автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технология и технические средства для биологической защиты растений

На правах рукописи

Краховецкий Николай Николаевич

Технология и технические средства для биологической защиты растений

Специальность

05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2005

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте сельскохозяйственного машиностроения им. В. П. Горячкина - ОАО «ВИСХОМ»

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Фирсов Максим Максимович

Официальные оппоненты:

Академик РАСХН,

доктор сельскохозяйственных

наук, профессор Захаренко Владимир Андреевич

Кандидат технических наук, Вялых Владимир Афанасьевич

ст. научный сотрудник

Ведущая организация - Центральная зональная Государственная машиноиспытательная станция (ЦМИС).

Защита состоится « 9 » марта 2005 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 217.046.01 в НИИ сельскохозяйственного машиностроения (ОАО «ВИСХОМ) по адресу: 127247, г. Москва, Дмитровское шоссе, 107.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВИСХОМ».

Автореферат разослан « 9 » февраля 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Защита растений от вредителей и болезней широко применяется в мировом сельскохозяйственном производстве. Однако по данным ФАО потери сельскохозяйственной продукции до сих пор остаются высокими и достигают 20...30% от мирового урожая сельскохозяйственных культур.

В настоящее время для защиты растений применяют физический, химический и биологический методы. Физический метод малопроизводителен; химический - эффективен, универсален, производителен и прост в применении, но его негативные аспекты (высокая токсичность многих препаратов, отрицательное влияние на экологическую обстановку окружающей среды и др.) привели к необходимости разработки интегрированной защиты растений, суть которой заключается в постепенной замене пестицидов длительного и широкого спектра действия высоко специфическими химическими и биологическими препаратами; биологический метод защиты растений, основанный на использовании живых организмов, предполагает уничтожение вредителей в их очаге, он безвреден для окружающей среды и людей и уничтожает до 80% вредителей сельскохозяйственных культур. Стоимость биологических средств во многих случаях ниже стоимости пестицидов.

В настоящее время биологический метод защиты растений от вредителей широко внедряется в России и за рубежом. Однако расселение энтомофагов в РФ пока осуществляется в основном вручную. Поэтому разработка технологии машинного расселения эитомофагов является актуальной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Целью работы является разработка машинной технологии расселения энтомофагов и технических средств для ее осуществления.

Объекты исследования - технология машинного расселения энтомофагов и устройства, применяемые для этих целей.

Предмет исследования - процессы дозирования энтомофагов и их взаимодействие с потоком воздушной струи вентиляторного опрыскивателя, транс -портирующей энтомофаги и осуществляющей их расселение по обрабатываемому полю.

Методика исследований. Для анализа транспортирования энтомофагов в вентиляторной струе, расчета параметров и режимов работы дозирующих и распределяющих устройств использованы методы теоретической механики и аэродинамики, обработка результатов опытов осуществлялась методами математической статистики.

Полевые испытания устройств, исследования процессов расселения эн-томофагов и оценка равномерности их распределения по площади проводились по стандартным методикам испытаний машин для внесения минеральных

удобрений с добавлением в улавливающие противни воды для фиксации энто-мофагов и последующей их фильтрацией на специальных сетчатых фильтрах.

Исследования влияния процессов дозирования и транспортирования на живучесть биоматериала проводились по специальным методикам в лабораторных и полевых условиях.

Научную новизну работы составляют:

- математические модели процесса расселения биоматериала энтомофа-гов наклонной воздушной струей с учетом влияния скорости движения агрегата, скорости и направления ветра, конструктивных параметров вентилятора и дозатора;

- аэродинамическая модель биоматериала, учитывающая вероятностный характер распределения свойств энтомофагов;

- режимы дозирования биоматериала, обеспечивающие заданную норму расселения и сохраняющие жизнеспособность энтомофагов;

- оптимальные режимы получения биоматериала, благодаря колебательному и тепловому воздействию на исходную биокультуру.

Практическую ценность работы составляют машинные технологии расселения энтомофагов струей вентиляторного опрыскивателя и получения в производственных условиях биологических средств защиты растений; технические средства для осуществления указанных технологий, методы расчета основных параметров вентилятора и дозатора расселителя.

Новизна технологических и технических решений защищена авт. свид. СССР и патентами РФ.

Достоверность основных положений и рекомендаций диссертации подтверждена сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение не превышает 15%), положительными результатами лабораторных, полевых и государственных испытаний созданных машин на четырех машиноиспытательных станциях.

Реализация результатов исследований. Созданы и изготовлены приспособления ПРЭ-35 для расселения энтомофагов в количестве 67 штук, агре-гатируемые с различными серийными вентиляторными опрыскивателями и опыливателями, а также оборудование в количестве 47 комплектов для получения биологических средств защиты растений на биофабриках и в биолабораториях.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на секции НТС ВИСХОМа (г. Москва - 1984, 1989, 1998, 2003 г.г.), в ГСКТБ «Сельхозхиммаш» (г. Львов - 1985, 1989, 1997 г.г.), в ТСХА на кафедре фитопатологии (г. Москва - 2000, 2002 г.г.), на станциях защиты растений - Ставропольской (1996-1997 г.г.), Воронежской (1989, 1995, 2002 г.г.), Республиканской (1993,1999,2002 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 2 авт. свид. СССР и 4 патента РФ. Общий объем публикаций по теме диссертации составляет 8,3 печ. л., из них лично автора 6,7 печ. л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и списка литературы из 88 наименований, изложена на 182 стр. машинописного текста, содержит 31 рис., 12 табл. и 10 приложений.

Содержание работы

Во введении рассмотрена актуальность проблемы и ее народнохозяйственное значение для сельского хозяйства России.

В главе 1 описаны существующие методы биологической защиты растений от вредителей, приведены объемы их применения, рассмотрены способы расселения энтомофагов по полю различными устройствами и приспособлениями, созданными в нашей стране и за рубежом; показано, что ни одно из известных средств не может быть использовано для разработки промышленного образца расселителя.

Вопросами подготовки биопрепаратов и расселения энтомофагов машинным способом занимались многие отечественные и зарубежные учёные и специалисты, в том числе: Аленчикова Т. Ф., Банит В. Н., Вялых В. А., Ми-хальцов В. П., Захаренко В. А., Кику Б. Б., Прокопенко С. Ф., Пушкарёв Б. В., Сохта А. А., Ченцов В. В., Черкасов В. В. и др.

На основании анализа состояния проблемы сформулированы основные задачи исследований:

1. Изучение основных физико-механических свойств биоматериала, необходимых для проведения прикладных исследований по обоснованию процессов машинной технологии расселения энтомофагов.

2. Проведение теоретических исследований по обоснованию технологической схемы и основных параметров рабочих органов расселителя энтомофа-гов с целью обеспечения максимальной дальности транспортирования частиц и их распределения по полю с требуемой равномерностью.

3. Разработка оборудования для исследования в лабораторных и полевых условиях дозаторов биоматериалов, рабочих органов и образцов расселителя энтомофагов.

4. Участие в государственных испытаниях и хозяйственной эксплуатации в различных зонах России и стран СИГ приспособлений для расселения энтомофагов.

5. Обоснование технологии, разработка и выпуск семейства качалок для производства биологических средств защиты растений.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Результаты исследований физико-механических свойств энтомофагов.

2. Обоснование аэродинамической модели биоматериала.

3. Метод расчета основных параметров расселения биоматериала наклонной воздушной струей.

4. Методы расчета конструктивных и режимных параметров пневматического бункера-дозатора биоматериала.

5. Машинные технологии и конструкции технических средства расселения биоматериала и его производства на биофабриках.

В главе 2 приведены основные показатели физико-механических свойств биоматериала, имеющие прикладное значение при создании технических средств для расселения энтомофагов.

Биоматериал в общем виде представляет собой яйца зерновой моли (си-тотроги) с внедрёнными куколками трихограммы внутри, которые в процессе этапов взросления превращаются во взрослые особи трихограммы, применяемые затем для уничтожения вредителей на полях.

Яйца зерновой моли имеют продолговатую овальную форму, подобную эллипсоиду вращения. Поверхность их ребриста. Средняя длина яиц с куколками трихограммы составляет 0,598-10"3 м, т о л щ йМШ-Шрме д н я я скорость их витания равна 1,1 м/с; угол естественного откоса составляет: для оцинкованного железа - 42,7°; стали - 41,3°; алюминия - 40,6°; бумаги -40,7°; стекла - 38,7°. Насыпная плотность биоматериала колеблется в пределах 0,2680,367 г/см3.

