Разработка энергосберегающей технологии возделывания винограда

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (1 Голос)

 Проблемы разработки энергосберегающей технологии возделывания винограда и средств механизации защиты растений

В настоящее время основным резервом повышения эффективности производства сельскохозяйственной продукции являются трудоэнергосберегаюшие технологии проведения технологических операций. Особо важное значение в современных технологических процессах возделывания сельскохозяйственных культур имеет химическая защита растений от вредителей и болезней и борьба с сорняками.

Известно, что в результате проведения защитных мероприятий в мире в среднем за год производится продукции растениеводства на 44-50 миллиардов долларов больше. Стоимость дополнительной продукции в 5-10 раз превышает затраты, в том числе зерновых культур - в 3-5 раз, технических - 5-7, овощных и картофеля - в 10-12, плодов и винограда в 10-20 раз.

За последние годы расширился ассортимент химических средств. По оценке Программы ООН по окружающей среде на земном шаре используется четыре миллиона их разновидностей. Ежегодно на мировой рынок поступает около семи тысяч новых препаратов. Повысилась их эффективность, и вместе с этим возрастают требования к защите окружающей среды. Это привело к необходимости уточнения норм расхода рабочей жидкости и применению высокоэффективной техники с использованием малообъемного и ультрамалообъемного опрыскиваний. Эти способы обработки различаются по нормам расхода рабочей жидкости. При объемном опрыскивании расходуются тысячи литров на гектар. При малообъемном - десятки и сотни литров на гектар, а ультрамалообъемное опрыскивание обеспечивает расход рабочей жидкости от десятков граммов до нескольких килограммов на гектар. Научные и экспериментальные исследования малообъемного и ультрамалообъемного опрыскиваний показали, что эти способы обработки сельскохозяйственных культур средствами химической защиты являются прогрессивными с точки зрения повышения производительности, снижения затрат на ядохимикаты и эксплуатационных затрат, а также уменьшения пагубного воздействия на окружающую среду.

Во многих хозяйствах излишне большие расходы жидкости неоправданно находят применение в настоящее время, поскольку считается, что именно они обеспечивают высокую техническую эффективность опрыскивания. Фактически это приводит к удорожанию стоимости работ, увеличению затрат труда и загрязнению окружающей среды. Вода при этом исполняет функцию инертного разбавителя, носителя применяемых препаратов независимо от того, в каком виде они наносятся на растения (суспензия, эмульсия, раствор). Именно с помощью воды достигается нанесение небольшого количества препарата на обрабатываемую поверхность; выполнив свою роль, вода испаряется. Однако распределение препарата, содержащегося в каждой капле распыленной жидкости, качество и эффективность обработки растений зависят от размера капель, их дисперсности.

Сущность малообъемного опрыскивания заключается в более эффективном и рациональном использовании рабочей жидкости. Для выполнения этой задачи ее необходимо распылить на капли оптимальных размеров и с достаточной густотой и равномерностью нанести их на обрабатываемую поверхность.

Известно, что при дроблении одного и того же объема жидкости на разные по размерам капли между числом капель n, диаметром d и суммарной площадью их проекций S на обрабатываемую поверхность существуют следующие зависимости:

N2/n1=(d1/d2)2 (1)

S2/S1=d1/d2 (2)

Расчеты, проведенные по этим формулам показали, что проекция одной капли диаметром d=1000 мкм занимает площадь S =0,78 мм2. Если эту каплю разбить на более мелкие диаметром d =250 мкм, то площадь проекций этих капель будет равна S =3,14 мм2. Наглядно результаты расчетов можно представить как показано на рис. 1.

d1                                 d2                                  d3

расчет площади проекции капель

D1=1000 мкм

D2=500 мкм

D3=250 мкм

D4=100 мкм

N1=1

N2=8

N3=64

N4=1000

S1=0,78 мм2

S2=1,57 мм2

S3=3,14 мм2

S4=7,85 мм2

N1=0,02

N1=0,15

N3=1,22

N4=19,10

Рис.1. Зависимость количества капель n и суммарной площади проекций S от дисперсности распыла и плотности покрытия N (капель/см2)при расходе жидкости 1 л/га.

Отсюда следует, что чем меньше размер капель, тем большую суммарную площадь занимают их проекции. Таким образом, мелкие и однородные капли позволяют получить наилучшее покрытие обрабатываемой поверхности.

