автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Универсальный опрыскиватель для ухода за растениями в плодовом питомнике

На правах рукописи

ГЛУШАНКОВ Роман Евгеньевич

Универсальный опрыскиватель для ухода за растениями в плодовом питомнике

Специальность 05.20.01 — технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

г 9 АВГ 2013

Москва 2013

005532342

005532342

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийском селекционно-технологическом институте садоводства и питомниководства Российской академии сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, член- корреспондент РАСХН Утков Юрий Андреевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАСХН, Артюшин Анатолий Алексеевич ГНУ Всероссийский институт механизации Россельхозакадемии

кандидат сельскохозяйственных наук Шевкун Николай Александрович ФГБОУ ВПО Государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт садоводства им. И.В. Мичурина Россельхозакдемии

Защита диссертации состоится «¿?(Г» сентября 2013 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 006.035.01 при Государственном научном учреждении Всероссийском селекционно-технологическом институте садоводства и питомниководства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии) по адресу: 115598, Москва, ул. Загорьевская, 4. Факс 8(495) 329 31 66; e-mail: vstisp@vstisp.org.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии, с авторефератом - на официальном сайте ВАК РФ -http//vak.ed.gov.ru и на официальном сайте ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии — http//vstisp.org.

Автореферат размещён на сайте ВАК РФ (http//vak.ed.gov.ru) «-/4* v>0fi 2013 г. Автореферат разослан «<У » О $ 2013 г.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные и скрепленные гербовой печатью, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных наук

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В промышленных плодовых питомниках России практически отсутствуют современные технические средства для проведения работ по защите растений от вредителей и болезней и борьбы с сорной растительностью. Существующие в хозяйствах отечественные машины морально устарели, а используемая в ограниченных количествах дорогая зарубежная техника не в полной мере адаптирована к условиям российского питомниководства.

Актуальность темы диссертационной работы характеризуется тем, что полученные в процессе исследований результаты направлены, во-первых, на повышение производительности мультисистемного опрыскивателя за счет существенного увеличения одновременно обрабатываемых рядов растений и междурядий в плодовом питомнике; во-вторых - на повышение эффективности гербицидной обработки путем обеспечения взаимодействия факела распыла с воздушным потоком, повышающим устойчивость задаваемых параметров и устраняющим негативное воздействие ветра.

Исследования проводились в соответствии со Стратегией машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 года, Концепцией развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2025 года и планом НИОКР ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии «Разработать ресурсосберегающие комплексы технических средств для механизации трудоёмких процессов в садоводстве» по теме «Разработать техническую документацию на универсальный опрыскиватель для ухода за растениями в плодовом питомнике» (шифр: 04.16.04.04).

Цель исследований состоит в совершенствовании технических средств для защиты растений, в частности в научном обосновании и разработке конструкции многорядного мультисистемного опрыскивателя для плодового питомника и выявлении условий повышения эффективности работы гербицидной системы независимо от неблагоприятных внешних факторов.

Объектом исследований является технологический процесс обработки плодовых саженцев пестицидами для защиты от болезней и вредителей и междурядий для борьбы с сорной растительностью.

Предмет исследования - пути повышения качества пестицидной обработки растений многорядной машиной в плодовом питомнике с предварительной настройкой и контролем основных ее систем и установление закономерностей взаимодействия факела распыла гербицида при одновременном воздействии вспомогательного и негативного воздушных потоков.

Методологическую основу исследований составляют методы обобщения, идеализации, экспериментальные методы, включая наблюдение, сравнение, математическое моделирование; методы формализации и индукции.

Научная новизна исследований состоит в разработке классификации машин для защиты растений от вредителей и болезней и борьбы с сорной растительностью; определении качественных показателей работы в плодовом питомнике многородного мультисистемного опрыскивателя, разработке методики настройки и контроля работоспособности основных систем машины с помощью новых приборов, раскрытии с помощью математических моделей закономерностей взаимодействия воздушных потоков с факелом распыла, обосновании конструкторско-технологической схемы мультисистемного опрыскивателя.

Рабочая гипотеза исследований базируется на эффективности воздействия вспомогательного воздушного потока при взаимодействии с факелом распыла раствора препарата.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования проектно-конструкторскими организациями разработанной конструкции опрыскивателя или отдельных ее элементов, новых приборов и оборудования для настройки систем опрыскивателя, а в учебных заведениях всех форм собственности - при чтении лекций о машинах для защиты растений от вредителей и болезней, проведении лабораторных и практических занятий по этой теме.

В государственных учреждениях и организациях планирования результаты исследований могут использоваться при разработках различных нормативных документов по снижению вредного воздействия техники на окружающую среду.

Реализация результатов исследования подтверждается актами проверки опрыскивателя ОПУ-5 в производственном плодовом питомнике ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии и специализированных хозяйствах Тамбовской и Вологодской областей РФ.

Апробация результатов исследования осуществлена на пяти научно-производственных конференциях и подтверждена дипломом и золотой медалью, полученных на 13-ой Российской агропромышленной выставке «Золотая осень 2011» за создание и внедрение в производство опрыскивателя универсального для питомников ОПУ-5.

Публикации. По результатам исследований опубликовано пять статей, в том числе три в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК для публикаций научных результатов диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 184 страницах, содержит 63 рисунков и 14 таблиц и состоит из введения, 6 глав, общих выводов с рекомендациями производству, списка литературы и приложения.

Основные положения диссертации. выносимые на защиту:

- конструкторско-технологическая схема мультисистемной машины для защиты плодового питомника от вредителей и болезней и борьбы с сорной растительностью;

- комплект новых приборов и методика контроля качества работы основных систем опрыскивателя в плодовом питомнике;

- закономерности взаимодействия взаимно перпендикулярных воздушных потоков с факелом распылителя;

- качественные показатели опрыскивателя при работе в промышленном плодовом питомнике.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационных исследований, ее важное народнохозяйственное значение, раскрыта общая характеристика работы и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Обоснование темы диссертационных исследований» проведен анализ особенностей конструкций машин отечественного и зарубежного производства, предназначенных для работы в питомниках, выявлены и проанализированы их достоинства и недостатки, которые имели место, но не сочетались в единой модели. Например, универсальная машина не отличалась высоким качеством работы и обрабатывала лишь два ряда растений.