Изучение физико-механических свойств показало, что биоматериал является организмом, крайне чувствительным к механическим и тепловым воздействиям, солнечной радиации и излишнему увлажнению. Высокие требования к распределению по полю довольно малых доз (1-12 г/га) и к обеспечению жизнестойкости этих организмов позволили обосновать технологическую схему расселителя, включающую два основных блока: дозирования биоматериала и его расселения (транспортирования и распределения) с помощью воздушной струи.

Расселитель целесообразно выполнять в виде приспособления к серийным опрыскивателям и опыливателям. Это, в свою очередь, предопределило необходимость изучения процесса дозирования с помощью отбираемого от вентилятора воздушного потока, характера взаимодействия струи воздуха с биоматериалом с целью его равномерного распределения по полю при обеспечении требуемой ширины захвата. Для решения этих задач проведены теоретические и экспериментальные исследования.

В главе 3 рассмотрена теория транспортирования частиц биоматериала воздушной струей. Мобильное (навесное на трактор) устройство, расположенное на высоте Н от поверхности почвы, движется по полю прямолинейно со скоростью У^ и обрабагывает зону шириной В. Струя воздуха, создаваемая осевым вентилятором, имеет начальные параметры: го - радиус струи (он же радиус вентилятора), м; - угол наклона оси струи к горизонту - максимальная скорость потока в выходном сечении вентилятора, м/с. Приня-

то, что окружающая атмосфера характеризуется плотностью воздуха /7=1,293 кг/м3 и кинематическим коэффициентом вязкости v=l,5-10"5 м2/с. Допускается наличие ветра со скоростью Ув=0-5 м/с под углом /МЮ°+20й к направлению движения агрегата. Объемная концентрация примеси биоматериала в струе составляет величину менее 0,04%.

Поэтому можно пренебречь взаимодействием между отдельными частицами и их влиянием на кинематику струи. Это позволяет рассматривать воздушную струю с биоматериалом как однофазную газовую струю.

Исследованиями турбулентных воздушных струй при перемещении твердых частиц (инерционных примесей) занимались видные отечественные и зарубежные ученые, в том числе Абрамович Г. Н., Адлер Д. и Барон А., Акантов Н. И., Берлянд М. Э., Белоцерковский С. М. и Гиневский А. С, Брэдшоу М., Гиршович Т. А., Монахов М. Н., Наумов В. А., Смирнов Н. Н., Шлихтинг Г., Шрайбер А. А., Щец Дж., Grawe S. N.. Gore R. и Troutt T.R.,Gosman A.D., Joannides S.J., Watkins A.P. и Khaleghi H. и др. Однако их работы были посвящены транспортированию твердых минеральных частиц или капель жидкости.

Движение частиц биоматериала в струе в общем случае не будет подчиняться движению воздуха из-за их относительно высокой инерционности, обусловленной свойствами поверхности и размерами частиц биоматериала.

Поэтому необходимо решать задачу о транспортировке одиночной инер-циальной твердой частицы турбулентной струей (рис. 1).

Дифференциальное уравнение движения твердой частицы, принимаемой нами за шар, в воздушном потоке имеет вид

0)

где т - масса частицы, кг;

время, с;

- ускорение частицы,

VP =

<1R,

- скорость движения частицы, м/с;

dt

- радиус-вектор мгновенного

положения частицы, м; - вектор силы тяжести

„2

свободного падения движущуюся частицу, Я.

- ускорение аэродинамическая сила, действующая на

Рис. 1. Схема сил, действующих на частицу биоматериала при движении в вентиляторной струе: ¥ъ - скорость ветра, м/с; Рт - скорость трактора, м/с; /?-угол между скоростью трактора и направлением ветра, град.; 2п - координата я-й частицы (дальность распределения), м.

Аэродинамическая сила равна силе аэродинамического сопротивления в относительном движении частицы, которая определяется по формуле

'.-с,

(2)

где р - плотность воздуха, кг/м , Бт - площадь миделевого сечения частицы, .2.

м ; - вектор скорости воздуха относительно частицы.

Из-за влияния вязкости воздуха, безразмерный коэффициент Ср не является постоянным, а зависит от числа Рейнольдса

где V - кинематический коэффициент вязкости воздуха, м2/с, ё- поперечный диаметр частицы, м,

Исходя из диапазона размеров частиц биоматериала и скорости их относительного движения, изменение числа Яе находится в пределах 5<Яе<50. При таких значениях Яе для тел шаровой формы коэффициент Ср аппроксимируются эмпирической формулой Смирнова

Ср = ДЯе) = + 0,183-Дё + 0,0172 Яе).

(3)

Для теоретического анализа транспортирования частиц воздушной струёй была поставлена и решена задача определения параметров модельного мультидисперсного вещества, состоящего из шаровых частичек различного диаметра при условии, что его аэродинамические свойства тождественны с ос-

новными аэродинамическими свойствами реального биоматериала. Эти условия приводят к системе уравнений, связывающей случайные величины d (диаметр модельной шаровой частицы) и (критическая скорость витания), а также их средние значения <Зо, ^^о, Р о, Шо.

Отождествляя то с соответствующим значением для реального биоматериала, то » 1,13-10"' кг, можно получить приближенное решение системы в виде

Следовательно, искомая случайная величина d линейно связана со случайной величиной W, которую можно определить по экспериментальным данным для реального биоматериала. Установлено, что скорости витания частиц биоматериала с хорошей точностью подчиняются нормальному закону распределения

1

Л/ ¿Ж СХ¡у ¿(Хш

(4)

со средним значением м/с и среднеквадрагичным отклонением

м/с.

Плотность распределения модельного вещества по диаметру d также подчиняется нормальному закону.

В итоге был найден состав модельного вещества, состоящего из шаровых частиц такого размера, что оно сохраняет главные аэрофизические свойства реального биоматериала - массу и критическую скорость витания. Соответствующее модельное вещество должно иметь удельную плотность ро= 1,25-101 кг/ьи, 4 = 0,26-Ю"3 м со среднеквадратичным отклонением аа = 0,032-Ю"1 м. Такое вещество обладает заданной плотностью распределения скорости витания со средним значением =1,1 м/с и среднеквадратичным отклонением 0,17 м/с.

Дифференциальное уравнение движения частицы модельного вещества в воздушной струе можно записать в виде

(5)

где - единичный вектор, направленный вертикально вверх;

скорость воздушного потока относительно частицы, м/с; - абсолютная скорость воздушного потока, м/с;

отношение диаметра частицы d к среднему значению с?0 распределе-

ния для модельного вещества.

Поле скоростей воздушного потока имеет стационарную и пульса-ционную составляющие:

Согласно упрощенному методу стохастического моделирования пульсация скорости представляется в виде

где К - удельная кинетическая энергия турбулентных пульсаций; £ - случайный вектор, имеющий нормальный закон распределения с нулевым средним значением и с единичной дисперсией.

Таким образом, для решения уравнения (5) требуется задание осреднен-ных характеристик несущего воздушного потока: поля осредненной скорости V о и кинетической энергии турбулентности к на основе экспериментальных данных. При этом время г взаимодействия частицы с областью местной пульсации на пути перемешивания Ь определяется из условия

Рассмотрим основные расчетные случаи.

Источник струи неподвижен, в окружающей атмосфере нет ветра. В этом случае образуется изобарическая турбулентная струя с прямолинейной траекторией и с практически постоянным углом расширения на основном участке. Между источником струи и ее основным участком всегда имеется начальный участок где течение зависит от распределения скоростей потока в выходном сечении источника.

Удельная кинетическая энергия турбулентных пульсаций в струе вычисляется по профилю осредненной продольной скорости с помощью теории Прандтля. Тогда

Для основного участка струи справедлива формула Абрамовича

где текущий радиус струи.

В случае транспортирования частиц струей в сносящем потоке взаимодействие струи зависит от дополнительных параметров в> и X > где во - угол между направлением у'^сносящего потока и начальным направлением струи град.;

- отношение скорости суммарного сносящего потока к

максимальной скорости 1/0 в начальном сечении струи.

Закономерность затухания максимальной скорости в искривленной струе имеет вид ¿/щ—С/т(.5, X, $>)» исходя из условия баланса количества движения произвольного элементарного объема в проекции на направление тра-

ектории оси струи Расчетные значения затухания максимальной ско-

рости в струе получены при различных значениях

При наличии ветра при расчете оседания частиц необходимо учитывать скорость приземного пограничного слоя. Достаточно хорошим приближением скорости приземного слоя толщиной в несколько метров может служить степенной закон

У-Уи

1

(9)

где U2 - скорость ветра, измеряемая на высоте y^l м над уровнем поля.

