CC BY
63
Сельское хозяйство
УДК 632.982
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ЩЕЛЕВЫХ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ В.П. Капустин, Е.В. Бирюкова
Кафедра «Механизация сельского хозяйства», ТГТУ Представлена членом редколлегии профессором В. И. Коноваловым
Ключевые слова и фразы: качество распыла; медианно-массовый диаметр капель; опрыскивание; оптимальные параметры; пестициды; расход жидкости; щелевой распылитель.
Аннотация: Рассмотрена модель рабочего процесса щелевого распылителя с диском с входными показателями, - диаметром канала диска, высотой диска, давлением жидкости, и выходными - минутным расходом жидкости и медианномассовым диаметром капель. Приводятся результаты исследований.
От совершенства технологии применения пестицидов зависит многое: эффективность, степень использования, содержание остатков в урожае, безопасность окружающей среды, условия труда обслуживающего персонала.
Наиболее полно принципам экологии и охраны окружающей среды отвечает интегрированная защита растений, в которой актуальна проблема рационального расходования пестицидов. На смену традиционным приходят новые поколения препаратов, нормы расхода которых на 1 - 2 порядка ниже.
При применении серийных штанговых опрыскивателей потери препаратов составляют около 30 %, а при применении наземных машин с боковым дутьем -70 % и более.
Потери пестицидов и загрязнение окружающей среды связаны с формированием особо крупных капель при высокой норме расхода рабочей жидкости (75...300 л/га), с невыполнением агротребований по равномерности и качеству распыла.
В этой связи актуальной задачей в создании надежной системы защиты растений является совершенствование и разработка новых технологий опрыскивания полевых культур на базе принципиально новых средств механизации, которые должны обеспечивать выполнение агротребований на более высоком уровне, повышение производительности труда, снижение энергозатрат и экологизацию защитных мероприятий.
Сложность и громоздкость конструкции опрыскивателей, выпускаемых промышленностью, снижает надежность и увеличивает эксплуатационные затраты [3].
Для эффективного внесения пестицидов рабочие органы для опрыскивания должны удовлетворять следующим основным требованиям: создавать капли распыленной жидкости (по медианно-массовому диаметру) размером 200... 380 мкм, обеспечивать равномерность распределения жидкости по ширине захвата на уровне не более 30 % [4].
Из существующих распыливающих рабочих органов этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют распылители щелевого типа, в частности распылители РЩ 110-0,6 (желтый), РЩ 110-1,0 (оранжевый), РЩ 110-1,6 (красный) и РЩ 110-2,5 (синий) [1]. Однако эти распылители имеют высокую полидисперсность распыла и не обеспечивают требуемых значений расхода жидкости и размера капель. Между тем, как показали результаты исследований, введение в конструкцию этого распылителя диска с каналами позволяет при определенных его параметрах добиться желаемых характеристик рабочего процесса.
Опыты проводили по стандартной методике планирования экспериментов [2].
Модель рабочего процесса щелевого распылителя рассматривалась со входными параметрами: хг - диаметром йк канала диска; х2 - высотой диска к; х3 -давлением Р жидкости.
В качестве выходных параметров, характеризующих качество рабочего процесса, приняты: у - минутный расход q жидкости; у2 - медианно-массовый диаметр йм капель.
Диапазоны изменения входных параметров выбраны на основе предварительных опытов и общих требований, предъявляемых к распылителям. Высота диска изменялась в пределах 1.5 мм. Давление Р на входе в распылитель варьировалось в пределах 0,15.0,5 МПа. Уменьшение давления ниже 0,15 МПа приводит к неустойчивости процесса распыла, а увеличение его выше 0,5 МПа - к чрезмерному увеличению расхода рабочей жидкости. Диаметр отверстия канала диска изменялся в пределах 1.3 мм. При йк < 1 мм повышается вероятность забивания диска распылителя, а при йк > 3 мм увеличивается расход жидкости и полидисперсность распыла.
Для исследования принят экспериментальный опрыскиватель со щелевыми распылителями и дисками с каналами, имеющими следующие параметры: достаточно большой диапазон производительности распылителей; малую энергоемкость; простоту конструкции; высокие показатели качества распыла.
Исследования щелевых распылителей проводились на лабораторно-полевой установке. Чтобы исключить влияние на изучаемый процесс других факторов, распылители в каждом опыте устанавливали на одной и той же высоте и ориентировали по центру стенда.
Для уменьшения влияния погрешностей диаметров каналов диска были изготовлены отдельно 4 корпуса каждого типа распылителя и 9 дисков, имеющих, согласно выбранным уровням варьирования, необходимый диаметр канала и высоту диска.
