Агрохимия, 2019, № 5, стр. 83-88

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии со стратегией научно-технологического развития Российской Федерации, утвержденной Указом Президента Российской Федерации от 1 декабря 2016 г. № 642, разработка и внедрение рациональных и экологических технологий применения средств химической защиты сельскохозяйственных растений для получения безопасных продуктов питания является инновационным развитием внутреннего рынка продуктов и услуг.

Современная техника, имеющая систему навигации GPS, автоматическое управление секциями штанги, расходом рабочей жидкости и каплями с цветовой кодировкой (самые мелкие, очень мелкие, мелкие, средние, крупные, очень крупные, самые крупные, крайне крупные) на автономном мониторе не решает вопрос качества технологического процесса опрыскивания. Водные растворы пестицидов в аэрозольном состоянии из-за несовершенных технологий применения штанговых опрыскивателей распространяются в атмосфере, проникают в почву и растениеводческую продукцию. Технические средства ограничены в универсальном применении высокопроизводительных и ресурсосберегающих современных технологий защиты растений. Нельзя достичь главного критерия социальной значимости при применении химического метода, заключающегося в одновременном выполнении агротехнических и экологических условий. Не определяются агротехнические показатели по числу N капель/см², которое при применении инсектицидов и фунгицидов в технологическом процессе должно находится в пределах 50 ≤ n ≤ 200, гербицидов – 40 ≤ ≤ n ≤ 100 капель/см² [1].

Получение таких информационных сведений об агрономических и экологических показателях для рациональных технологий применения распылителей весьма трудоемко, а порой и невозможно даже для широко применяемых штанговых опрыскивателей. Рекомендации по технологическим режимам работы распылителей опрыскивателей практически отсутствуют по той причине, что существующие полевые методы и средства оценки характеристик распыляемой жидкости трудоемки, а лабораторные – имеют статистический характер и не моделируют технологии работы распылителей [2, 3]. Из-за отсутствия приборной и методической базы не оценивают потери пестицидов, содержащиеся в мелкодисперсном аэрозоле при полидисперсном распыливании жидкостей малообъемного (МО) опрыскивания растений. Цель работы – получение информационных сведений для рациональных режимов работы опрыскивателей моделированием технологий распылителей.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Для решения существующей технологической проблемы по обеспечению агротехнических и экологических показателей в технологиях применения пестицидов предложен метод моделирования рабочего процесса распылителей опрыскивателей и разработано стендовое оборудование, схема которого приведена на рис. 1.

На схеме полувысоту воздушной струи δ_гр (м), на расстоянии х (м) от сопла вентилятора до распылителя в корпусе 2 определяют по формуле [4, 5]:

где а = 0.09–0.12 – коэффициент структуры струи, δ₀ – половина ширины плоского сопла вентилятора, м.

В формуле (1) методом последовательного приближения, задавая величину δ₀, определяют как расстояние от сопла вентилятора по оси струи до распылителя х, так и размеры сечения плоского сопла. Расход воздуха в начальном сечении сопла вентилятора G_возд.с (м³/с), характеризующий его производительность, определяют как произведение начальной скорости истечения U₀ (м/с) на площадь плоского сопла (2δ₀)² (м²) вентилятора

Относительный расход воздушной струи ${{\bar {q}}_{{{\text{о т н }}}}}$ во входном сечении корпуса устройства с распылителем определяют по уравнению [4, 5]:

Расход воздушного потока G_{возд.расп} (м³/с) в сечении корпуса устройства с распылителем определяют по уравнению

где G_возд.с – расход воздуха в сечении сопла вентилятора, м³/с.

Для каждого технологического режима определяют:

1 – площадь S (см²), на которую оседает капельная жидкость, по формуле

где Ш – расстояние между распылителями на штанге опрыскивателя (см);

2 – L (см) – расстояние, на которое перемещается распылитель в технологическом процессе штангового опрыскивателя за 1 с;

3 – G_жs (мм³/см² с) – количество жидкости:

где ${{G}_{{{\text{ж }}j}}}$ – количество капельной жидкости, собранной в стаканчике (мл/с), j – номер мерного стаканчика, m – число мерных стаканчиков;

4 – основной критерий опрыскивания ${\text{М М Д }} = 985\sqrt[3]{Q}$ (мкм), где $Q$ – количество жидкости, мм³;

