автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии внесения пестицидов и оптимизация параметров распыливающего устройства с дроссельной шайбой-вставкой

На правах рукописи

БИРЮКОВА ЕВГЕНИЯ ВЛАДИМИРОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВНЕСЕНИЯ ПЕСТИЦИДОВ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РАСПЫЛИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА С ДРОССЕЛЬНОЙ ШАЙБОЙ-ВСТАВКОЙ

Специальность 05.20.01 — Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мичуринск-Наукоград РФ, 2006

Работа выполнена на кафедре "Механизация сельского хозяйства" Тамбовского государственного технического университета.

Научный руководитель: заслуженный работник сельского

хозяйства Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Капустин Василий Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Тишанинов Николай Петрович

доктор технических наук, профессор Макаров Валентин Алексеевич

Ведущая организация: Государственное учреждение

«Тамбовский НИИСХ» РАСХН

Защита диссертации состоится "25" декабря 2006 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета К 220.041.01 при ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет»: по адресу: 393760, Тамбовская обл., г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101, зал заседаний диссертационного совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан "23" ноября 2006 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета -

кандидат технических наук, доцент Л/Мь-тс^ Михеев Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. От совершенства технологии применения пестицидов зависит многое: эффективность их применения, степень использования, содержание химических остатков в урожае, безопасность окружающей среды, условия труда обслуживающего персонала.

При применении серийных штанговых опрыскивателей потери препаратов составляют около 30 %, а наземных машин с боковым дутьем - 70 % и более.

Потери пестицидов и загрязнение окружающей среды связаны с формированием особо крупных капель, при высокой норме расхода рабочей жидкости (75...300 л/га) и с не выполнением агротехнических требований по равномерности и качеству распыла.

В этой связи важной задачей в создании надежной системы защиты растений является совершенствование и разработка новых технологий опрыскивания полевых культур на базе принципиально новых средств механизации. Последние должны обеспечивать выполнение агротехнических требований на более высоком уровне, повышение производительности труда, снижение энергетических затрат и экологизацию защитных мероприятий.

Данная работа выполнена в соответствии с региональной научно-технической программой «Черноземье» (2002-2003 г.г.) и научным направлением ФГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет».

Цель исследования. Повышение эффективности процесса внесения пестицидов штанговыми опрыскивателями со щелевыми распылителями.

Объект исследования. Технологический процесс внесения пестицидов опрыскивателями.

Предмет исследований. Закономерности изменения показателей качества распыла.

Методика исследований. Для достижения поставленной цели и решения комплекса задач применялись теоретические и экспериментальные методы исследований.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

- осуществлена новая постановка научной задачи по повышению эффективности использования опрыскивателя за счёт оптимизации режимов работы;

- развита теория изучаемого объекта исследований;

- разработаны новые технические средства и приборы, обеспечивающие повышение качества использования пестицидов;

- усовершенствована технология внесения пестицидов.

Практическую значимость имеют:

- обоснование режимных параметров работы опрыскивателя;

- конструктивная схема распыливающего устройства с дроссельной шайбой-вставкой;

- конструктивная схема приспособления (прибора-указателя) для установки осей сопел щелевых распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги;

- применение результатов диссертационной работы в сельскохозяйственном производстве;

- практическая привлекательность использования исследованных вопросов оптимизации работы опрыскивателя при оптимальном соотношении «цены-качества».

Реализация результатов исследований. Результаты исследований процесса внесения пестицидов опрыскивателями, оснащенными предложенными конструкциями дроссельных шайб-вставок и применением приспособления -прибора-указателя для установки осей сопел распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги, внедрены в ООО «Мучкап-Нива» Мучкапского района, подсобном хозяйстве ОАО «Тамбовагропромсервис» и в агрофирмах ОАО «Тамбовагропромснаб» и ОАО «Тамбовагропромкомплект».

Апробация. Основные положения диссертации доложены и одобрены: на научной конференции «Инженерное обеспечение АПК» Мичуринского ГАУ (2003 г.); на международной конференции «Наука на рубеже тысячелетий» Тамбовского государственного технического университета (2004 г.); на международной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии развития» Тамбовского государственного технического университета (2004 г.); на международной научно-практической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» ГНУ ВИЭСХ г. Москва (2004 г.); на X научной конференции в Тамбовском государственном техническом университете (2005 г.); на международной научно-практической школы-конференции «Прогрессивные технологии развития» Тамбовского государственного технического университета (2005 г.); на научной студенческой конференции ассоциации «Объединенные университет им. В.И.Вернадского» Тамбовского государственного технического университета (2006 г.); на заседании кафедры «Механизация сельского хозяйства» Тамбовского государственного технического университета 25 октября 2006 года.

Публикация. Материалы диссертации отражены в 7 печатных работах. Общий объем публикаций составляет 124,28 п. л., из которых 14,3 принадлежит автору.

Объем диссертации. Диссертация изложена на 218 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти разделов, общих выводов по работе, списка литературы и 13 приложений. Содержит 44 таблицы и 74 рисунка. Список используемой литературы включает в себя 180 наименований, из них 4 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, обоснована цель, вытекающие из нее задачи исследований и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследований» установлено, что в настоящее время основными проблемами при опрыскивании щелевыми распылителями с использованием пестицидов являются: несоответствие дозы вносимого препарата, неравномерность его распределения по обрабатываемой поверхности и образование грубой дисперсности распыла.

Анализ состояния средств механизации в области защиты растений показал, что для этого используется значительное количество разнообразной техники, однако, лишь некоторая из них способна точно и качественно, с образованием монодисперсного распыла вносить пестициды на обрабатываемые объекты.