Режимы щелевых распылителей, влияющие на показатели качества процесса распыла, являются количественными факторами, и задача сводилась к выбору оптимальных величин. Изучалось влияние трех факторов и их значения фиксировались на оптимальных уровнях. Факторы и уровни их варьирования представлены в табл. 1.
Таблица 1
Факторы и уровни их варьирования
Обозначение Фактор Уровень факторов Интервал варьирования
- 1 0 +1
*1 3 Диаметр канала диска йк, м -10 1,2 1,5 1,8 0,3
*2 3 Высота диска к, м -10 2 3 4 1
*3 Давление Р жидкости, МПа 0,25 0,35 0,45 0,1
Для построения моделей с выходными параметрами уь у2 выполнено центральное композиционное униформ-ротатабельное планирование 2-го порядка (табл. 2).
Была составлена матрица планирования. По результатам всех реализованных опытов плана рассчитали коэффициенты регрессии модели. Адекватность модели проверяли по ^-критерию [2]. Расчетные значения критерия Фишера при пяти-
Таблица 2
Матрица планирования и экспериментальные данные
е о Л е ме о к Х1 Х2 Хз у1 , мл/мин У2 , мкм
РЩ 110-0,6 РЩ 110-1,0 РЩ 110-1,6 РЩ 110-2,5 РЩ 110-0,6 РЩ 110-1,0 РЩ 110-1,6 РЩ 110-2,5
1 +1 + 1 + 1 680 1050 1620 2 600 230 270 285 370
2 +1 + 1 -1 600 926 1426 2 280 220 258 278 354
3 +1 -1 + 1 675 1045 1602 2 580 196 230 242 315
4 +1 -1 -1 500 772 1190 1 910 204 243 256 338
5 -1 + 1 + 1 555 856 1320 2 118 214 251 265 344
6 -1 + 1 -1 620 957 1478 2 372 194 228 240 312
7 -1 -1 +1 524 810 1250 1 990 191 225 238 308
8 -1 -1 -1 376 580 895 1 425 164 193 208 264
9 +1,682 0 0 665 1025 1580 2 555 230 270 280 366
10 -1,682 0 0 536 828 1277 2 030 211 248 262 340
11 0 + 1,682 0 480 740 1142 1 832 225 264 278 362
12 0 -1,682 0 500 772 1190 1 910 175 205 216 282
13 0 0 + 1,682 665 1038 1605 2 580 193 225 237 308
14 0 0 -1,682 524 808 1245 1 910 177 208 219 285
15 0 0 0 580 896 1382 2 216 204 240 253 328
16 0 0 0 525 810 1250 2 006 194 228 242 313
17 0 0 0 530 818 1263 2 026 201 236 249 324
18 0 0 0 555 856 1320 2 119 205 241 254 330
19 0 0 0 530 818 1263 2 026 200 235 248 322
20 0 0 0 520 804 1240 1 991 203 238 251 326
процентном уровне значимости составили для минутного расхода жидкости ^р = 4,709.4,939, для медианно-массового диметра ^р = 1,885.3,152 .
После обработки экспериментальных данных получены следующие уравнения регрессии второго порядка, адекватно описывающие результаты эксперимента.
РЩ 110-0,6 (желтый):
у = 546,361 + 43,750х1 + 25,359х2 + 42,148х3 -
- 21,250х^2 + 21,466х^ - 38,620Х2Х3 + (1)
+ 20,200х2 -17,792х| +12,028х|;
У2 = 200,900 + 8,623х1 +13,656Х2 + 5,594Х3 -5,681х^3 +
2 2 (2) + 6,847х2 - 5,767х32.
РЩ 110-1,0 (оранжевый):
у = 844,113 + 67,479х! + 38,765х2 + 66,817х3 -
-33,068х1х2 + 33,402х1х3 - 60,059Х2Х3 + (3)
+ 30,563х2 - 27,892х| +19,577х|;
У2 = 235,933 +10,305х1 +15,768х2 + 6,136х3 - 6,980х1 х3 +
2 2 (4)
+ 8,164х2 - 6,999х32.
РЩ 110-1,6 (красный):
у = 1302,290 + 102,893х1 + 60,510х2 +103,135х3 -
- 49,958х1х2 + 51,113х1х3 - 91,387х2х3 + (5)
+ 46,546х? - 43,575х| + 30,205х|;
У2 = 249,273 +10,242х1 +16,756х2 + 5,689х3 - 7,740х1 х3 +
2 2 (6)
+ 8,185х2 -6,937х32.
