Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 7
1.1. Интегрированная система защиты плодовых культур в горных садоландшафтах 7
1.2. Основные требования к опрыскивателям и их классификация 9
1.3. Конструктивные особенности опрыскивателей, используемых для защиты плодовых культур в горном и предгорном садоводстве 14
1.4. Анализ современных методов распыливания жидкостей 22
1.5. Акустическое распыливание жидкости, особенности конструкций акустических распылителей и установок 32
1.6. Анализ факторов, влияющих на параметры работы пневмоакустических распылителей 41
1.7. Выводы по главе, цель и задачи исследований 44
ГЛАВА 2. Теоретическое обоснование основных параметров и разработка опрыскивателя с пневмоакустическими распылителями 47
2.1. Обоснование конструктивно-технологической схемы пневмоакустического распылителя для ультрамалообъемного опрыскивания плодовых деревьев 47
2.2. Исследование процесса работы пневмоакустического распылителя 51
2.3. Обоснование конструктивно-технологической схемы и параметров ультрамалообъемного опрыскивателя с пневмоакустическими распылителями 71
2.3.1. Обоснование конструкции ультрамалообъемного опрыскивателя с пневмоакустическими распылителями 71
2.3.2, Расчет и выбор пневматического оборудования 75
2.3.3. Оптимизация параметров ультрамалообъемного опрыскивателя с пневмоакустическими распылителями 81
2.4. Выводы по главе 83
ГЛАВА 3. Программа и методика экспериментальных исследований 86
3.1. Цель и задачи экспериментальных исследований 86
3.2. Программа экспериментальных исследований 86
3.3. Планирование экспериментальных исследований 87
3.4. Методика определения качественных показателей опрыскивания .. 90
3.5. Методика обработки результатов исследований 97
3.6. Аппаратура, установки и приборы для проведения экспериментальных исследований 101
3.7. Выводы по главе 108
ГЛАВА 4. Анализ результатов экспериментальных исследований 109
4.1. Влияние параметров работы пневмоакустического распылителя на радиус факела распыла 109
4.1.1. Реализация матрицы планирования 109
4.1.2. Оценка значимости коэффициентов регрессии 109
4.1.3. Оценка адекватности и воспроизводимости математической модели 113
4.1.4. Математическая модель поверхности отклика 116
4.1.5. Оптимизация основных параметров пневмоакустического распылителя 117
4.2. Оптимизация качественных показателей работы пневмоакустического распылителя жидкости 123
4.3. Производственные испытания ультрамалообъемного опрыскивателя с пневмоакустическими распылителями 124
4.4. Выводы по главе 128
ГЛАВА 5. Экономическая эффективность результатов
Исследований 129
Общие выводы 145
Рекомендации производству 147
Список использованной литературы 148
Приложения 162
- Интегрированная система защиты плодовых культур в горных садоландшафтах
- Конструктивные особенности опрыскивателей, используемых для защиты плодовых культур в горном и предгорном садоводстве
- Обоснование конструктивно-технологической схемы пневмоакустического распылителя для ультрамалообъемного опрыскивания плодовых деревьев
- Методика определения качественных показателей опрыскивания
Введение к работе
Интенсивный путь развития садоводства требует непрерывного совершенствования и углубления отраслевой и межотраслевой специализации, внедрения прогрессивных технологий, особенно изменения в структуре парка машин и оборудования для механизации трудоемких производственных процессов в садоводстве.
В существующей технологии выращивания плодов особенно важная роль принадлежит химическому методу борьбы с вредителями и болезнями. Для получения продукции высокого качества возникает необходимость применения значительного объема химических препаратов. До последнего времени в горных и предгорных садах приходилось проводить до 10...12 опрыскиваний за один вегетационный период. Это, естественно, загрязняет окружающую среду.
Поэтому вопросы экологии приобретают особую остроту при освоении под промышленные сады склоновых и галечниковых земель горно-предгорной территории. Объясняется это тем, что с одной стороны яблоня (основная плодовая культура) является самой пестицидоемкой культурой, требующей интенсивной химической защиты, а с другой стороны горно-предгорные ландшафты отличаются насыщенностью территории водными источниками (горные реки, минеральные источники, озера и т.п.). Плодовые насаждения здесь находятся в непосредственной близости к заповедным и курортным зонам, во многих случаях практически примыкают к населенным пунктам, что ужесточает требования экологического характера.