На основе анализа технологических и технических решений оборудования и технологий для опрыскивания сделаны выводы:

1. Существующие технологии и технические средства для защиты растений не в полной мере соответствуют агротехническим требованиям по показателям качества распыла.

2. Достаточного научного обеспечения повышения эффективности работы штангового опрыскивателя со щелевыми распылителями и предложений по снижению удельных расходов рабочей жидкости и уменьшению размера (диаметра) частиц в настоящее время в России не имеется.

3. Не созданы устройства для идентичности работы распылителей и правильной стыковки факелов распылителей, что в основном определяет равномерность распределения распыляемой среды по обрабатываемой поверхности.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- теоретически обосновать оптимизацию параметров распыливающего устройства с дроссельной шайбой-вставкой;

- разработать конструктивно-технологическую схему распыливающего устройства с применением дроссельной шайбы-вставки и настройки опрыскивателя с помощью приспособления — прибора-указателя для установки оси щелевого распылителя на одинаковый угол относительно оси штанги,

- обосновать конструктивные параметры и режимы работы дроссельных шайб-вставок и приспособления прибора- указателя;

- исследовать основные показатели работы модернизированных щелевых распылителей (качество распыла, угол факела распыла и расход жидкости в единицу времени) и зависимости медианного массового диаметра капель, расхода жидкости от давления и геометрических параметров (диаметра канала, высоты) дроссельной шайбы-вставки, диаметра отверстия щелевого распылителя;

- исследовать зависимости равномерности распределения жидкого материала по обрабатываемой поверхности при опрыскивании, от высоты установки штанги, установки оси щелевых распылителей под определенным углом к оси штанги опрыскивателя;

- провести производственную проверку опрыскивателя, оснащенного дроссельными шайбами-вставками, приспособлением прибором-указателем и определить экономическую эффективность их использования.

Во второй главе «Теоретические обоснования методов и средств повышения эффективности использования модернизированных опрыскивателей» обоснована рабочая гипотеза повышения эффективности использования модернизированных опрыскивателей на основе компоновочно-режимной адаптации, обоснованы режимы работы опрыскивателей. Приведена схема распыливающего устройства с дроссельной шайбой-вставкой, сделан теоретический анализ рабо-

чего процесса и обоснование конструктивно-режимных параметров распиливающего устройства с дроссельной шайбой-вставкой. Приведена схема приспособления (прибора-указателя) для установки продольных осей сопел щелевых распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги опрыскивателя, выполнен теоретический анализ рабочего процесса и обоснование конструктивно-режимных параметров приспособления.

Из-за потерь жидких средств химической защиты, обусловленных сносом ветром диспергированных капель жидкости, колебаниями штанги, нарушениями конуса распыла, ударными взаимодействиями штанги с поверхностью почвы и растениями, скатывания капель с их поверхности, не обеспечивается норма расхода:

(1)

где <2ф, ()г - соответственно фактическая и агротехнически обоснованная норма расхода рабочей жидкости; Д£) - потери рабочей жидкости.

Тогда

9ж• с/2 • и• л/2я-Р У= . (2)

Снижению расхода рабочей жидкости способствует образование мелкокапельного опрыскивания, которое характеризуется высокой дисперсностью распыла.

Основными контролируемыми параметрами процесса опрыскивания в соответствии с выражением (2) являются скорость движения, расход через распылители, давление, развиваемое насосом и высота установки штанги с распылителями над обрабатываемой поверхностью.

При этом, объемный расход жидкости через распылитель:

(?)

где ¡л = (р-е - коэффициент расхода.

Каждый тип распылителя имеет характеристику — зависимость расхода жидкости через сопло от давления. Характер этой зависимости описывается известным уравнением (3).

Коэффициент расхода зависит от формы сопла форсунки и режима течения и определяется экспериментально.

Так как диаметр сопла питания на выходе является базовым размером объемного струйного элемента, то формула (5) запишется в виде:

(4)

(5)

р

где (¡с - диаметр отверстия сопла.

Значение рабочего давления в системе:

Р ( й-у-ъ 41

Ар =

2 {600-

Создание условий получения сплошного монодисперсного распыла (120250 мкм для щелевых распылителей РЩ 110-0,6 и РЩ 110-1,0; 250-380 мкм для щелевых распылителей РЩ 110-1,6 и РЩ 110-2,5) достигается за счет установки дроссельной шайбы-вставки с каналами, в съемной гайке-держателе между подводящей трубкой и корпусом щелевого распылителя (рисунок 1).

Устройство для распыления жидкости содержит: дроссельную шайбу-вставку 1 диаметром с/ш с каналами 2 диаметром с!к, установленную в съемной гайке-держателе 3 между подводящей трубкой 4 и корпусом щелевого распылителя 5 с керамической вставкой (форсункой) 6.

Каналы 2 в дроссельной шайбе-вставке 1 выполнены прямолинейными. Центральный канал параллелен оси потока жидкости. Через четыре крайних канала перепуск жидкости производится на периферии камеры закручивания 7 щелевого распылителя.

Дроссельная шайба-вставка 1 свободно устанавливается в съемной гайке держателе 3, но плотно между подводящей трубкой 4 и корпусом щелевого распылителя 5.

Рисунок 1 - Устройство для распыления жидкости с дроссельной шайбой-вставкой: 1 — дроссельная шайба-вставка; 2 — каналы дроссельной шайбы-вставки; 3 - съемная гайка-держатель; 4 - подводящая трубка;5 — корпус щелевого распылителя;

6 - керамическая вставка (форсунка); 7 — камера закручивания, диаметр дроссельной шайбы-вставки; ¿4—диаметр канала дроссельной шайбы-вставки; к — высота дроссельной шайбы-вставки; О - угол наклона канала дроссельной шайбы-

вставки.