На основе проведенного анализа уже существовавших и перспективных конструкций предложена классификация технических средств для борьбы с вредителями, болезнями растений и сорной растительностью в плодовых питомниках (рис. 1).

Рисунок 1 - Классификация существующих опрыскивателей для плодовых питомников.

Проведенный анализ литературных источников позволил определить

основные мировые тенденции развития сельскохозяйственной техники,

6

применяемой для защиты растений от вредителей и болезней, а также борьбы с сорной растительностью. Среди них - совершенствование конструкций машин, связанное с внедрением электронных средств управления и автоматизацией технологических процессов, увеличение ширины захвата агрегата, вместимости рабочих баков, снижение экологической нагрузки на окружающую среду, использование новых конструкционных материалов для уменьшения массы машин и оснащение ходовой части шинами со сниженным давлением на почву, применение многофункциональных машин и оборудования, способных работать по сигналам спутниковых навигационных систем.

В связи с изложенным целью исследования является обоснование дальнейших путей повышения производительности, функциональности опрыскивателя и эффективности использования химических, биологических препаратов различного назначения в промышленных плодовых питомниках России.

Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить агротехнологические параметры плодового питомника и обосновать рациональную ширину захвата универсального опрыскивателя.

2. Разработать гидравлическую схему мультисистемного опрыскивателя и реализовать ее в конструкции универсальной машины.

3. Сформировать приборную базу, разработать и реализовать методику настройки опрыскивателя для работы в питомнике.

4. Обосновать пути стабилизации оптимальных параметров факела распыла при негативном воздействии ветра и экспериментальным путем подтвердить возможность повышения качества работы распылителей опрыскивателя.

5. Дать оценку экономической эффективности использования многофункционального опрыскивателя в плодовых питомниках.

Для решения поставленных задач сформулирована рабочая гипотеза исследований, основанная на обосновании существенного увеличения ширины захвата агрегата и сохранении высокого качества работы распылителей за счет

7

нейтрализации негативного воздействия ветра вспомогательными потоками воздуха, действующими непосредственно на факелы распыла.

Во второй главе «Обоснование конструкции и разработка универсального опрыскивателя» уточняются условия работы опрыскивателя при химической обработке растений и междурядий питомника. Для этих целей определялись следующие показатели: изменение ширины междурядий, отклонение растений от условной оси ряда; размерные характеристики саженцев. Измерения проводились в плодовых питомниках яблони и вишни 1-го, 2-го и 3-го полей инновационно-испытательного центра новых технологий ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии. Изучение расположения саженцев в ряду плодового питомника, позволило определить количество отклоняющихся саженцев от условной оси ряда, достигающего 45 %, а также значение максимального отклонения, составляющего 8 см. На основе этих данных была разработана конструкция рабочего органа для обработки гербицидами междурядий плодового питомника с системой защиты саженцев от рабочей жидкости с помощью эластичных экранов, предохраняющих саженцы от механических повреждений. В результате изучения размерных характеристик саженцев была определена их высота в различных полях плодового питомника. Эти данные позволили рассчитать высоту (1,75м) порталов создаваемого опрыскивателя, а также количество распылителей (38) и расстояние между ними с целью максимально эффективной обработки плодовых саженцев. Изученные расстояния от поверхности почвы до нижних ветвей саженцев позволило определить размеры защитных кожухов гербицидной системы (угол 90°, высота 200 мм, длина 700 мм.) при обработке междурядий плодового питомника. Полученные значения диаметра кроны позволили определить оптимальное расстояние от распылителей до объекта обработки при внесении химических препаратов для борьбы с вредителями и болезнями. Проведенные измерения ширины междурядий показали, что она имеет значительный разброс в пределах от 0,8 до 1,0 м. На основании полученных данных определено, что при конструировании опрыскивателя с расстоянием между штангами 0,9 м (согласно существующей технологии посадки питомника с междурядьями, равными 0,9 м)

машина может одновременно обрабатывать пять рядов растений в плодовом питомнике.

Параллельно с изучением агротехнологических параметров плодового питомника была разработана принципиальная гидравлическая схема универсального опрыскивателя (рис.2).

•ж

.....^..................1

А

<—> »» -№

Ч \|/к< ........к

X"

■т

л-'

ЯЧ4

'■Ш

да

к. у

■У»

Е1 - емкость для пестицидов; Е2 - емкость для гербицидов; К1...К8 - краны; Ф1-фильтр грубой очистки; Ф2 — фильтр тонкой очистки пестицидов; ФЗ - фильтр тонкой очистки гербицидов; Н - насос; Д -распределитель; Р1 распылители для внесения препаратов по борьбе с вредителями и болезнями; Р2 -распылители для внесения гербицидов.

Рисунок 2 - Гидравлическая схема универсальной машины для

питомников.

Предложенная схема была реализована в питомниководческих хозяйствах: ООО «Снежеток» Тамбовской области и ЗАО «Корочанский плодопитомник» Белгородской области (рис. 3).

б)Опрыскиватель на базе трактора Т-25 (ЗАО «Корочанский плодопитомник»)

Рисунок 3 - Образцы машин, созданных в питомниководческих хозяйствах.

9

Созданные образцы машин осуществляли работу в производственных условиях хозяйств на протяжении пяти сезонов, в результате чего зараженность растений снизилась на 85-90 %, а засоренность междурядий - на 65-85 %.

В третьей главе «Разработка опытного образца опрыскивателя семейства ОПУ-5» представлены этапы создания мультисистемного опрыскивателя ОПУ-5. С учетом полученных результатов изучения агротехнологических параметров плодового питомника и выявленных недостатков конструкции машин, созданных в хозяйствах, была откорректирована принципиальная гидравлическая схема (рис. 4). Она реализована в конструкции универсального опрыскивателя для питомников ОПУ-5 (рис. 5).