Такие условия региона требуют повышенной экологичности рекомендуемых технологий и технических средств химической защиты плодовых культур.
Используемые в настоящее время опрыскиватели для ухода за плодовыми насаждениями в горном и предгорном садоводстве имеют ряд недостатков: низкая производительность, большие расходы пестицидов, горюче-смазочных материалов, затраты времени и труда. Кроме этого, рядовая структура садов,
сориентированная на тракторную обработку, вынуждает в течение вегетации проезжать по каждому ряду несколько десятков раз, что вызывает сильное уплотнение почвы и снижение ее плодородия.
Все это вызывает необходимость существенных изменений в структуре организации технологии ухода за плодовыми насаждениями:
снижение числа проходов техники между рядами;
применение широкозахватных высокопроизводительных и комбинированных машин.
Исходя из вышеизложенного, разработка и внедрение в производство высокоэффективного опрыскивателя, способного проводить ультрамалообъем-ное опрыскивание при обработке плодовых деревьев в интенсивном горном и предгорном садоводстве, является в настоящее время важнейшей задачей и обуславливает актуальность данных исследований.
Интегрированная система защиты плодовых культур в горных садоландшафтах
В Кабардино-Балкарии садоводство исторически является одной из основных отраслей сельского хозяйства, а ее природно-климатические условия оптимальны для выращивания плодов высоких товарных и питательных качеств.
Для успешного выращивания плодов и получения высоких урожаев необходима разработка экологически безопасной, экономичной, ресурсосберегающей технологии для каждой плодовой зоны с тем, чтобы яблоня с наибольшей отдачей реализовывала свой генетически заложенный потенциал продуктивности.
Утвержденные Министерством сельского хозяйства Кабардино-Балкарии «Рекомендации по защите яблони от вредителей, болезней и сорняков в горных садоландшафтах» (г. Нальчик, 2003 г.) разработаны с учетом всех компонентов садового агроландшафта (комплекс абиотических факторов, адаптивные свойства яблони и доминирующий состав вредных организмов, связанный с нею пищевыми связями). Сформировать садовые агроценозы аналогично природным возможно только с учетом специфики климатических условий, видового состава доминирующих вредителей и болезней, а также прогноза их развития, восприимчивости к ним сортов яблони в разных экологических нишах, создавая условия и используя уже имеющиеся природные, неблагоприятные для развития вредных организмов [2, 105].
Основные направления формирования горных агроценозов следующие:
1. При закладке молодых садов до 50% площадей следует занимать сортами иммунными к доминирующей болезни — парше, а также обладающими высокой полевой устойчивостью не только к парше, но и к другим патогенам. В итоге сокращается фунгицидный пресс, вместо 9-10 опрыскиваний фунгицидами, достаточно проведение 1-2 опрыскиваний. Практически не требуется опрыскивать фунгицидами сорта Флорина, Либерти, Ламбурне, КООП-10, КООП-13, Лашин, Лесгор, Азау, Старк Нарт и др.
2. При закладке молодых садов яблони ценными по хозяйственно-биологическим признакам, но восприимчивыми к парше, монилиальному ожогу, мухоседу, одновременно устойчивыми к мучнистой росе следует располагать на верхних частях склонов южной экспозиции; устойчивые к парше и монилиальному ожогу, но сильновосприимчивые к мучнистой росе — в нижней части склона северной экспозиции. Сорта, одновременно сильновосприимчивые к парше, мучнистой росе, монилиальному ожогу, мухоседу следует располагать на склонах южной экспозиции в средней и нижней их части.
3. Иммунные сорта следует размещать от сильнопоражаемых (мощных источников накопления и продуцирования инокулюма патогенов) на расстоянии не менее 900 м, используя естественные буфера в виде выступов рельефных образований, препятствующих разносу спор горно-долинными ветрами или создавая барьеры из косточковых пород или орехоплодных культур.
