автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности технологического процесса работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя за счет совершенствования распылительной системы

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Основные аспекты технологии опрыскивания

1.2. Технические средства опрыскивания

1.3. Основные направления исследований по технологии опрыскивания

1.4. Методы оценки качества работы опрыскивателей

1. 5 . Постановка вопроса и задачи исследования

2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ШТАНГОВОГО УЛЬТРАМАЛООБЪЕМНОГО ОПРЫСКИВАТЕЛЯ

2 .1. Модель функционирования пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя

2.2. Идентификация технологического процесса работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя

2.3 . Доверительное оценивание элементарных моделей

2.4. Выбор минимально необходимой информации для достоверной оценки технологического процесса работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя

2.5 . Оценка эффективности технологического процесса работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ШТАНГОВОГО УЛЬТРАМАЛООБЪЕМНОГО ОПРЫСКИВАТЕЛЯ

3.1. Задачи и программа экспериментальных исследований

3.2. Методика проведения лабораторного экспериментального исследования

3.3. Методика проведения полевого экспериментального исследования

3.4. Приборы и аппаратура экспериментальных исследований

3.4.1. Полевая исследовательская установка

3.4.2. Устройство и принцип работы датчиков

3.4.3. Тарировка измерительных каналов

3.5. Методика определения качественных показателей опрыскивания

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ШТАНГОВОГО УЛЬТРАМАЛООБЪЕМНОГО ОПРЫСКИВАТЕЛЯ

4.1. Результаты лабораторного экспериментального исследования распылительной системы

4.2. Результаты полевого экспериментального исследования распылительной системы

4.3. Оценки статистических характеристик технологического процесса работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя

4.4. Идентификация технологического процесса работы пневматического штангового уль трамалообъемного опрыскивателя

5. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО

ШТАНГОВОГО УЛЬТРАМАЛООБЪЕМНОГО ОПРЫСКИВАТЕЛЯ

5.1. Исследование технологического процесса работы пневматического штангового опрыскивателя опрыскивателя методами имитационного цифрового моделирования

5.2. Повышение эффективности технологического процесса работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя за счет контроля и управления

5.3. Повышение эффективности технологического процесса работы пневматического штангового уль трамалообъемного опрыскивателя за счет распылительной системы

5.4. Экономическая эффективность использования пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя

В настоящее время в нашей стране и за рубежом остро стоит проблема защиты растений. В Российской Федерации ежегодно от вредителей и болезней теряется растениеводческой продукции, в перерасчете на зерно, до 100 млн. тонн, что в денежном выражении составляет 10 млрд. долларов [84]. Столь внушительные потери характеризуют низкий уровень мероприятий по защите растений, проводимых в нашей стране. В значительной мере это обусловлено сложным экономическим положением в стране. Тем не менее, ситуация, возникшая в сфере защиты растений, требует безотлагательного разрешения, для чего необходимо использование самых современных научных и практических достижений в области защиты растений. Одним из наиболее эффективных методов защиты растений является химический метод, основанный на применении против вредных объектов специальных химических веществ - пестицидов. Состояние защиты растений на современном этапе позволяет предполагать, что в обозримом будущем использование химических препаратов для защиты растений заметно возрастет.

Одним из способов использования химических препаратов является опрыскивание. Несмотря на неоспоримые преимущества, интенсивное применение опрыскивания может неблагоприятно сказываться на окружающей среде. В развитых европейских странах, где объемы использования пестицидов в капельной форме весьма значительны, все чаще поднимается вопрос об экологическом аспекте защитных мероприятий [84].

Поэтому сокращение потерь растениеводческой продукции от вредителей и болезней с одновременным уменьшением вредного воздействия химических препаратов на окружающую среду - одна из первоочередных задач химического метода защиты, причем, особая роль в ее решении отводится механизации защитных мероприятий. Нашедшие широкое применение для химической защиты растений сельскохозяйственные опрыскиватели не позволяют работать с малыми и ультрамалыми нормами расхода рабочей жидкости, получать качественный распыл и равномерные отложения распыленной рабочей жидкости на обрабатываемых площадях. Постоянное снижение норм расходов рабочей жидкости и увеличение опрыскиваемых площадей предъявляют высокие требования к опрыскивающей технике. Существующая аппаратура сложна и малонадежна, особенно для опрыскивания с ультрамалыми нормами расходов рабочей жидкости. Развитие технических средств для ультрамалообъемного опрыскивания продолжается. Поэтому разработка, совершенствование конструкций ультрамало-объемных опрыскивателей и изучение технологических процессов их работы весьма актуальны.