Длину пути перемешивания в турбулентном приземном пограничном слое определили по формуле Прандтля, приняв - постоянная Кармана,

тогда

L=<y-yu)z- (10)

Из уравнения (8) получаем выражение

f

V-V,,

(11)

для приближенного определения удельной кинетической энергии турбулентности в приземном слое.

Для расчета движения частиц как инерционной примеси выберем связанную с вентилятором прямоугольную систему координат (х, у, z) с началом отсчета в центре начального сечения струи (см. рис. 1). Ось х направлена по ходу движения трактора, ось у - вертикально верх, ось z - параллельно поверхности земли. Обозначим единичные векторы (орты) в направлении трех осей координат соответственно ix,iy, iz. Тогда вектор j0 - iysina+Tz cos а определяет начальное направление струи, а вектор - направление ветра.

Скорость сносящего струю векторного потока в выбранной системе координат складывается из обращенной скорости трактора - и скорости ветра VtJw,

Для анализа используем безразмерные переменные. В качестве размерных масштабов длины и скорости примем радиус Го и максимальную скорость потока и0 в начальном сечении струи, время / к ¿о= Го Со- Тогда имеем

? = У/иа, Ур = Рр/и0, Яр=Яр/г0, / = *//0.

Запишем систему уравнений для расчета траекторий полета частиц Яр = в безразмерном виде

Я.—Е-=-{у+ ^ °--Щ.ЦГ

4 Л ' с,(Не,).* 1 1 > (12)

. л р'

ёГо пМо % ^о

Константа 8 = ^/¿о для каждой частицы выбирается, как случайная величина, имеющая нормальный закон распределения со средним значением М\б} — 1 и среднеквадратичным отклонением £{<£} = 0,123.

Решение системы уравнений (12) осуществлялось при заданных начальных условиях. В начальный момент /==£„ задано положение я-ой частицы в струе и ее скорость:

л,(0=о, (13)

Заданной является также стационарная составляющая У0 поля скоростей воздушного потока в струе. Пульсационная составляющая V1 — У — У0 и время ее действия Т определяются в окрестности текущего положения частицы в моменты ? — 1 + т'~1 с помощью принятого стохастического метода.

Система уравнений (12) на очередном интервале (' <?</,+1 + решается для начальных условий, соответствующих положению частицы в конце предыдущего временного интервала / = . Решение продолжается до момента когда происходит выпадение частицы на землю - плоскость

УХ. Искомой является координата г точки приземления

Для решения системы (12) целесообразно использовать численный алгоритм Эйлера 1-го порядка точности. Решая систему (12) «п» раз, получаем «п»-выборку из распределения {2*}, характеризующую осадок заданного модельного вещества по ширине захвата В. При этом число «п» пропорционально норме расхода биоматериала О.

Результаты изложенных выше теоретических исследований были положены в основу разработки компьютерной программы анализа и расчета процесса расселения энтомофагов воздушной струей вентиляторного опрыскивателя. Программа учитывает 13 факторов, из которых 8 постоянных, а 5 носят случайный характер, в том числе четыре конструктивных фактора: размер сопла вентилятора, высота его расположения над уровнем почвы и угол наклона сопла к горизонту, а также гидравлическая характеристика дозатора; четыре технологических (режимных) фактора: начальная скорость струи, скорость движения агрегата, скорость и направление ветра; пять физических случайных факторов, характеризующих разброс и турбулентность потока.

Используя компьютерную программу, нами были проведены теоретические расчеты влияния переменных параметров на ширину захвата, неравномерность расселения энтомофагов по полю и максимальную плотность осадков.

В главе 4 обоснован тип и основные параметры бункера-дозатора биоматериала.

Малые дозы внесения энтомофагов (1-12 г/га) и их специфические свойства, предъявляют особые требования к дозирующим рабочим органам по порционной подаче энтомофагов в воздушную струю, создаваемую вентиляторным опрыскивателем.

Изучение существующих типов дозаторов (объемных, весовых, пневмомеханических и пневматических) показало, что наилучшим дозатором для куколок трихограммы является пневматический бункер-дозатор с прерывистой подачей воздушного потока.

Технологический процесс пневматического бункера-дозатора заключается в следующем (рис. 2).

а) При закрытом грерыбате« 5) При открытом прерывателе

Рйс.2. Схема технологического процесса пневматического бункера-дозатора

В процессе работы порция биоматериала из бункера 2 через калиброванное отверстие 4 конической части бункера 3 просыпается на дозировочный столик 5. Между поверхностью столика 5 и кромкой калиброванного отверстия

4 образуется порция биоматериала, которая при открытом прерывателе 6 сдувается воздушным потоком из воздухопровода 1 с дозировочного столика и по воздушному каналу транспортируется в воздушную струю вентилятора. При этом часть воздушного потока проходит через калиброванное отверстие в бункер, где совершает перемешивание биоматериала. После прекращения подачи воздуха биоматериал вновь просыпается на дозировочный столик. При очередной подаче воздуха процесс повторяется.

Рабочий цикл дозатора состоит из двух этапов, выполняемых последовательно: этап 1 - подача биоматериала из бункера на дозировочный столик; этап 2 - перенос воздушным потоком порции биоматериала с дозировочного столика в вентиляторную струю и одновременное перемешивание оставшегося биоматериала в бункере.

Практика показывает, что биоматериал, поступающий с биофабрик, имеет большой разброс физико-механических свойств, поэтому нормы расхода биоматериала при работе расселителя, как правило, уточняются экспериментально. Для этих целей в бункере-дозаторе предусмотрены регулировки. Они позволяют изменять нормы внесения в широком диапазоне условий работы.

Дозатор устанавливается в аэродинамической системе расселителя. Гео-мегрические параметры воздухозаборника подбираются опытным путем таким образом, чтобы скорость воздуха в системе не превышала критическую (11 м/с).

Важным фактором нормальной работы бункера-дозатора является величина скорости выдувания порции биоматериала с дозировочного столика (в пределах 6,8-7,0 м/с), что обеспечивает жизнеспособность биоматериала.

Исследования дозирующего рабочего органа выполнялись на специальном стенде, на котором определялись: оптимальная скорость воздушного потока в воздуховоде (канале); расходная характеристика; точность дозирования биоматериала. При этом уточнялись: оптимальные размеры бункера; диаметр дозировочного столика; диаметр калиброванного отверстия; зазор между днищем бункера и дозировочным столиком и др.

Исследованиями установлено, что полное сдувание биоматериала с поверхности дозировочного столика начинается при скорости воздушного потока 3,0 м/с. При скорости 4 м/с начинается процесс перемешивания биоматериала в бункере. Устойчивая работа бункера-дозатора и транспортирование энтомофа-гов по подающей трубке в струю вентилятора обеспечивались при скорости воздушного потока 5,0 м/с и более.

Определение средних расходов биоматериала и неравномерности подачи осуществлялось при установке на днище конусной части бункера сменных деталей с калиброванными отверстиями диаметром от 3,0 до 4,5 мм через каждые 0,5 мм. Зазор между нижней кромкой калиброванного отверстия и поверхностью дозировочного столика устанавливался от 0,6 до 2,0 мм с интервалом 0,2 мм.

Кроме определения расходных характеристик дозатора на стенде проводились опыты на специальной макетной установке для расселения энтомофа-гов. Отбор проб осуществлялся на выходе из подающей трубки в сопле вентилятора опрыскивателя.

Установлено, что изменение зазора между кромкой калиброванного отверстия и дозировочным столиком от 0,6 мм до 2,0 мм увеличивает расход биоматериала. Изменяя количество пульсаций в единицу времени, можно получать требуемый расход биоматериала применительно к условиям работы.

В результате проведенных экспериментов получена расходная характеристика дозатора (рис. 3), а также определено, что при зазоре 0,5 мм неравномерность подачи биоматериала составляет 17,8%, при зазоре 0,6 мм и более неравномерность не превышает 14,6%, что отвечает агротехническим требованиям, это позволило рекомендовать его оптимальные параметры: емкость бункера -0,45 л; внутренний диаметр цилиндрической части бункера-дозатора - 0,04 м; диаметр дозировочного столика - 0,01 м; зазор между наружной кромкой калиброванного отверстия и дозировочным столиком - изменяемый от 0,6 до 2,0 мм; диаметр калиброванного отверстия на днище конусной части бункера - изменяемый от 3,0 до 4,5 мм с интервалом 0,1-0,2 мм; угол наклона стенок конусной части бункера - 45°. Днище конусной части бункера - сменное, в зависимости от требуемого калиброванного отверстия. Диаметр воздушного канала (трубки) -0,014 м.