Принцип работы опрыскивателя заключается в следующем: во время работы

опрыскивателя рабочая жидкость из бака через всасывающий фильтр поступает в

насос, далее она подается на регулятор-распределитель и через нагнетательные

фильтры поступает в щелевые распылители, которые подают ее в виде капель на

обрабатываемый объект; привод насоса осуществляется от ВОМ универсального

высококлиренсного энергетического средства (УВЭС); рабочее давление в системе

контролируется по манометру, который установлен на регуляторе-распределителе,

и изменяется маховиком регулятора давления; количество рабочей жидкости в

баке определяется по шкале уровнемера, установленной на горловине бака.

Е1 - бак для рабочей жидкости; ГМ - гидромешалка; Ф1 - фильтр заливной горловины бака; Е2 -емкость для чистой воды; К1 ... КЗ -краны; Ф2 - фильтр грубой очистки; Н - насос; РК - предохранительный клапан; М - манометр; ФЗ - фильтр тонкой очистки; К4 ... К8 - краны, входящие в контур распределителя; Р1 - распылители для внесения препаратов по борьбе с вредителями и болезнями; Р2 - распылители для внесения гербицидов.

Рисунок 4 - Принципиальная гидравлическая схема универсального опрыскивателя.

1 - высококлиренсное энергосредство; 2

неподвижная вертикальная задняя штанга (арочного типа); 3 - подвижная Г-образная боковая штанга

горизонтального сложения; 4 -шарнирное соединение боковой и центральной штанг; 5 устройства для внесения гербицидов.

Рисунок 5 - Общий вид опрыскивателя ОПУ-5 (транспортное положение):

Созданная модификация опрыскивателя прошла приемочные испытания в центре испытаний сельскохозяйственной техники ФГНУ «Росинформагротех», по результатам которых опрыскиватель ОПУ-5 рекомендовано поставить на

производство.

На основе полученных результатов исследований и испытаний

опрыскивателя ОПУ-5 было продолжено совершенствование его конструкции

(рис. 6).

1 - рама с БСУ; 2 - передняя складная штанга-стойка; 3 - задняя штанга-стойка; 4 - подвижный кронштейн с закрепленным устройством распыления гербицидов; 5 - боковые арки; 6 - центральная арка; 7 - бак; 8 -всасывающий фильтр; 9 - насос; 10 -регулятор-распределитель; 11 распыливающие головки; 12 шарнирное соединение складной арки с рамой; 13 - шарнирное соединение передней штанги-стойки; 14 подвижный шарнир боковой штанги.

Рисунок 6 - Опрыскиватель универсальный для питомников ОПУ-5А. Общая конструкционная схема.

Суть модернизации опрыскивателя заключается: во-первых, в изменении положения боковых рабочих штанг в транспортном положении и режима их складывания; во-вторых, претерпела изменение конструкция узла распыла гербицидов - прежде неподвижное устройство преобразовано в подвижное в горизонтальной плоскости по ходу движения агрегата. Достигается это тем, что нижняя часть кронштейна с пластиной при встрече с препятствием отклоняется назад в сторону, противоположную движению, а после преодоления препятствия кронштейн, благодаря действию возвратной пружины, принимает первоначальное вертикальное положение (рис. 7).

Рисунок 7 - Опрыскиватель ОПУ-5А.

Созданная модификация опрыскивателя прошла типовые испытания в центре испытаний сельскохозяйственной техники ФГНУ «Росинформагротех», по результатам которых внесенные в конструкцию опрыскивателя ОПУ-5А изменения были признаны эффективными.

Согласно рабочей гипотезе исследований была разработана конструкция опрыскивателя ОПУ-5У (рис. 8), в которой изменения выразились в монтаже на

а) Процесс складывания боковой штанги при переводе в транспортное положение: 1 -неподвижная вертикальная штанга арочного типа; 2 - шарнирное соединение боковой и центральной штанг; 3 - шарнирное соединение горизонтальной и вертикальной боковых штанг; 4 - боковая вертикальная штанга.

б) Устройства распыливания гербицидов: 1 - вертикальная штанга; 2 - подвижный кронштейн с площадкой крепления защитной резиновой пластины; 3 - шарнир; 4 - возвратная пружина; 5 - шланг подачи рабочего раствора; 6 -защитная резиновая пластина

кронштейн штанги (в данном случае - опытный вариант - на передней центральной) вентилятора, с направленным потоком воздуха вертикально вниз. Вентилятор навешивается над модулем, предназначенным для распыла гербицидов, с целью уменьшения сноса факела распыла боковым ветром и увеличения степени покрытия рабочим раствором листовой поверхности сорной растительности. Одним из важных факторов взаимодействия потока вентилятора с потоком распылителя гербицидов является также и уменьшение возможности попадания рабочей жидкости на культурные растения.

а) Общая конструкционная схема: 1 -рама с БСУ; 2 - передняя складная штанга-стойка; 3 - задняя штанга-стойка; 4 - подвижный кронштейн с закрепленным устройством распыления гербицидов; 5 — вентилятор; 6 — защитные щитки; 7 - бак; 8 -всасывающий фильтр; 9 - насос; 10 -регулятор-распределитель; 11 -распыливающие головки

б) Вид сзади. Транспортное положение: 1 — бак; 2 — неподвижная вертикальная задняя штанга (арочного типа); 3 -подвижная Г-образная боковая штанга вертикального сложения; 4 - элементы гидросистемы; 5 - устройства для внесения гербицидов; 6 - вентилятор; 7 - защитные щитки.

Рисунок 8 - Опрыскиватель ОПУ-5У.