РЩ 110-2,5 (синий):
У! = 2073,342 + 171,901х1 + 97,736х2 +177,769х3 -
- 85,622х1х2 + 84,903х1х3 -146,153х2х3 + (7)
+ 82,551х2 -62,449х| + 43,840х32;
У2 =323,524+14,086х1 +21,262х2 +7,952х3 -10,345х^ +
2 2 (8)
+10,764х2 - 9,309х32.
Для облегчения интерпретации результатов исследования поверхности отклика приводились в канонической форме, а анализировали их методом двумерных сечений и представляли в виде контурных линий (рис. 1, 2). Центр каждой фигуры находится в точке &
Проведенные исследования выявили рабочий диапазон минутного расхода жидкости от 376 до 2600 мл/мин и медианно-массового диаметра капель от 164 до 370 мкм. В результате исследований выбраны оптимальные параметры: давление от 0,25 до 0,35 МПа; параметры диска распылителя: высота диска к = 2.3 мм, диаметр канала диска йк = 1,5.1,8 мм. Как показали результаты полевых опытов,
при использовании штанги, укомплектованной щелевыми распылителями и дисками с каналами с указанными параметрами, обеспечиваются основные требования, предъявляемые к показателям качества внесения пестицидов при опрыскивании.
Xi
♦2-
Д мм
■ 5-
1-- 4--
0-- 3--
-1-- г—
-2-L 1-L
Х1
*2-
-1
fli;MM
2.U
1-- 1.8 --
0-- 15--
12
-2-1- 0.9 -1-
-2
-1
а)
.2 Я
-2
-1
Xi
б)
Рис. 1 Двумерные сечения поверхностей отклика показателей расхода жидкости распылителя РЩ 110-1,6 с диском:
а - при х! = 0; б - при х2 = 0
0.9 1.2 IS 18 2.1 d*. MM
в)
Рис. 1 Продолжение:
в - при х3 = 0
Рис. 2 Показатели медианно-массового диаметра капель жидкости распылителя РЩ 110-1,6 с диском
1 Веретенников, Ю.М. Регулировка штанговых опрыскивателей ОПШ-15-01, ОП-2000-2-01 и ОМ-630-2 на рациональный экологически безопасный режим работы / Ю.М. Веретенников, А.К. Лысов // Защита растений. - 1994. - №4. -С. 29-31.
2 Спиридонов, А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов / А.А. Спиридонов. - М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.
3 Трубилин, Е.И. К определению параметров эжекционно-щелевого распылителя / Е.И. Трубилин, С.М Борисова, В.В. Цыбулевский, А.В. Палапин // Инженерное обеспечение АПК. Материалы научной конференции (23-24 октября 2003 г.). - Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2004. - С. 49-53.
4 Цырин, А.А. Регрессионные модели рабочего процесса дефлекторного распылителя с рециркуляцией жидкости / А.А. Цырин, А. Д. Аскеров // Механизация технологических процессов защиты растений. - Всесоюз. акад. с.-х. наук им. В.И. Ленина. - М.: Агропромиздат, 1991. - С. 125-129.
The Results of Experimental Testing of the Slot Sprayers V.P. Kapustin, E.V. Biryukova
Department “Mechanization of Agriculture”, TSTU
Key words and phrases: liquid discharge; medium-mass droplet diameter; optimal parameters; pesticides; slot sprayers; spraying; spray quality.
Abstract: The model of operation mode of disk spray atomizer with input parameters of disk canal, disk height, liquid pressure and output parameters of liquid discharge and medium-mass droplet diameter is considered. The results of testing are given.
Ergebnisse der Experimentelluntersuchungen von SpaltsprOhgeraten
Zusammenfassung: Es ist das Modell des Arbeitsprozesses des
Spaltspruhgerates mit der Scheibe mit den Eingangsdaten - der Durchmesser des Scheibekanals, die Scheibehohe, der Flussigkeitsdruck und mit den Ausgangsdaten -der Minutenflussigkeitsverbrauch und der Medianemassendurchmesser der Tropfen betrachtet. Es werden die Untersuchungsergebnisse angefuhrt.
Resultats des essais experimentaux des pulverisateurs de fente
Resume: Est examine le modele du processus du fonctionnement du pulverisateur de fente avec le disque aux indices de l’entree - diametre du canal du disque, hauteur du disque, pression du liquide et ceux de sortie - depense-minute du liquide diametre de mediane et de masse des gouttes. Sont cites les resultats des etudes.
