автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии и оборудования для опрыскивания сельскохозяйственных культур с применением электризации жидкостно-воздушной смеси

На правах рукописи

КСЕНЗ АЛЕКСЕЙ ЯКОВЛЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОПРЫСКИВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ ЖИДКОСТНО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

АВТОРЕФЕРАТ

г 5 МАР 2015

Краснодар - 2015

005561143

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» (ФГБНУ СКНИИМЭСХ)

Научный руководитель Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Вялков Владимир Иванович Киреев Иван Михайлович, доктор технических наук Новокубанский филиал ФГБНУ «Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса», лаборатория «Разработка средств измерения и испытательного оборудования», заведующий Борисова Светлана Михайловна, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Кубанский ГАУ» кафедра «Процессы и машины в агробизнесе», профессор

ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова» (г. Нальчик)

„оо

Защита состоится «6» мая 2015 г. в 14 ~ часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.08 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, КубГАУ, корпус факультета энергетики и электрификации ауд. № 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, КубГАУ и на сайте http://kubsau.ru.

Автореферат разослан марта 2015 г. и размещен на официальном сайте ВАК РФ http://vak2.ed.gov.ru и на сайте ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» http://kubsau.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук. Курасов Владимир Станиславович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема рационального использования химических препаратов и их экономия привлекает сейчас большое внимание специалистов во всем мире. Ситуацию обуславливают современные проблемы экономического и экологического характера.

На сегодняшний день одним из направлений повышения эффективности применения жидких минеральных удобрений и средств защиты растений является интенсификация осаждения их растворов на растениях путем совершенствования технологий и применяемых технических средств.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ФГБНУ СКНИИМЭСХ № 0708-2014-0005 пункт 24 (2013 - 2020 гг.).

Цель исследований: повышение качества аэрозольной обработки посевов сельскохозяйственных культур, путем совмещения электростатической и жидкостно-воздушной технологии опрыскивания.

Объект исследований: технологические процессы диспергирования и осаждения рабочих растворов химических препаратов.

Предмет исследований: закономерности технологических процессов электризации аэрозоля, насыщения воздухом рабочего раствора и распыления полученной жидко-стно-воздушной смеси.

Рабочая гипотеза: предполагается, что новые знания помогут создать универсальное устройство для серийных опрыскивателей, позволяющего сократить потери химических препаратов и усилить их воздействие за счет получения мелкодисперсного распыла и интенсификации процесса осаждения капель на поверхности растений.

Научная гипотеза: предполагается, что управляя процессом насыщения рабочего раствора воздухом и электризации полученного аэрозоля возможно варьировать размер капель в спектре распыла аэрозоля в заданных пределах и получить при оптимальных параметрах и режимах соответствующее современным агротехническим требованиям покрытие поверхности растений каплями препаратов.

Методы исследования: для достижения интересующих нас целей и получения необходимых данных, при проектировании и обосновании параметров новых агрегатов и технологий использовались абстрактно-логический, рас-четно-конструктивный методы исследований, моделирование и машинную имитацию.

Научная новизна работы:

1. Характеристики монодисперсности распыла жидкости и жидкостно-воздушной смеси, выраженные корреляционными функциями отклонений размеров капель и спектральными плотностями их дисперсий.

2. Математические зависимости плотности осаждения капель на поверхность растений в функции от напряжения электростатической зарядки для жидкости и жидкостно-воздушной смеси.

Практическую значимость представляют:

1. Универсальное эжекторное устройства для серийных опрыскивателей, обеспечивающего получение мелкодисперсного однородного распыла;

2. Оборудование электрозарядки аэрозоля для интенсификации процесса осаждения аэрозоля;

3. Способ внесения жидких микроэлементных удобрений, защищенный патентом РФ на изобретение № 2503505 «Способ листовой подкормки сельскохозяйственных культур».

4. Средство для точного и удобного качества обработки растений аэрозолем при электростатическом опрыскивании, защищенное патентом РФ на полезную модель №143171 «Карточка учетная профилированная».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научных конференциях СКНИИМЭСХ (Зерноград, 2012-2014 гг.), на Международной научно-практической конференции в рамках выставки «Интерагромаш» (Ростов-на-Дону, 2012-2014 гг.), на 8-й Международной научно-технической конференции ГНУ ВИЭСХ (Москва, 2012 г.), на Донской аграрной научно-практической конференции ФГБОУ ВПО АЧГАА (Зерно-град, 2012 г.), на Международной научно-технической конференции ГОСНИТИ (Москва, 2012 г.), на Всероссийской научно-практической конференции ФГБОУ ВПО КубГАУ (Краснодар, 2013 г.).