Проведенные испытания осевого вентилятора, установленного в

конструкцию гербицидной системы опрыскивателя, показали, что создаваемый

им вспомогательный воздушный поток, взаимодействуя с факелом распыла,

позволяет нейтрализовать неблагоприятное воздействие внешних факторов, а

также повысить качество обработки гербицидами междурядий плодового

питомника. В результате медианно-массовый диаметр крупных капель

13

уменьшился на 42 %, при этом площадь покрытия крупными каплями уменьшилась на 65 %, а площадь покрытия мелкими каплями увеличилась на 33 %.

В ходе проведения типовых испытаний была подтверждена эффективность внедренных в конструкцию опрыскивателя ОПУ-5У изменений, связанных с созданием вспомогательного воздушного потока.

В четвертой главе «Методика исследований элементов систем универсального опрыскивателя для плодового питомника» подобран парк приборов, необходимых для проведения настройки различных систем и узлов опрыскивателя, а также осуществления контроля качества его работы.

На основе существующих методик и с учетом наличия новейших приборов разработана методика калибровки опрыскивателя для плодового питомника. Ее применение позволило оптимизировать качественные показатели работы созданной машины.

Предложена методика исследования параметров работы гербицидной системы универсального опрыскивателя для плодового питомника, применение которой позволило установить, что наиболее эффективную защиту плодовых саженцев от попадания раствора гербицида оказывает защитный кожух, а использование горизонтального пластикового экрана малоэффективно ввиду того, что распространение факела распыла идет в горизонтальной плоскости. Наиболее эффективное расположение распылителя - щелью параллельно поверхности почвы.

В пятой главе «Экспериментальное исследование влияния воздушных потоков на факел распыла распылителей гербицидной системы» решалась задача поиска путей стабилизации заданного режима распыления.

Для ее осуществления был запланирован трехуровневый факторный

эксперимент (таблица).

Таким образом, при проведении эксперимента в качестве переменных факторов были выбраны: X, - вспомогательный воздушный поток, предназначенный для нейтрализации бокового воздушного потока; Х2 -негативный воздушный поток, оказывающий влияние на факел распыла, снося его

14

в сторону; Хз - угол наклона приемной поверхности, имитирующий возможные неровности рельефа междурядий плодового питомника.

Таблица. Условия проведения факторного эксперимента.

Факторы Уровни варьирования Интервал варьирования

Натуральный вид Кодированный вид -1 0 +1

Скорость вспомогательного потока воздуха, м/с X, 3 6 9 3

Скорость бокового воздушного потока, м/с х2 5 10 15 5

Угол наклона приемной поверхности, град. Хз 0 15 30 15

Выходным параметром эксперимента (у) было принято влияние воздушного потока, взаимодействующего с факелом распыла на эффективность обработки междурядий, выразившееся в количестве раствора, попавшего в различные зоны обрабатываемой поверхности.

Исследования проводились на специально разработанном стенде (рис 9) состоящим из фрагмента опрыскивателя (ОПУ-5) 1, насосной станции 2, карданной передачи 3. На штанге опрыскивателя закреплен вентилятор 4, питаемый от аккумуляторной батареи 9, и приемная гофрированная поверхность 5, которая имеет регулируемый угол наклона. Вентилятор 4 имеет регулировку по высоте относительно распыливающей головки 6. Слева от приемной поверхности на высоте распыливающей головки установлен вентилятор 7 для имитации ветра. По краю нижней кромки приемной поверхности установлены приемные стаканчики 8. Приемная поверхность 5 представляет собой гофрированный лист, разбитый на 12 ячеек, что позволяет изучать степень смещения факела распыла в площади данной поверхности. Ширина приемной поверхности составляет 90 см, что, позволяет нам имитировать междурядья питомника.

Рисунок 9 - Схема стенда для исследований влияния воздушных потоков на гербицидную систему опрыскивателя.

При этом ячейка № 1 располагалась ближе всего к источнику бокового воздушного потока, а ячейка № 12 являлась самой удаленной от бокового вентилятора.

В результате исследований и обработки данных факторного эксперимента были получены следующие уравнения: Ячейка №1

у=0,163-0,013 Xi+0,163 Хз+0,163 Хз-0,013 X. Х2-0,013 X. Хз+0,163 Х2 Хз Ячейка №2

у=1,55+0,2 Xi+1,025 Хз+1,25 Хз+0,425 Xi Хз+0,5 Xi Хз+1,025 Хз Хз Ячейка №3

у=11,838+2,913 Xi+5,213 Хз-3,113 Хз-0,663 Xi Хз-3,288 Xi Хз+0,813 Хз Хз Ячейка №4

у=11,163-1,913 Xi-4,038 Хз+1,513 Хз+1,088 Xi Хз+2,138 Xi Хз-1,538 Хз Хз Ячейка №5

у=9,75-1,15 Xi+0,875 Хз+2,15 X. Хз-0,975 Xi Хз-1,875 Хз Хз Ячейка №6

у=11,263-0,463 Xi-0,438 Хз-0,713 Хз-1,463 X. Хз+1,263 Xi Хз+1,188 Хз Хз Ячейка №7

у=11,388+1,588 Xi-0,163 Хз-2,338 Хз-1,663 X. Хз-0,738 Xi Хз+0,663 Хз Хз Ячейка №8

у=8,513+0,238 Xi+0,563 Хз-1,388 Хз-0,313 Xi Хз-0,338 Хз Хз Ячейка №9

у=8,575-0,95 Х.-0,875 Хз-0,85 Xi Хз+0,375 Xi Хз+1,25 Хз Хз Ячейка №10

у=14,738-1,188 Xi-2,663 Ха-1,313 Хз+0,863 Xi Xz-0,938 X. Хз-1,563 Хг Хз Ячейка №11

у=7,85-0,55 Xi+0,875 Хг+4,325 Хз-0,925 Xi Хг+1,975 Xi Хз Ячейка №12

у=3,425+1,05 Xi+0,775 Xj+0,625 ХЗ+1,25 XI Хз

Для нахождения сочетания факторов, обеспечивающих оптимальное

значение выходного параметра, в среде MathCAD IIA Enterprise Editio построены

поверхности откликов для выходного параметра у. При построении один из

факторов оставляли на фиксированном уровне, а два других изменяли в пределах

указанных в таблице 2.

