CC BY
3
С N
ТЕХШЧШ НАУКИ
V J
УДК 631.439.21
Б01: 10.15587/2313-8416.2018.145369
ТЕОРЕТИЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ЗОНИ Д11 ПРИСТРОЮ ДЛЯ ЗБИРАННЯ ШК1ДНИК1В ПАСЛЬОНОВИХ КУЛЬТУР
© В. А. Онопа, Д. Ю. Артеменко, Р. В. Бакал
Визначено, що основним фактором, який впливае на процес боротьби зi штдниками екологiчно чистим способом за допомогою пневматичних пристрогв, е конструкщя робочого органу збиральних машин. За-пропоновано удосконалену конструкцт пристрою для збирання штднитв пневматичного типу. Теоретично до^джено зону дИ пристрою для збирання штднитв пасльонових культур. Встановлено три характеры дiльницi змти кiлькостi штднитв, що знаходяться пiд впливом пристрою для збирання штднитв та визначенi Iх величини
Ключовi слова: процес збирання штднитв, пристрш для збирання штднитв, зона дИ пристрою
1. Вступ
В Укрш'ш виникла объективна необхвдшсть по-вернення втраченого за минулi роки iмiджу одше! з проввдних кра!н практично! еколопзацп захисту сшь-ськогосподарських культур ввд шквднишв як визна-чально! складово! свiтовоi стратеги стшкого сшьсь-кого господарства.
Така потреба мотивуеться державним курсом на штеграцш в £С, вступом до СОТ та дощльшстю входження Укра!ни у свiтовий та £вропейський ринки продукпв рослинництва i тваринництва, що виро-бляються за еколопчними технологiями без викорис-тання засобiв хiмiзацil, або з мiнiмальним викорис-танням хiмiчних препаратiв [1].
Разом з тим сшьськогосподарське виробницт-во Укра!ни щорiчно втрачае вiд шквднишв, хвороб та бур'янiв до 30 % валових зборiв i, зокрема, пасльонових культур до 35 % [2, 3].
Серед юнуючих методiв захисту сшьськогос-подарських культур ввд шкiдникiв пневматичний - е одним iз основних екологiчно безпечних способiв, рiвень застосування якого суттево впливае на якiсть отримуваних врожа!в. Iснуючi робочi органи для боротьби з шюдниками пасльонових культур еколопч-но чистим методом, потребують додаткового розвит-ку i вдосконалення. Це е важливим, але мало вивче-ним питанням.
2. Аналiз лiтературних даних i постановка проблеми
Сучаснi науковi даш та рекомендацii щодо розв'язання проблеми захисту сшьськогосподарських культур вiд шквднишв не узагальненi, а iнформацiя про них часто мютиться лише в окремих наукових публжащях.
Так для боротьби iз шкдниками пневматич-ним методом в робот [4] запропоновано агрегат,
який складаеться iз двох ввдцентрових вентиляторiв, повiтропроводiв, насадки та емносп для збирання комах. Пвд час руху агрегату по полю комахи всмок-туються потоком повиря в насадку, транспортуються в сичасту емнiсть, де i знешкоджуються. Недолжом такого агрегату е пiдвищена травмовашсть рослин пiд час збирання шквднишв.
На основi дослiджень [5] були розроблеш аг-регати для збирання шквднишв в основу роботи яких покладено метод збирання шкiдникiв за допомогою розрвдженого повiтря, яке створюеться в одному ви-падку вентиляторами, а в другому - ексгаустером. Агрегат навшуеться на переднiй частинi трактора i складаеться з насадки, повiтропроводу, ексгаустера та емкосп для збирання комах. Зiбранi комахи зни-щуються мехашчним чи iншим способом. Але пвд час роботи такого агрегату частина шквднишв може пот-рапляти на поверхню грунту i уникати до збиральних органiв.
Розроблена машина [6] для збирання шквднишв, складаеться з вентилятора, вхвдного патрубка, який з'еднаний безпосередньо з камерою розрвджен-ня та гнучких комахопроводiв iз соплами з обох бо-шв. Напрям потоку то з одного, то з шшого боку за-безпечуе струшування комах з рослини в збиральну емнiсть. Повiтря, проходячи через робочу камеру, утворюе в нш розрiдження, викликаючи при цьому всмоктуючий потiк, який транспортуе комах в пвддо-ни. По мiрi накопичування шкiдникiв знешкоджують. Така конструк^ е найбiльш перспективною для по-дальшого удосконалення.