На защиту выносятся:

1. Характеристики мо но дисперсности распыла жидкости и жидкостно-воздушной смеси, выраженные корреляционными функциями отклонений размеров капель и спектральными плотностями их дисперсий.

2. Математические зависимости плотности осаждения капель на поверхность растений в функции от напряжения электростатической зарядки для жидкости и жидкостно-воздушной смеси.

3. Данные экспериментальных исследований по определению оптимальных параметров и режимов работы разработанного оборудования и их влиянию на качество обработки и урожайность сельскохозяйственных культур.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе три в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Общий объем опубликованных ра-

бот составляет 8,16 п.л., из которого личная доля автора составляет 3,26 п.л.

Реализация результатов исследований. Рабочий образец эжекторного оборудования для серийного полевого опрыскивателя ОП-22 прошел приемочные испытания в ФГБУ «Северо-Кавказская государственная зональная машиноиспытательная станция». Технология и оборудование для листовой подкормки посевов сельскохозяйственных культур воздушно-капельным способом внедрены в учебно-демонстрационном центре по внедрению ресурсосберегающих технологий ИПКК АПК ФГБОУ ВПО «Донской ГАУ».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит введение, пять глав, общие выводы, библиографический список из 114 наименований и приложение. Работа изложена на 181 странице машинописного текста, содержит 61 рисунок и 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, ее научная и практическая значимость, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлены исходные положения и результаты анализа существующих средств и способов опрыскивания растений, обзор исследований и разработок отечественных и зарубежных фирм, а также научных организаций в области электростатического распыливания жидкостей, дано описание методов совершенствования технологии листовой подкормки сельскохозяйственных культур биохимическими препаратами с насыщением рабочего раствора воздухом.

Одним из направлений повышения эффективности применения жидких минеральных удобрений, средств за-

щиты растений является снижение их расхода путем совершенствования технологий и применяемых технических средств.

Результаты ряда исследований показывают, что многие технологии опрыскивания сельскохозяйственных культур и технические средства для их реализации не соответствуют нормативным показателям по равномерности расхода жидкости, полидисперсности жидкостного факела и медианному размеру капель.

Есть возможность улучшить качество обработки растений применяя технологию электростатической зарядки распыляемого аэрозоля, создав вокруг факела распыла ко-ронирующее электрическое поле, проходя через которое капли жидкости получают электрический заряд, дополнительно дробятся, и за счет кулоновких сил притяжения осаждаются на растениях интенсивно увлажняя их поверхность.

Как показали исследования, наиболее эффективно под действием кулоновских сил осаждаются капли с размерами меньше 200 мкм, т.к. обладают меньшей массой и инерционностью. Таким образом, возникает необходимость интенсифицировать процесс дробления жидкости для получения мелкокапельного аэрозоля. Наиболее перспективным способом достичь данного эффекта является насыщение рабочего раствора воздухом, так как это позволяет одновременно сократить расход дорогостоящих препаратов.

Инжекторные распылители не позволяют достаточно полно насытить жидкость пузырьками воздуха, так как контакт рабочего раствора препарата с воздухом происходит в самой форсунке. Предлагается использовать эжекторное устройство с приготовлением на большом расстоянии до

гидравлических распылителей опрыскивателя жидкостно-воздушной смеси.

Рассмотрение процесса насыщения рабочей жидкости воздухом с помощью эжекторного устройства предполагает изучение теории струйного истечения газа в жидкость. Исследования в этой области проводились A.C. Васильевым, B.C. Талачевым, В.П. Павловым и др.

Теоретическими аспектами использования электростатической зарядки при распыливании аэрозолей химических препаратов занимались Ю.В. Рыбинский, A.B. Мкртумян, П.М. Мусабеков, 3.3. Рузикулов. Большая работа в этом направлении проведена в Челябинском институте механизации и электрификации сельского хозяйства.

Несмотря на усилия, затраченные в этой области, большинство исследований и конструкций ограничивались лишь стадией лабораторной практики.