Ниже представлены поверхности откликов крайних областей исследования

(ячейки 1и 12) и центральной области (ячейка 6).

Рисунок 10 - Ячейка 1. Поверхности откликов: а) сочетание скорости вспомогательного потока воздуха (Х0 и скорости бокового воздушного потока (Х2); б) сочетание скорости вспомогательного потока воздуха (Х0 и угла наклона приемной поверхности (Х3); в) сочетание скорости бокового воздушного потока (Х2) и угла наклона приемной поверхности (Х3)

Анализ полученных результатов исследования показал, что с увеличением бокового потока воздуха и угла наклона приемной поверхности влияние вспомогательного потока воздуха снижается, что сказывается на значении выходного параметра (количество жидкости данной области падает и составляет 1,1 % от общего количества уловленного раствора).

Ii

а)

Рисунок 11 - Ячейка 6 (центральная область). Поверхности откликов: а) сочетание скорости вспомогательного потока воздуха (X,) и скорости бокового воздушного потока (Х2); б) сочетание скорости вспомогательного потока воздуха (ХО и угла наклона приемной поверхности (Х3); в) сочетание скорости бокового воздушного потока (Х2) и угла наклона приемной поверхности (Х3)

Анализ данной области (центр исследований) показал, что значение вспомогательного и бокового воздушных потоков примерно равны, что способствует более полному осаждению жидкости (количество уловленного раствора составило 13 % от общего значения, что является наибольшим показателем из общей области исследования), расположение приемной поверхности здесь не оказывает существенного влияния на процесс осаждения жидкости.

Рисунок 12 - Ячейка 12. Поверхности откликов: а) сочетание скорости вспомогательного потока воздуха (ХО и скорости бокового воздушного потока (Х2); б) сочетание скорости вспомогательного потока воздуха (X,) и угла наклона приемной поверхности (Х3); в) сочетание скорости бокового воздушного потока (Х2) и угла наклона приемной поверхности (Х3)

Анализ результатов исследования данной области (наиболее удаленной от источника бокового потока) показал, что значение вспомогательного потока воздуха здесь преобладает над всеми остальными факторами эксперимента, а увеличение значения выходного параметра (количество жидкости) объясняется ее сносом из первых ячеек и составляет 2,4 % от общего количества уловленного раствора.

Общий анализ результатов факторного эксперимента позволил установить, что при воздействии неблагоприятного бокового воздушного потока скоростью до 15 м/с применение вспомогательного воздушного потока со скоростью 9 м/с позволяет его нейтрализовать и тем самым, обеспечить дополнительную защиту саженцев от воздействия гербицидов. При этом возможные неровности рельефа с перепадами до 30° существенного влияния на качество гербицидной обработки при использовании вентилятора не оказывают.

В шестой главе «Экономическая эффективность внедрения опрыскивателя ОПУ-5А» приведены расчеты экономической эффективности использования в технологии производства посадочного материала плодовых культур опрыскивателя ОПУ-5А. Расчетный экономический эффект составил 205761 руб., а срок окупаемости нового опрыскивателя - 0,92 года.

Общие выводы

1. На основе анализа существующих конструкций технических средств, применяемых для защиты плодового питомника от вредителей, болезней и сорной растительности, предложена классификация опрыскивателей и опрыскивающих устройств, разработана принципиальная гидравлическая схема и создан универсальный опрыскиватель ОПУ-5, который прошел приёмочные испытания с рекомендацией к производству.

2. Обоснованы конструкционные особенности нового опрыскивателя (количество одновременно обрабатываемых рядов и междурядий - 5, высота порталов - 1,75 м и ширина - 0,9 м), учитывающие агротехнологические параметры плодового питомника и доказана необходимость применения

19

эластичных экранов для защиты штамбов растений от попадания раствора гербицида.

3. Предложена принципиальная гидравлическая схема новой машины, отличающаяся многорядностью и универсальностью (возможность обработки рядов и междурядий).

4. Разработана методика калибровки опрыскивателя для плодового питомника, позволяющая производить настройку и периодическую проверку работоспособности всех его основных систем с использованием тестера манометров, адаптера гидравлических систем и прибора для проверки распылителей.

5. Обоснованы пути стабилизации оптимальных параметров факела распыла и создан гербицидный модуль, уменьшающий медианно-массовый диаметр капель на 42 % и увеличивающий площадь покрытия растений на 33 % за счёт использования вспомогательного воздушного потока.

6. Расчетный экономический эффект внедрения нового опрыскивателя в современные технологии возделывания плодовых питомников составил 205761 руб., а срок его окупаемости - 0,92 года.

Рекомендации производству

1. Производителям посадочного материала садовых культур предлагается универсальный опрыскиватель для ухода за растениями в плодовом питомнике. Он состоит из двух контуров, позволяющих производить операции как независимо друг от друга, так и совместно.

Опрыскиватель имеет следующие характеристики:

Производительность основного времени, га/ч...........................................-ДО 2,1

Скорость, км/ч:

рабочая на основных операциях................................................................до 7

транспортная..............................................................................................Д° Ю

Угол факела распылителя, град.....................................................НО

Густота покрытия листовой поверхности (более 150 шт/см2), %..............60

Листовая поверхность с дисперсностью капель, %:

мелкой..............................................................................................

Габаритные размеры в рабочем положении, м.....................5,23 х г

Количество одновременно обрабатываемых рядов (междурядий).

Вместимость резервуара, л.................................................................

Рабочее давление в нагнетательной системе, МПа..........................

крупной-

средней,

.35 .30 .10

.5,23 х 4,20 по ВЭС

.5

.600

.0,4

Агрегатирование.