Основной задачей исследования было определение эффективности работы штангового опрыскивателя со щелевыми распылителями при использовании дроссельных шайб-вставок. Решение поставленной задачи было разбито на два этапа:

1. Определение режимов и параметров течения жидкости в щелевом распылителе;

2. Подтверждение закономерности процесса уменьшения диаметра капель (частиц) жидкости при использовании дроссельной шайбы-вставки.

Местные потери напора возникают при установке дроссельной шайбы-вставки с каналами в съемной гайке-держателе между подводящей трубкой и корпусом щелевого распылителя (форсункой). При контакте с дроссельной шайбой-вставкой с каналами, жидкость подвергается усиленной турбулизации.

В струйной форсунке, представляющей собой щелевой распылитель с дроссельной шайбой-вставкой, жидкость разделяется на два потока: один проходит через наклонные каналы дроссельной шайбы-вставки, а второй формируется в результате прохождения части жидкости через осевой канал. Закрученный и осевой потоки взаимодействуют в камере закручивания и в сопловом канале. Это взаимодействие является определяющим при формировании факела распыленной жидкости.

В настоящее время практически отсутствуют работы по исследованию процесса взаимодействия потоков в камере закручивания и сопловом канале струйной форсунки. Поэтому для понимания механизма смешения использовался принцип наиболее близких аналогий.

В камере закручивания и в сопловом канале щелевого распылителя взаимодействие обоих потоков будет приводить к выравниванию скоростей и их взаимному перемешиванию на расстоянии трех диаметров осевой струи от точки присоединения.

В качестве основных предпосылок для теоретического описания протекающих в щелевом распылителе процессов исследованы следующие предположения: в камере смешения и в сопловом канале происходит перенос поступательной и вращательной энергии; вследствие развития сдвигового слоя происходит взаимное проникновение потоков с переносом вещества из одного слоя в другой, причем интенсивность переноса пропорциональна степени закручивания потока; единый профиль скорости в сопловом канале формируется на расстоянии до трех его диаметров от точки присоединения потоков; результирующий профиль аксиальной составляющей скорости ввиду сложности его определения может быть задан постоянным, однако возможность образования воздушного вихря на оси факела должна быть учтена, так как известны случаи распределения жидкости с глубоким провалом по оси.

Расход жидкости через сопловое отверстие равен суммарному расходу через осевой (центральный) и наклонные (периферийные) каналы дроссельной шайбы-вставки:

Для определения связи между коэффициентом заполнения сопла и комплексом /1* предлагается воспользоваться принципом максимума расхода, которому эквивалентно условие минимума удельной энергии живого сечения при отсутствии потерь на трение. Для этого продифференцируем соотношение (8) по <р и приравняем полученное выражение к нулю. Из этого равенства легко показать следующее:

о.-с.+с.

Расход жидкости через сопловое отверстие равен: С = ™сх/с<Р

При этом коэффициент расхода щелевого распылителя равен:

(6)

(7)

(В)

А'2 =[{2-<р)1<р]ъ

(9)

Полагая здесь (р — \, получим условие сплошного заполнения соплового канала щелевого распылителя: А^ — 1.

Таким образом, если А* < 1, сопло заполнено полностью, при А* > 1 в сопловом канале образуется воздушный вихрь.

Проведенные теоретические исследования позволяют определить режимы и параметры течения жидкости в щелевом распылителе с дроссельной шайбой-вставкой.

При вытекании жидкости из щелевого сопла образуется веерообразная пленка плоская с двух сторон. Веерообразная форма пленки была рассчитана с помощью полуэмпирического метода.

Для улучшения равномерности распределения рабочей жидкости по поверхности обработки предлагается применять приспособление прибор-указатель, конструктивно-технологическая схема которого показана на рисунке 2.

Предлагаемое приспособление прибор-указатель позволяет повысить равномерность распределения рабочей жидкости по поверхности поля, что в свою очередь повышает качество обработки растений.

.7

7 ... -

I—Л .«шип

ПиммН Г1—*

7 4 3

Рисунок. 2 - Схема приспособления (прибора-указателя) для установки осей щелевых распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги опрыскивателя 1 - платформа; 2 - шкала; 3 - указатель; 4 - винт установочный;

5 — пружина; 6 - стойка; 7 — центрирующий захват; 8 - держатель В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены основные этапы экспериментальных работ, даны частные методики исследований. Также в ней отражены описание экспериментальной установки, методики обработки и проведения производственных испытаний. Экспериментальные исследования включали лабораторные и производственные испытания.

В программу экспериментальных исследований, проводившихся в несколько этапов, входило: исследовать основные показатели работы щелевых распылителей (качество распыла, угол факела распыла и расход жидкости в единицу времени); исследовать зависимости медианного массового диаметра капель, расхода жидкости от давления и геометрических параметров (диаметра

канала, высоты) дроссельной шайбы-вставки, диаметра отверстия щелевого распылителя; исследовать зависимости равномерности распределения жидкого материала по обрабатываемой поверхности при опрыскивании от высоты установки штанги, установки оси щелевых распылителей под определенным углом к оси штанги опрыскивателя; исследовать методы и средства повышения качества работы опрыскивателя; исследовать закономерности изменения эксплуатационно-технологических показателей работы опрыскивателя и показатели качества работы опрыскивателя с применением новых методов и технических средств; произвести производственную проверку опрыскивателя, оснащенного дроссельными шайбами-вставками, подготовленного к работе с использованием приспособления (прибора-указателя) в технологии производства сахарной свеклы, дать технико-экономическую оценку. Для проведения исследований была специально разработана и изготовлена экспериментальная установка (рисунок 3).