Для отримання еколопчно чистого виробницт-ва картоплi, закордонш вченi займалися розробкою конструкцiй пневматичних пристро!в для збирання колорадського жука на поавах картоплi. Дослiдники [7, 8] запропонували рiзнi по конструктивному вико-нанню зразки, але загальним для них е метод збиран-
ня шквднишв за допомогою всмоктування повiтряним потоком в насадки та збирання в резервуари шквднишв з подальшим !х знищенням.
Аналiз розглянутих конструкцiй машин для збирання шквднишв пасльонових культур дозволив прийти до висновку, що найбiльшого поширення за-вдяки сво!й ефективностi набули пневматичнi маши-ни всмоктуючого типу. Використання машин такого типу дозволить яшсно виконати процес збирання шквднишв з мшмальним травмуванням оброблюва-них рослин та отримувати екологiчно чисп продукти харчування.
3. Мета та задачi досл1дження
Метою дослiдження е покращення роботи пристрою для збирання шквднишв пасльонових культур пневматичних збиральних машин шляхом обгрунту-вання його конструкцп, зони ди та якосп збирання.
Для досягнення мети виршувались наступнi
задачi:
- провести огляд юнуючих конструкцiй при-стро1в для збирання шквднишв пневматичним способом з метою визначення переваг i недолiкiв в !х конс-трукщях;
- на основi отриманих даних огляду пристро!в для збирання шквднишв запропонувати нову конс-
Пристрiй для збирання шквднишв двокамерно-го типу всмоктуючий (рис. 1, в) [5, 11, 12] виконаний у виглядi двох окремих робочих камер дугоподiбноl форми, як розташованi по обидва боки вiд рослини. Робочi камери з'еднаш з всмоктуючим патрубком вентилятора. Попк повiтря через отвори в камерах за-хоплюе комах i втягуе !х в конфузор.
Осшльки вiдсутнi науково-обгрунтованi реко-мендаци щодо виявлення найбiльш рацюнально! конструкцп пристрою для збирання шквднишв, який забез-печуе ефективне збирання комах, необхвдш додатковi дослвдження з метою виявлення найб№ш рационально! схеми пристрою та режимiв його роботи.
4.1. Обгрунтування зони ди пристрою для збору шкiдникiв
Для забезпечення рiвномiрного тотального збору шквднишв з кущiв запропонований пристрiй для збирання шквднишв [13]. Конструктивно вш виконаний у виглядi насадки зi щiлинами по всiй внут-рiшнiй поверхнi, що мае в перпендикулярному до на-
трукцш та теоретично обгрунтувати зону ди пристрою на оброблюваний кущ, а також яшсть збирання шквднишв.
4. Матерiали i методи дослщження
В безпосередньому контактi iз шкдником зна-ходиться виконавчий робочий орган збирально! ма-шини - пристрш для збирання шк1дник1в. Аналiз конструкцiй iснуючих робочих органiв машин для збирання шквднишв дозволив видшити три типи пневматичних пристро!в рис. 1.
Пристрш для збирання шквднишв дифузорного типу всмоктування (рис. 1, а) використовуеться на пневматичних машинах, розроблених за кордоном [9]. Пристрш включае камеру розрвдження з горизонтальною вузькою щшиною у нижнш частиш, через яку шкдники всмоктуються з рослини в трубопровод за рахунок розрiдження, що створюеться вентилятором. Недолжом такого пристрою е неможливють збирання комах з бокових поверхонь рослини, а та-кож часткове струшування комах на грунт.
Пристрiй для збирання шквднишв двокамерно-го типу, комбшований (рис. 1, б) [6, 10] являе собою робочi камери з соплами нагнггального типу для струшування комах з рослини i з лотками з всмокту-ючим потоком для збирання комах.
двока-
пряму руху перерiзi пiдковоподiбну форму i представлений на рис. 2.
Рис. 2. Схема запропоновано! конструкцп пристрою для збирання шквднишв: 1 - робоча камера; 2 - щiли-ни; 3 - патрубок
а б в
Рис. 1. Схеми конструкцш пристро!в для збирання шквднишв: а - дифузорного типу всмоктування; б -мерного типу, комбшований; в - двокамерного типу всмоктуючий
Для можливосп подальшого удосконалення конструкци пристрою для збирання шшднишв необ-хвдно знати межi зони його ди на оброблювану рос-лину (для пасльонових культур - кущ картопл^.