4. Для повышения эффективности и экономичности защитных мероприятий следует использовать наиболее современную технику, позволяющую снизить расход воды (на сегодняшний день на обработку плодоносящего сада требуется 1200-2000 л/га воды, а молодого сада — 900-1200 л/га). Следует использовать пестициды с низкой экотоксичностью, малыми нормами расхода, препаративных форм, не вызывающих забивания распылителей опрыскивателей.
Разработанная интегрированная система защиты яблони в горных условиях [118] представляет систему мероприятий по управлению в яблоневых аг-роценозах численности вредных организмов, сдерживая ее на допороговом уровне с использованием взаимодополняющих методов агротехники: биологической защиты, посадок устойчивых сортов, но основная роль принадлежит химическому методу. Фундаментом системы являются мероприятия по снижению запаса вредных организмов, уходящих на зиму и перезимовавших.
Анализ показывает, что используемые в горных садоландшафтах опрыскиватели не отвечают современным требованиям: имеют большие расходы рабочей жидкости (1000...2000 л/га), низкую производительность, большие затраты времени и труда на приготовление рабочей жидкости, гидравлические распылители часто забиваются.
Исходя из этого возникает необходимость анализа конструкций современных опрыскивателей, способов повышения их производительности и выявления основных направлений совершенствования конструкций распылителей и опрыскивателей в целом.
Конструктивные особенности опрыскивателей, используемых для защиты плодовых культур в горном и предгорном садоводстве
В основу разработки навесных опрыскивателей положен принцип агре-гатно-узловой унификации, заключающийся в том, что из унифицированных базовых узлов (рама, бак, насос, коммуникации, силовой агрегат, вентиляторное устройство) путем их различного сочетания и дополнительного ввода оригинальных рабочих органов образуются различные по назначению модификации опрыскивателей со степенью унификации сборочных единиц в пределах 65-95%. В основу семейства навесных опрыскивателей положена емкость бака 400 л.
Для механизации химической обработки яблоневых садов разработано семейство навесных опрыскивателей ОН-400, ОН-400-4, ОН-400-5, которые аг-регатируются с тракторами Т-25, Т-54В, МТЗ всех модификаций и ЮМЗ-6Л/6М (рис. 1.2). Технические характеристики приведены в табл. 1.4.
Технологические схемы навесных опрыскивателей незначительно отличаются друг от друга (рис. 1.3).
Рабочая жидкость из бака 1 через всасывающий фильтр 8 засасывается насосом 3 и подается к пульту управления 4. От пульта управления через дозатор 7 жидкость поступает к распиливающему соплу вентилятора и в распыленном виде при помощи воздуха транспортируется на обрабатываемые культуры.
В напорной линии жидкость пультом управления по рукаву 18 подается к предохранительному клапану 12.2, вмонтированному во фланец, на котором установлена гидравлическая мешалка 12.1. Гидравлическая мешалка 12.1 служит для поддержания равномерной консистенции раствора в баке и функционирует как при работе рабочих органов, так и при заправке.
Избыток жидкости из пульта управления по переливной магистрали 17 через переключатель 9 поступает обратно в бак 1. Опрыскиватели, применяемые для химической защиты яблони, оборудуются центробежными распылителями.
Унифицированные центробежные тангенциальные распылители Н.059.020 и Н.059.30 устанавливают на большинстве тракторных опрыскивателей. Такой распылитель состоит из корпуса 2 (рис. 1.4), изготавливаемого из капрона и армированного ниппелем 1 из нержавеющей стали, а также вставки 3 из твердого сплава и заглушки 5, уплотненной резиновым кольцом 4.
Входной канал распылителя выполнен непосредственно в корпусе и входит в камеру завихрения по касательной к ее диаметру. Высота камеры завихрения ограничивается резьбовой заглушкой. Камера завихрения представляет собой усеченный конус, ограниченный соплом - вставкой, корпусом и конусом заглушки. Преимуществом этих распылителей является меньшая склонность к засорению в связи с отсутствием сердечника. Однако эти распылители не обеспечивают достаточную равномерность распыла.
Центробежный виноградниковый распылитель состоит из корпуса 1, гайки 5, камеры 3, фильтра 2 и шайбы 4.