5. А О, Л. ? ч Т1 .32. А. Л. .14

2 га.: 20.' л. 15

Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки: 1 - платформа; 2 - стол для установки мерных емкостей; 3 - классификатор; 4 — шкала для определения угла факела распыла; 5 - вертикальная панель; 6 - вентиль; 7 - распылители; 8 - штанга для распылителей; 9 - метровая линейка; 10 - подводящая магистраль; 11 — расходомер; 12 - манометр; 13 — сливная магистраль; 14 — соединительный шланг; 15 - бак; 16 - насос; 17 - электродвигатель; 18 - рама; 19 - стол для деталей и инструментов; 20 - стол для приборов

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты экспериментальных исследований и дан их анализ, приводятся зависимости для выбора эффективных режимов работы трактора МТЗ-80 с опрыскивателем ОПШ-15-01.

q, л/мин M 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0

ОД 0,3 0,4 ОЗЛМПа

с * - щелевой распылитель без дроссельной шайбы-вставки A Л - щелевой распылитель с дроссельной шайбой-вставкой Рисунок 4 - Зависимость расхода раствора одним распылителем (q) от давления (Р)

S, м 34003000 • 2600 • 2200 -1800 ■

200 220 240 260 280б»л/га

Рисунок 5 - График зависимости общего пути опрыскивателя от нормы расхода раствора

У, км/ч 20

16

12

8

4

О

ОД 0,3 0.4 0,5/\МПа

■о & - щелевой распылитель без дроссельной шайбы-вставки л л - щелевой распылитель с дроссельной шайбой-вставкой 1 - 6=100 л/га; 2 - 0=150 л/га; 3 - 0=200 л/га; 4 - 0=250 л/га; 5 - 0=300 л/га.

Рисунок 6 - Определение давления (Р) при скорости агрегата (V) и норме внесения раствора (0) Карточка технолога, включающая графики (рис. 4, 5, 6) зависимостей этих параметров от условий выполнения работы, позволяющая в полевых условиях осуществлять настройку опрыскивателя на заданный режим работы.

с= ... 1200 л

i,5 м

РЩ 110-1,6

Для оценки щелевых распылителей РЩ 110-0,6, РЩ 110-1,0, РЩ 110-1,6, РЩ 110-2,5 были изучены их дисперсные характеристики. На рисунке 7 приведены интегральные кривые распределения капель для распылителя РЩ 110-1,6 без дроссельной шайбы-вставки и с дроссельной шайбой-вставкой.

«и»

.

■ -■—

/ |

—- --- V —

л 1

—

■ ' пмлгво! рягвылгггль ( ¡факкшмЛ ша§6о1 вставкой » > " * ш?.»*01 рггиылятт-ль б«} дросст»>«о1 юибы-мтмкя

Рисунок 7 - Интегральные кривые распределения размеров капель по объему при испытании распылителя РЩ 110-1,6

Анализ интегральных кривых позволил определить средневзвешенный по опьггу, массовый медианный диаметр капель (таблица 1).

Таблица 1 - Средневзвешенный массовый медианный диаметр капель

Использование опрыскивателя Распылители

РЩ 1100,6 РЩ 1101,0 РЩ110-1,6 РЩ 1102,5

Без применения дроссельной шайбы-вставки 238 270 280 374

С применением дроссельной шайбы-вставки 232 244 257 362

Из таблицы 1 видно, что значение показателей дисперсности осевших капель при испытании щелевых распылителей с дроссельной шайбой-вставкой значительно меньше показателей дисперсности осевших капель при испытании щелевых распылителей без дроссельной шайбы-вставки.

Показатель полидисперсности капельного спектра определен из интегральных кривых (рисунок 7). Значения показателей полидисперсности сведены в таблицу 2.

Таблица 2 - Значения показателей полидисперсности капельного спектра

Использование опрыскивателя Распылители

РЩ 1100,6 РЩ 1101,0 РЩ 1101,6 РЩ110-2,5

Без применения дроссельной шайбы-вставки 2,91 3,28 3,57 3,35

С применением дроссельной шайбы-вставки 2,22 2,52 2,27 2,75

Показатель полидисперсности капельного спектра при испытании щелевых распылителей с дроссельной шайбой-вставкой меньше, чем без применения дроссельной шайбы-вставки. Это объясняется уменьшением спектра крупных капель (более 500 мкм), и увеличением спектра средних (250...500 мкм) и мелких капель (50...250 мкм), что приближает распыл жидкости к монодисперсному. Значительное увеличение количества капель позволяет или снизить расход препарата, или уменьшить число обработок.

Анализ интегральных кривых показывает, что обычные щелевые распылители без дроссельной шайбы-вставки имеют широкий спектр размеров образующихся капель, поэтому мелкие (50... 100 мкм) сносятся за пределы обрабатываемого участка, а крупные (более 500 мкм) — малоэффективны, так как несут в себе лишний препарат.

При оценке равномерности распределения рабочей жидкости были получены характеристики щелевых распылителей по распределению среднеобъем-ного диаметра капель (¿Г) и плотности покрытия (п) по ширине захвата распылителя (Вк) (рисунок 8).

1 К. ви«м; 4 мкм ----

1200 60«

1000 1 ! 1

\ /»он 400

/ «00 МО 1

\ / «м !

* шш* ■ N * чН

1 200 100 ! 1 -»V

- "-ч *

А, с« 60 45 >0 15 О 15 30 ^ ЛО Ль"

- распылитель РЩ 110-0,6;—• — ---- распылитель РЩ 110-1,0

Рисунок 8 - Характеристики щелевых распылителей по распределению среднеобъсмного диаметра капель (сГ) и плотности покрытия (п) по ширине захвата распылителя (Я*)

Коэффициент вариации определяли при испытании щелевого распылителя с дроссельной шайбой-вставкой. На рисунке 9 показана зависимость коэффициента вариации (у) от давления (Р) при распределении жидкости по ширине захвата.

