Разработка и обоснование основных параметров штангового садового опрыскивателя для горного и предгорного садоводства
Вид материала | Автореферат |
- Обоснование технологии и основных параметров пресс-подборщика для безобвязочного формирования, 284.1kb.
- К проекту закона амурской области, 962.28kb.
- Обоснование параметров обрабатывающе-транспортной системы «харвестер форвардер» (на, 400.34kb.
- Примерная программа наименование дисциплины организация садоводства рекомендуется для, 184.13kb.
- Задача социологии установить общее правило событий без относительно пространственно-временных, 120.1kb.
- Обоснование основных требований к аппаратуре ингкс и наземной системе регистрации., 421.1kb.
- Задачи курса уметь обобщать и систематизировать исторические сведения о развитии горного, 36.94kb.
- Администрация Предгорного муниципального района Стратегия социально-экономического, 2196.88kb.
- Ий сельсовет Предгорного района Ставропольского края в совет депутатов муниципального, 11.7kb.
- Выбор и обоснование конструктивных параметров межколесного самоблокирующегося дифференциала, 336.35kb.
На правах рукописи
АФАСИЖЕВ Юрий Сафарбиевич
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ШТАНГОВОГО САДОВОГО ОПРЫСКИВАТЕЛЯ
ДЛЯ ГОРНОГО И ПРЕДГОРНОГО САДОВОДСТВА
Специальность 05.20.01 – технологии и средства механизации
сельского хозяйства (по техническим наукам)
А в т о р е ф е р а т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Нальчик 2011
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова» (г. Нальчик, КБР)
Научный руководитель: доктор технических наук, доцент
Хажметов Лиуан Мухажевич
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Цымбал Александр Андреевич
доктор технических наук, профессор
Медовник Анатолий Николаевич
Ведущая организация: ФГБНУ «Северо-Кавказский научно-
исследовательский институт горного и
предгорного сельского хозяйства»
(г. Владикавказ, РСО-А).
Защита диссертации состоится 17 декабря 2011 г. в 1100 часов на заседании диссертационного совета Д 220.033.03 в ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова» по адресу: 360004, КБР, г. Нальчик, ул. Толстого, 185, ауд. 410.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова».
Автореферат размещен на официальных сайтах: ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова» http://www.kbsha.ru и ВАК Минобрнауки РФ htpp://www.vak.ed.gov.ru.
Автореферат разослан 14 ноября 2011 г.
У ченый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент | | Бекаров А.Д. |
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Кабардино-Балкарская Республика является одним из крупных регионов промышленного садоводства юга России, где садоводство функционирует в сложных природно-экономических условиях.
Развитие промышленного садоводства в условиях горного и предгорного рельефа местности ведется в республике путем закладки новых интенсивных садов: в настоящее время заложены свыше 1000 га многолетних насаждений, а в перспективе планируется довести площади под этими культурами до 16 тыс. га.
Используемые в настоящее время опрыскиватели для защиты молодых плодовых насаждений от болезней и вредителей 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 и применение широкозахватных комбинированных машин.
Разработка и внедрение в производство высокоэффективного штангового садового опрыскивателя, способного проводить ультрамалообъемное и малообъемное опрыскивание плодовых деревьев в горном и предгорном садоводстве является в настоящее время важнейшей задачей и обуславливает актуальность данных исследований.
Проблема разрабатывалась в соответствии с планами научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия имени В.М. Кокова» (КБГСХА им. В.М. Кокова) и ФГБНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт горного и предгорного садоводства» (СКНИИГПС) по теме «Совершенствование технических средств ухода за кронами плодовых культур в интенсивном горном и предгорном садоводстве».
Цель работы – повышение эффективности горного и предгорного садоводства путем разработки и внедрения штангового садового опрыскивателя.
Объекты исследования – плодовые насаждения, опытные образцы дискового и гидравлического распылителей, штанговый садовый опрыскиватель, технологический процесс обработки плодовых деревьев.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждены результатами экспериментальных исследований в лабораторных и полевых условиях, множественными численными экспериментами на ПЭВМ, положительными результатами испытаний разработанного и внедренного в сельскохозяйственное производство штангового садового опрыскивателя.
Методика исследования. Исследование разработанного штангового садового опрыскивателя выполняли на базе ОПХ «Затишье» ФГБНУ «СКНИИГПС» на опытном образце в лабораторно-полевых условиях.
При выполнении работы применялся метод математического планирования многофакторного эксперимента, обработка экспериментальных данных проведена с использованием ПЭВМ.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
- получены аналитические зависимости, позволяющие установить: оптимальные углы раскрытия и закрытия факела распыла вертикально вращающимся дисковым распылителем в зависимости от высоты плодового дерева, диаметра диска и высоты расположения распылителя; зависимость дальности полета капель рабочей жидкости от давления воды в гидравлическом распылителе, диаметра и угла наклона распылителя;
- разработаны математические модели процесса распыливания рабочей жидкости, позволяющие установить рациональные значения основных параметров гидравлического и вертикально вращающегося дискового распылителей;
- обоснованы конструктивно-технологическая схема и основные параметры штангового садового опрыскивателя.