5 – расход капельной жидкости G_лаб (дм³/га) – по формуле [6]:

где G – количество капельной жидкости при ее осаждении на площади S (см²) за 1 мин: G = G_жs (дм³/см²) S (см²) 60, дм³/мин;

6 – скорость передвижения опрыскивателя $v$, км/ч;

7 – потери капельной жидкости G_п (дм³/га) по разности расхода жидкости, проходящей через сопло распылителя $C_{{\text{c}}}^{'}$, и осажденной в желобках G_лаб

8 – концентрацию С_р (г/с), не оседающего на площади S (см²) аэрозоля

Методику моделирования технологического процесса работы распылителей в стендовом оборудовании и в составе опрыскивателей осуществляли следующим образом.

В корпусе устройства перед распылителем жидкости вентилятором 1 создавали воздушную струю, скорость воздуха которой в осевой области на определенном расстоянии х от плоского сопла соответствовала скорости движения опрыскивателя. Насосом производили подачу жидкости в распылитель с заданным давлением.

Скорость воздушного потока, давление и расход жидкости через распылитель определяли электронными средствами. Распределение капельной жидкости, образованной при классовом осаждении капель, определяли объемным методом с применением мерных стаканчиков. Время проведения опыта определяли секундомером. С учетом опытных данных экспериментально-расчетным методом определяли показатели моделируемых технологий распылителей опрыскивателей.

Результаты определения экспериментально-расчетных показателей технологий распылителей опрыскивателей, осуществленного с использованием стендового оборудования, сравнивали по основному критерию – величине медианно-массового диаметра (ММД) капель [6], полученного в результате лабораторных агротехнических исследований распылителя жидкости в составе опрыскивателя. Схема штангового опрыскивателя при опрыскивании предметных карточек показана на рис. 2.

Определение средних величин ММД капель проводили методом сканирования 34 карточек, расположенных по ширине опрыскивания, с последующим преобразованием полученных графических файлов в формат BMP и обработкой по специально разработанной программе ROv-03.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В табл. 1 и на графике (рис. 3) приведены экспериментально-расчетные показатели моделирования технологического процесса с применением щелевых пластиковых сопел распылителей жидкости (производство “Lechler” LU-03AD-03, синего кода цвета; LU-04AD-04, красного кода цвета), в стендовом оборудовании в сравнении с аналогичными данными исследования распылителей жидкости в составе опрыскивателя. Величины ММД капель, полученные моделированием распылителей на стендовом оборудовании и при исследовании распылителей жидкости в составе опрыскивателя, имели отличие в пределах от 8 до 33%, в зависимости от примененного сопла распылителя и скорости воздушного потока (движения опрыскивателя).

Меньшие величины ММД капель по результатам определения экспериментально-расчетных показателей при моделировании технологических процессов распылителей жидкости на стендовом оборудовании были обусловлены ошибками потерь капельной жидкости, как это видно из графических распределений капельной жидкости на рис. 3. Кроме того, отличие ММД капель было обусловлено также ошибками определения технологических показателей (скорости движения опрыскивателя, скорости воздуха в области факела распыляемой жидкости, давления жидкости и другими факторами). В целом сравнение результатов проведенных исследований свидетельствуют о возможности моделирования распылителей для рациональных технологий опрыскивателей.

При моделировании технологий распылителей жидкости в составе стендового оборудования впервые показана возможность определения потерь жидкости в капельной форме, которая, например, для приведенных в табл. 1 давлений жидкости в магистрали и скоростей воздуха (равных скоростям движения опрыскивателя), составляли от 23 до 60%.

Данные табл. 1, иллюстрируемые графическими распределениями капельной жидкости (рис. 3) характеризуют классовое распределение капель, по которому можно определить дисперсные показатели качества опрыскивания по диаметрам (D) капель/см², которые при применении инсектицидов и фунгицидов в технологическом процессе должны находиться в пределах 80 ≤ D ≤ 360 мкм и 100 ≤ D ≤ 360 мкм соответственно [1]. Таким образом, информационные сведения о классовом содержании капель [6] будут иметь соответствующее целевое назначение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Конструктивно-технологическое исполнение разработанного стендового оборудования и измерительно-расчетные показатели моделируемых технологий распылителей опрыскивателей обеспечивают получение информационных сведений о ресурсосберегающих, агротехнических и экологических технологиях применения опрыскивателей.