0,2 0,3 0,4 0,5 р, МПа

Рисунок 9 - Зависимость коэффициента вариации (у) от давления (Р) при распределении жидкости по ширине захвата

Модель рабочего процесса щелевого распылителя рассматривалась с входными параметрами: XI - диаметром ¿/к канала дроссельной шайбы-вставки, хг — высотой дроссельной шайбы-вставки И, — давление Р жидкости.

В качестве выходных параметров, характеризующих качество рабочего процесса, приняты: у\ - минутный расход q жидкости, уг — медианно-массовый диаметр йт капель.

Экспериментальные исследования процесса распыления рабочей жидкости проводились на экспериментальной установке (рисунок 3).

По результатам опытов, согласно представленному плану были определены коэффициенты уравнения регрессии и значения их доверительных интервалов. После обработки экспериментальных данных получены следующие уравнения регрессии второго порядка, адекватно описывающие результаты эксперимента.

РЩ 110-0,6 (желтый):

у} =546,361 + 43,750-х, + 25,359-х2 + 42Л48-х3 -

-21,250-х, -х2 4-21,466-х,-х3 -38,620-х2 •х3 + (10)

+ 20,200 • х? -17,792 -х| +12,028 -х|

у2 =200,900 +8,623-х, + 13,656-х2 + 5,594-х3 -5,681-х, -х3 +

+ 6,847-х,2 -5,767-Хз (П)

РЩ 110-1,0 (оранжевый):

ух =844,113 + 67,479-*, +38,765-х2 + 66,817-х3 -

-33,068-х,-х2 +33,402-х,-х3 -60,059 -х2*х3 + (12)

+ 30,563 -х,2 -27,892-*! + 19,577 -х| у2 =235,933 + 10,305-х, +15,768 -х2 + 6,136-х3 - 6,980-х, -х3 +

+ 8,164-х2 - 6,999 -х32 РЩ 110-1,6 (красный):

+10,764-х,2 - 9,309 -х32.

(13)

уу =1302,290+102,893-х, + 60,510-х2 + 103,135-х3 -

-49,958-л:, -х2 +51,113-х, -х3 -91,387-х2 -х3 + (14)

+ 46,546 • X,2 - 43,575 • х\ + 30,205 - х| у2 = 249,273 +10,242 - х, + 16,756 • х2 + 5,689 • х3 - 7,740 • х, • х3 +

+ 8,185-х2 -6,937 х| РЩ 110-2,5 (синий):

(15)

ух =2073,342 +171,901 -х, + 97,736-х2 +177,769-х3 -

- 85,622 • х,-х2 +84,903-х,-х3-146,151-х2-х3 + (16)

+ 82,551-х,2 -62,449• х\ + 43,840• х| у2 =323,524 + 14,086-х, + 21,262-х2 + 7,952-х3 -10,345-х, -х3 +

(17)

Для облегчения интерпретации результатов исследования поверхности отклика приводились в канонической форме, а анализировали их методом двумерных сечений и представляли в виде контурных линий.

На рисунках 10, 11, 12 показаны двумерные сечения поверхности отклика, характеризующие показатель расхода жидкости. На рисунке 13 показаны двумерные сечения, характеризующих показатель медианно-массового диаметра капель жидкости. Центр каждой фигуры находится в точке 5.

Проведенные исследования выявили рабочий диапазон минутного расхода жидкости от 376 до 2600 мл/мин и медианно-массового диаметра капель от 164до370 мкм.

В результате исследований выбраны оптимальные параметры: давление от 0,25 до 0,35 МПа; параметры дроссельной шайбы-вставки: высота шайбы й=2...3 мм, диаметр канала шайбы ¿4=1,5...1,8 мм.

J61

и ^^^ ~ \ ^

"iC

/ ЛТ5

/ Г/ sísa\

ск. мн

HE tz ojs wa Р. МПа

Рисунок 10 - Двумерное сечение поверхности оплошка, характеризующее показатель расхода жидкости распылителем РЩ 110-0,6 при = 0

ав 025 035 а« Р. МПа

Рисунок 11 - Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее показатель расхода жидкости распылителем РЩ 110-0,6 при Хг = 0

k ММ

S5c\

J/5S0 Дет

war- \ \

"мюр^, Xх1

0.9 и 15 ад г*. мм

Рисунок 12 - Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее показатель расхода жидкости распылителем РЩ 110-0,6 при = 0

0.9 ц 15 га (к. мм Рисунок 13 - Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее показатель медианно-массового диаметра капель жидкости при использовании распылителя РЩ 110-0,6

В пятой главе «Производственные испытания опрыскивателя с дроссельными шайбами-вставками и приспособлением прибором-указателем при внесении пестицидов на посевах сахарной свеклы и расчеты экономической эффективности» приведены результаты производственных испытаний и расчет экономического эффекта от применения опрыскивателя ОПШ-15-01, оборудованного дроссельными шайбами-вставками и подготовленного к работе с помощью приспособления прибора-указателя для установки продольных осей щелевых распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги опрыскивателя.

Экономический эффект от применения модернизированного опрыскивателя ОПШ-15-01, при годовой нормативной нагрузке на опрыскиватель 217,4 га, составляет 261771,34 рубля, при использовании в интенсивной технологии возделывания сахарной свеклы.

Общие выводы

1. На основе анализа литературных источников разработана классификация способов и технических средств для внесения пестицидов опрыскивателями, может использоваться в практической работе инженерами, технологами, механизаторами.

2. Предложенная конструкция дроссельных шайб-вставок и приспособления для установки осей сопел распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги может быть использована всеми сельскохозяйственными товаропроизводителями региона, имеющими штанговые опрыскиватели со щелевыми распылителями.