Рис. 3. Расходная характеристика дозатора

Глава 5 посвящена экспериментальному изучению расселения энтомо-фагов воздушной струей и влияния рабочих органов расселителя на качество биоматериала.

Эксперименты проводились на опытных образцах расселителя энтомофа-гов, технологическая схема и основные параметры были определены по результатам теоретических и экспериментальных исследований и моделирования его работы на ЭВМ.

Схема технологического процесса приспособления ПРЭ-35 с двухка-нальным прерывателем воздушного потока для работы с двухсторонним вентиляторным опрыскивателем показана на рис. 4.

Перед началом движения агрегата (МТЗ-80+ОМ-630+ПРЭ-35) включают в работу один из вентиляторов 11 опрыскивателя. Из вентилятора часть воздушного потока поступает в воздухозаборник 1, соединенный воздуховодом 2 с двухканальным прерывателем воздушного потока 3, из которого воздух по трубке 5 поступает в зазор между нижней кромкой калиброванного отверстия 7 и поверхностью дозировочного столика 6, где находится порция биоматериала, просыпавшаяся через калиброванное отверстие и сдувает ее в трубопровод 8. На нём установлен распределитель 9 воздушного потока с биоматериалом; из него по трубкам 10 поток воздуха с биоматериалом подводится к центру воздушной струи работающего вентилятора, которая подхватывает биоматериал и распределяет его по полю, где он осаждается на растительность и на почву.

Рис. 4. Схема технологического процесса приспособления для расселения энтомофагов ПРЭ-35 с двухканальным прерывателем воздушного потока и двухсторонним вентиляторным опрыскивателем

Изучение характера распределения, определение неравномерности и эффективной ширины захвата при расселении биоматериала проводились на основе действующих и оригинальных методик. В качестве примера на рис. 5 по-

казан характер распределения биоматериала по ширине захвата при разных углах наклона вентилятора к горизонту.

2 ч 6 8 1С 12 ''4 16 1В 20 22 21 26 28 30 32 34 36 38 40 I ,и

Рис. 5. Характер распределения биоматериала по ширине захвата Установки для расселения энтомофагов при норме 3,5 г/га и углах наклона вентиляторного сопла 10°, 20° и 30°. №ад - заданная норма внесения энтомофагов

Экспериментами установлено, что при норме внесения биоматериала 1,0 г/га среднее количество куколок на 1 м2 составило 6-7 шт, неравномерность распределения - 61,4-78,5%, эффективная ширина захвата - в пределах 26 м.

Увеличение нормы внесения биоматериала до 3,5 г/га обеспечивало среднее количество куколок до 23-24 шт/м2, неравномерность распределения в пределах 56,8-72,1%, эффективную ширину захвата до 30 м.

Дальнейшее увеличение нормы внесения до 5 г/га позволило обеспечить среднее количество куколок до 33 шт/м2, неравномерность распределения в пределах 61,6-68%, эффективную ширину захвата в пределах 35-40 м. Полученные показатели машинного процесса расселения энтомофагов отвечают требованиям А1Т.

Оптимальные углы наклона вентилятора находятся в пределах от 15° до 35 . При их уменьшении или увеличении возрастает неравномерность внесения и снижается эффективная ширина расселения энтомофагов.

На рис.6 показаны расчетное и экспериментальное распределение плотности осадка по ширине I при угле наклона струи а=30°; /¡=90°; Н=1м; Уг=2м/с;

Ув=3м/с; 0=3,5 г/га (№ад.=23 шт/м 2 ); №шп=4 шт/ м 2 .

Несмотря на определенный разброс экспериментальных данных, можно сделать вывод о достаточном совпадении их с полученными на основе компьютерной программы расчетными данными.

Рис.6 Плотность распределения частиц биоматериала при расселении с нормой 3,5 г/га. — расчет; •• — эксперимент; Вэф - эффективная ширина захвата, м;

Вобгц- общая ширина захвата, м; Ът - координата максимальной плотности осадка, м; №ад. - заданное количество частиц на 1м2; Кшт- минимальное допустимое количество частиц на 1 м2.

Многолетние исследования в реальных условиях по выявлению влияния рабочих органов расселителя на живучесть энтомофагов показали, что их воздействие на качество биоматериала незначительно (снижение отрождаемости не более 10%, плодовитости - менее 15%).

Глава 6 освещает результаты хозяйственной работы и приемочных испытаний приспособления ПРЭ-35 для расселения энтомофагов и оборудования для производства биологических средств для защиты растений от вредителей. Для проведения широких исследований и приемочных испытаний в ВИСХО-Ме было изготовлено восемь образцов приспособления ПРЭ-35 для расселения энтомофагов (рис. 7), которые были направлены на приемочные испытания и на хозяйственную работу в несколько регионов РФ и в с граны СНГ.

При хозяйственной работе расселителя обрабатывали различные культуры, в том числе посадки капусты, кукурузы, зерновых, хлопка и др. в хозяйствах Московской, Воронежской областей и других регионов России, а также в республике Таджикистан. При этом нормы внесения энтомофагов изменялись в широких пределах - с малым количеством вредителей на полях от 1 до 5 г/га, для полей с большим количеством вредителей - от 5 до 12 г/га. Имелась также возможность изменять в широких пределах скорость передвижения агрегата -от 5-6 до 10-12 км/ч.

Многолетняя работа в хозяйствах показала, что приспособление ПРЭ-35 обеспечивает снижение численности вредителей на 80% и более

В целом хозяйственная работа показала высокую надежность работы приспособлений ПРЭ-35, каждым из приспособлений, работающим в хозяисг-вах, обрабатывалось ежегодно 1000 га и более различных сельскохозяйственных культур

Образцы приспособления ПРЭ-35, которые были переданы на государственные испытания на Молдавскую МИС и в АгроНИИТЭИИТО (Московская область, Пушкинская МИС) монтировались на малообъемный опрыскиватель ОМ-630, агрегатируемьш с трактором МТЗ-80

При испытаниях отмечена высокая надежность приспособления (коэффициент надежности равен 1) Ширина захвата (расселения энтомофагов) составляла 30 м, неравномерность распределения по ширине захвата не превышала 76%, производительность за 1 ч основного времени получена равной 22,65 га/ч, что соответствовало показателям по ТЗ

По результатам государственных испытаний обе МИС рекомендовали приспособление ПРЭ-35 для расселения энтомофагов в производство

С целью проверки возможности навески приспособления на другие типы машин для химической защиты растений проведена работа совместно с ГСКТБ «Сельхозхиммаш» по навеске приспособления ПРЭ-35 на опыливатель ОШУ-50А и совместно с Таджикской МИС на хлопковый универсальный опрыскиватель ОВХ-28.

Испытаниями приспособления ПРЭ-35 на опыливателе ОШУ-50А, проведенными при нашем участии, в ГСКТБ «Сельхозхиммаш» установлено эф-

Рис. 7. Приспособление ПРЭ-35 в агрегате с опрыскивателем ОМ-630 на трак горе МТЗ-80

фективная ширина захвата составляла 32 м, при норме внесения энтомофагов 2 г/га, скорости агрегата 10 км/ч и ветре - 2,1 м/с, угле установки сопла к горизонту в пределах 15°. Испытания показали, что приспособление ПРЭ-35 может легко агрегатироваться с опыливателем 0ШУ-50А, надежно выполняя технологический процесс по расселению энтомофагов, полностью укладываясь в требования ТЗ.

На основе результатов испытаний на Таджикской МИС приспособление ПРЭ-35 рекомендовано в производство, при этом отмечено, что оно обеспечивает норму внесения энтомофагов в пределах от 1 до 5 г/га и более; ширина захвата достигнута 30-40 м; неравномерность распределения биоматериала составила 46-65%.

На базе узлов приспособления ПРЭ-35 (бункер-дозатор, пульт управления и др.) создано приспособление РЭШ-18 для расселения энтомофагов к штанговым опрыскивателям типа П0М-630. В результате испытаний получены следующие основные данные: производительность - 14,4-21,6 га/ч, рабочая скорость - 8-12 км/ч, ширина захвата -18 м, емкость бункера - 0,55 л, расход энтомофагов -1-5 г/га, масса - 40 кг. Таким образом, доказана принципиальная возможность использования приспособления РЭШ-18 с существующими штанговыми опрыскивателями различных типов, парк которых в России и в странах СНГ достаточно велик.

