ФГБНУ «АНЦ «Донской» структурное подразделение СКНИИМЭСХ
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Аграрный научный центр «Донской»
структурное подразделение Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства

Модернизация штанговых опрыскивателей со щелевыми распылителями

В настоящее время в нашей стране и за рубежом для защиты полевых сельскохозяйственных культур наиболее широко используются штанговые опрыскиватели со щелевыми распылителями. Наилучшее покрытие растений достигается при мелкокапельном распылении биохимических препаратов форсунками опрыскивателей с последующим объемным осаждением их на всей поверхности обрабатываемых растений. Результаты ряда исследований говорят о том, что многие технологии опрыскивания сельскохозяйственных культур и технические средства для их реализации не соответствуют нормативным показателям по равномерности расхода жидкости, полидисперсности жидкостного факела и медианному размеру капель.

Совокупность указанных отклонений приводит к тому, что в отдельных случаях целевое использование препаратов составляет всего 10-20%.

Есть возможность улучшать качество обработки растений путем электростатической зарядки капель распыляемого аэрозоля, которую они получают, пролетая через зону высоковольтной ионизации. Получив электрический заряд, капли дополнительно дробятся, и за счет кулоновских сил притяжения осаждаются на растениях, более полно увлажняя их поверхности.

1 – оборудование опрыскивателя; 2 – смеситель; 3 – воздуховод

Рисунок 1– Размещение смесителя на опрыскивателе

Технологический процесс работы предлагаемого оборудования заключается в следующем. При включении компрессора на тракторе, создается давление воздуха в ресивере до 0,45 МПа. Тракторист включает в работу ВОМ трактора, насос опрыскивателя, а затем подачу воздуха в смеситель. Нагнетаемая струя воздуха оказывает механическое воздействие на движущуюся от насоса опрыскивателя жидкость, выдавая турбулентное перемешивание воздуха с рабочим раствором.

Эффективная работа штангового опрыскивателя с оборудованием для приготовления и внесения жидкостно-воздушной смеси достигается при следующих режимах:

  • давлении рабочего раствора – 0,2-0,3 МПа;
  • давлении воздуха – 0,5 МПа;
  • давлении жидкостно-воздушной смеси – 0,4 МПа;
  • расходе рабочей жидкости – 115 дм3/га.

При указанных рабочих режимах удается получить:

  • величину массового медианного диаметра капель – 131 мкм;
  • величину доли капель с размерами до 200 мкм в спектре распыла до 82%;
  • плотность (густота) покрытия листьев растений – 57 шт./см2;
  • сокращение расхода рабочего раствора до 18-25%.

Получаемая с помощью эжектора жидкостно-воздушная смесь способствует формированию значительного количества мелких капель в факеле распыла, которые могут активно накапливать заряд под действием электрического поля и эффективно притягиваться к растениям, сокращая снос аэрозоля ветром и создавая равномерное плотное покрытие по всей площади поверхности листьев.

Штанги полевого опрыскивателя ОП-2000/18 были оснащены струнной электродной системой, один общий электрод-струна на 4 гидравлических распылителя (рисунок 2). В ней в качестве положительного электрода использовалась оголенная нержавеющая проволока диаметром 0,3 мм, натянутая на изоляторах под распылителями на расстоянии от него 100 мм (рисунок 3). Отрицательные электроды, передний и задний, располагались в 50 мм от проволоки. Для выравнивания напряженности электрического поля вертикальные кромки были плавно отогнуты в сторону от проволочного электрода.

Рисунок 2 – Расположение электродной системы

 

Рисунок 3 – Общий вид струнной электродной системы (первый вариант)

Напряжение на положительный электрод подавалось по высоковольтному проводу, применяемому в автомобильных системах зажигания. В основу его выбора положена широкая распространенность и достаточная устойчивость к пробою (до 50 кВ). Достаточная проводимость с отрицательного электрода на землю обеспечивалась тянущейся по увлажненной от опрыскивателя почве и по растениям цепи длиной 1,5 м и весом 6 кг. Анализ практического оседания капель на листья растений позволяет однозначно подтвердить высокую эффективность электрозарядки капель наносимого раствора.

Оптимальными режимами работы полевого опрыскивателя ОП-2000/18, переоборудованного для электростатического внесения жидкостно-воздушной смеси, являются: давление жидкости в нагнетательной магистрали – 0,30 МПа, давление воздуха в ресивере трактора – 0,45 МПа, напряжение электризации 17 кВ при межэлектродном расстоянии 50 мм и работе с распылителями 110-04 красного цвета. Мелкодисперсная листовая подкормка зерновых культур получена в электростатическом поле напряжением 17,0 кВ. При таком потенциале на электродах достигнуто:

  • увеличение плотности покрытия обрабатываемой поверхности на лицевой стороне до 60% и тыльной до 280%;
  • уменьшение среднего медианного диаметра капель в спектре распыла до оптимального в 100-120 мкм;
  • сокращение потерь препарата на снос и выпадение в почву до 40-52%.

Такие результаты позволили получить прирост биологической урожайности на ячмене до 44% по сравнению со стандартной технологией при незначительном увеличении энергозатрат до 0,36 кВт·ч/га на электропитание. Увеличение доли мелких капель в спектре распыла, при незначительном увеличении их общего количества, ведет к более равномерному покрытию листовой пластинки, быстрому усвоению вносимого препарата и при этом не возникает эффекта заливки, так как достаточно разрозненное их расположение и повышенное поверхностное натяжение препятствуют наступлению коагуляции между ними, не нарушается и газообмен растения. 

Применение электростатической технологии опрыскивания, без дополнительного насыщения рабочего раствора воздухом, позволило увеличить степень осаждения на 43% для лицевой стороны и на 78% для тыльной стороны листьев. С подачей воздуха прирост величины плотности покрытия составил 144% для лицевой и 190% для тыльной поверхности листьев при незначительном снижении размера капель в спектре относительно контрольного варианта. Улучшение осаждения заряженного аэрозоля позволяет значительно сократить норму расхода рабочей жидкости (до 100-125 л/га), уменьшить потери химических средств и снизить загрязнение окружающей среды. 

В ходе проведения опытов было установлено, что при работе опрыскивателя в совокупности с дополнительным оборудованием для насыщения рабочего раствора воздухом и электростатической зарядки полученной смеси было затрачено 0,89 л дизельного топлива для обработки 6 делянок общей площадью 1,08 га, что соответствует удельному расходу топлива 0,82 л/га. Измерения, проводимые на контрольном участке без включения в работу дополнительного оборудования, позволили получить удельный расход топлива 0,8 л/га. Таким образом, при работе опрыскивателя по усовершенствованной технологии мелкодисперсного внесения микроудобрений с электростатической обработкой расход топлива увеличивается не более чем на 2,5%, что мало влияет на экономические показатели технологического процесса и не требует использования более мощного машинотракторного агрегата. 

Для практической реализации преимуществ опрыскивания мелкодисперсными электрозаряженными аэрозолями выработано несколько технических решений, позволяющих упростить и удешевить оснащение существующих опрыскивателей быстросъемным оборудованием.

Статья подготовлена сотрудниками института - Ксенз А.Я., Максименко В.А.

Яндекс.Метрика