3. Выполненная работа по теоретическому обоснованию оптимизации параметров распыливающего устройства с дроссельной шайбой-вставкой, выявила закономерность процесса уменьшения размера (диаметра) частиц, когда резко увеличивается площадь поверхности, которую можно покрыть одним и тем же количеством препарата (возрастание обратно пропорционально размеру капель) и достигается это за счет сложного процесса дробления рабочей жидкости в камере закручивания, образуемой корпусом щелевого распылителя и дроссельной шайбой-вставкой.

4. Установлена закономерность увеличения эффективности опрыскивания, при использовании для подготовки опрыскивателя к работе, приспособления (прибора-указателя) для установки осей сопел распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги, чем достигается идентичность работы распылителей и правильная стыковка факелов распылителей, что в основном и определяет равномерность распределения распыляемой среды по поверхности. Эффективность работы опрыскивателя многократно повышается только при взаимосвязанном применении этих двух устройств.

5. Получены аналитические выражения, описывающие прохождение жидкости через наклонные каналы дроссельной шайбы-вставки и через осевой канал, описана математически модель взаимодействия потоков жидкости в камере закручивания, изучены процессы изменения скорости жидкости в сопловом канале, расхода жидкости через сопловый канал, расхода жидкости через периферийные отверстия и центральный канал дроссельной шайбы, предложена и аналитически проработана схема взаимодействия потоков жидкости в камере закручивания.

6. Даны определения и получены аналитические выражения, описывающие струйное течение, пенно-пленочное состояние и образование капель, вызванных разрушением крупных частиц жидкости на последнем этапе распада, когда полидисперсность и средний размер капель определяется существованием пенно-пленочного состояния жидкости.

7. В результате экспериментальных исследований было установлено, что оптимальные параметры дроссельной шайбы-вставки составляют: высота дроссельной шайбы-вставки 2-3 мм, диаметр 1,5-1,8 мм.

8. Экспериментально определены параметры прибора-указателя установки осей щелевых распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги -градуированная шкала прибора — указателя выполнена с шагом один градус.

9. На основании теории многофакторного эксперимента получена математическая модель, адекватно описывающая технологический процесс внесения пестицидов опрыскивателями с применением дроссельных шайб-вставок и использованием приспособления (прибора-указателя) для установки осей сопел распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги.

10. Проведены экспериментальные исследования, которые позволили установить оптимальные конструктивно-режимные параметры работы усовершенствованных опрыскивателей: диапазон минутного расхода жидкости от 376 до 2600 мл/мин, медианно-массовый диаметр капель от 164 до 370 мкм, давление от 0,25 до 0,35 МПа.

11. Проведены производственные испытания опрыскивателя с применением дроссельных шайб-вставок и использованием приспособления (прибора-указателя) для установки осей сопел распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги, подтвердившие повышение эффективности работы опрыскивателя. По сравнению с базовым агрегатом усовершенствованный опрыскиватель способствует более равномерному нанесению капель на поверхность растений, неравномерность отложения препарата снижается на 5-7 процентов, медианно-массовый диаметр капель уменьшается в 2 раза, расход жидкости уменьшается на 20-30 процентов, прямые затраты уменьшаются на 1204,1 рубля на 1 га.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Балашов A.B., Ногтиков A.A., Армашов A.A., Агапов А.Н., Бирюкова Е.В., Чертилин Н.В., Рамазанов А.Г. Повышение эффективности использования свекловодческих тракторов ВТ-100 ДС оптимизацией работы и динамики движения. — Воронеж:Исток, 2003. - 106 с.

2. Бирюков В.И., Бирюкова Е.В., Бирюков В.В. Стратегия и тактика машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции. Инженерное обеспечение АПК. Материалы научной конференции (2324 октября 2003 г.) - Мичуринск: Изд-во Мич ГАУ, 2004, с. 6-11.

3. Бирюкова Е.В. Совершенствование техники для внесения химических средств защиты растений. // Наука на рубеже тысячелетий: Сборник научных статей по материалам конференции 29-30 октября 2004 года. - Тамбов: ПБО-ЮЛ Бирюкова М.А., 2004, с.177-178.

4. Капустин В.П., Бирюкова Е.В. Программа и методика определения эффективности опрыскивателей. //Прогрессивные технологии развития: Сборник научных статей по материалам международной научно-практической конференции 17-18 декабря 2004 года. - Тамбов: ПБОЮЛ Бирюкова М.А., 2004, с. 99-100.

5. Капустин В.П., Бирюкова Е.В. Энергосберегающая технология внесения химических средств защиты растений. // Энергообеспечение и энергосбереже-

ние в сельском хозяйстве. Труды 4 международной научно-технической конференции (ГНУ ВИЭСХ г. Москва). Часть 2. Энергообеспечивающие технологии в растениеводстве и мобильной энергетики. - М.:ГНУ ВИЭСХ, 2004, с.115-120.

6. Капустин В.П., Бирюкова Е.В. Совершенствование распылителей штангового опрыскивателя. // X научная конференция 27-28 апреля 2005 года: Пленарные доклады и краткие тезисы./Тамб. Гос. Техн. Ун-т. - Тамбов, 2005, с. 208.

7. Капустин В.П., Бирюкова Е.В. Результаты экспериментальных испытаний щелевых распылителей.// Вестник ТГТУ ТОМ 12, №2Б,2006, с. 466-472.

Подписано в печать 21.11. 2006 г. Формат 60 '84/16. Объем 1,0 п. л. Тираж 100 экз. Тамбовский государственный технический университет 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106 тел. 8-4752-53-57-94 тзЬ'^пьЬ.Уппп lslu.ru.

ВВ Е Д Е Н И Е.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Аспекты ресурсосбережения при использовании средств защиты растений.

