016. - №6. -S.3-9.
7. Kuleshov M.S., Makarov V.A., Marchenko N.M. Raspredelenie vozdushno-mineral'noj smesipo kanalam shtangovoj mashiny dlja vnesenija udobrenij // Sel'skohozjajstvennye mashiny i tehnologii. - 2015. - №3. - S. 17-19.
8. Gromshinskij V.G., Fliorent G.I. Teoreticheskie osnovy inzhenernogo prognozirovanija. - M.: Nauka, 1993. - 237 s.
9. Byshov N.V., Makarov V.A Sbrodov O.Yu. tukonapravitelja parameter estimation Technique for applying solid mineral fertilizer machines with milling working bodies//Vestnik RGATU them. Kostycheva. -2016. No. 3 (31). -S. 49-54.