Настоящая работа посвящена повышению эффективности технологического процесса работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя.

В первой главе на основе анализа литературных источников показывается, что значительное повышение экономической и биологической эффективности опрыскивания связано с совершенствованием распылительных систем ультрамалообъемных опрыскивателей.

Во второй главе рассмотрены вопросы функционирования пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя и образования воздушно-капельной струи. На основе разработанной модели функционирования приведена идентификация технологического процесса работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя. Выбраны методы доверительного оценивания статистических характеристик исследуемых процессов. Определены необходимый объем экспериментальной информации и критерии оценки качества выполнения технологического процесса.

В третьей главе освещены программа, задачи и методика экспериментального исследования технологического процесса работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя. Приведено описание приборов и аппаратуры используемой для получения информации об исследуемом технологическом процессе работы пневматического опрыскивателя в нормальных условиях функционирования. Изложена методика определения качественных показателей процесса опрыскивания с помощью персонального компьютера.

В четвертой главе приведены результаты лабораторного и полевого экспериментальных исследований, а также результаты идентификации технологического процесса работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя.

В пятой главе рассмотрены мероприятия направленные на повышение эффективности работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя.

Результаты работы показали эффективность использования пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована технологическая схема пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя для работы в режиме эжектирования рабочей жидкости.

2. Установлено, что технологический процесс работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя является многомерной системой, которую можно представить в виде модели с входными возмущениями: скорость движения агрегата Va(t) и расход рабочей жидкости q(t) . В качестве выходных переменных необходимо рассматривать расход рабочей жидкости по пути KL(t) и густоту покрытия обрабатываемой поверхности каплями pit) .

3. При исследовании технологического процесса работы пневматического штангового ультрамалообъемного опрыскивателя установлено, что в качестве его математической модели можно принять совокупность линейных уравнений регрессии вида y(t)=a+b[f(t)]. Коэффициенты входящие в уравнения, определенные методами статистической идентификации, заданы границами доверительных интервалов 1, 42<avg<l, 88 ; -310<аКр<-212 ; О , ll<bvg<0 , 27 ; 878< Ь Кр <1787.

4. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны две конструкции пневматических распылителей для опрыскивания многолетних насаждений и полевых культур. Зависимости дисперсности распыла от параметров распылителей имеют вид dM=115-200Р+52,5D+0,175h для первого распылителя и dM=76,4-167,5P+24,8D для второго. Давление нагнетаемого воздуха должно находится в пределах 0,2-0,3 МПа для первого и 0,1-0,2 МПа для второго.

5. Получены интегральные кривые распределения размеров капель по долям массы распыленной рабочей жидкости на разных режимах работы пневматического распылителя. Размер капель в рабочих диапазонах давлений находится в интервалах от 20 до 300 мкм для первого распылителя и от 2 0 до 225 мкм для второго распылителя.

6. Получены данные о характере распределения распыленной рабочей жидкости по ширине факела распыла, а также о качестве покрытия каплями распыленной жидкости верхней и нижней листовой поверхностей модели куста картофеля. Распыленная жидкость распределяется по ширине факела распыла по нормальному закону. Густота покрытия обрабатываемых поверхностей каплями составляет 200-1600 шт./см2. Площадь покрытия верхней поверхности листьев составляет 80-100%, нижней - 50-70%.

7. Показателем качества процесса расхода рабочей жидкости по ходу движения агрегата Кь(Ь) является средняя относительная длительность Рр пребывания контролируемого процесса в поле агротехнического допуска р. Экспериментальными исследованиями установлено, что значения показателя Рр при функционировании пневматического опрыскивателя в режиме эжектирования составляют 0,52-0,71 при \Рр\доп = 0,7.

8. Разработана и реализована методика определения качественных показателей опрыскивания с помощью современных вычислительных средств (сканер-компьютер), разработано специальное программное обеспечение для обработки растровых файлов, содержащих изображения улавливающих поверхностей. Программное обеспечение работает под ОС Windows 95/98.