.ВЭС-45, ВЭС-45А, УВЭС-45

2. В условиях производства следует осуществлять периодическую калибровку опрыскивателя и проверку качества его работы с помощью разработанной методики и рекомендуемых приборов (тестер манометров, адаптер гидравлических систем и прибор для проверки распылителей).

3. Созданный мультисистемный опрыскиватель эффективно работает в плодовом питомнике и способен осуществлять мероприятия по защите саженцев от вредителей, болезней и производить борьбу с сорной растительностью в междурядьях, а также выполнять некорневую подкормку саженцев. Также он может использоваться на плантациях ягодных кустарников (смородина, крыжовник и т.п.), а также земляники для обработки междурядий гербицидами.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Бычков В.В. / Универсальный опрыскиватель для питомников, Бычков В .В., Кадыкало Г.И., Глушанков P.E. // «Тракторы и сельхозмашины» №6, 2011 г. с.9-12

2. Глушанков P.E. /Современные методы контроля и настройки основных систем опрыскивателей для питомников//Садоводство и виноградарство №2, 2012г., с.46-48

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

3. Шевкун В.А. / Универсальный опрыскиватель для питомников, Шевкун В.А., Глушанков P.E. // Плодоводство и ягодоводство России т.36 42, 2013 г. с.331-337

Публикации в сборниках научных докладов международных конференций:

4. Бычков В.В. / Технические средства для химической защиты питомников от вредителей, болезней и сорняков, Бычков В.В., Шевкун В.А., Глушанков P.E. // Сады будущего (сборник материалов международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки РСФСР, профессора В.И.Будаговского), Мичуринск-наукоград РФ, 2011 г., с.118-123

5. Глушанков P.E. / Исследование влияния воздушных потоков на гербицидную систему опрыскивателя для плодового питомника // Инновационные технологии и техника нового поколения - основа модернизации сельского хозяйства, (сборник научных докладов Международной научно-технической конференции, часть 2), М., ВИМ, 2011 г., с.433-43

Подписано в печать:

15.08.2013

Заказ № 8661 Тираж - 110 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ СЕЛЕКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ САДОВОДСТВА И ПИТОМНИКОВОДСТВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

04201361222 Глушанков Роман Евгеньевич

Универсальный опрыскиватель для ухода за растениями в плодовом питомнике

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации

сельского хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор технических наук, член-корреспондент РАСХН

УТКОВ Ю.А.

Москва-2013

Содержание

Введение 4

1. Обоснование темы диссертационных исследований. 7

1.1 Анализ конструкций технических средств для защиты растений в плодовом питомнике от вредителей, болезней и сорной растительности 7

1.2 Цель и задачи исследований. 25

2. Обоснование конструкции и разработка универсального опрыскивателя. 27 2.1 Агротехнологические параметры плодового питомника. 27 2.2. Разработка гидравлической схемы и реализация ее в

конструкции универсального опрыскивателя для работы в

питомниководческих хозяйствах. 34

2.3 Выводы. 43

3. Разработка опытного образца опрыскивателя семейства ОПУ-5. 44

3.1 Этапы создания мультисистемной машины 44

3.2 Выводы 63

4. Методика исследований элементов систем универсального опрыскивателя для плодового питомника. 64

4.1 Приборы для проведения исследований и контроля качества работы опрыскивателей. 64

4.2 Методика калибровки опрыскивателя для плодового питомника. 73

4.3 Методика исследования параметров работы гербицидной

системы универсального опрыскивателя для плодового питомника. 79

4.4 Выводы 84

5. Экспериментальное исследование влияния воздушных потоков

на факел распыла распылителей гербицидной системы. 85 5.1 Параметры факторного эксперимента по изучению влияния воздушных потоков на факел распыла распылителя гербицидной

системы универсального опрыскивателя 85

5.2. Анализ уравнений регрессии. 89

5.3 Выводы 107

6. Экономическая эффективность внедрения опрыскивателя ОПУ-5А 108

6.1 Выводы 114

Общие выводы. 115

Рекомендации производству. 116

Литература 117

Приложения 126

Введение

В промышленных плодовых питомниках России практически отсутствуют современные технические средства для проведения работ по защите растений от вредителей и болезней и борьбы с сорной растительностью. Существующие в хозяйствах отечественные машины морально устарели, а используемая в ограниченных количествах дорогая зарубежная техника не в полной мере адаптирована к условиям российского питомниководства.

Актуальность темы диссертационной работы характеризуется тем, что полученные в процессе исследований результаты направлены, во-первых, на повышение производительности мультисистемного опрыскивателя за счет существенного увеличения одновременно обрабатываемых рядов растений и междурядий в плодовом питомнике; во-вторых - на повышение эффективности гербицидной обработки путем обеспечения взаимодействия факела распыла с воздушным потоком, повышающим устойчивость задаваемых параметров и устраняющим негативное воздействие ветра [29].

Исследования проводились в соответствии со Стратегией машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 года, Концепцией развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2025 года и планом НИОКР ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии «Разработать ресурсосберегающие комплексы технических средств для механизации трудоёмких процессов в садоводстве» по теме «Разработать техническую документацию на универсальный опрыскиватель для ухода за растениями в плодовом питомнике» (шифр: 04.16.04.04).

Производители посадочного материала плодовых культур нуждаются в результатах выполненных исследований, которые имеют высокий уровень востребованности в связи с повышением требований экологической безопасности к технике по защите растений от вредителей и болезней.

Цель исследований состоит в совершенствовании технических средств для защиты растений, в частности в научном обосновании и разработке конструкции

многорядного мультисистемного опрыскивателя для плодового питомника и выявлении условий повышения эффективности работы гербицидной системы независимо от неблагоприятных внешних факторов.

Объектом исследований является технологический процесс обработки плодовых саженцев пестицидами для защиты от болезней и вредителей и междурядий для борьбы с сорной растительностью.

Предмет исследования - определение качества пестицидной обработки растений многорядной машиной в плодовом питомнике с предварительной настройкой и контролем основных ее систем и установление закономерностей взаимодействия факела распыла гербицида при одновременном воздействии вспомогательного и негативного воздушных потоков.