По результатам проведенных полевых исследований, широких хозяйственных и приемочных испытаний расселителя выявлены его основные технико-экономические показатели - снижение затрат труда на 88% и прямых издержек на 40%. При этом производительность труда увеличивается в 8 раз по сравнению с ручным выпуском энтомофагов.

В главе 6 приведены материалы по созданию и внедрению оборудования для производства биологических средств защиты растений.

Для производства биопрепаратов на биофабриках и в биолабораториях создано и освоено в ВИСХОМе производство семейства микробиологических подвесных двухъярусных качалок четырех наименований, имеющих одинаковый технологический процесс, но разную производительность: КМП-2-49 -73,5 л за цикл, КМП-2-72 - 72; КМП-2-97 - 97; КМП-2-128 - 192 л/цикл (рис. 8).

Технологический процесс качалки заключается в следующем. На нижнюю и верхнюю решетки (ярусы) в специальные гнезда с уплотнительными резиновыми кольцами устанавливают определенное количество, колб емкостью 3,0; 1,5 или 0,75 л, заполненных исходной биокультурой. От электродвигателя через систему передач подвижному блоку, подвешенному на тросах, сообщается колебательное движение в горизонтальной плоскости. При этом исходная биокультура залитая в колбы за определенный временной цикл, перерабатывается в микробиологическое средство защиты растений. Длительность цикла зависит от типа и назначения получаемого биоматериала.

Модель качалки КМП-2-72, в 2000 г была передана на приемочные испытания на Владимирскую МИС. За период испытаний на МИС качалка проработала 459 ч (по Т3-300 ч) и не имела ни одного отказа. Владимирская МИС рекомендовала качалку в производство, особо отметив, что она имеет коэффициент готовности равным 1.

Биотехнологическая оценка качалки осуществлялась кафедрой фитопатологии ТСХА. Проверялась эффективность процесса культивирования микроорганизмов, включая качество конечного продукта.

Установлено, что качалка обеспечивает условия необходимые для роста биокультур; плоскопараллельное движение качалки с амплитудой 40 мм и частотой 227 мин-1 создает «мягкое» (по сравнению с механическим перемешиванием в барботерах) перемешивание культуральной жидкости, что улучшает доступ питательных веществ и кислорода воздуха к клеткам и равномерное распределение по всему объему питательных веществ и продуктов метаболизма; качалка не создает пенообразования, которое является неблагоприятным фактором, особенно на границе раздела фаз «газ-жидкость»; культуральная жидкость получается однородной без посторонних включений; температурный режим культивирования (27°С±1°С) соответствует нормальным условиям для роста культуры.

Рис. 8. Схема качалки: 1- каркас, 2- рама, 3- трос, 4- ремень приводной, 5- электродвигатель, 6-пульт управления

Выпуск всех моделей качалок осуществляется в ВИСХОМе с 1993 г.

Особенностью биоматериала, получаемого на качалках, является его полная готовность для применения по защите растений от вредителей. Расселение биоматериала на сельскохозяйственные культуры может осуществляться с помощью вентиляторных или штанговых опрыскивателей. Биоматериал заливают в бак с чистой водой опрыскивателя (5 л на 1000 л воды) и раствор готов для применения. При хозяйственной работе в течение 5 лет таким способом

обработано около 8,0 тыс. га различных культур, получены удовлетворительные результаты по снижению численности вредителей на полях.

Основные выводы и рекомендации

1. Чрезвычайно малые дозы расселения энтомофагов (от 1 до 12 г/га), их повышенная чувствительность к механическим воздействиям, солнечному свету и излишней влаге, а также специфические физико-механические свойства живых организмов позволили определить, что наиболее эффективным способом расселения энтомофагов, с точки зрения обеспечения необходимых норм внесения и сохранения их жизнеспособности является сплошное расселение по полю воздушной струей, создаваемой вентилятором опрыскивателя и опы-лива!еля.

2. Для анализа распределения энтомофагов воздушной струей использована аэродинамическая модель биоматериала в виде мультидисперстного шарообразного вещества, свойства которого тождественны аэродинамическим свойствам реального биоматериала и определялись на основании статистических параметров нормального закона распределения массы и скорости витания.

3. Математическая модель транспортирования частиц биоматериала в сносящем потоке учитывает скорость трактора, скорость ветра, стационарную и пульсационную составляющие скорости воздушного потока в струе, создаваемой вентилятором и конструктивные параметры вентилятора и дозатора.

4. Для решения дифференциального уравнения движения частиц биоматериала в воздушном потоке составлена компьютерная программа на основе численного алгоритма Эйлера 1-го порядка. Это позволило получить достоверные данные по распределению биочастиц по ширине захвата, уравнение необходимо решать n-раз, пропорционально норме расхода биоматериала.

5. На основе разработанной математической модели взаимодействия инерционных частиц биоматериала малой массы с турбулентной воздушной струей вентилятора и аэродинамической модели биоматериала выявлены основные закономерности процесса расселения и определены его оптимальные параметры: ширина внесения биоматериала 35-50 м с неравномерностью распределения не более 80%, начальная скорость воздушной струи 25-35 м/с при угле наклона струи в пределах 15°-30°.

Экспериментальная проверка полученных данных подтвердила их достоверность с расхождением в пределах 12-15%.

6. Экспериментально-теоретическим путем обоснованы тип и оптимальные параметры пневматического дозатора, обеспечивающего не только необходимую подачу биоматериала производительностью от 0,008 г/с до 0,167 г/с и транспортирование его со скоростью 5,5-7,0 м/с в воздушный поток создавае-

мый вентилятором, но и постоянное аэрирование биоматериала в бункере, что гарантирует заданную норму истечения энтомофагов.

7. На основании экспериментальных исследований процесса производства биопрепаратов установлены оптимальные условия для переработки исходной биокультуры: плоскопараллельное движение качалки с амплитудой 40 мм и частотой 227 мин-1 при температуре культивации 27°±1°С и длительности цикла в зависимости от типа и назначения биопрепаратов от 20 ч. и более.

Спроектирована специальная установка, которая выпускается в ВИС-ХОМе по заказам специалистов-биологов.

Апробирован способ совместного применения для защиты растений эн-томофагов и химикатов. В хозяйствах обработано, с удовлетворительными результатами более 8 тыс. га.

8. Изучение характера перемещения и расселения энтомофагов и создание дозатора, позволило разработать на уровне изобретений и внедрить в про-изводсгво специальные устройства: приспособления ПРЭ-35 для агрегатирования с различными опрыскивателями и опыливателями, а также приспособление РЭШ-18 для расселения энтомофагов к штанговым опрыскивателям.

9. Приемочные испытания приспособлений ПРЭ-35 на Пушкинской, Молдавской и Таджикской МИС показали, что они повышают производительность в 8 раз, обеспечивая снижение затрат труда на 88%, прямых издержек на 40%.

Содержание диссертации опубликовано в следующих печатных работах:

1. Состояние и перспективы механизации выпуска энтомофагов//В кн.: «Актуальные вопросы теории и практики защиты растений». -М.: 1982, с. 7981.

2. Расселение трихограммы с водой//Вестник с.-х. науки, 1984, № 8, с. 9598 (соавтор Аленчикова Т. Ф.).

3. Изменение качества биоматериала трихограммы при водно-воздушном перемешивании//Известия ТСХА, 1985,вып. 1, с. 143-148 (соавтор Аленчикова Т. Ф.).

4. Механизированное расселение трихограммы чистым биоматериа-лом//В кн.: «Интегрированная защита растений». -М.: ТСХА, 1985 , с. 30-32 (соавтор Аленчикова Т.Ф.).

5. Подготовлен к промышленному производству//3ащита растений, 1991, №. 1, с. 39 (соавторы Аленчикова Т. Ф., Каблуков Г. В.).

6. Разведение полезных насекомых на биофабриках. Москозская СТАЗР -М.: 1997,8 с.

7. Способы и средства механизации биологического метода защиты растений. Энциклопедия. Том IV-16. Сельскохозяйственные машины и оборудование. -М.: Машиностроение, 1998, с. 210-214.

8. Эксплуатация семейства микробиологических подвесных двухъярусных качалок для производства биоматериала//ОАО «ВИСХОМ» -М.: 2000,21с. (соавтор Папернов Ю. Д.).

9. Уточненная схема транспортирования энтомофагов струей вентиляторного опрыскивателя и осаждения частиц на поверхности почвы и расти-тельности//ОАО «ВИСХОМ». -М: 2003, 33 с. Рук. депонир. в ЦНИИТЭИтрак-торосельхозмаш 12.08.2003; № 1687 - тс 2003. Библиографический указатель ВИНИТИ, 2003, № 9.