На основании проведенного анализа сформулированы следующие задачи исследований:

1. Построить математическую модель обогащения рабочей жидкости опрыскивателя воздухом с помощью струйного воздушного потока и образования жидкостно-воздушной смеси;

2. Разработать вероятностную модель электрозарядки распыляемых капель и осаждения их на растении;

3. Провести экспериментальные исследования процесса приготовления, распыления жидкостно-воздушной смеси, электрозарядки распыляемых капель и осаждения их на растении;

4. Разработать методику расчета и практические рекомендации определения параметров струйного потока для приготовления ЖВС, электрозарядки капель в факеле распыла и осаждения их на подкармливаемых растениях;

5. Определить экономическую эффективность разработанного технологического процесса интенсификации листовой подкормки сельскохозяйственных культур.

Во второй главе представлены результаты расчетов основных параметров и характеристик водовоздушного эжектора, описаны его устройство и особенности работы, определены параметры процесса электризации растворов комплексных удобрений, дана теоретическая оценка осаждения электроаэрозоля.

Расчет основных геометрических параметров и рабочей характеристики воздушного эжектора проводился из условия использования его в качестве дополнительного оборудования для полевого опрыскивателя ОП-2000/18, учитывая возможность его работы с трактором МТЗ-80.

При этих условиях, формулы для расчета водовоздушного эжектора принимают следующий вид:

где Лрр = рр- рн- располагаемый перепад давлений рабочей воды, Па; Лрс = рс - рн - перепад давлений, создаваемый эжектором, Па; рр, рн, рс - давления рабочей, инжектируемой и сжатой сред, Па.

Для расчетов можно принимать К - 0,85. При этом

и0 =0,85^/4^-1. (2)

Отношение сечений камеры смешения и сопла /з//Р1

определяется по уравнению:

/ . л

/з

3

(3)

Уравнение характеристики воздушного эжектора будет иметь вид:

:<PI

fpl /з

l^-il-cpD^f-iX + uJ1

J 3

(4)

где щ, <р2, срз - коэффициенты скорости на выходе из рабочего сопла, на входе камеры смешения и выходе камеры смешения соответственно.

ДРс _

Зависимость

Ар

, отражающая характеристику

воздушного эжeктopaf представлена на рисунке 1.

0,70

со '

I £-0,60

с <3

а « 0,50

ёЗ

« « 0,40 я 3

I | 0,30 о в g § 0,20 О

0,10

0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 Объемный коэффициент инжекции Uo

Рисунок 1 - Расчетная характеристика - f(u ) воздушного эжектора ДРр

На основе данной характеристики были рассчитаны основные геометрические параметры эжекторного устройства. Сечение рабочего сопла

fox

0,41 • 10е

Р' 0,95 ■ 3600-^2 ■ 0,5 ■ 10б -10" Диаметр сопла dpX = 2,2 мм.

= 15,7 мм2

(5)

Длина камеры смешения при оптимальном значении

(/3//J = 2

/„ = 20 • 2,2 ■ (2 -1) = 44 мм (6)

Диаметр камеры смешения рассчитаем по формуле 7 с учетом длины струи

¿з = 2,2 + 2(6-2,2 + 44)^^- = 29 мм (7)

Для оценки эффективности работы устройства в переходных режимах определялся расход инжектируемого воздуха при других давлениях нагнетания в диапазоне от 0,42 до 0,55 МПа и температуры воздуха 5,15 и25° С (рисунок 2).

0,56 « 1 0,54 ¿0,52 ос 1 0,5 ::: 1 'Ш ш 1 й

га | 0,48 5 0,46 - а> 1 0,44 V § 0,42 ч: 0,4 0, Г 1 к £ 1 1 Ш 1 ш Цр 1 ш 1

9( 1,10 130 1,50 1,70 1,90 2Д0 2,3( Расход инжектируемого воздуха бн, кг/ч -Г=5г|>ад.С —-—1 = 15 град,С 1= 25град.С 2,50

Рисунок 2 - Расчетные характеристики рн =/(Он) водовоз-душного эжектора при различных температурах воздуха

Получаемая с помощью эжектора жидкостно-воздушная смесь способствовала формированию значительного количества мелких капель в факеле распыла, которые могут активно накапливать заряд под действием корони-рующего электрического поля. При этом у заряженной капли снижается поверхностное натяжение, что способствует ее дополнительному дроблению.