Методологическую основу исследований составляют методы обобщения, идеализации, экспериментальные методы, включая наблюдение, сравнение, математическое моделирование; методы формализации и индукции.

Научная новизна исследований состоит в разработке классификации машин для защиты растений от вредителей и болезней и борьбы с сорной растительностью; определении качественных показателей работы в плодовом питомнике многорядного мультисистемного опрыскивателя, разработке методики настройки и контроля работоспособности основных систем машины с помощью новых приборов, раскрытии с помощью математических моделей закономерностей взаимодействия воздушных потоков с факелом распыла, обосновании конструкторско-технологической схемы мультисистемного опрыскивателя.

Рабочая гипотеза исследований базируется на эффективности воздействия вспомогательного воздушного потока при взаимодействии с факелом распыла раствора препарата.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования проектно-конструкторскими организациями разработанной конструкции опрыскивателя или отдельных ее элементов, новых приборов и оборудования для настройки систем опрыскивателя, а в учебных заведениях всех форм собственности - при чтении лекций о машинах для защиты растений от

вредителей и болезней, проведении лабораторных и практических занятий по этой теме.

В государственных учреждениях и организациях планирования результаты исследований могут использоваться при разработках различных нормативных документов по снижению вредного воздействия техники на окружающую среду.

Реализация результатов исследования подтверждается актами проверки опрыскивателя ОПУ-5 в производственном плодовом питомнике ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии и специализированных хозяйствах Тамбовской и Вологодской областей РФ.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- конструкторско-технологическая схема мультисистемной машины для защиты плодового питомника от вредителей и болезней и борьбы с сорной растительностью;

- выбор новых приборов и методика конотроля качества работы основных систем опрыскивателя в плодовом питомнике;

- закономерности взаимодействия взаимно перпендикулярных воздушных потоков с факелом распыла распылителя;

- качественные показатели работы опрыскивателя в промышленном плодовом питомнике.

Апробация результатов исследования осуществлена на пяти научно-производственных конференциях и подтверждена дипломом и золотой медалью, полученных на 13-ой Российской агропромышленной выставке «Золотая осень 2011» за создание и внедрение в производство опрыскивателя универсального для питомников ОПУ-5.

По результатам исследований опубликовано пять статей, в том числе три в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК для публикаций научных результатов диссертаций..

Диссертация изложена на 184 страницах, содержит 63 рисунков и 14 таблиц и состоит из введения, 6 глав, общих выводов с рекомендациями производству, списка литературы и приложения.

1. Обоснование темы диссертационных исследований.

1.1 Анализ конструкций технических средств для защиты растений в плодовом питомнике от вредителей, болезней и сорной растительности

Техника для защиты растений от вредителей, болезней и сорной растительности имеет большую историю и прошла путь от ранцевых навесных опрыскивателей до мобильных самоходных машин. Этим вопросом занимались такие ученые и специалисты, как A.A. Артюшин, В.В. Бычков, В.А. Вялых, A.A. Цымбал, JI.A. Шомахов, Г.И. Кадыкало и др. Рассмотрим некоторые характерные конструкции машин отечественного и зарубежного производства для работы в питомниках, выявим и проанализируем их достоинства и недостатки [4-12, 28, 37, 39, 45-47, 49, 53-56, 62, 68, 81, 86].

Для химической борьбы с вредителями и болезнями плодового питомника, а также для уничтожения сорной растительности в Молдавии выпускался опрыскиватель ОН-400 (рис. 1.1.1). Его модификация в некоторых хозяйствах обеспечивала навеску на самоходное шасси Т-16ММЧ. При этом используются следующие основные узлы: резервуар, поршневой насос, распыливающее устройство, нагнетательная коммуникация с пультом управления и карданная передача.

Рис. 1.1.1 - Опрыскиватель навесной ОН-400

7

В качестве рабочего органа использовали универсальную штангу, собранную в варианте для одновременной обработки четырех рядов.

Для крепления резервуара к лонжеронам шасси посредством имеющихся стяжных лент изготавливали дополнительно специальную рамку сварной конструкции.

Резервуар опрыскивателя ОН-400 изготовлен из стеклопластика или полиэтилена и содержит горловину с крышкой, сетчатый фильтр, поплавковый уровнемер со шкалой и стрелкой, эжекторное устройство, отстойник и гидравлическую мешалку.

Насос поршневой тройного действия крепится на лонжеронах самоходного шасси специальной рамкой.

К достоинствам данного опрыскивателя следует отнести его универсальность.

Недостатками являются: низкий уровень качества обработки растений, связанный с недостаточным качеством распыла, а также неизбежные повреждения саженцев ввиду малого агротехнического просвета.

Опрыскиватель ОПП (рис. 1.1.2) разработан в конструкторском бюро НПО «Виерул» (Молдова). В нем использованы узлы и сборочные единицы опрыскивателя ОН - 400, установленные на самоходное высококлиренсное шасси модификации Т - 16 ММЧ.

На передней части рамы 1 шасси установлен резервуар 2. Между резервуаром и кабиной находится насос 3, получающий вращение от вала отбора мощности шасси.

Рабочая жидкость из резервуара насосом нагнетается по резинотканевым рукавам в распределительную трубку 4, являющуюся одновременно горизонтальной штангой, откуда поступает в вертикальные штанги 6, на которой размещаются распылители 7.

Рис. 1.1.2 - Опрыскиватель для плодового питомника ОПП: 1-рама шасси; 2-резервуар; 3-насос; 4-горизонтальная штанга; 5-гибкий элемент; 6-вертикальная штанга; 7-распылители; 8-кронштейн.