Техническая новизна предложенного штангового садового опрыскивателя подтверждена патентом РФ на полезную модель №58856 от 10.12.2006 г.
Практическая значимость работы. Разработана новая конструкция штангового садового опрыскивателя с вертикально вращающимися дисковыми и гидравлическими распылителями, позволяющего проводить ультрамалообъемное и малообъемное опрыскивание молодых и плодоносящих плодовых деревьев по периметру и высоте одновременно, тем самым снизить нормы расхода рабочей жидкости и уменьшить их потери. Создан и испытан в полевых условиях штанговый садовый опрыскиватель, выявлена его работоспособность и эффективность при обработке плодовых культур в горном и предгорном садоводстве.
Реализация результатов исследования. Полученные результаты приняты к использованию ФГБНУ «СКНИИГПС» при разработке технических средств для защиты плодовых культур от болезней и вредителей в горном и предгорном садоводстве. Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе и научной работе со студентами ФГБОУ ВПО «КБГСХА им. В.М. Кокова».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на: Международной научно-практической конференции «Новации в горном и предгорном садоводстве» (Нальчик, 2011); Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию факультета механизации и энергообеспечения предприятий (Нальчик, 2011); научно-практической конференции студентов, магистрантов и аспирантов факультета механизации и энергообеспечения предприятий, посвященной 30-летию ФГБОУ ВПО «КБГСХА им. В.М. Кокова», 2011). Опытный образец штангового садового опрыскивателя демонстрировался на 13-й Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (Москва, 2011) отмечен золотой медалью и дипломом.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК. Общий объем опубликованных работ с учетом долевого участия в коллективных публикациях составляет 4,7 п.л.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы – 159 страниц машинописного текста, 24 таблиц, 42 рисунка, 6 приложений. Список литературы состоит из 137 наименований.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- конструктивно-технологическая схема штангового садового опрыскивателя;
- методика расчета рациональных параметров и режимов работы штангового садового опрыскивателя с вертикально вращающимися дисковыми распылителями;
- оптимальные параметры вертикально вращающегося дискового и гидравлического распылителей;
- качественные показатели работы предлагаемого штангового садового опрыскивателя при различных режимах функционирования.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность проблемы, ее важное народнохозяйственное значение, раскрыта общая характеристика работы и представлены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе “Состояние проблемы, цель и задачи исследования” проанализированы вопросы интегрированной системы защиты плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве. Данная система защиты в горных условиях представляют систему мероприятий по управлению в яблоневых садах численности вредных организмов, сдерживая ее на пороговом уровне с использованием взаимодополняющих методов агротехники: биологической защиты, посадок устойчивых сортов, но основная роль принадлежит химическому методу. Фундаментом системы является мероприятия по снижению запаса вредных организмов, уходящих на зиму и перезимовавших.
Анализ показал, что одним из звеньев технологии является защита яблони от комплекса опасных организмов, включающая подбор наиболее устойчивых сортов, а к ценным по хозяйственно-биологическим признакам сортам использовать разные методы защиты, при химическом – оптимальный подбор системы машин с наименьшим нарушением структуры почвы и расходом воды для рабочих растворов.
Изучение видового состава вредных организмов на яблони свидетельствуют о существенных различиях в разных плодовых зонах. Так, буйволовидная цикада, боярышниковая кружковая моль, красный плодовый клещ не встречаются в горно-степной зоне, а майский хрущ – в степной, парша, мучнистая роса, монилиальный ожог наиболее вредоносны в предгорной и лесогорной зонах, слабее – в степной; в горно-степной повреждения единичные.
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 900–1200л/га). Следует использовать пестициды с низкой экотоксичностью, малыми нормами расхода, препаративных форм, не вызывающих забивания распылителей опрыскивателей.
Исходя из этого проанализированы конструктивные особенности современных штанговых опрыскивателей, способов повышения их производительности и выявлены основные направления совершенствования конструкций распылителей и опрыскивателей в целом.
Установлено, что недостатком высокообъемного опрыскивания является низкая производительность труда. Она тесно связана со значительным расходом жидкости на единицу площади сада (часть избыточного раствора стекает в виде крупных капель с крон деревьев на землю, а часть сохраняется на листьях и плодах в виде капель и натеков на краях листьев, оставляя после высыхания заметный след). Отсюда вытекает необходимость в частых переездах к месту забора воды и приготовления рабочей жидкости.
В сравнении с традиционными методами мало- и ультрамалообъемное (МО и УМО) опрыскивание имеют экономические и организационные преимущества. Разработкой технологий ультрамалообъемного 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.
Вращающиеся дисковые распылители получили наибольшее применение на штанговых опрыскивателях ОНМ-600 и СУМО-24, которые эффективно используются в растениеводстве. Такие распылители устанавливаются на штанговых опрыскивателях горизонтально, а распыливаемые ими капли осаждаются за счет сил тяжести. Такое конструктивное решение приводит к уменьшению эффективности опрыскивания и увеличению сноса капель рабочей жидкости ветром.