9. Методами имитационного моделирования, реализованными в вычислительной системе MATHCAD 7.0, исследован технологический процесс работы пневматического опрыскивателя. Результаты моделирования показывают, что оценки статистических характеристик входных и выходных процессов, а также показатели качества близки к оценкам, наблюдаемым в ходе полевого экспериментального исследования: mv=2,145-2,191м/с; о>=0,116-0, 252м/с; Vy=5 , 2 9-11, 75% ; mq= 1,987-2,015см3/с; <jq= 0,049-0, 100 см3/с; Vq=2 , 28-5 , 03% ; шк=0 , 912 - 0 , 950 см3/м; ок= 0, 055-0, 119 см3/м; VK=5 , 79-13 , 05% ; шр= 963-994 шт. /см2; сгр=74-160шт. /см2; Vp=7 , 44 -16 , 60% ; Рр=0 , 55-0, 88 .

10. На основе имитационного моделирования установлено, что использование устройства контроля и управления повышают эффективность технологического процесса функционирования опрыскивателя. При моделировании работы опрыскивателя с устройством контроля и управления показатель качества Рр не опускался ниже допускаемого значения 0,7.

1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика.-М.: Наука, 1976.-888 с.

2. Абубикеров В.А., Богданов A.B., Никитин Н.В. Микрообъемный монодисперсный опрыскиватель с отделением мелких капель // Тракторы и сельскохозяйственные машины.-1989.-№4.-с.23-24.

3. Абубикеров В.А., Никитин Н.В., Раскин М.С., Спиридонов Ю.Я. Экологически безопасная технология опрыскивания // Защита и карантин растений.-1996.-№3.-с.34-36.

4. A.c. №1783379 (СССР) Фотоэлектрический счетчик-анализатор. Опубл. Б.И. №4 7.-1992.

5. Бежнарь Г.С., Коваленко Н.П., Волентирь И.М., Пятак В. А. Исследование универсального дискового сельскохозяйственного распылителя // Тезисы докладов VI Всезоюзного совещания по электрической обработке материалов.-Кишинев, 1990.-с.191.

6. Бежнарь Г.С., Кощуг И.В. Исследование электростатического опрыскивания пневматическими распылителями // Тезисы докладов VI Всезоюзного совещания по электрической обработке материалов.-Кишинев, 1990.-с.191.

7. Богданов A.B., Никитин Н.В. Монодисперсные вращающиеся распылители с вертикально установленными распылительным органом // Механизация и электрификация сельского хозяйства.-1990.-№4.-с.21-22.

8. Богданов A.B., Никитин Н.В. Опрыскиватели для мелкоделяночных опытов // Защита растений.-1990.-№10.-с.32.

9. Богданов A.B., Никитин Н.В., Раскин М.С., Спиридонов Ю.Я., Шинкоренко A.C., Чернышев И.Д. Микрообъемный монодисперсный опрыскиватель // Тракторы и сельскохозяйственные машины.-1987.-№4.-с.39-42.

10. Ю.Богданов A.B., Никитин Н.В. Тракторный штанговый опрыскиватель с отделением мелких капель // Тракторы и сельскохозяйственные машины.-1991.-№11.-с.28-30 .

11. И.Большев H.H. Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики.-М.: Наука.-1983.-41 б с.

12. Борисова С.М. Обоснование технологической схемы, конструктивных и режимных параметров ультрамало-объемного опрыскивателя с распылителями эжекцион-но-щелевого типа. Автореф. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук.-Краснодар, 1997.

13. Бортовая и промышленная электроника / Каталог продукции АО «Каскод».-СПб., 2000.-100с.

14. Велецкий И.Н. Технология применения гербицидов.-JI. : Агропромиздат, 1989.-176 с.

15. Вентцель Е.С. Теория вероятностей.- М. : Высшая школа, 1999.-576 с.

16. Вероятность и математическая статистика: Энциклопедия / Гл. ред. Ю.В. Прохоров.-М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.-910с.

17. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика.-М.: Высш. шк., 1998.-479 с.

18. Гультяев А.К. MATLAB 5.2. Имитационное моделирование в среде Windows: Практическое пособие.-СПб.: Коронапринт, 1999.- 288 с.

19. Давидсон Е.И. Контроль и управление технологическим функционированием мобильных сельскохозяйственных машин // Юбилейный сборник трудов инженерного факультета СПГАУ.-СПб., 1997.-с.26-30.

20. Давидсон Е.И. Совершенствование агротехнических требований на показатели работы сельскохозяйственных машин // сборник научных трудов ЛСХИ. Автоматизация мобильных сельскохозяйственных агрегатов. Т. 220.-Д., 1976.-с.63-67.

21. Дитяткин Ю.Д., Клячко Л. А., Новиков Б.В., Ягодкин В. И. Распыливание жидкостей.-М.: Машиностроение, 1977.-207 с.