Пвд час роботи збирального агрегату по мiрi найду на кущ новi його частини вступають у зону всмо-ктування i збору шк1дник1в. Схематично це можна представити як перемiщення деяко! площини перерiзу напiвсфери куща радуса г перпендикулярно! до вектора швидкосп перемiщення агрегату Уагр (рис. 3). Таким чином все бшьша шльшсть шшднишв потрапляе в зону дп всмоктувального робочого агрегату.
Рис. 3. Схема поступового збшьшення зони дi! пристрою для збирання шшднишв
Пiд час дослвдження процесу збору шк1дник1в обранi наступш припущення:
- кущ схематично представлений у виглядi на-пiвсфери радусом г;
- шшдники по об'ему куща розподiляються рь вномiрно зi щiльнiстю д;
- при вiдривi шкодника ввд поверхнi листка i його руху до щiлини пристрою для збирання шквднишв обертання самого шшдника навколо власного центру маси не ввдбуваеться;
- пристрш для збирання шкiдникiв рухаеть-ся з постшною швидкiстю, рiвною швидкосп агрегату Уагр.
З урахуванням припущення стосовно рiвномi-рностi розпод^ шкiдникiв по об'ему куща постае задача визначення закономiрностi змiни шлькосп шшднишв, якi потрапляють у зону дп роботи всмок-тувального пристрою, для обгрунтування його конс-труктивних i технологiчних параметрiв.
1з представлено! схеми (рис. 3) видно, що площа перетину пристроем для збирання шшднишв куща спочатку збiльшуеться досягаючи максимуму в цен^ сфери (куща), а попм зменшуеться до нуля. При цьому об'ем куща, що обробляеться, весь час збшьшуеться.
Для визначення залежностi величини площi перетину вiд шляху Ьа, який пройшов робочий орган над кущем, розглянуто два спряжених трикутники ДАВС i AВСD. На пiдставi того що кут Z в завжди
прямий i опираеться сторонами АВ i ВD на дiаметр сфери, вказанi трикутники е подiбними. Виходячи з цього:
AC _ CB CB ~ CD'
(1)
Сторона СВ е радусом кола, що утворюеться сiченням сфери. Тодi маемо:
CB = р.
(2)
Сторона СD е шляхом Ьа, який проходить зби-ральний агрегат за час роботи
CD = L = V ■ t .
a агр p
(3)
Пвдставляючи значения сторш трикутник1в (1, 2) в (3) отримаемо:
Р = уЦ2г - La )■ La. (4)
Ввдповвдно площа перетину куща дор1внюе:
Sv = _ 2 r - La )■ La.
(5)
Рiвняння (5) встановлюе зв'язок мiж шляхом пройденим агрегатом над кущем i площею його перетину. Змша площi перетину ввд шляху Ьа, пройденого пневматичною насадкою над кущем представлено на рис. 4.
Рис. 4. Залежшсть змши площi перетину куща ввд пе-ремiщення пристрою для збирання шшднишв (г=0,15м)
Згвдно графiку (рис. 4) максимум досягаеться при шляху Ьа= г, тодi з рiвняння (5) отримаемо:
Smax =Ж' (2r - r) ■ Г = Г
або з р1вняння (4) маемо:
(6)
P =
2r - r)•
- r )• r = r.
Таким чином paAiyc nepepi3y дорiвнюe радiусу сфери куща.
Оскiльки перемiщення в сферi складае La=2 r , з рiвняння (4) отримаемо:
p = у](^2r - r ) • 2r = 0.
(7)
Вiдповiдно i площа перерiзу дорiвнюе нулю (5=0), тодi пристрiй для збирання шквднишв повнiс-тю пройшов кущ, що обробляеться.
Встановлена закономiрнiсть змiни перерiзу суттево впливае на розподiл навантаження, яке при-падае на пристрш для збирання шквднишв. Врахову-ючи прийнятий рiвномiрний розподiл шкiдникiв по об'ему куща зi щiльнiстю q, визначаемо що !х шльшсть в елементарному об'емi куща буде тим б№ша, чим бiльша усереднена площа вибраного елементар-ного об'ему. Розглянемо можливу кiлькостi шквднишв в елементарному об'емi (рис. 3)
dM = qv• Sv• dLa.
(8)
де dM - шльшсть шкiдникiв в елементарному об'емг
Пiдставляючи в рiвняння (8) значення площi перерiзy з рiвняння (5), отримаемо:
dM = 1 qv-x{ 2 r - L )• La • dLa .