С целью уменьшения сноса капель и повышения качества опрыскивания применяют принудительное осаждение препаратов, для чего вращающиеся распылители на штанговых опрыскивателях устанавливают совместно с вентиляторами небольшой мощности.
Другим способом повышения производительности опрыскивателей является правильный выбор способа движения агрегата. Выбор того или иного способа движения агрегата зависит от условий поворота, размера свободной полосы, прилегающей к саду со стороны окончания рядов. При этом следует учесть, что частое передвижение тяжелых машинно-тракторных агрегатов в междурядьях неблагоприятно влияет на развитие корневой системы, особенно у деревьев на неглубоко укорененных вегетативных подвоях, ухудшается плодородие почв. Таким образом, для повышения производительности опрыскивателей в яблоневых садах интенсивного типа, необходимо применять широкозахватные штанговые опрыскиватели, позволяющие одновременно обрабатывать от 2 до 6 рядов одновременно.
Исходя из изложенного выше можно заключить, что разработка и внедрение в садоводство высокоэффективной техники для химической защиты плодовых культур является в настоящее время актуальной задачей.
В связи с этим возникает необходимость разработки новой конструктивно – технологической схемы штангового садового опрыскивателя, позволяющего проводить МО и УМО опрыскивание плодовых деревьев в интенсивном горном и предгорном садоводстве.
На основании анализа состояния исследуемой проблемы в данной работе поставлена цель исследования – повышение эффективности горного и предгорного садоводства путем разработки и внедрения штангового садового опрыскивателя.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи исследования:
1. Проанализировать результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполненных как в нашей стране, так и за рубежом и обосновать конструктивно-технологическую схему штангового садового опрыскивателя, позволяющего проводить ультрамалообъемное и малообъемное опрыскивание плодовых насаждений.
2. Определить углы раскрытия и закрытия факела распыла вертикально вращающего дискового распылителя при обработке молодого плодового дерева.
3. Разработать математическую модель траектории движения капель рабочей жидкости с поверхности вертикально вращающегося дискового распылителя.
4. Изучить качественные показатели работы штангового садового опрыскивателя при УМО опрыскивании плодовых деревьев и оптимизировать параметры работы вертикально вращающегося дискового распылителя.
5. Исследовать зависимость дальности полета капель рабочей жидкости от основных параметров гидравлического распылителя и установить их оптимальные значения.
6. Провести производственные испытания и выявить экономическую эффективность предлагаемого штангового садового опрыскивателя.
Во второй главе “Теоретическое обоснование основных параметров и разработка штангового садового опрыскивателя” отмечается, что с целью выполнения нескольких операций технологического процесса в саду (увлажнение, некорневая подкормка, опрыскивание, внесение гербицидов, обрезка и т.д.) разработан штанговый садовый опрыскиватель с вертикально вращающимися дисковыми и гидравлическими распылителями, перемещающийся по постоянной технологической колее в междурядье сада (рис. 1).
![](images/268161-nomer-m60e66336.png)
Рисунок 1 – Конструктивно-технологическая схема
штангового садового опрыскивателя
Штанговый садовый опрыскиватель состоит из бака 1, установленного на центральную раму 2 с ходовой частью 3. Спереди бака 1 на раме 2 установлен поршневой насос 4 с приводом от вала отбора мощности 5 трактора 6 со всасывающим 7 и нагнетательным 8 трубопроводами, фильтром 9 и регулятором давления 10.
Нагнетательный трубопровод 8 проходит по низу бака 1 и направлен к задней части рамы 2, где через боковые трубопроводы 11, фильтры 12 и штуцеры 13 гидравлически соединен с нижней частью боковых штанг 14, выполненных в виде квадратных труб, к которым приварены штуцеры 15. В штуцер 15 вкручивается тройник 16, к которому прикреплен вертикальный гибкий трубопровод 17 с тройником 18. В верхней и нижней частях вертикального гибкого трубопровода 17 установлены гидравлические распылители 19 с возможностью изменения угла наклона в вертикальной плоскости и регулируемые относительно друг друга под углом 30…450, следующие по междурядью плодовых деревьев 20.
Сзади бака 1 на раму 2 жестко установлен подъемник 21 с центральной штангой 22, который поднимается и опускается посредством гидроцилиндра 23. К центральной штанге 22 шарнирно с двух сторон крепятся боковые штанги 14.
К задней нижней части рамы 2 прикреплены центробежный насос 24 с электроприводом, распределитель 25, фильтр 26, регулятор расхода жидкости 27, всасывающий 28 и нагнетательный 29 трубопроводы. Нагнетательный трубопровод 29 с помощью хомутов (на фиг. не пронумерованы) установлен сверху нижней части боковых штанг 14 и гидравлически соединен с вертикально вращающимися дисковыми распылителями 30.