22. Дунай Н.Ф., Рябцев Г.А., Слободюк П.И. Механизация защиты растений.-М.: Колос, 197 9.-272 с.

23. Дунский В.Ф., Криштоф К.А. Штанговый электрозарядный опрыскиватель // Тракторы и сельхозмашины,1971.-№12.-с.26-29.

24. Дунский В.Ф., Никитин Н.В. Монодисперсные аэрозоли. -М.: Наука, 1975.-191 с.2 5. Дунский В.Ф., Никитин Н.В. Монодисперсные вращающиеся распылители // Механизация и электрификация сельского хозяйства.-1981.-№8.-с.11-14.

25. Дунский В.Ф., Никитин Н.В., Соколов М.С. Пести-цидные аэрозоли.-М.: Наука, 1982.-288 с.

26. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. MathCAD 7.0 в математике, физике и в Internet.-М.: «Нолидж», 1998.-352 с.2 8.Евланов Л.Г. Контроль динамических систем. М.,1972.-424с.

27. Защита картофеля от болезней, вредителей и сорняков: Справочник/А.С. Воловик, В.М. Глез, А.И. За-мотаев и др.-М.: Агропромиздат, 1989.- 205 с.

28. Каханер Д., Моулер К., Нэш С. Численные методы и математическое обеспечение: Пер. с англ.-М.: Мир, 1998.-575 с.

29. Кленин H.И. Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины.-М.: Колос, 1994.-751 с.

30. Клочков А.В., Гузаревич А.Н., Маркевич А. Е. Техника и технология экологической защиты растений // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве.-Минск, 1997.-с.53-54.

31. Крейг Дж. К., Уэбб Дж. Microsoft Visual Basic 5.0. Мастерская разработчика/Пер. с англ.-М.: Издательский отдел «Руская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1998.-616 с.

32. Курдов З.С. О коэффициенте расхода пневмоцентро-бежных форсунок // Тракторы и сельхозмашины, 1969.-№11.-с.32-34.

33. Лепехин Н.С., Горбач В.Я. Результаты испытаний штанговых ультрамалообъемных опрыскивателей // Аэрозоли в защите растений.-М.: Колос, 1982.-с.39-51.

34. Лурье A.B., Еникеев В.Г., Теплинский И.З., Смелик В.А. Сельскохозяйственные машины (Машины для обработки почвы, посева, посадки, внесения удобрений и химической защиты растений).-Спб.: Изд-во СПбГАУ, 1998.-366 с.

35. Лурье A.B., Любимов А.И. Широкозахватные почвообрабатывающие машины.-Л.: Машиностроение, 1981.-270 с.

36. Лурье A.B. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов.-М.: Колос, 1981.- 387 с.

37. Лысов A.K. Современные средства механизации рационального и безопасного применения препаратов для защиты растений // Проблемы оптимизации фито-санитарного состояния растениеводства.-СПб. , 1997.-с.308.

38. Лысов А.К. Для совершенствования технологии опрыскивания // Защита и карантин растений.- 1997.-№9.-с.34-36.

39. Маркевич А.Е. Закономерности распределения капель рабочей жидкости пестицида при опрыскивании // Пути повышения эффективности сельскохозяйственной и мелиоративной техники.-Горки, 1998.-с.74-77.

40. Маркевич А.Е. Обоснование густоты покрытия обрабатываемой поверхности при опрыскивании пестицидами контактного действия / / Пути повышения эффективности сельскохозяйственной и мелиоративной техники.-Горки, 1998 .-с.69-74.

41. Маркевич А.Е. Повышение качества опрыскивания пестицидами путем совершенствования щелевых распылителей. Автореф. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук.- Горки, 1998.

42. БО.Маслов Г.Г., Борисова С.М. Струйный эжекторный распылитель // Механизация и электрификация сельского хозяйства.-1994.-№7.-с.9-12.

43. Машиностроение. Энциклопедия. Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др.-М.: Машиностроение. Сельскохозяйственные машины и оборудование T.IV-16 / И.П. Ксеневич, Г.П. Варламов, H.H. Колчин и др.; Под ред. И.П. Ксеневича.-1998.-720 с.

44. Мельников C.B., Алешкин В.Р., Рощин П.M. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов.-Л.: Колос, 1980.-168 с.

45. Механизация защиты растений: Справочник/ И.Н. Белецкий, А.К. Лысов, Н.С. Лепехин и др.- М.: Агро-промиздат, 1992.-223 с.