10. Технология и оборудование для биологической защиты растений от вредителей//Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2003, № 10, с. 23-25.

11. Теоретические аспекты распределения энтомофагов воздушной струей. РАСХН. ВИЗР // Научн. конф. «Состояние и перспективы развития прогрессивных технологий и средств защиты растений.» - с. - Петербург, 2004,3 с.

12. Устройство для расселения энтомофагов. Авт. свид. № 1246435. БИ № 15,1981 (соавторы Ченцов В. В., Бурд В. С, Стабрин Р. В. и др.).

13. Установка для разведения насекомых. Авт. свид. № 1667781. БИ № 29,1991 (соавторы Пушкарев Б. В., Ахатов А. К., Коган В. Ш.).

14. Бункер-дозатор биоматериала полезных насекомых. Патент РФ № 1814511. БИ № 17, 1993 (соавторы Ченцов В. В., Аленчикова Т. Ф., Бурд В. С. и др.).

15. Устройство для перемешивания жидких компонентов. Патент РФ № 2211082. БИ№ 24, 2003.

16. Емкость для опрыскивателей. Патент РФ № 2224431. БИ № 6, 2004 (соавторы Чмель А. М., Фирсов М. М.).

17. Устройство для расселения энтомофагов. Патент РФ № 2237405. БИ №28,

2004г.

Подписано к печати

Формат 60x84/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Уч -изд. л.

Тираж 4оо экз.

Заказ №.2

Отпечатано в лаборатории оперативной полиграфии Московского государственного агроинженерного университета им. ВП Горячкина

127550, Москва, Тимирязевская, 58

ч

i \ '3823

1 в ni îccîM 1 -У

i

Введение.

Глава 1. Состояние проблемы и обоснование направлений и объектов исследования.•.

1.1. Общие положения.

1.2. Особенности разведения и применения биоматериала энтомофага-трихограммы.

1.3. Анализ способов механизированного расселения энто-мофагов.

1.4. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Исследования агрофизических свойств биоматериала

2.1. Основные положения программы и методики исследования.

2.2. Агрофизические свойства биоматериала.

Глава 3. Теоретический анализ процесса расселения энтомофагов воздушной струей.

3.1. Предварительные оценки, постановка задачи.

3.2. Аэродинамическая модель частиц биоматериала.А

3.3. Анализ процесса транспортирования частиц биоматериала турбулентным вентиляторным потоком воздуха.

3.4. Анализ поля скоростей в струе и приземном пограничном слое.

3.4.1. Струя от неподвижного источника в покоящейся атмосфере.

3.4.2. Струя в сносящем ветровом потоке.

3.4.3. Анализ поля скоростей в приземном пограничном слое.

3.5. Моделирование процесса транспортирования частиц биоматериала воздушной струей.

3.5.1. Методика моделирования.

3.5.2. Методика обработки результатов моделирования.

3.5.3. Результаты моделирования.

Глава 4. Исследования технологической схемы и обоснование основных параметров дозатора биоматериала.

Глава 5. Экспериментальные исследования машинной технологии, рабочих органов и установок биологического метода защиты растений.

5.1. Обоснование технологической схемы приспособления для расселения энтомофагов.

5.2. Экспериментальные исследования распределения биоматериала воздушной струей по ширине захвата.

5.3. Исследования влияния рабочих органов установки для расселения энтомофагов на качество биоматериала.

5.4. Сравнительный анализ результатов исследований.

Глава 6. Хозяйственная работа и государственные испытания приспособления ПРЭ-35 для расселения биоматериала (энтомофагов).

6.1. Хозяйственная работа приспособления для расселения энтомофаговПРЭ-35.

6.2. Государственные приемочные испытания приспособления ПРЭ-35.

6.3. Разработка технологии и технических средств для производства биоматериалов.

6.4. Экономическая эффективность приспособления ПРЭ-35.

Защита растений от вредителей, болезней и сорняков различными методами широко применяется в мировом сельскохозяйственном производстве. Вместе с тем, по данным ФАО, потери сельскохозяйственной продукции в мире до настоящего времени остаются достаточно высокими и достигают 20. .30% от объёма мирового урожая сельхозкультур.

Для решения проблемы сохранности урожая проводится широкая и систематическая работа по совершенствованию и развитию способов и средств защиты растений в сельском хозяйстве по предотвращению вреда, причиняемого растениям вредителями, болезнями и сорняками. Известны и находят применение химический, механический и биологический методы защиты растений. Химический метод защиты растений наиболее широко используется в настоящее время. Он базируется на использовании химических средств для предупреждения распространения вредителей и болезней растений, истребления насекомых- вредителей и сорняков (протравливание семян, внесение пестицидов в почву при посеве, ранне-весенние и предвсходовые обработки инсектицидами, гербицидами и др.). Этот метод получил широкое развитие, благодаря высокой эффективности, универсальности, быстроте и простоте применения широкой гаммы препаратов. Однако, стоимость их высока, а негативные аспекты (высокая токсичность многих препаратов, практическое отсутствие избирательности действия и кумулятивные свойства, разрушение биологических связей, развитие резистентных линий вредителей и патогенов и др.) привели к необходимости разработки интегрированной системы защиты растений. Суть ее состоит в постепенной замене пестицидов длительного и широкого спектра действия высокоспецифическими химическими и биологическими препаратами. Одновременно осуществляется и совершенствуется местная система контроля применения этих средств. Проводится также активное совершенствование технических средств, используемых при химических методах защиты растений.

Механический метод защиты растений предполагает использование заградительных и ловчих канавок, ловчих поясов, различных приспособлений для вылова вредителей и т.п. Данный метод, в прошлом игравший важную роль, в настоящее время находит ограниченное применение из-за большой трудоёмкости и недостаточной эффективности.

Биологический метод защиты растений основан на использовании организмов или продуктов их жизнедеятельности с целью ограничения численности вредных насекомых, клещей, грызунов, патогенов и др. В России начало исследованиям в этом направлении положено И.И. Мечниковым (1879), использовавшим гриб- возбудитель зеленной мускардины против хлебного жука и свекловичного долгоносика. Этот метод предполагает интродукцию и акклиматизацию энтомофагов в очаге вредителя, их внутриаре-альное расселение из старого очага в новую сезонную колонизацию с расчетом на последующее размножение в новом очаге, создание условий для сохранения, привлечения и накопления местных энтомофагов в агробиоценоз.

К положительным сторонам этого метода относится его высокая эффективность, безвредность для окружающей среды и применяющих его людей. Во многих случаях биоматериалы имеют меньшую стоимость по сравнению с химическими препаратами. В то же время необходимость промышленного разведения и хранения большого количества насекомых и трудности механизации их выпуска в агробиоценоз при их кратковременном жизненном цикле усложняют его применение.

Одним из эффективных способов использования данного метода защиты растений, преимущественно полевых и овощных сельскохозяйственных культур, является применение местных видов энтомофагов их сезонной колонизацией. По средствам выпуска искусственно разводимых особей вида, обычного для места применения. Для этих целей, в основном, используют яйцееда-трихограмму. Ее разводят в специальных лабораториях и биофабриках и выпускают на посевы сельскохозяйственных культур (сахарной свеклы, капусты белокочанной и др.) против совок, вредителей, плодожорок и др. Определенным препятствием к широкому использованию биологического метода защиты растений, в частности яйцееда-трихограммы, является отсутствие в нашей стране и за рубежом отработанной машинной технологии ее расселения и серийного производства технических средств для его реализации.

Поэтому в настоящее время выпуск (расселение) трихограммы на поля в имагинальном (развитом) состоянии производится обычно вручную, а также при помощи простейших приспособлений, что снижает эффективность применения данного способа. Практикуется расселение трихограммы в пре-имагинальном состоянии (внутри яиц хозяев).

Трихограмма является нежнейшим живым организмом. Даже незначительные механические воздействия могут привести к резкому снижению ее биологической эффективности. Низкая норма внесения трихограммы 1,0. 12,0 г/га, обусловленная природными особенностями, создает значительные трудности при дозировании и распределении данного биоматериала по обрабатываемой культуре.

Поэтому исследования с целью обоснования машинной технологии и создания средств механизации для расселения биоматериала являются весьма актуальными. Они должны осуществляться по следующим основным направлениям:

- достижение высокой производительности (по площади расселения);

- обеспечение возможности широкого варьирования норм расходов биоматериала при минимальных их значениях и равномерном распределении его по культуре с малыми потерями качества при расселении.