Электродвигатели 31 с вертикально вращающимися дисковыми распылителями 30 прикреплены к нижней части боковых штанг 14 посредством держателей, выполненных в виде скобы с регулировочным болтом с возможностью изменения расстояния от оси ряда плодовых деревьев 20 и установлены с двух сторон деревьев 20. При этом вращение дисковых распылителей 30 направлено в противоположные стороны, а угол раскрытия факела распыла рабочей жидкости регулируется в пределах 40…500 в зависимости от радиуса диска и расстояния от плодового дерева, что позволяет повысить качество опрыскивания молодых плодовых деревьев 20.
Высота установки вертикально вращающихся дисковых распылителей 30 над плодовыми деревьями 20 регулируется гидроцилиндром 23 подъемника 21 путем подъема и опускания центральной 22 и боковых 14 штанг.
Электроснабжение привода вертикально вращающихся дисковых распылителей и центробежного насоса 24 осуществляется от генератора (на рис. не показан) трактора 6.
Управление опрыскивателем осуществляется из кабины трактора 6 путем включения и выключения вала отбора мощности 5 трактора 6, электропривода центробежного насоса 24 и вертикально вращающихся дисковых распылителей 30 и с помощью гидросистемы подъема и опускания штанг 22 и 14. Складывание и раскладывание боковых штанг 14 производится вручную. Норма расхода рабочей жидкости регулируется давлением в нагнетательной коммуникации и скоростью движения трактора 6. Регулировка рабочего давления жидкости осуществляется вращением маховика регулятора давления 10 и контролируется по манометру.
Технологический процесс опрыскивания осуществляется следующим образом.
При малообъемном опрыскивании плодоносящих плодовых деревьев 20 поршневой насос 4 засасывает рабочую жидкость из бака 1 через всасывающий трубопровод 7 и подает к регулятору давления 10 через напорный фильтр 9. От регулятора давления 10 часть рабочей жидкости по нагнетательному трубопроводу 8 и боковым трубопроводам 11 через фильтры 12 и штуцеры 13 поступает во внутрь нижней части боковых штанг 14. Далее рабочая жидкость поступает к вертикальным гибким трубопроводам 17 и гидравлическим распылителям 19, с помощью которых осуществляется обработка крон плодовых деревьев 20. Другая часть подается на гидромешалку. Избыток жидкости по линии слива возвращается в бак 1.
При ультрамалообъемном опрыскивании молодых плодовых деревьев 20 центробежный насос 23 засасывает рабочую жидкость из бака 1 через фильтр 26 и подает ее к пульту распределителя 25 и регулирования расхода жидкости 27. Далее рабочая жидкость по нагнетательному трубопроводу 29 поступает к вертикально вращающимся дисковым распылителям 30.
При вертикальном расположении дисковых распылителей 30 используется только часть кругового факела распыла, которая направлена непосредственно на плодовое дерево. Остальная часть факела экранируется кожухом, с помощью которого рабочая жидкость собирается в сборник и отсасывается насосом. При этом осуществляется непрерывная циркуляция рабочей жидкости за счет возврата не использованной ее части в бак 1 опрыскивателя.
Опрыскиватель работает следующим образом. Заехав на постоянную технологическую колею в междурядье сада согласно схемы посадки (рис. 1) раскладывают боковые штанги 14 вручную, устанавливают на необходимую высоту и к боковым штангам 14 подсоединяют вертикальные гибкие трубопроводы 17 с гидравлическими распылителями.
Включив вал отбора мощности 5 трактора 6 и плавно повышая обороты до номинальных или включив электродвигатели центробежного насоса 24 и вертикально вращающихся дисковых распылителей 30 начинают движение по междурядью.
При выезде из междурядья по технологической колее останавливают трактор 6, выключают электродвигатели центробежного насоса 24 и вертикально вращающихся дисковых распылителей 30, складывают боковые штанги 14 вручную, осуществляют разворот, заезжают на следующую постоянную технологическую колею и продолжают технологический процесс опрыскивания.
Разработанная конструкция по сравнению с известными техническими решениями имеет следующие преимущества: высокая производительность; минимизация потерь рабочей жидкости; способность одновременной обработки двух рядов плодовых деревьев; способность обеспечения различных норм расхода рабочей жидкости от полного до малого и ультрамалообъемного опрыскивания в зависимости от возраста плодовых деревьев; высокие показатели качества обработки плодовых насаждений; не требует изготовления дорогостоящих узлов.