Для электростатического распыливания параметры, определяющие амплитуду разрушения пленки жидкости, с

учетом интенсивности электростатического поля, выражаются зависимостью:

, - С« = (Ь (8)

аг2 ^р р

где в — диэлектрическая проницаемость жидкости, Ф/м; р - плотность жидкости, кг/м3; Е - напряженность электростатического поля на границе раздела воздух-жидкость, В/м; к = 7г/с1к — волновое число выноса, пропорциональное диаметру капель, м"1; - амплитуда волны, м.

Процесс осаждения аэрозоля связан с изменением его счетной концентрации. Учитывая, что концентрация увеличивается за счет работы N распылителей производительностью X каждый, а её убыль происходит при воздушном потоке кратностью К и электроосаждения частиц, получим уравнение осаждения электроаэрозоля с учетом движения воздушных масс в виде:

^ = (9)

<а V е0

Расчеты показали, что при заряде частиц порядка 10'16 Кл на нижнюю сторону листа могут осаждаться частицы размером 4-5 мкм, а при заряде порядка 10~14 Кл на эту поверхности возможно попадание частиц размером до 18-20 мкм. При этом на верхнюю сторону осаждаются частицы, которые крупнее в 1,1-1,3 раза тех, что попадают снизу.

В третьей главе изложены цели и методы проведения экспериментальных исследований, приведены схемы полевых опытов и образцов дополнительного оборудования, описаны применяемые измерительные приборы и представлен план многофакторного эксперимента.

Модель секции эжектора (рисунок 3) представляет собой сборную конструкцию и состоит из следующих основ-

ных деталей: корпуса 1, входной трубы 2 и диффузора 3. В торцах входной трубы 2 и диффузора 3 на резьбовых соединениях установлены штуцера 4. В корпус 1 впаяна воздухо-подводящая трубка 7, во внутреннее отверстие которой предварительно ввернуто откалиброванное воздушное сопло 6. На наружное отверстие трубки наворачивается ниппель 5, который позволяет избежать попадания рабочего раствора в питающую пневмосистему.

1 - корпус; 2 - входная трубка; 3 - диффузор; 4 - штуцер; 5 - ниппель; 6 - воздушное сопло; 7 - воздухоподводящая трубка Рисунок 3 - Экспериментальная модель воздушного эжектора

Разработана струнная электродная система для электризации жидкостно-воздушной смеси, которая было установлено на полевой опрыскиватель (Ш-2000/18.

Для закладки опытов поле № 4.1 ФГБНУ СКНИИМЭСХ было разбито на участки контроля и участки для проведения электростатической обработки на различных напряжениях: малом - 13,5 кВ; среднем - 17 кВ и высоком - 19 кВ. При этом точки отбора проб располагались по диагонали.

Для получения точных результатов обработки растений заряженным аэрозолем потребовалось разработать новое средство оценки - карточку учетную профилированную (рисунок 4). Она по форме и размерам наиболее приближена к листовой пластинке обрабатываемого растения. Выполняется из мелованной бумаги низкой плотности (не бо-

лее 60 г/м2), обработанной 5%-ным раствором парафина в толуоле и защищена патентом РФ на полезную модель. Карточки располагались попарно (на лицевой и тыльной стороне листьев), в верхнем ярусе растения на высоте 40-45 см от почвы и в нижнем ярусе - на высоте 20-25 см.

1 - листовая пластинка;

2 - полимерный клей;

3 - карточка профилированная

Рисунок 4 - Схема учетной профилированной карточки

Для подробного качественного и количественного анализа отпечатков капель на учетных карточках применялся электронный лабораторный микроскоп общего назначения USB Digital Microscope. Полученное цифровое изображение высокого разрешения сканировалось на компьютере в программе JMicroVision.

Планирование многофакторного эксперимента позволило получить математическое описание или математическую модель исследуемого процесса, определяемую аналитической зависимостью Y от независимых переменных факторов (входных величин) хг, х2, -, хк и т.д.

Факторами оптимизации или выходными величинами были выбраны Ye и Уи - густота покрытия, соответственно, верхней и нижней поверхности листьев растений.

Эти величины исследовались в зависимости от факторов: хг - напряжения зарядки (определяет степень зарядки), кВ; х2 - расхода жидкости, мл/мин; х3 - скорости воздуш-

ного потока, транспортирующего аэрозоль, м/с; х4 - скорости движения электростатического опрыскивателя относительно объекта обработки, км/ч.