Материалы комплексных исследований по обоснованию и разработке машинной технологии и технических средств биологического метода защиты полевых культур на основе использования трихограммы, в основном в предимагинальном состоянии, составляют содержание настоящей диссертационной работы.

Работа выполнена в ОАО «ВИСХОМ» в период 1982 -2004 гг.

Экспериментальные исследования по данному направлению также проводились совместно с ГСКТБ «Сельхозхиммаш» (г. Львов), ТСХА, НПО «Агроприбор», Всероссийским НИИ биологических методов защиты растений (ВНИИБМЗР), в Республиканской и Воронежской станциях защиты растений (СТАЗР).

Автор приносит благодарность всем организациям и специалистам, оказавшим помощь и содействие в выполнении данной работы и реализации ее результатов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Чрезвычайно малые дозы расселения энтомофагов (от 1 до 12 г/га), их повышенная чувствительность к механическим воздействиям, солнечному свету и излишней влаге, а также специфические физико-механические свойства живых организмов позволили определить, что наиболее эффективным способом расселения энтомофагов, с точки зрения обеспечения необходимых норм внесения и сохранения их жизнеспособности, является сплошное расселение по полю воздушной струей, создаваемой вентилятором опрыскивателя и опыливателя.

2. Для анализа распределения энтомофагов воздушной струей использована аэродинамическая модель биоматериала в виде мультидисперсного шарообразного вещества, свойства которого тождественны аэродинамическим свойствам реального биоматериала и определялись на основании статистических параметров нормального закона распределения массы и скорости витания.

3. Математическая модель транспортирования частиц биоматериала в сносящем потоке учитывает скорость трактора, скорость ветра, стационарную и пульсационную составляющие скорости воздушного потока в струе, создаваемой вентилятором и конструктивные параметры вентилятора и дозатора.

4. Для решения дифференциального уравнения движения частиц биоматериала в воздушном потоке составлена компьютерная программа на основе численного алгоритма Эйлера 1-го порядка. Это позволило получить достоверные данные по распределению биочастиц по ширине захвата, уравнение необходимо решать п-раз, пропорционально норме расхода биоматериала.

5. На основе разработанной математической модели взаимодействия инерционных частиц биоматериала малой массы с турбулентной воздушной струей вентилятора и аэродинамической модели биоматериала выявлены основные закономерности процесса расселения и определены его оптимальные параметры: ширина внесения биоматериала 35.50 м с неравномерностью распределения не более 80%, начальная скорость воздушной струи 25.35 м/с при угле наклона струи в пределах 15°.30°.

Экспериментальная проверка полученных данных подтвердила их достоверность с расхождением в пределах 12. 15%.

6. Экспериментально-теоретическим путем обоснованы тип и оптимальные параметры пневматического дозатора, обеспечивающего не только необходимую подачу биоматериала производительностью от 0,008 г/с до 0,167 г/с и транспортирование его со скоростью 5,5.7,0 м/с в воздушный поток, создаваемый вентилятором, но и постоянное аэрирование биоматериала в бункере, что гарантирует заданную норму истечения энтомофагов.

7. На основании экспериментальных исследований процесса производства биопрепаратов установлены оптимальные условия для переработки исходной биокультуры: плоскопараллельное движение качалки с амплитудой 40 мм и частотой 227 мин"1 при температуре культивации 27±1°С и длительности цикла в зависимости от типа и назначения биопрепаратов от 20 ч. и более.

Спроектирована специальная установка, которая выпускается в ВИС-ХОМе по заказам специалистов-биологов.

Апробирован способ совместного применения для защиты растений энтомофагов и биопрепаратов. В хозяйствах обработано, с удовлетворительными результатами более 8 тыс. га.

8. Изучение характера перемещения и расселения энтомофагов и создание дозатора, позволило разработать на уровне изобретений и внедрить в производство специальные устройства: приспособления ПРЭ-35 для агрегатирования с различными опрыскивателями и опыливателями, а также приспособление РЭШ-18 для расселения энтомофагов к штанговым опрыскивателям.

9. Приемочные испытания приспособлений ПРЭ-35 на Пушкинской, Молдавской и Таджикской МИС показали, что они повышают производительность в 8 раз, обеспечивая снижение затрат труда на 88%, прямых из-держек-на 40%.

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. Г.: Физматгиз, 1960.

2. Адлер Д., Барон А. Расчет трехмерного течения круглой струи в поперечном потоке. Ракетная техника и космонавтика, 1979.

3. Акатнов Н.И. Круглая турбулентная струя в поперечном потоке. -Изв. АН СССР. Сэр. Механика жидкости и газа, 1969.

4. Аленчикова Т.Ф., Краховецкий Н.Н. Водно-воздушное расселение энтомофагов трихограммы. В сб. Исследование и изыскание рабочих органов и средств механизации для индустриальной технологии производства сахарной свеклы и кукурузы на зерно. М., ВИСХОМ, 1983.

5. Аленчикова Т.Ф., Краховецкий Н.Н. Расселение трихограммы с водой Вестник с.-х. науки, 1984, № 8, с. 95-98.

6. Аленчикова Т.Ф., Краховецкий Н.Н. Изменение качества биоматериала трихограммы при водно-воздушном перемешивании. Известия ТСХА, 1985, вып. 1.

7. Аленчикова Т.Ф. Особенности применения биологических средств защиты растений и перспективы механизации биологического метода. В кн. «Актуальные вопросы теории и практики защиты растений», М., 1982.

8. Аленчикова Т.Ф. Механизация биологических методов защиты растений. Деп. рукописи 5Е 358, Материалы 8-й научно-технической конференции молодых ученых и специалистов отрасли с.-х. машиностроения. М., 1980.

9. Андреев С.В. и др. Устройство для расселения насекомых. Авт. свид. №543374,1977.

10. Ашуров А., Махмудов Д.М. Возможность механизации полевого применения трихограммы. В кн.: Защита растений от вредителей и болезней, Елгава-Рига, 1981, вып. 188.

11. Банит В.Н., Михальцов В.П. Трихограмма против лугового мотылька. Защита растений, 1980.

12. Барабаш А.В. и др. Способ расселения трихограммы. Авт. свид. № 919645,1982.

13. Берлянд М.Э. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. JL: Гидрометеоиздат, 1975.

14. Бруяцкий Э.В. Турбулентные стратифицированные течения. Киев: Научная мысль, 1986.

15. Бредшоу М. Турбулентность. Г.: Машиностроение, 1980.

16. Вызова H.JI. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы. JI.: Гидром. 1974.

17. Гиневски А.С. Теория турбулентных струй или следов. — Г.: Машиностроение, 1969.

18. Двухфазные моно- и полидисперсные течения газа с частицами. /Под ред. Л.Э. Стернина. Г.: Машиностроение .

19. Дунский В.Ф., Никитин Н.В., Соколов М.С., Пестицидные аэрозоли. Г.: Наука 1982.

20. Интегрированная защита растений. М., Колос, 1981.

21. Кику Б.Б., Коган И.А. К обоснованию основных конструктивных элементов устройства для механизированного расселения трихограммы в капсулах. Трихограмма, ч. 1, Кишинев, Штиинца, 1980.

22. Краховецкий Н.Н. Технология и оборудование для биологической защиты растений от вредителей // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2003, № 10.

23. Краховецкий Н.Н., Аленчикова Т.Ф., Каблуков Г.В. и др. Подготовлен к промышленному производству // Защита растений, 1991, № 1.

24. Краховецкий Н.Н. Уточненная схема транспортирования энтомофагов струей вентиляторного опрыскивателя и осаждения на поверхности почвы и растительности // ОАО «ВИСХОМ». М.: 203; 33 с. Рук. Деп. В ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш 12.09.2003; . - тс 2003.

25. Краховецкий Н.Н., Ченцов В.В., Бурд B.C. и др. Устройство для расселения энтомофагов. Авт. свид. № 1246435 Б.И. № 15, 1986.

26. Краховецкий Н.Н., Пушкарев Б.В., Ахатов А.К. и др. Установка для разведения насекомых. Авт. свид. № 1667781, Б.И. № 29, 1991.

27. Краховецкий Н.Н., Ченцов В.В., Алейникова Т.Ф. и др. Бункер-дозатор биоматериала полезных насекомых. Авт. свид. № 1814511, Б.И. № 17,1993.

28. Краховецкий Н.Н. Состояние и перспективы механизации выпуска энтомофагов. В кн.: «Актуальные вопросы теории и практики защиты растений», М., 1982.