В данной главе рассматриваются вопросы, касающиеся ультрамалообъемного опрыскивания молодых плодовых насаждений и конструктивной особенности работы вертикально вращающегося дискового распылителя, приведены результаты теоретического исследования процесса распыла рабочей жидкости данным распылителем. С использованием рисунка 2 получены выражения для расчета углов раскрытия (
![](images/268161-nomer-53c078b4.gif)
![](images/268161-nomer-410bd2b0.gif)
![]() | (1) |
![]() | (2) |
где
![](images/268161-nomer-m450c8345.gif)
![](images/268161-nomer-m5dd5c6e4.gif)
![](images/268161-nomer-m4e3e7ff2.gif)
![](images/268161-nomer-m7971587b.gif)
![](images/268161-nomer-7bfba0f9.gif)
![](images/268161-nomer-me7a051f.gif)
Рисунок 2 – Схема к определению углов раскрытия и закрытия факела распыла рабочей жидкости вертикально вращающего дискового распылителя
Графическое изображение результатов расчета по выражениям (1) и (2) приведено на рисунках 3 и 4. При
![](images/268161-nomer-m45aad9aa.gif)
![](images/268161-nomer-ca6d2b4.gif)
![](images/268161-nomer-5aa545ae.gif)
![](images/268161-nomer-m568764e7.gif)
![](images/268161-nomer-m6d6e206e.gif)
![](images/268161-nomer-m5cfa47a8.gif)
Анализ современных способов и конструкций машин для обработки плодовых насаждений показал необходимость математического моделирования нового способа опрыскивания, при котором нужно найти показатели, позволяющие достигнуть максимальной эффективности.
Большой шаг в изучении таких вопросов, как движение капельных потоков, снос капель, распределение капель по размерам, сделали Э.Г. Братута, В.Ф. Дунский, М.И. Штеренталь, А. П. Исаев, Г.Е. Церуашвили, Н.В. Никитин и др.
На процесс обработки плодовых насаждений заметное влияние может оказывать скорость и направление ветра. Анализ показал, что установка распылителей на высоте 0,5…1,5 м позволяет фактически полностью исключить влияние ветра на процесс опрыскивания, и добиться минимального сноса капель.
![]() |
Рисунок 3 – Зависимость угла закрытия
![](images/268161-nomer-m6d6e206e.gif)
![]() |
Рисунок 4 – Зависимость угла раскрытия
![](images/268161-nomer-410bd2b0.gif)
Движение единичной капли определяется влиянием начальной скорости, направленной под углом к горизонту, и силой сопротивления движению (рис. 5).
Дифференциальное уравнение движения i-той капли имеет вид:
![]() | (3) |
где ткi – масса i-той капли, кг;
![](images/268161-nomer-2a0c5223.gif)
![](images/268161-nomer-m5dec8eb0.gif)
![](images/268161-nomer-6cbe41bc.gif)
В выражении (3):
![]() | (4) |
где
![](images/268161-nomer-ef15ad8.gif)
![](images/268161-nomer-7b06a5ab.gif)
![](images/268161-nomer-m2db576c5.gif)
Рисунок 5 – Схема сил, действующих на каплю распыленная вертикально вращающимся
дисковым распылителем
![]() | (5) |
где
![](images/268161-nomer-m77e3cb5.gif)
![](images/268161-nomer-m489d34ea.gif)
![](images/268161-nomer-38f9bc59.gif)
В проекциях на оси координат выражение (3) примет вид:
![]() | (6) |
После некоторых преобразований получим, что движение i-той капли будет определяться системой уравнений:
![]() | (7) |
где
![](images/268161-nomer-m2ef6feac.gif)
![](images/268161-nomer-m50a0126f.gif)
![]() | (8) |
Реализация системы уравнений (8) приведена на рисунке 6 при диаметре дискового распылителя 100 мм, числе его оборотов 1000 об/мин и высоте его расположения 1,9 м.
![](images/268161-nomer-m67634cb8.gif)
Рисунок 6 – Зависимость дальности полета капель рабочей жидкости от высоты
расположения дискового распылителя при диаметре дискового распылителя 100 мм
и частоты вращения 1000 об/мин
Проведенные теоретические исследования показали, что опрыскиватель с вертикально вращающимися дисковыми распылителями будет эффективно проводить УМО опрыскивание молодых плодовых деревьев высотой до 1,5 м, выше которых необходимо переходить на малообъемное опрыскивание.
В третьей главе “Программа и методика проведения экспериментальных исследований” поставлена цель экспериментальных исследований, приведены программа и методика их проведения и обработки результатов экспериментов.
Исследования качественных показателей опрыскивания кроны плодового дерева вертикально вращающимися дисковыми распылителями проводились в лабораторных условиях с целью оптимизации густоты покрытия листьев рабочей жидкостью при различных режимах работы дискового распылителя: частота вращения распылителя (800; 1000 и 1200 мин-1), расход подаваемой жидкости (0,2; 0,4 и 0,6 л/мин), скорость перемещения распылителя (1; 2 и 3 м/с).
Исследования факела распыла и густоты покрытия кроны дерева каплями рабочей жидкости проводились на специальной установке (рис. 7).
Для проведения исследований использовали листы из мелованной бумаги белого цвета плотностью 90 г/м2. Выбор данного типа бумаги обусловлен тем, что на ее поверхности капли не растекаются и не впитываются. Размер улавливающих поверхностей составлял 50×70 мм. Для оценки качества опрыскивания плодовых деревьев, улавливающие поверхности крепились на листьях дерева в 3-х ярусах, при помощи канцелярских скрепок. Исследования проводились с использованием рабочей жидкости, которая представляла собой раствор воды и черных чернил «Радуга» (ТУ 2389-036-06916705-02).