(9)
Рiвняння (9) фiзично ввдображае кiлькiсть шкiдникiв, що потрапили в елементарний об'ем пло-щею SL i товщиною dLa.
Представимо рiвняння (7) у виглядi:
т „ r, dM 1 , г ч т J = M'=-= - q • ж( 2 r - L )• L .
dL 2 v v a
(10)
Залежнiсть (10) е диференцшованою фyнкцiею розподiлy шкiдникiв при перемщенш пристрою для збирання шкiдникiв з постшною швидкiстю Уагр. Ïï графж аналогiчний графiкy, представленою на рис. 4 i показуе як змiнюеться шльшсть шквднишв, що зби-раеться агрегатом в залежносп вiд його перемщення. Рiвняння (10) е диференцшованим рiвнянням першо-го порядку з розподiляючими змiнними. Його ршен-ня визначае iнтегральнy фyнкцiю розподiлy шквднишв в залежносп вiд шляху перемщення пристрою для збирання шквднишв над кущем. Ршення рiвнян-ня мае вигляд:
1 7
dM = q ж r • L • dL--q ж L • dL ; (11)
-i v a a ^ -i a aj v '
2 r ^ 2r
J dM = q • ж • r • J L • dL — qжJ L • dL ; (12)
(M) 0 2 0
M = — q •ж • r • L„
3
2r 1
--q •ж^La
0 6
2 r
0.
(13)
Псля шдставлення границь i перетворень маемо:
M = — а •ж • r 3 v
(14)
Результат вiдображуе кiлькiсть шкiдникiв в об'емi нашвсфери куща рiвномiрно розмiщених з щшьшстю q.
Для аналiзу змiни щшьносп зiбраних шшдни-кiв, що потрапили в зону пристрою для збирання шквднишв, залежно ввд шляху, який вш пройшов над кущем, отримана залежнiсть (14), аналiз яко! представлений на рис. 5.
Рис. 5. Залежнiсть змiни шлькосл шкiдникiв, що попадають в зону присмоктування пристроем для збирання шквднишв, ввд шляху, який вш проходить над кущем (qv=2000 шт/м3; r=0.15м)
З рис. 5 видно три характерш дiльницi змiни шлькосп шкiдникiв, що знаходяться пiд впливом пристрою для збирання шкiдникiв. Перша з них (Уагр<0,1 м) ввдповвдае швидкому росту кiлькостi
шкiдникiв. Друга в межах 0,25м>£а>0,1 м ввдображае, практично, лшшне зростання шквднишв. Третя при La>0,25 м характеризуе гальмування приросту шль-костi шквднишв i стабшзацш 1х значення на макси-
мальному piBHi, що вiдповiдаe ïx загальнiй кiлькостi на кущi, який обробляеться.
В цiлому слiд зауважити, що незважаючи на складний характер залежносп, яка е iнтегральною функщею накопичення шкiдникiв, ïx кiлькiсть 3i збь льшенням шляху перемiщення робочого органу в кущi також зб№шуеться. Мiнiмальна кiлькiсть спо-стерiгаеться при La=0. Тодi, як видно з рiвняння (13) М=0. Максимальна шльшсть ввдповвдае шляху робочого агрегату La=2r i визначаеться рiвнянням (14).
5. Результати дослщжень
В результат проведених пошукових досль джень було запропоновано удосконалену конструк-цiю пристрою для збирання шшднишв. Для визначення рацюнальних параметрiв пристрою для збирання шшднишв були проведеш теоретичш досль дження по визначенню зони його дiï.
В подальшому плануеться виготовлення екс-периментальних зразшв нового пристрою для збирання шшднишв та проведення експериментальних
дослвджень по визначенню оптимальних параметрiв робочих елеменпв якi впливають на його технолоп-чнi характеристики.
6. Висновки
1. Проведено аналiз роботи найпоширешших пристроïв для збирання шкiдникiв i з'ясовано, що жодна конструкщя не може в повному обсязi задово-льнити вимоги по мiнiмальному травмуванню рослин та максимальнiй кiлькостi зiбраниx шкiдникiв. Роз-роблена та запропонована нова конструкцiя пристрою для збирання шшднишв (рис. 2), що дае мож-ливють якiсно виконати процес збирання шкiдникiв пасльонових культур та уникнути пошкодження об-роблювано! рослини.