1.2 Технологические способы применения пестицидов.

1.3 Условия эффективного применения пестицидов.

1.4 Анализ технических средств для внесения жидких препаратов при опрыскивании и их классификация.

1.5 Анализ теоретических исследований процесса распыления пестицидов при опрыскивании.

1.6 Выводы. Цель и задачи исследований.

1.7 Программа и общая методика исследований.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ

ПОВЫШЕНИЯ ЭФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДЕРНИЗИРОВАННЫХ ОПРЫСКИВАТЕЛЕЙ.

2.1 Рабочая гипотеза повышения эффективности использования модернизированных опрыскивателей на основе принципа компоновочно-режимной адаптации.

2.2 Обоснование режимов работы опрыскивателей.

2.3 Обоснование и описание конструктивно-технологической схемы работы опрыскивателя с распыливающим устройством с дроссельной шайбой-вставкой и подготовленного к работе с использованием приспособления (прибора-указателя) для установки осей сопел распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги.

2.4 Теоретическое обоснование и описание конструктивно-режимных параметров дроссельной шайбы-вставки.

2.4.1 Исследование процесса образования сплошного монодисперсного распыла пестицидов щелевыми распылителями.

2.4.2 Обоснование параметров дроссельной шайбы-вставки.

2.4.3 Течение жидкости в щелевом распылителе.

2.4.4 Образование капель на выходе из щелевого сопла.

2.5 Обоснование и описание конструктивно-режимных параметров приспособления (прибора-указателя) для установки осей сопел распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги.

2.5.1 Улучшение равномерности распределения рабочей жидкости по поверхности обработки при использовании прибора-указателя.

2.5.2 Основные требования, предъявляемые к установке щелевых распылителей на штанге опрыскивателя.

2.6 Выводы по разделу.

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Программа экспериментальных исследований.

3.2 Общая методика экспериментальных исследований.

3.3 Частные методики экспериментальных исследований.

3.3.1 Определение показателей агротехнической оценки.

3.3.2 Методы определения показателей энергетической оценки.

3.3.3 Методика эксплуатационно-технологической оценки.

3.4 Методика определения эффективности применения пестицидов.

3.5 Методика планирования эксперимента и обработки экспериментальных данных.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Показатели агротехнической оценки.

4.1.1 Фон и характеристика условий исследования.

4.1.2 Зависимости для выбора эффективных режимов работы трактора МТЗ-80 с опрыскивателем ОПШ-15-01.

4.1.3 Определение показателей качества работы.

4.2 Эффективность применения пестицидов.

4. 3 Результаты экспериментальных исследований технологического процесса распыления рабочей жидкости щелевыми распылителями.

4.4 Выводы по главе.

5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ОПРЫСКИВАТЕЛЯ С ДРОССЕЛЬНЫМИ ШАЙБАМИ-ВСТАВКАМИ И

ПОДГОТОВЛЕННОГО К РАБОТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ (ПРИБОРА-УКАЗАТЕЛЯ) ДЛЯ УСТАНОВКИ ОСЕЙ СОПЕЛ ЩЕЛЕВЫХ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ НА ОДИНАКОВЫЙ УГОЛ ОТНОСИТЕЛЬНО ОСИ ШТАНГИ, ПРИ ВНЕСЕНИИ ПЕСТИЦИДОВ НА ПОСЕВАХ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ И РАСЧЕТЫ

ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ.

5.1 Производственная проверка и внедрение опрыскивателя с дроссельными шайбами-вставками и использовании приспособления прибора-указателя) для установки осей сопел щелевых распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги, при внесении пестицидов на посевах сахарной свеклы.

5.2 Экономическая оценка результатов исследований.

5.3 Выводы по главе.

От совершенства технологии применения пестицидов зависит многое: эффективность их применения, степень использования, содержание химических остатков в урожае, безопасность окружающей среды, условия труда обслуживающего персонала.

Наиболее полно принципам экологии и охраны окружающей среды отвечает интегрированная защита растений, в которой актуальна проблема рационального расходования пестицидов. На смену традиционным приходят новые поколения препаратов, нормы расхода которых на 1 -2 порядка ниже.

При применении серийных штанговых опрыскивателей потери препаратов составляют около 30 процентов, а наземных машин с боковым дутьем - 70 процентов и более.

Потери пестицидов и загрязнение окружающей среды связаны с формированием особо крупных капель, при высокой норме расхода рабочей жидкости (75.300 литров на гектар) и с не выполнением агротехнических требований по равномерности и качеству распыла.

В этой связи актуальной задачей в создании надежной системы защиты растений является совершенствование и разработка новых технологий опрыскивания полевых культур на базе принципиально новых средств механизации. Последние должны обеспечивать выполнение агротехнических требований на более высоком уровне, повышение производительности труда, снижение энергетических затрат и экологизацию защитных мероприятий.

ЦЕЛЬ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ. Повышение эффективности процесса внесения пестицидов опрыскивателями.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ. Закономерности изменения показателей качества распыла.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ. Технологический процесс внесения пестицидов опрыскивателями.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ. Для достижения поставленной цели и решения комплекса задач применялись теоретические и экспериментальные методы исследований.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертации заключается в комплексном подходе к решению вопроса повышения эффективности использования опрыскивателя за счёт оптимизации режимов работы, анализе и обобщении теоретических положений и экспериментальных исследований.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Практическую значимость имеют:

- обоснование режимных параметров работы опрыскивателя;

- конструктивная схема распыливающего устройства с дроссельной шайбой-вставкой;

- конструктивная схема приспособления прибора-указателя; массовое применение результатов диссертационной работы в сельскохозяйственном производстве;

- практическая привлекательность использования в сельскохозяйственном производстве исследованных вопросов оптимизации работы опрыскивателя, при оптимальном соотношении «цены-качества».