![]() | 1; 2 – пневмогидроаккумуляторы; 3; 4 – манометры; 5 - вентиль для подачи воды; 6 – ручка системы подкачки воздуха; 7; 8 - шланги для подачи рабочей жидкости; 9 – вертикально вращающийся дисковый распылитель; 10 – аккумулятор; 11 - проводка для электродвигателя; 12; 20 - стояки; 13 –перемычка; 14;15 – раскосы; 16 - тележка с ходовыми колесами; 17 – транспортное средство; 18 - – тяговый канат; 19 – крона плодового дерева Рисунок 7 – Лабораторно-стендовая установка для изучения качественных показателей опрыскивания плодового дерева |
Скорость движения установки составляла 6 км/ч. Исследования проводились в соответствии с ОСТ 106.1 – 2000 «Опрыскиватели и машины для приготовления рабочей жидкости. Методы оценки функциональных показателей».
Для определения качественных показателей опрыскивания была использована методика, предложенная М.В. Даниловым (Ставропольский ГАУ), суть которой состоит в том, что полученное со сканера растровое изображение обрабатывается специально разработанным программным обеспечением, созданным в среде LABVIEW 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.
Исследования дальности полета и дисперсности распада капель рабочей жидкости распыленная гидравлическим распылителем проводились в лабораторных условиях (рис. 8) с целью оптимизации дальности полета капель рабочей жидкости при различных режимах работы гидравлического распылителя: давление воды (0,4; 0,6 и 0,8 МПа), диаметр сопла (1; 2 и 3 мм), угол установки распылителя (10; 20 и 300). Для обработки экспериментальных данных использовался пакет прикладных программ (Mathcad 2000 Professional, Matlab 6).
В четвертой главе “Анализ результатов экспериментальных исследований” установлены оптимальные параметры и режимы работы разработанного штангового садового опрыскивателя по защите плодовых насаждений от болезней и вредителей в горном и предгорном садоводстве, получены математические модели поверхности отклика в виде полинома второго порядка. Адекватность моделей проверена по критерию Фишера, а воспроизводимость – по критерию Кохрена.
Получена математическая модель, позволяющая оценить влияние частоты вращения дискового распылителя (Х1), расхода подаваемой жидкости (Х2) и скорости движения агрегата (Х3) на густоту покрытия листьев плодовых насаждений каплями рабочей жидкости в кодированных и натуральных единицах:
![](images/268161-nomer-m67e7c429.jpg)
![](images/268161-nomer-m3ddb5889.png)
1 – распылитель; 2 – транспортирная линейка; 3 – тренога; 4 - гидроаккумулятор;
5 – компрессор; 6 – трансформатор; 7 – источник электропитания; 8 – тележка;
9 – поточная ловушка; 10 – вентиль; 11; 12 – шланги; 13 - манометры;
14 – отверстие для залива воды; 15 – крышка; 16 – трубка для подачи воздуха
Рисунок 8 – Лабораторно - стендовая установка для исследования дальности полета и дисперсности распада капель рабочей жидкости распыливаемая
гидравлическим распылителем
![]() | (9) |
![]() | (10) |
где S - густота покрытия листьев плодовых насаждений, шт/см2;
![](images/268161-nomer-1d4c073a.gif)
![](images/268161-nomer-7c2d366f.gif)
![](images/268161-nomer-m28c1b75d.gif)
Полученная модель устанавливает оптимальные параметры вертикально вращающегося дискового распылителя: частота вращения дискового распылителя 1072 об/мин, расход подаваемой жидкости 0,48 л/мин, скорость движения агрегата 1,97 м/с. При этом критерий оптимизации – густота покрытия листьев плодовых насаждений составляет 94,5 шт./см2.
Построены поверхности отклика и двумерные сечения, характеризующие зависимость густоты покрытия листьев плодовых насаждений от частоты вращения дискового распылителя, расхода подаваемой жидкости и скорости движения агрегата (рис. 9).
Получена также математическая модель зависимости дальности полета капель рабочей жидкости ( L) от давления воды (P), диаметра сопла (d) и угла наклона распылителя (
![](images/268161-nomer-2e28ff68.gif)
![](images/268161-nomer-663c3e28.gif)
Построены поверхности отклика и двумерные сечения, характеризующие зависимость дальности полета капель рабочей жидкости от давления, диаметра сопла и угла наклона распылителя (рис. 10). Установлены оптимальные параметры работы гидравлического распылителя: давление воды 0,79 МПа, диаметр сопла 2,97 мм, угол наклона распылителя 280 при этом дальность полета капель составляет 4,5 м..
После обработки результатов микроскопирования определены качественные показатели работы опрыскивателя (табл.1).