Пределы варьирования факторов выбирались по предварительным опытам с учетом экономичности режима работы опрыскивателя (таблица 1).

Таблица 1 - Г 1лан многофакторного экспеоимента

Номер опыта Нащ х1 )яжение Расход жидкости Скорость потока х4 Скорость движения

кВ код мл/мин код м/с код км/ч код

1 13,5 -1 1200 -1 3,2 -1 7,24 -1

2 13,5 -1 1200 -1 3,2 -1 8,90 +1

3 17,0 +0,273 1200 -1 3,2 -1 7,24 -1

4 17,0 +0,273 1200 -1 3,2 -1 8,90 +1

5 19,0 +1 1200 -1 3,2 -1 7,24 -1

6 19,0 +1 1200 -1 3,2 -1 8,90 +1

7 13,5 -1 1500 +1 4,0 +1 7,24 -1

8 13,5 -1 1500 +1 4,0 +1 8,90 +1

9 17,0 +0,273 1500 + 1 4,0 +1 7,24 -1

10 17,0 +0,273 1500 +1 4,0 +1 8,90 +1

11 19,0 +1 1500 + 1 4,0 +1 7,24 -1

12 19,0 + 1 1500 + 1 4,0 +1 8,90 +1

В четвертой главе представлены экспериментальные данные, полученные в ходе лабораторно-полевых опытов усовершенствованной технологии и оборудования для листовой подкормки сельскохозяйственных культур, а также резупьтагыприемочных испытаний эжекторного оборудования.

При работе опрыскивателя в совокупности с эжектор-ным оборудованием отмечено сокращение расхода рабочей жидкости до 29% при расходе воздуха порядка 25 л/мин.

Возросла доля капель среднего и мелкого размера, так количество капель до 200 мкм с 43 до 82% (рисунок 5).

„120-160 .„80-12U 40-80

41380-142(1 1260-1300 v tó0-?20 ,,,640-680 ЫН1-<.4И

X ваша

\ 520-560

380-32« 320-360 440-480 400-440 480-520

а) б)

а) - жидкосшо-воздушная смесь; б) - рабочая жидкость без воздуха Рисунок 5 - Распределение размера капель (мкм) на учетных карточках

В результате получены величины массового медианного диаметра капель распыла жидкости 710 мкм и жидко-стно-воздушной смеси 375 мкм (рисунок 6).

120

100

£

1 80 г

0 = 60

1 40 о

" 20 0

20 60 100 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 5S0 620 660 700 12S0 1400

Средний размер класса, мкм

120-160 200-240 240-280 , 400.440 5М1ЫМ1 320-360 /

____- кривая распределения капель

- кривая распределения капель жидкостно-воздушной смеси / / /

/ / / /

7 / /

i *** """

J. У — __ —

У г м2 i i i м, -

Рисунок 6 - Интегральные кривые распределения капель

Для разработанного эжекторного устройства проведены приемочные испытания в ФГБУ «Северо-Кавказская государственная зональная машиноиспытательная станция», по результатам которых составлен Прогокол№ 11-11-12.

В ходе опытов с электростатической зарядкой жидко-стно-воздушной смеси значительный прирост показателя плотности покрытия отмечен при напряжениях зарядки 17,0 и 19,0 кВ и составляет от 60 до 150% для верхнего яруса и от 140 до 280% для нижнего яруса относительно значений, полученных без электризации аэрозоля. Отмечено уменьшение массового медианного диаметра до 163 мкм на лицевой и 112 мкм на тыльной стороне листа. В свою очередь возрастание доли мелких капель в спектре повлекло за собой и увеличение равномерности покрытия на52% (таблица2).

Таблица 2 - Среднее количество капель в размерных группах

Положение поверхности Количество капель, шт. в размерной группе, мкм о и и о т

20-50 50-80 80-100 О О о ^ о о £ 3 >200

Без элект ризации

Лицевая 0 4 8 23 40 27 102

Тыльная 0 0 8 6 13 0 27

Электростатическая обработка

Лицевая 5 7 15 43 49 29 149

Тыльная 10 17 21 15 9 8 79

Оценка эффективности насыщения ионами аэрозоля показала, что переносимый удельный заряд капель составляет до 0,2 мкКл/мл, при этом энергопотребление на каждую форсунку составляет 5,25-10"3 кВт-ч.