29. Краховецкий Н.Н., Аленчикова Т.Ф. Механизированное расселение трихограммы чистым биоматериалом. В кн.: Интегрированная защита растений. М., ТСХА, 1985.

30. Краховецкий Н.Н., Прокопенко С.Ф. Отчет о НИР «Обоснование основных параметров рабочих органов установки для механизированного расселения энтомофагов». Номер регистрации 01840015556. УДК 631.348:632.9. Отчет ВИСХОМ.-М.: 1985.

31. Лукин В.А. Способ определения эффективности паразитов и хищников неподвижных стадий животных в природе. Авт. свид. СССР № 402353, 1973.

32. Методическое руководство по выявлению, определению и изучению трихограммы. М., ВАСХНИЛ, 1979.

33. Методические указания по промышленному производству трихограммы на биофабриках. М., 1983, ВАСХНИЛ, БМЗР.«

34. Метеорология и атомная энергия. Л.: Гид. 1971, 648 с.

35. Монин Л.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. Т. 1. С.Пет., Гидр., 1992.

36. Надежно, выгодно, безопасно для окружающей среды // Защита растений, 1985, № 8.

37. ОСТ 70.6.1-81. Опыливатели и опрыскиватели. Программа и методы испытаний.

38. OCT 70.7.1-82. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины для внесения минеральных удобрений, известковых материалов и гипса.-40. Проблемы защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. М., ВАСХНИЛ, 1979.

39. Протокол № 22-30-89 от 24.10.1989 г. Государственных приемочных испытаний опытного образца приспособления к опрыскивателям для расселения энтомофагов ПРЭ-35. АгроНИИТЭИИТО. Отдел испытаний сельскохозяйственной техники. г. Пушкино Московской области.

40. Протокол № 17-43-89 от 27.10.198. г. Государственных приемочных испытаний опытного образца приспособления для расселения энтомофагов ПРЭ-35. Молдавская Государственная зональная машиноиспытательная станция. Кишинев.

41. Протокол № 183-86/12 испытаний приспособления для расселения энтомофагов. ГСКТБ СЕЛЬХОЗХИММАШ. Львов, 1986.

42. Протокол № 183-88/14 предварительных испытаний приспособления для расселения энтомофагов. ГСКТБ СЕЛЬХОЗХИММАШ. Львов, 1988.

43. Протокол № 42-89/14 испытаний приспособления для расселения энтомофагов в агрегате с серийным опыливателем ОШУ-50А. Львов, 1989.

44. Пушкарев Б.В., Михальцов В.П. Механизированное расселение трихограммы (Рекомендации). Воронеж, 1981.

45. Пушкарев Б.В., Михальцов В.П. Устройство для распространения трихограммы. Авт. свид. СССР № 829073, 1981.

46. Рукрводство по массовому разведению и применению трихограммы. МСХ СССР, ВАСХНИЛ, М., 1979.

47. Сохта А.А., Эргашев К. О механизации полевого расселения полезных насекомых. Механизация хлопководства, 1981, № 5.

48. Сохта А.А., Хакимов А.Х., Эргашев К., Медведев С.Т. Механизация расселения трихограммы на хлопчатнике. Защита растений, 1984, № 4.

49. Типовые технологические карты по производству и применению трихограммы/методические рекомендации: МСХ СССР, ВАСХНИЛ, ВНИИБМЗР, Кишинев, 1984.

50. Турбулентные двухфазные течения. Таллин Анэсср, 1976.

51. Турбулентные течения газовзвеси. Шрайбер А.А., Гавин А.Б., Наумов В.А. Киев: Научная мысль, 1987.

52. Физико-механические свойства почвы и растений. Сборник трудов ВИСХОМ, М., 1963.

53. Физико-механические свойства растений, почв и удобрений. (Методы исследования, приборы, характеристики). М., Колос, 1970.

54. Черкасов В.А. Эффективность производства и применения трихограммы. В кн.: Трихограмма, Кишинев, 1985.

55. Чумакова Б.М. Сравнительная анатомия и биология трихограммы обыкновенной. Труды ВИЗР, вып. 31, 1968.

56. Шец Дж. Турбулентные течения. Процессы вдува с перемешиванием. Горький.: Мир, 1984.

57. Щепетильникова В.А. Применение трихограммы в СССР. В кн.: Биологические средства защиты растений. М., Колос, 1974.

58. Baranovsky S.I., Shetz J.f. Effect if injection angle on liquid injection in supersonic flow. AIAA 79-0383,1979.

59. Smirnov N.N., etc. Motion and Sedimenta tion of Particles in Turbulent Atmosheric F lows a bove S ources о f Heating. Aerosol Science Technology 36: 101- 122(2002).

60. Краховецкий H.H. Способы и средства механизации биологического метода защиты растений. Энциклопедия. Том IV-16. Сельскохозяйственные машины и оборудование. М.: Машиностроение, <1998.

61. Краховецкий Н.Н. Совершенствование технологического процесса и оборудования для производства трихограммы в РСФСР. Государственный агропромышленный комитет РСФСР, ВНЙИЗР, Рамонь 1989.

62. Краховецкий Н.Н., Папернов Ю.Д. Эксплуатация семейства микробиологических подвесных двухъярусных качалок КМП-2-49, КМП-2-72, КМП-2-97, КМП-2-128.-М.:2000.

63. Краховецкий Н.Н. Устройство для перемешивания жидких компонентов. Патент РФ №2211082. БИ №24 от 27.08.2003.

64. Протокол испытаний Приспособления ПРЭ-35 для внесения энтомофагов на Таджикской МИС при навеске его на универсальный хлопковый опрыскиватель ОПХ-28.

65. Седых Н.В. и др. Контроль качества в биотехнологии. Рига, «Зи-мантс», 1990.

66. Краховецкий Н.Н. Теоретические аспекты распределения энтомофагов воздушной струей. РАСХН. ВИЗР //Научн. конф. «Состояние и перспективы развития прогрессивных технологий и средств механизации защиты растений.» С.-Петербург, 2004, Зс.

67. Краховецкий Н.Н., Чмель A.M., Фирсов М.М. Ёмкость для опрыскивателей. Патент РФ №2224431. БИ»6, 2004.

68. Краховецкий Н.Н., Хоменко Ю.В. Вентиляторный опрыскиватель. Патент РФ «2236132, №26, 2004.

69. Краховецкий Н.Н. Устройство для расселения энтомофагов. Патент РФ №2237405. БИ №28, 2004.

70. Вялых В.А. и др. Разбрасыватель энтомофагов. А.с. №978804, БИ №45, 1982.

71. Вялых В.А. и др. Способ заражения вредителя энтомофагом и устройство для его осуществления. А.с. №2038782. БИ №19, 1991.

72. Вялых В.А., Пушкарев Б.В. Механизированная установка для производства трихограммы //Сб. научн. тр. Воронеж, 2000, с. 80-83.

73. Вялых В.А., Пушкарев Б.В. К вопросу совершенствования оборудования для производства трихограммы на биофабриках //Сб. наун. тр. Воронеж, 2000, с. 83-87.

74. Вялых В.А. и др. К обоснованию конструктивно- технологической схемы расселителя энтомофагов //Мат. междунар. науч.-техн. конф. Зерно-град, 2004,4 с.

75. Захаренко В.А. Биологическая борьба с сорняками //Сельское хозяйство за рубежом. 1975, №12, с. 2-8.

76. Захаренко В.А. Потребление химических и биологических средств защиты растений в СССР //Химизация сел. хоз-ва, 1987, №10, с. 115-161.

77. Захаренко В.А. Научные и организационно- экономические вопросы развития биометода защиты растений в России //Пр-во и применение биологических средств защиты растений от вредителей и болезней. Одесса, 1994, кн. 1, с. 4-5.

78. Захаренко В.А. Использование биологического метода в связи экологизацией защиты растений //Экологизация с.-х. Пр-ва Северо-Кавказского региона. Анапа, 1995, с. 5-11.

79. Захаренко В.А., Павлюшин В.А., Воронин К.Е. Биоценотическая регуляция основа биологической защиты растений в агроэкосистемах //Сб. научн. тр. РАСХН. - М.: 2004, с. 4-16.

80. Гиршович Т.А. Турбулентные струи в поперечном потоке. М.: Машиностроение, 1993.

81. Прандтль JI. Гидромеханика. М.: Изд. ин. лит., 1949. i

82. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974.

83. STAR CD. Methodology. Computational Dynamics Limited, 1999.