![]() | ![]() |
Рисунок 9 – Поверхность отклика и двумерные сечения зависимости густоты покрытия листьев плодовых насаждений в зависимости от частоты вращения дискового распылителя (Х1) и расхода подаваемой жидкости (Х2) |
![]() | ![]() |
Рисунок 10 – Поверхность отклика и двумерные сечения зависимости дальности полета капель в зависимости от давления (Х1) и угла наклона распылителя (Х3) |
Таблица 1 – Качественные показатели работы штангового садового
опрыскивателя
Показатели качества | Значение показателей |
Медианно-массовый показатель, мкм | 120 |
Среднеарифметический диаметр, мкм | 105 |
Количество капель размерам 100…150 мкм, % | 85 |
Степень покрытия поверхности, % | 35,0 |
Плотность покрытия, шт/см2 | 90…100 |
Неравномерность покрытия, % | 25,0 |
На основании анализа полученных данных можно сделать вывод, что все качественные показатели работы предлагаемого штангового садового опрыскивателя находятся в зоне агротехнических требований.
Основная масса жидкости содержится в каплях с диаметрами от 100 до 150 мкм, что считается оптимальным интервалом варьирования размера капель обработке против болезней и вредителей. Количество жидкости с каплями большого диаметра составляет не более 20%, а меньше 100 мкм - не более 10 %.
Дисперсность распада и интегральная кривая распределения капель рабочей жидкости приведены на рисунке 11.
![](images/268161-nomer-m52c63da.png)
![](images/268161-nomer-m758156dc.png)
![](images/268161-nomer-62df1243.png)
а) б)
Рисунок 11 – Дисперсность распада (а) и интегральная кривая
распределения капель рабочей жидкости (б)
В ходе испытаний на опытном полигоне ФГБНУ «СКНИИГПС» определены рабочие параметры и технико-эксплуатационные показатели штангового садового опрыскивателя при проведении МО и УМО опрыскивания молодых и плодоносящих плодовых насаждений (рис. 12 и 13).
![]() | ![]() |
Рисунок 12 – Транспортное положение рабочих органов опрыскивателя | Рисунок 13 – Штанговый садовый опрыскиватель в работе |
В пятой главе “Экономическая эффективность результатов исследования” приведены расчеты экономической эффективности применения предлагаемого штангового садового опрыскивателя на основании действующих методик. Внедрение штангового садового опрыскивателя в технологический процесс защиты плодовых насаждений позволит получить годовой чистый дисконтированный доход, равный 17957,7 руб/га.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Анализ технологических схем опрыскивания и показателей работы опрыскивателей, применяемых для ухода за кронами молодых и плодоносящих плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве показал, что указанные опрыскиватели не отвечают в полной мере предъявляемым требованиям: имеют низкую производительность, большой расход рабочей жидкости и топливо-смазочных материалов, чрезмерные затраты труда и времени. Кроме этого, рядовая структура садов, сориентированная на тракторную обработку, вынуждает в течение вегетации проезжать по каждому ряду несколько десятков раз, что вызывает уплотнение почвы и снижение ее плодородия.
2. Обоснована и разработана конструкция штангового садового опрыскивателя с вертикально вращающимися дисковыми и гидравлическими распылителями, позволяющая проводить ультрамалообъемное и малообъемное опрыскивание плодовых насаждений, увеличивая проникающую способность аэрозоля вглубь кроны плодовых деревьев с более равномерным распределением капель на листьях (патент РФ №58856 от 10.12.2006 г.).
3. Получены аналитические зависимости для определения углов раскрытия и закрытия факела распыла рабочей жидкости вертикально вращающегося дискового распылителя. Установлены оптимальные углы раскрытия
![](images/268161-nomer-m6d6e206e.gif)
![](images/268161-nomer-m5cfa47a8.gif)
![](images/268161-nomer-5aa545ae.gif)
![](images/268161-nomer-m568764e7.gif)
![](images/268161-nomer-ca6d2b4.gif)
4. Получены дифференциальные уравнения траектории движения капли рабочей жидкости с поверхности вертикально вращающегося дискового распылителя, позволяющие определять изменение траектории и дальности полета капель рабочей жидкости в зависимости от частоты вращения, диаметра диска распылителя и высоты его расположения над поверхностью земли.
5. Разработана математическая модель зависимости густоты покрытия листьев плодовых насаждений, каплями рабочей жидкости от частоты вращения вертикально вращающегося дискового распылителя, расхода подаваемой жидкости и скорости движения агрегата. Определены оптимальные параметры дискового распылителя: частота вращения 1072 об/мин, расход подаваемой жидкости 0,48 л/мин, скорость движения агрегата 1,97 м/с. При этом густота покрытия листьев плодовых насаждений составляет 94,5 шт/см2.
6. Разработана математическая модель зависимости дальности полета капель рабочей жидкости от давления воды, диаметра сопла и угла наклона распылителя. Определены оптимальные параметры гидравлического распылителя: давление воды 0,79 МПа, диаметр сопла 2,97 мм, угол наклона распылителя 280. При этом дальность полета капель составляет 4,5 м. Основная масса жидкости содержится в каплях с диаметрами от 100 до 150 мкм, что считается оптимальным интервалом варьирования размера капель при защите плодовых насаждений от болезней и вредителей.