В итоге многофакторного эксперимента получены математические модели в виде уравнений регрессии, адекват-

но описывающих процесс осаждения электроаэрозоля на верхнюю и нижнюю поверхности образца листьев (формулы 10, 11).

а) для густоты покрытия верхней стороны:

7В = 87,74+3,24х, + 23,7х2 + 2,34х3 -10,9х4 +2,35x^3 + 3,84х,х4 - ^^ - 1,6х2х3 - 7,07х2х4 - 6л;,2 - 8х2 - 5х32

б) для густоты покрытия нижней поверхности:

Ун = 16,32 + 2,58х, +5,7д:2 - 1,456х3 -4,285х4 + 4,216х,х2 -5,ЗЗх,х3 -

- 1,73хгх3 - 2,23х2х4 + 0,868х3х4 - 1,28х,2 - 1,404х2 + 0,45х4 ^ ^

Анализ полученных уравнений позволяет выявить наиболее рациональные режимы работы системы:

- напряжение - 16 кВ (напряженность 3,2 кВ/см);

- расход рабочей жидкости - 60 см3/с (1200 мл/мин);

- скорость воздушного потока - 4 м/с;

- скорость движения - 2 м/с (7 км/ч).

В пятой главе приведена методика расчетов капиталовложений на переоборудование серийного полевого опрыскивателя и определены показатели, влияющие на экономическую эффективность разработанной технологии опрыскивания.

Технико-экономической оценка эффективности внедрения разработанной технологии и технических средств проводилась на основе моделируемого хозяйства с посевными площадями 1014 га, что составляет одну тысячную долю площади пашни южной подзоны Ростовской области. При этом севооборот составляли 3 культуры: озимая пшеница, яровой ячмень и подсолнечник.

Согласно калькуляции затрат по возделыванию посевов сельскохозяйственных культур в заданных условиях потребуется иметь три полевых опрыскивателя марки

(Ш-2000/18, и, следовательно, размер капиталовложений на их переоборудование составит 423810 руб.

Годовая экономия за счет сокращения расхода микроэлементных удобрений рассчитывается как разница между стоимостью средств защиты в базовом и новом вариантах и составляет 216400 руб.

Срок окупаемости затрат, направленных на переоборудование опрыскивателя и внедрение новой технологии является приемлемым, поскольку позволяет окупить проект за 2,21 года или 3 полевых сезона и принесет чистый дисконтированный доход за период реализации проекта (8 лет) в размере 819761 руб., при внутренней норме доходности 48,95%.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ результатов научных исследований существующих конструкций полевых опрыскивателей показывает, что параметры процесса аэрозольной обработки сельскохозяйственных культур зачастую не соответствуют предъявляемым агротехническим требованиям. Целевое попадание препаратов не достигает 65 %. Неравномерность отложения аэрозоля превышает 40 %. Большинство разработок отечественной и зарубежной инновационной техники с улучшенным показателями качества обработки обладают высокой стоимостью и сложны в обслуживании.

2. Теоретическими исследованиям доказано, что применение электростатической технологии внесения заряженной жидкостно-воздушной смеси позволит эффективно покрывать растения каплями с размерами менее 200 мкм и даст возможность вест обработку при скорости ветра до 7 м/с.

3. Математические модели, описывающие процесс ионизации и дробления жидкости в факеле распыла под действием коронирующего электростатического поля, отража-

ют зависимость между расходом рабочего раствора и удельным зарядом капель. Так с увеличением расхода жидкости в 4 раза при 10 кВт (от 0,02 до 0,08 мл/с) заряд уменьшается от 0,5-Ю"10 до 0,1-Ю"10 Кл, т.е. в 4 раза, а при 22 кВт - от 2,5-10"10 до 1,6-10"10 Кл, т.е. менее чем в 2 раза.

4. Аналитическими исследованиями определено, что необходимо использовать отдельное эжекторное устройство на каждую секцию опрыскивателя. При этом наибольшая эффективность работы водовоздушного эжектора достигается при подачи воздуха под давлением от 0,42 до 0,56 МПа через сопло с отверстием диаметром 2 мм, а давление жидкости должно находится в пределах от 0,20 до 0,35 МПа, что обеспечит расход воздуха в пределах 25 л/мин при нормируемом расходе жидкости 50-250 л/га.

5. С целью получения точных и достоверных результатов исследований, методика определения качества покрытия растений жидкостно-воздушной смесью электростатическим способом предполагает использование карточки учетной профилированной выполненной из мелованной бумаги плотностью не более 60 г/м2, покрытой 5%-ым раствором парафина в толуоле со скругленными по форме листовой пластинки углами.