2. В результатi проведених теоретичних досль джень отримано залежнiсть змши площi перетину куща ввд перемщення пристрою для збирання шкiдникiв (5), а також, з'ясовано, що максимальна шльшсть шквднишв буде зiбрана пристроем пiсля проходу трьох дiлянок зони його да на оброблюваний кущ (рис. 5).
Лiтература
1. Система защиты с.-х. культур от вредных организмов в условиях биологизации земледелия Кировоградской области / Волошина Н. М. и др. Кировоград, 1991. 40 с.
2. Кононученко В. В., Положенець В. М. Сучасний стан виробництва картопп в Украш та проблеми еколопчно! безпе-ки // Вiсник ДААУ "Проблеми виробництва екологiчно чисто! с.-г. продукцп". Житомир: Вид-во ДААУ, 2000. С. 27-28.
3. Науково-обгрунтована система ведення агропромислового виробництва в Юровоградськш областi / Савранчук В. В. та ш. Кiровоград: ПП 'Лра ЛТД", 2005. 264 с.
4. Борьба с вредителями пневмоспособом / Руденко И. Е. и др. // Защита растений. 1991. № 10. С. 16.
5. Пристрий для збирання колорадського жука / Бендера I. М. та ш. // Науюж розробки, рекомендован виробництву. Хмельницький: ЦНТЕ1, 1996. С. 46.
6. Устройство для сбора насекомых: А.с. 1530158. СССР. МКИ А 01 М5/08 / Н. С. Куликов, А. Ф. Братусь, О. М Винтер № 4681253/15; Заявл. 20.04.89; Опубл. 30.10.91. Бюл. № 40. 3 с.
7. Khelifi M., Lague C., Lacasse B. Pneumatic control of insects in plant protection / ed. by Vincent C., Panneton B. Fleurat-Lessard F. // Physical control methods in plant protection. Berlin: Springer-Verlag, 2001. P. 261-269. doi: http://doi.org/10.1007/ 978-3-662-04584-8_18
8. Effects of airflow velocity and travel speed on the removal of Colorado potato beetles from potato plants / Lacasse B. et. al. // Canadian Agricultural Engineering. 1998. Vol. 40, Issue 4. P. 265-272.
9. Vincent C., Boiteau G. Pneumatic control of agricultural insect pests / ed. by Vincent C., Panneton B., Fleurat-Lessard F. // Physical Control Methods in Plant Protection. La Lutte Physique en hytoprotection. New York: Springer-Verlag, 2001. P. 270-281. doi: http://doi.org/10.1007/978-3-662-04584-8_19
10. Rifai M. N., Lacko-Bartosova M., Minar M. Possibilities for Non-chemical Control of Colorado Potato Beetle // Acta Technologica Agriculturae, Slovaca Universitas Agriculturae Nitriae. 1998. P. 24-27.
11. Rifai M. N., Lacko-Bartosova M., Minar M. Effectiveness of Bio-Collector in Control of the Colorado Potato Beetle // Machinery and Technology for Sustainable Agriculture. Narodna Pobocka Istro na Slovensku. 1998. P. 4-6.
12. Матяш В. Про виробництво еколопчно чистих продубив, або як колорадського жука знищити без хiмu // Пропо-зищя. 2002. № 2. С. 70-72.
13. Насадка пристрою для збирання комах з рослин: Декл. пат. 8906 UA. МКИ А01 М5/00 / Онопа В. А., Петренко М. М., Кириченко А. М., Онопа В. В. № 200502778; Заявл. 28.03.2005; Опубл. 15.08.2005; Бюл. № 8.
Рекомендовано до публгкацИ д-р техн. наук, професор Сало В. М.
Дата надходження рукопису 23.08.2018
Онопа Володимир Анатолшович, кандидат техшчних наук, доцент, кафедра альськогосподарського ма-шинобудування, Центральноукрашський нацюнальний техтчний ушверситет, пр. Утверсигетський, 8, м. Кропивницький, Украша, 25006 E-mail: [email protected]
Артеменко Дмитро Юршович, кандидат техшчних наук, доцент, кафедра альськогосподарського ма-шинобудування, Центральноукрашський нацюнальний техшчний ушверситет, пр. Ушверситетський, 8, м. Кропивницький, Украша, 25006 E-mail: [email protected]
Бакал Роман Вшторович, кафедра альськогосподарського машинобудування, Центральноукрашський нацюнальний техшчний ушверситет, пр. Ушверситетський, 8, м. Кропивницький, Украша, 25006 E-mail: [email protected]