7. В ходе производственных испытаний определены и доказаны преимущества разработанного штангового садового опрыскивателя: низкая стоимость опрыскивания по сравнению с аналогом (ОПВ-2000); снижение расхода рабочей жидкости в 5…16 раз; повышение производительности в 2 раза; улучшение качества работы за счет равномерной обработки кроны плодовых деревьев. Внедрение штангового садового опрыскивателя в технологический процесс защиты плодовых насаждений позволит получить годовой чистый дисконтированный доход, равный 17957,7 руб/га.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ
Разработан и предлагается штанговый садовый опрыскиватель со следующими техническими характеристиками:
- производительность: при обработке молодых яблоневых садов – 12 га/ч; при обработке плодоносящих яблоневых садов – 9 га/ч;
- ширина захвата (2 ряда) – 8 м;
- вместимость резервуара – 2000 л
- норма расхода рабочей жидкости при ультрамалообъемном опрыскивании – 15…45 л/га;
- норма расхода рабочей жидкости при малообъемном опрыскивании – 300…500 л/га;
- рабочее давление в нагнетательной системе – 0,03…0,08 МПа при ультрамалообъемном и 0,6…0,8 МПа при малообъемном опрыскиваниях;
- количество распылителей: дисковых (4 шт.), гидравлических (4…8 шт);
- агрегатирование – МТЗ-80/82.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства
образования и науки РФ:
1. Афасижев, Ю.С. Штанговый ультрамалообъемноый опрыскиватель для интенсивного садоводства [Текст] / Ю.С. Афасижев // Известия Горского ГАУ, т.48, ч. 1. – 2011. – С. 170–173.
2. Шекихачев, Ю.А. Математическое моделирование траектории движения капли жидкости с поверхности вертикально вращающегося дискового распылителя [Текст] / Ю.А. Шекихачев, Л.А. Шомахов, С.А. Твердохлебов, Л.М. Хажметов, В.Н. Бербеков, Ю.С. Афасижев // Политематический научный журнал КубГАУ.– Краснодар, 2011.– №72/28.– Режим доступа: http//ej.kubagro.ru /.
3. Афасижев, Ю.С. Оптимизация качественных показателей дискового распылителя штангового опрыскивателя [Текст] / Ю.С. Афасижев, Ю.А. Шекихачев, Л.М. Хажметов // Доклады Адыгской (Черкесской) Международной академии наук, т. 13. – 2011. – №2. – С. 62–63.
Публикации в других изданиях:
4. Афасижев, Ю.С. Конструктивные особенности опрыскивателей для защиты плодовых насаждений в горном и предгорном садоводстве [Текст] / Ю.С. Афасижев.- Нальчик: КБГСХА им. В.М. Кокова, 2008.– 39 с.
5. Афасижев, Ю.С. Конструктивные особенности распылителей для защиты плодовых насаждений [Текст] / Ю.С. Афасижев. – Нальчик: КБГСХА им. В.М. Кокова, 2009. – 24 с.
6. Афасижев, Ю.С. Исследование процесса работы опрыскивателя с дисковыми распылителями [Текст] / Ю.С. Афасижев // Сборник научных статей «Инновационное мышление – современный стиль решения проблем экологии и природообустройства». – Нальчик: Полиграфсервис и Т, 2010. – С. 27–29.
7. Афасижев, Ю.С. Экологически безопасная технология защиты плодовых культур от болезней и вредителей [Текст] / Ю.С. Афасижев, Е.А. Кушаева // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию факультета механизации и энергообеспечения предприятий.- Нальчик: КБГСХА им. В.М. Кокова, 2011. – С. 20–24.
8. Афасижев, Ю.С. Анализ способов повышения эффективности опрыскивателей [Текст] / Ю.С. Афасижев // Материалы научно-практической конференции студентов, магистрантов и аспирантов факультета механизации и энергообеспечения предприятий, посвященной 30–летию КБГСХА им. В.М. Кокова.- Нальчик: КБГСХА им. В.М. Кокова, 2011. – С. 9–12.
9. Афасижев, Ю.С. Результаты экспериментальных исследований дискового распылителя [Текст] / Ю.С. Афасижев // Материалы Международной научно-практической конференции «Новации в горном и предгорном садоводстве», посвященной 80-летию со дня рождения А.К. Каирова (22–23 июня 2011г.). – Нальчик: ООО «Полиграфсервис и Т», 2011. – С.206–208.
Сдано в набор 09.11.2011 г. Подписано в печать 11.11.2011 г.
Гарнитура Таймс. Печать трафаретная. Формат 6084 1/16.
Бумага писчая. Усл.п.л.1,0. Тираж 100.
Типография ФГОУ ВПО «Кабардино-Балкарская
государственная сельскохозяйственная академия
им. В.М. Кокова»
360030, г. Нальчик ул. Тарчокова, 1а