6. В результате экспериментальных исследований разработана струнная электродная система, рассчитанная на зарядку аэрозоля, поступающего от 4-х смежных форсунок при напряжении до 22 кВ с питанием высоковольтного оборудования от бортовой электросети трактора 12 В при токе не более 15 А, позволяющая получить удельный заряд капель до 5 мкКл/мл.

7. На основании лабораторно-полевых испытаний установлено, что применение на штатном полевом опрыскивателе эжекторного оборудования позволяет сократить рас-

ход рабочего раствора на 18-25%, уменьшить полидисперсность распыла в 1,7 раза, увеличить долю мелких капель (до 200 мкм) в спектре до 82 % (в 1,9 раза) при работе его в рациональном режиме с давлением жидкости 0,30 МПа и давлением воздуха 0,45 МПа.

8. Применение электростатической зарядки аэрозоля позволяет дополнительно получить прирост плотности покрытия поверхности листьев верхнего яруса до 150 % и листьев нижнего яруса до 280 % со снижением среднего медианного диаметра капель в спектре до 127 мкм, при работе в оптимальном режиме с напряжением 16-17 кВ и расходом жидкости через каждую форсунку 1200 мл/мин.

9. Результаты технико-экономической оценки реализации проекта подтверждают целесообразность внедрения предлагаемой технологии и технических средств в фермерских хозяйствах и предприятиях южных регионов Российской Федерации. Использование данной разработки позволит получить годовую прибыль в размере 216400 руб. от сокращения расхода химических препаратов и чистый дисконтированный доход (в расчете за 8 лет существования проекта) 946587,97 руб.

Основные положения диссертации опубликованы

- в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Ксенз, А.Я. Исследование электризации рабочей жидкости при листовой подкормке. / С.И. Камбулов, В.П. Богданович, В.И. Вялков, В.А. Максименко. - Техника в сельском хозяйстве. - 2012. - №5. - С. 32-33.

2. Ксенз, А.Я. Исследование электризации жидкостно-воздушной смеси при внесении удобрений. / С.И. Камбулов, В.А. Максименко. - Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2013. - №6. - С. 24-25.

3. Ксенз, А.Я. Совершенствование процесса опрыскивания сельскохозяйственных культур. / В.И. Вялков,

B. А. Максименко,-Труды ГОСНИШ. - 2013. - Т. 112. - 4.1. - С. 62-70.

- патенты РФ:

4. Патент №2503505 С2 RU В05В 5/00 A01G 25/16 А01С 23/04 В05В 7/04 В05В 7/32 А01М 7/00. Способ листовой подкормки сельскохозяйственных культур. / В.И. Па-хомов, В.Б. Рыков, С.И. Камбулов, В.И. Вялков, А.Я. Ксенз,

C.Н. Шкрабак, Е.С. Шкрабак, Т.В. Шкрабак / Заявл. 13.01.2012; опубл. 10.01.2014. -Бюл. №20.

5. Патент №143171 U1 RU G01N 1/28. Карточка учетная профилированная. / В.И. Пахомов, С.И. Камбулов, А.Я. Ксенз / Заявл. 19.11.2013; опубл. 20.07.2014. - Бюл. №20.

- в прочих изданиях:

6. Ксенз, А.Я. Технология внесения органических, минеральных, микроэлементных удобрений для повышения урожайности и качества продукции полеводства в условиях недостаточного увлажнения. / В.И. Пахомов, В.Б. Рыков, С.И. Камбулов, В.И. Вялков, Н.В. Шевченко, В.М. Мажара. - Зерноград: СКНИИМЭСХ, 2013. - 140 с.

7. Ксенз, А.Я. Определение оптимальных доз внесения жидких компелксных удобрений. / С.И. Камбулов, В.И. Вялков. - Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 5-й Междунар. на-уч.-практ. конф. - Ростов н/Д, 2012. - С. 110-113.

8. Ксенз, А.Я. Экспериментальные исследования электрозарядки диспергируемых капель в факеле распыла и удельного электросопротивления раствора микроэлементных удобрений. / С.И. Камбулов, В.И. Вялков. - Агроинже-нерная наука в сфере АПК: инновации, достижения. - Сб. науч. тр. 7-й Междунар. науч.-практ. конф. «Агроиженерная наука в повышении энергоэффективности АПК». — Зерно-град: ГНУ СКНИИМЭСХ, 2012. - С. 38-44.