Подаваемая под давлением жидкость из корпуса поступает через фильтр в камеру и, приобретая вращательное движение, входит в окружающее пространство в виде конического факела [116, 117]. Распылитель снабжен двумя сменными камерами и двумя распыливающими шайбами.
Распылители являются ответственной частью всякого опрыскивателя. Техническая и экономическая эффективность проводимого мероприятия, а в значительной степени и эксплуатационные показатели машины, зависят от работы распылителей: качества распыла, характера покрытия растений распыленной жидкостью, пропускной способности и производительности.В нашей стране широкое распространение для защиты яблони в горных садоландшафтах получили тракторные прицепные и навесные опрыскиватели ОВС-А, ОВТ-1А, ОВТ-1В, ОН-400-4, ОН-400-5 с приводом от ВОМ трактора, которые агрегатируются с тракторами ДТ-75М, МТЗ всех модификаций, Т-25 и ЮМЗ (рис. 1.1) [10, 15, 16, 42, 77, 92, 93, 109].
Прицепные тракторные опрыскиватели отличаются друг от друга принципом действия и назначением, имеют определенное количество идентичных по конструкции сборочных единиц и деталей.
Все сборочные единицы прицепных опрыскивателей смонтированы на одноосном прицепе-тележке. Основными частями опрыскивателей являются: рама, опирающаяся на пневматические колеса, бак, силовой агрегат с винтовой или гидравлической мешалкой, поршневой насос, карданная передача, вентиляторное распыливающее устройство, заправочное устройство и брандспойт. В прицепной части рамы крепится прицепное устройство для агрегатирования с трактором.
Вентиляторный садовый опрыскиватель ОВС-А предназначен для химической борьбы с вредителями и болезнями яблоневых садов. При опрыскивании садов используется опрыскиватель в основном с вентиляторным распыли-вающим устройством двухстороннего действия. При обработке полезащитных полос и высоких деревьев используется опрыскиватель одностороннего действия со спиральной улиткой. Для обработки молодых садов и бессистемных посадок применяют брандспойты.
Опрыскиватель ОВТ-1А предназначен для химической борьбы с вредителями и болезнями яблоневых садов. Для обработки яблоневых садов опрыскиватель комплектуется универсальным щелевым соплом одностороннего действия.
Вентиляторный прицепной опрыскиватель ОВТ-1В отличается от ОВТ-1А конструкцией распыливающего рабочего органа, заимствованного у навесного опрыскивателя ОН-400-5, а также конструкцией рамы. Рама опрыскивателя ОВТ-1В несколько короче рамы опрыскивателя ОВТ-1А, прицепная часть рамы усовершенствована. Дая обработки яблоневых садов и виноградников вентиляторное распыливающее устройство опрыскивателя комплектуется сменными соплами.
Обоснование конструктивно-технологической схемы пневмоакустического распылителя для ультрамалообъемного опрыскивания плодовых деревьев
Разработкой технологий ультрамалообъемного (УМО) опрыскивания и совершенствованием оборудования для их осуществления занимались многие ученые и специалисты как в нашей стране, так и за рубежом, в том числе А.А.
Артюшин, Е.А. Барышев, Г.С. Беженарь, Е.А. Беляев, И.Ф. Бородин, В.А. Вялых, В.Ф. Дунский, Г.Г. Маслов, А.Н. Медовник, Н.В. Никитин, Я.К. Омелюх, В.Н. Стельмах, А.А. Цымбал, В.А. Чернов, Л.А. Шомахов, М.И. Штеренталь и др. Метод УМО опрыскивания подразумевает обработку плодовых деревьев малыми нормами расхода жидкости, что требует высокой точности дозирования [7,24,26,27,40,41,48, 53, 54, 59, 66, 78, 79, 80, 81, 90, 97, 99, 114, 120, 123].
Требование по монодисперсности распыла жидкости является одним из главных условий применения метода УМО опрыскивания. Используемые в обычных опрыскивателях гидравлические и пневматические распылители имеют большую полидисперсность распыла.
Поэтому в конструкциях УМО опрыскивателей применяется новый тип распылителей — вращающиеся (ротационные), распыливающие элементы которых выполнены в виде различного рода дисков, конических чаш и барабанов, вращающихся с большой скоростью. Такое конструктивное решение приводит к уменьшению эффективности опрыскивания и увеличению сноса капель рабочей жидкости ветром. Кроме этого, такие распылители непригодны для обработки плодовых деревьев.