Распределительная трубка 4 расположена горизонтально. На ней расположено пять направленных вверх штуцеров. К последним через гибкие рукава подсоединяются специальные переходники, состоящие из металлической трубки, приваренной к специальной пластине, которая двумя хомутами может быть закреплена на горизонтальной штанге в любом месте. К верхнему концу трубки подсоединяется гибкий рукав, связывающий переходник с горизонтальной штангой. К нижнему концу трубки через гибкий элемент 5 (короткий резиновый рукав) присоединяется вертикальная штанга. Наличие таких переходников, имеющих возможность быть закрепленными в разных местах горизонтальной штанги, позволяет производить настройку опрыскивателя для работы в междурядьях различной ширины.

Недостатками этой машины являются низкое качество обработки растений в плодовом питомнике из-за невысокого качества распыла, возможность выполнения только одной операции - борьбы с вредителями и болезнями и малая ширина захвата (возможность обработки только двух рядов плодового питомника).

Высококлиренсный опрыскиватель ОН-400К (рис. 1.1.3) предназначен для обработки растений пестицидами при борьбе с вредителями, болезнями, а также почвы в междурядьях для подавления роста сорняков в питомниках плодовых культур и ягодных кустарниках. Монтируется на самоходное шасси Т-16 ММТ. К достоинствам данного опрыскивателя можно отнести его универсальность, значительный агротехнический просвет (1,5 м).

Рис. 1.1.3 - Опрыскиватель навесной высококлиренсный ОН-400 К.

Однако у этой машины низкая производительность (обрабатывает только два ряда плодового питомника) и относительно большой расход химикатов. К тому же его конструкция не является быстросъемной, когда самоходное шасси должно использоваться на других работах.

В отделе механизации ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии разработана сменно-модульная машина для работы в питомниках МРП-4 на базе высококлиренсного энергетического средства ВЭС-30 (рис. 1.1.4). В конструкцию опрыскивателя входят рама, стойки, стяжки, бак, всасывающий фильтр, нагнетательный фильтр, насос, регулятор-распределитель, распыливающие головки.

Рис. 1.1.4 - Сменно-модульная машина на базе высококлиренсного энергетического средства для работы в питомниках МРП-4: 1-культиватор пропашной КС-2,7А, 2-культиватор фрезерный КФС-2,7А, 3-опрыскиватель ОМ-400.

Технологический процесс обработки растений препаратами по борьбе с вредителями и болезнями (рис. 1.1.5) заключается в том, что агрегат с рабочей жидкостью в баке седлает два ряда растений и обрабатывает каждое растение с двух сторон.

Привод насоса осуществляется от ВОМ трактора. Рабочее давление в системе контролируется по манометру, который установлен на регуляторе-распределителе, и регулируется маховиком регулятора давления.

Во время работы раотвор из бака через всасывающий фильтр поступает в

насос. Далее жидкость подается на регулятор-распределитель и через нагнетательный фильтр поступает в распыливающие головки, которые подают ее в виде капель на обрабатываемые объекты.

В конце гона выключается ВОМ энергетического средства, агрегат заезжает на следующие ряды, и технологический процесс повторяется.

Рис. 1.1.5 - Сменно-модульная машина в агрегате с опрыскивателем малообъемным (ЭМ-400 в работе.

Агротехнические показатели испытаний опрыскивателя малообъемного ОМ-400 приведены в таблице 1.1.1.

Таблица 1.1.1. Агротехнические показатели по результатам испытаний опрыскивателя малообъемного ОМ-400.

Показатель Данные испытаний

1 2

Дата и место проведения оценки 26.10.07 г. ГНУ ВСТИСП «Россельхозакадемии», пос. Измайлово

Состав агрегата Энергетическое средство + ОМ-400

Режим работы:

рабочая скорость, км/ч 6,0

рабочее давление, МПа 0,4

Показатели качества выполнения технологического процесса:

Фактический расход рабочей жидкости через распыливающие устройства, л/мин 1,22

Неравномерность расхода рабочей жидкости между отдельными распылителями по ширине захвата, % 1,5

Заданный расход рабочей жидкости, л/га 400

Фактический расход рабочей жидкости, л/га 432

Ширина захвата, м 2,8

Густота покрытия листовой поверхности*, %: залитые 0/0

более 150 шт./см2 62,0/28,1*

от 150 до 30 шт./см2 28,5/34,8*

менее 30 шт./см2 9,5/37,1*

необработанные 0/0

Медиально-массовый диаметр капель, мкм:

крупных 330

1 2

средних 210

мелких 130

Листовая поверхность, обработанная со следующей дисперсностью капель, %:

крупных 38,5

средний 47,7

мелких 13,8

Средневзвешенный по опыту массовый медианный диаметр капель, мкм 230

* - числитель - верх листа; знаменатель - низ листа.

Анализ результатов испытаний этого опрыскивателя подтвердил его соответствие техническому заданию. Так, например, фактический расход рабочей жидкости через распыливающие устройства составил 1,22 л/мин при давлении 0,4 МПа и общем расходе рабочей жидкости - 432 л/га. Неравномерность расхода рабочей жидкости между отдельными распылителями по ширине захвата машины при рабочем давлении 0,4 МПа и рабочей скорости 6 км/час составила всего 1,5%. Качество обработки листовой поверхности при заданном расходе рабочей жидкости 400 л/га оказалось вполне удовлетворительным. Густота покрытия листовой поверхности каплями более 150 шт/см2 составила 62,0/28,1% (верх листа/низ листа), а залитых и необработанных карточек не обнаружено. Средневзвешенный диаметр капель составил 230 мкм.

Таким образом, основными достоинствами ОМ-400 являются малый расход рабочей жидкости и эффективная обработка растений.

Недостатками этого опрыскивателя являются отсутствие системы внесения гербицидов и низкая производительность ввиду малой ширины захвата.

Исследовательские работы над туннельной техникой, проведенные в Институте Садоводства и Цветоводства в Скерневицах (Польша) привели к созданию опрыскивателя ISK-1{рис. 1.1.6).

Рис. 1.1.6- Садовый туннельный опрыскиватель 18К-1.

Вредные воздействия ветра на качество и степень проникновения рабочей жидкости в крону обрабат