46. Морозов С.Г. Выбор оптимальных характеристик систем опрыскивания // Аэрозоли в защите растений.-М.: Колос, 1982.-с.72-81.

47. Патент №2149547. Пневматический опрыскиватель / В. А. Смелик, И.З. Теплинский, А. Б. Калинин, A.B. Яблоков, Е.В. Яблоков. Опубл. Б.И. №15,-2000.

48. Распылители для сельского хозяйства Teejet / Каталог фирмы Spraying Systems.

49. Райбман Н.С. Что такое идентификация?-М.,-1970,-118 с.

50. Рощин П.М. Механизация ветеринарно-санитарных работ. -М.: Росагропромиздат, 1990.-224 с.63 . Санин В.А. Малообъемное и ультрамалообъемное опрыскивание .-Киев : Урожай, 197 8.-144 с.

51. Санин В.А., Старостин С.П. Итоги исследований по наземному ультрамалообъемному опрыскиванию // Аэрозоли в защите растений.-М.: Колос, 1982.-с.3-16.

52. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. Под общ. ред. Г.Е. Листопада.-М.: Агропромиздат, 1986.-688 с.

53. Смелик В.А. Повышение эффективности технологического процесса грядоделателя-сеялки за счет совершенствования конструкции и оперативного контроля. Автореф. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук.-JI.-Пушкин, 198 8.

54. Смелик В.А. Технологическая надежность сельскохозяйственных агрегатов и средства ее обеспечения.-Ярославль, 1999.-230 с.

55. Смелик В.А., Яблоков A.B. Анализ технологического процесса ультрамалообъемного опрыскивателя как объекта исследования / / Сборник научных трудов ЯГСХА. 2 часть, Ярославль, 1998.

56. Ю. Ф. Применение микропроцессорных устройств контроля для оценки качества технологических процессов машин химизации // Сб. научных трудов ЛСХИ. Методы и средства интенсификации технологических процессов на базе микроэлектроники.-Л., 1990.-с.14-20.

57. Тюрин Ю.Н. , Макаров A.A. Статистический анализ данных на компьютере/Под ред. В.Э.Фигурнова.-М.: Инфра-М, 1998.-528 с.

58. Цырин A.A., Артемьев И.М. Устройство для оценки качества рабочего процесса опрыскивателя // Записки ЛСХИ, т.22 0.-Л., 1974.-с.57-59.

59. Цырин A.A. Исследование вентиляторного опрыскивателя как объекта управления.-Дисс.канд.техн.наук.-Л.-Пушкин, 1974.-149 с.

60. Шуровенков Ю.Б., Вялых В.А. Как настроить опрыскиватель // Защита и карантин растений.- 2000.-№3 .-с.47-48.

61. Фитосанитарный щит для продовольствия России / А.Г. Баркалов, Ю.И. Боровко, Ю.М. Веретенников и др. Под ред. В.А. Захаренко, К.В. Новожилова.-М.: ЗАО «Интрейд корпорейшн», 1998.-140 с.

62. Франс Дж., Торнли Дж.Х.М. Математические модели в сельском хозяйстве / Пер. с англ. A.C. Каменского; под ред. Ф.И. Ерешко.-М.: Агропромиздат, 1987.-400с.

63. Эксплуатация машинно-тракторного парка: Учебное пособие / Под общ. ред. Р.Ш. Хабатова.-М.: ИНФРА-М, 1999.-208 с.

64. Яблоков A.B. Обоснование параметров пневматического распылителя для ультрамалообъемного опрыскивателя // Материалы межвузовской научно методической конференции ЯГСХА. Ч.II.-Ярославль, 1997.-с.73-74.

65. Възможности на видеокомпютърната система за опре-деляне диаметрите на капки при работа на расти-телнозащитни машини / Приусадашки Цачо, Костади-нов Георги, Тодоров Раумен, Цанков Александър // Селскостоп. Техн.-1991.-28, №1-8. с.23а-30а.

66. Стельмах В.М., Барановський О.С. Досл1дження роз-под1лур1дини пневмомехан1чним розпилювачем // Ме-хан1зац1я та електриф1кац1я сл.л. госп-ва. 1992. Вип 76.-с.15-18.

67. Digital Image Analysis of Spray Samples / Panneton В., Drummond A.M. // Appl. Eng.Agr.-1991.-7. №2.-c.273-278 .91. www.Amazone.de92. www.hardi-international.com 93 . www.kühn.fr94. www.Mathsoft.com95. www.Microsoft.com 96 . www.Tecnoma.com