С целью увеличения проникающей способности аэрозоля вглубь объемной кроны деревьев с более равномерным распределением капель на обрабатываемом объекте предложен новый пневмоакустический распылитель жидкости (рис. 2.1) [111, 120].
Предлагаемый пневмоакустический распылитель жидкости включает корпус сопла 1, соосно размещенный в корпусе сопла 1 в подшипниках 2 закрытого типа стержневой излучатель 3, фиксируемый от осевого перемещения стопорным кольцом 4. На втулке 5, охватывающей корпус сопла 1 и фиксируемой стопорной гайкой 6 установлен штуцер 7 для подачи сжатого воздуха. Такое соединение образует воздушный канал 8 кольцевой формы, который через штуцер 7 и равномерно распределенные отверстия 9 в корпусе сопла 1 соединено с системой подачи сжатого воздуха. Коническое сопло 10 своей конусной частью, охватывающей корпус сопла 1 с зазором, соединено с системой подачи жидкости штуцером 11 и притянуто к втулке 5 накидной гайкой 12.
На конце стержневого излучателя 3, выступающего за срез корпуса сопла 1, закреплен резонатор 13 акустических колебаний. В полости 14 резонатора 13 вмонтирован упругий элемент 15, защищенный высокоизносостойкой отражающей шайбой 16, установленной с зазором в резонаторе 13.
Сжатый воздух, подаваемый через штуцер 7 к воздушному каналу 8, проходя через равномерно распределенные отверстия 9 вытекает из выходного отверстия газоструйного излучателя, образуемого внутренним объемом корпуса сопла 11 на его выходе и стержневым излучателем 3, в результате чего создается разряжение в объеме концентрического сопла 10.
Под действием этого разряжения поступающая жидкость всасывается через штуцер 11 в резонирующую полость, образованную краем корпуса сопла 1 и полостью 14 резонатора 13, где подаваемый под постоянным давлением воздух, создавая переменные звуковые колебания, дробит и распыливает жидкость на мелкие капли, образуя высокодисперсный аэрозоль.
Упругий элемент 15, геометрические размеры которого выбраны из расчета резонансной частоты звуковых колебаний, увеличивает акустический эффект.
Отражающая шайба 16, перемещаясь в полости 14 под давлением колебаний воздуха, защищает от износа упругий элемент 15.
Распыленное облако мелких капель жидкости в воздушном потоке обтекает резонатор 13 и, отражаясь от внешней стенки концентрического сопла 10, получает завихрение от вращающегося резонатора 13 относительно его продольной оси.
Изменение частоты вращения резонатора 13 влияет на степень завихрения и факел распыла получаемого потока аэрозоля, направляемого на обрабатываемый объект.
Предлагаемая конструкция пневмоакустического распылителя жидкости с наличием упругого элемента с высокоизносостойкой отражающей шайбой обеспечивает бесперебойность в работе, т.е. исключает забивание распылителя, а также наличие строго направленного и завихренного мелкодисперсного облака аэрозоля увеличивает проникающую способность аэрозоля вглубь объемной кроны, обеспечивает адресное попадание капель на элементы растений, сводит потери частиц жидкости к минимуму с более равномерным распределением капель на обрабатываемом объекте, повышая тем самым эффективность распыли-вания жидкостей.
Методика определения качественных показателей опрыскивания
Для определения размеров капель применялся иммерсионный способ. Иммерсионный способ основан на улавливании капель на предметное стекло, покрытое несмешивающейся жидкостью с меньшей плотностью, чем исследуемая жидкость. На этом способе основан принцип работы поточной ловушки.