9. Ксенз, А.Я Эффективность листовой подкормки зерновых, зернобобовых сельскохозяйственных культур и

подсолнечника различными видами удобрений. / С.И. Кам-булов, В.И. Вялков, В.М. Мажара. - Агроинженерная наука в сфере АПК: инновации, достижения. - Сб. науч. тр. 7-й Междунар. науч.-практ. конф. «Агроиженерная наука в повышении энергоэффективности АПК». - Зерноград: ГНУ СКНИИМЭСХ, 2012. - С. 44-50.

10. Ксенз, А.Я. Оборудование для электростатического метода опрыскивания. / В.Б. Рыков, С.И. Камбулов, В.И. Вялков, В.А. Максименко. - Донская аграрная науч.-практ. конф. «Инновационные пути развития агропромышленного комплекса: задачи и перспективы»: междунар. сб. науч. тр. // Высокоэффективные технологии и технические средства в сельском хозяйстве. - ФГБОУ ВПО АЧГАА. - Зерноград, 2012. - С. 41-45.

11. Ксенз, А.Я. Совершенствование листовой подкормки сельскохозяйственных культур. / А.Я. Ксенз. -«Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве»: тр. 8-й Междунар. науч.-практ. конф. - 4.2.: Энергосберегающие технологии в растениеводстве и мобильной энергетике. - Москва: ГНУ ВИЭСХ, 2012. - С. 121-124.

12. Ксенз, А.Я. Качественные показатели электростатического опрыскивания микроэлементными удобрениями. / А.Я. Ксенз. - Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 6-й междунар. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д, 2013. - С. 28-31.

13. Ксенз, А.Я. Особенности осаждения электроаэрозоля. / С.И. Камбулов, В.И. Вялков, В.А. Максименко. - Сб. науч. тр. 8-й Междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные разработки для АПК». - Ч.1.: Разработка инновационных технологий и технических средств для АПК - Зерно-град: ГНУ СКНИИМЭСХ, 2013. - С. 93-99.

14. Ксенз, А.Я. Экономическая эффективность механизированных технологий внесения микроудобрений. / С.И. Камбулов, Н.В. Шевченко, В.И. Вялков. - Сб. науч. тр. 8-й Междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные разработки для АПК». - Ч.1.:

Разработка инновационных технологий и технических средств для АПК. - Зерноград: ГНУ СКНИИМЭСХ, 2013. - С. 3-15.

15. Ксенз, А.Я. Эффективность листовой подкормки ячменя электростатическим способом. / А.Я. Ксенз. - Проблемы механизации и электрификации сельского хозяйства: материалы Всероссийской науч.-практ. конф. - Краснодар: ФГБОУ ВПО КубГАУ, 2014. - С. 251-255.

16. Ксенз, А.Я. Модель индивидуального ионизатора для электростатического опрыскивания / В.И. Вялков, В.А. Максименко. - Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 7-й междунар. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д, 2014. - С.97-101.

17. Ксенз, А.Я. Интенсификация диспергирования химикатов при работе вентиляторных опрыскивателей. / В.И. Вялков, В.А. Вялых. - Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 7-й Междунар. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д, 2014. - С. 101-103.

18. Ксенз, А.Я. Результаты испытаний оборудования для внекорневой подкормки микроэлементными удобрениями зерновых культур. / Е.В. Медведева, В.И. Вялков, Ю.Н. Волгин. - Сб. науч. тр. 9-й Междунар. науч.-практ. конф. «Разработка инновационных технологий и технических средств для АПК». - Зерноград, ФГБНУ СКНИИМЭСХ, 2014. - 4.1. - С. 13-21.

19. Ксенз, А.Я. Экономическая эффективность электростатической технологии опрыскивания. / А.Я. Ксенз. - Сб. науч. тр. 9-й Междунар. науч.-практ. конф. «Разработка инновационных технологий и технических средств для АПК». - Зерноград, ФГБНУ СКНИИМЭСХ, 2014. - 4.1. - С.21-26.

Подписано в печать 27.02.2015 г. Формат 60x84 1/16 Объем 1,0 п.л. Тираж 120 экз. Заказ 2-2015 Печатно-множительная группа СКНИИМЭСХ