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Результаты исследований процесса внесения пестицидов опрыскивателями, с предложенными конструкциями дроссельных шайб-вставок и применением приспособления - прибора-указателя для установки осей сопел распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги, внедрены в ООО «Мучкап-Нива» Мучкапского района Тамбовской области, в ОАО «Тамбовагропромсервис», в агрофирмах ОАО «Тамбовагропромснаб» и ОАО «Тамбовагропромкомплект».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены и одобрены: на научной конференции «Инженерное обеспечение АПК» ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет» (2003 г.); на международной конференции «Наука на рубеже тысячелетий» ФГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» (2004 г.); на международной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии развития» ФГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» (2004 г.); на международной научно-практической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» ГНУ ВИЭСХ г. Москва (2004 г.); на X научной конференции в ФГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» (2005 г.); на международной научно-практической школе-конференции «Прогрессивные технологии развития» ФГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» (2005 г.) на научной студенческой конференции ассоциации «Объединенный университет им. В.И.Вернадского» ФГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» (2006 г.); на заседании кафедры «Механизация сельского хозяйства» ФГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» (2006 г.).

ПУБЛИКАЦИЯ. Материалы диссертации отражены в 7 печатных работах. Общий объем публикаций составляет 124,28 печатных листа, из которых 14,3 принадлежит автору.

НА ЗАЩИТУ выносятся следующие НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

- обоснование и описание конструктивно-технологической схемы работы опрыскивателя с распыливающим устройством с дроссельной шайбой-вставкой и использованием приспособления (прибора-указателя) для установки осей сопел щелевых распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги;

- теоретическое обоснование и описание конструктивно режимных параметров дроссельной шайбы-вставки;

- обоснование и описание конструктивно режимных параметров приспособления (прибора-указателя) для установки осей сопел распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги.

Заключение

Диссертационная работа Бирюковой Е.В. «Повышение эффективности внесения пестицидов и улучшение использования распыливающих устройств с дроссельной шайбой-вставкой» является завершенной научной работой.

В работе соискателя дается решение важной актуальной научной задачи, связанной с повышением эффективности технологии внесения пестицидов при производстве сельскохозяйственных культур по критериям качества и энергозатрат.

Диссертация Бирюковой Е.В. соответствует требованиям п.8 «Положения о порядке присуждения ученых степеней».

Отмеченные замечания не могут изменить общей положительной оценки работы, а соискатель - Бирюкова Е.В. заслуживает присуждения ей ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства.

Начальник отдела локализации научных направлении (Наукоград) и управления сельского хозяйства '^¡^уууь/ '

Тамбовской области "(/^-¿¿у Н.А.Румянцев

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ Администрация Тамбовской области

УПРАВЛЕНИЕ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ТАМБОВСКОЙ ОБЛАСТИ

392017, г. Тамбов, ул. Советская, 106 а E-mail: post@aqro.tambov.qov.ru Я (0752) 72-31-55, 72-91 -73 .

Jit. Н- № //V- W/W от. на №

СПРАВКА о целесообразности внедрения в производство результатов законченной научно-технической разработки

Отдел подготовки и освоения инновационных проектов управления сельского хозяйства Тамбовской области подтверждает целесообразность внедрения в сельскохозяйственное производство результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Бирюковой Евгении Владимировны, подготовившей под руководством Заслуженного работника сельского хозяйства Российской федерации, д.т.н., профессора Капустина В.П. диссертацию на тему: «Совершенствование технологии внесения пестицидов и оптимизация параметров распиливающего устройства с дроссельной шайбой-вставкой» за время обучения в аспирантуре по профилю кафедры механизации сельского хозяйства ФГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

В диссертационной работе Бирюковой Е.В. разработана наиболее важная часть всех инноваций, внедряемых в настоящее время в отрасли растениеводства нашего региона - предложены решения по усовершенствованию штанговых опрыскивателей со щелевыми распылителями, которые находят массовое применение у сельскохозяйственных товаропроизводителей и используются в энерго-, ресурсосберегающих интенсивных технологиях возделывания всех сельскохозяйственных культур.

Все эти инновации рекомендованы для применения в хозяйствах, имеющих штанговые опрыскиватели со щелевыми распылителями (справочно: в настоящее время сельскохозяйственные товаропроизводители области имеют 1200 штанговых опрыскивателей со щелевыми распылителями).

Разработанные в диссертации новая конструктивно-технологическая схема распыливающего устройства с дроссельной шайбой-ставкой для внесения жидких пестицидов при опрыскивании и конструктивно-технологическая схема приспособления прибора-указателя для установки осей сопел распылителей на одинаковый угол относительно оси штанги не требуют больших финансовых затрат при внедрении.

Минимальные затраты на изготовление дроссельных шайб-вставок и прибора-указателя дают возможность рекомендовать использовать в производстве всем сельскохозяйственным товаропроизводителям региона данные усовершенствования, которые доступны для изготовления в каждой ремонтной мастерской хозяйств.

Отдел подготовки и освоения инновационных проектов управления сельского хозяйства области считает необходимым рекомендовать после защиты данной диссертации издать все работы по данному направлению в виде учебника-монографии, с тем, чтобы инженеры, специалисты, механизаторы хозяйств имели возможность применять эти усовершенствования на практике и считает, что соискатель ученой степени кандидата технических наук Бирюкова Е.В. достойна присвоения квалификации инженер-исследователь, а в целом диссертационная работа рекомендуется управлением сельского хозяйства Тамбовской области для направления в высшую аттестационную комиссию для рассмотрения на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Начальник отдела подготовки и внедрения инновационных проектов о хозяйства

И.И. Верещагин