Измерение капель под микроскопом производилось следующим образом. Стеклянные пластинки с уловленными каплями устанавливались на предметный столик микроскопа, имеющего два поступательных взаимно перпендикулярных перемещения. Координатное перемещение стойки позволяло просматривать осевшие капли на стеклянной пластинке и последовательно производить их замер. Кратность увеличения капель через объектив и окуляр микроскопа составляла VM=VOKVo5= 7-8=56. (3.3)
Одно деление окулярного микрометра соответствовало 20 мкм. Замер капель производился непрерывно в поле зрения микроскопа. С каждой стеклянной пластинки замерялось 150...200 капель, а с пяти
750...1000 капель. Замер капель распыленной жидкости производился при различных давлениях воздуха (0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25 и 0,3 МПа). Давление воды составляло 0,08 МПа. Данные замеров капель записывались в таблицу.
Для определения качественных показателей опрыскивания была использована методика по испытанию опрыскивателей [75].
Скорость движения установки составляла 6 км/ч. Исследования проводились с использованием рабочей жидкости, которая представляла собой водный раствор чернил «Радуга» (ТУ 2389-036-06916705-02).
Исследования опытного образца пневмоакустического распылителя в лабораторных условиях проводили с целью получении отпечатков капель распыленной жидкости при помощи улавливающих поверхностей. Для этого ис-пользовали листы из мелованной бумаги белого цвета и плотностью 90 г/м [д88]. Выбор данного типа бумаги обусловлен тем, что на ее поверхности капли не растекались и не впитывались, Размер улавливающих поверхностей составлял 50x70 мм.
Для оценки качества опрыскивания плодовых деревьев улавливающие поверхности крепились на листьях при помощи канцелярских скрепок, как показано на рис. 3.1.
Улавливающие поверхности расставляли следующим образом: было выбрано три яруса - «верхний», «средний» и «нижний», в каждом из ярусов на листьях крепили карточки с соответствующими обозначениями на оборотной стороне «Вв», «Нв» - соответственно, верхняя и нижняя сторона листа верхнего яруса; «Вср», «Hq,» - соответственно, верхняя и нижняя сторона листа среднего яруса; «Вн», «Нн» - соответственно, верхняя и нижняя сторона листа нижнего яруса.
Так же, как и вышеприведенные поверхности, они имели свою маркировку на оборотной стороне - «П» - потери.
Опыты проводились в трехкратной повторности.
Испытываемый пневмоакустический распылитель, установленный на тележке, проезжал мимо дерева и производил его обработку. После подсыхания карточки снимали, аккуратно укладывали и анализировали.
Для определения качественных показателей опрыскивания была использована специальная методика [28]. Она позволяет более быстро и с приемлемой точностью оценить качество опрыскивания (дисперсность распыла, густоту покрытия).
Методика основана на использовании персонального компьютера, снабженного сканером с высокой разрешающей способностью для ввода информации непосредственно с улавливающих поверхностей.
Суть методики состоит в следующем: полученное со сканера растровое изображение обрабатывается специально разработанным программным обеспечением. Программное обеспечение создано в среде LABVIEW (визуальный язык программирования) и функционирует в ОС Windows 98/me/2000/XP. Результатом работы программного обеспечения является отчет, содержащий информацию о показателях качества опрыскивания: густоте, площади покрытия, количественном распределении капель по размерным интервалам.
Программа включает процедуры локализации (определение и перевод в двоичное изображение) следов капель и подсчет их количества, определение размера капельного следа, вычисление суммарной площади покрытия анализируемой поверхности, определение площади покрытия каплями определенного размерного интервала, построение кривой распределения количества капель по размерным диапазонам. Использование компьютерной обработки улавливающих поверхностей для определения показателей качества опрыскивания позволит быстро и точно настраивать опрыскиватели перед работой, значительно упростить проведение исследований новых опрыскивателей, ускорит процесс испытаний и обработки данных, качественно оценивать эффективность использования средств химизации.
Оценка качества опрыскивания при помощи предлагаемой программы осуществляют следующим образом:
1. Производят подбор улавливающих поверхностей (размер улавливающей поверхности, а, следовательно, размер растрового файла неограничен).
2. Улавливающие поверхности - мелованная бумага плотностью 90 г/м2 и выше. Поверхности, имеющие в структуре бумаги различные включения, то есть пятна и разводы, нужно выбраковывать.
3. Настраивают программное обеспечение. Для уменьшения ошибки при определении количества капель сканируется необработанная улавливающая поверхность, растровый файл записывается на винчестер и производится настройка чувствительности.