По результатам исследований швейцарской фирмы «Сенгента» и научно-исследовательских институтов стран СНГ растения не могут удержать на листовой поверхности - белее 200-250 л/га и поэтому в процессе объемного опрыскивания большая часть рабочей жидкости безвозвратно теряется. Это обусловлено тем, что крупные капли размером более 250 мкм сливаются между собой и, под действием силы тяжести, стекают с листьев на почву. В ходе исследований нами установлена структура потерь в зависимости от расхода рабочей жидкости, которая приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Структура потерь рабочей жидкости

Расход рабочей жидкости, л/га

Потери рабочей жидкости вследствие стекания, %

Фактически остается на листьях рабочей жидкости, л/га

2000

90

200-250

1500

До 87

200-250

1000

80

200

750

73

200

500

До 50

200-250

300

50

250

200

50

100

100

50

50

Изменение расхода рабочей жидкости в зависимости от пропускной способности листьев показано на рис.2.

Изменение расхода рабочей жидкости в зависимости от пропускной способности листьев

Рис.2. Изменение расхода рабочей жидкости в зависимости от пропускной способности листьев

Исходя из графика видно, что с увеличением расхода рабочей жидкости, ее потери возрастают прямо пропорционально. Следовательно, применение малообъемного опрыскивания с расходом до 500 л/га дает нам гарантированную экономию ядохимикатов. На основании выводов о размерах капель и расходах рабочих жидкостей к малообъемным опрыскивателям предъявляется выполнение следующих агротехнических требований (таблица 2).

Таблица 2 - Агротехнические требования к малообъемным опрыскивателям

Объект обработки

Расход рабочей жидкости, л/га

Размеры осевших капель, мкм

Густота покрытия, капель/см2, не менее

Многолетние насаждения

100-500

100-250

30-40

Полевые культуры при работе:

По ветру

Со штангой

10-50

75-100

100-250

200-550

10

30

Известно, что в настоящее время посредством опрыскивания в сельском хозяйстве вносится более 75% всех применяемых в растениеводстве пестицидов. Это осуществляется с помощью вентиляторных и штанговых опрыскивателей. На Украине и в Крыму широкое распространение получили опрыскиватели Львовского завода «Львовхим-сельхозмаш», а также производства Венгрии, Германии, Италии и других зарубежных стран.

Анализируя существующие конструкции всех опрыскивателей, можно их классифицировать следующим образом. Во-первых, их следует разделять по назначению на специальные и универсальные. Специальные опрыскиватели применяют для обработки определенных культур. Универсальные за счет их переоборудования могут применяться для обработки различных сельскохозяйственных культур.

Во-вторых, опрыскиватели можно разделить по технологическому процессу распыла и способу нанесения рабочей жидкости на обрабатываемую поверхность на гидравлические, вентиляторные и электростатические. В гидравлических дробление рабочей жидкости происходит за счет гидравлического давления и под его действием капли наносятся на обрабатываемые объекты. В вентиляторных опрыскивателях рабочая жидкость может дробиться на капли как под действием гидравлического давления, так и под одновременным действием воздушной струи, создаваемой вентилятором опрыскивателя. В электростатических опрыскивателях дробление рабочей жидкости может осуществляться одним из указанных выше способов. Однако при выходе капель распыла из сопла распылителя им сообщается определенный электрический заряд, который обеспечивает надежную фиксацию капель при контакте с обрабатываемой поверхностью растений.

В-третьих, все опрыскиватели можно разделить по расходным характеристикам на три группы: объемные, малообъемные и ультрамалообъемные. Объемные опрыскиватели обеспечивают расход рабочей жидкости от 500л/га и более. Малообъемные работают в пределах от 20 до 500л/га и ультрамалообъемные - 1-20л/га. Эти данные характеризуют обработку многолетних насаждений. Для полевых культур расходы рабочей жидкости составят: 100-400л/га для объемного опрыскивания, 5-99л/га для малообъемного и до 5л/га - ультрамалообъемного.

В-четвертых, по виду источника привода можно выделить следующие типы опрыскивателей: ранцевые ручные, тачечные с двигателем, тракторные, авиационные и самоходные. Тракторные, в свою очередь, делят на прицепные, навесные и полунавесные. Эту классификацию представим в виде следующей схемы.

Классификация опрыскивателей

 Рис.3. Классификация опрыскивателей

Наиболее распространенными в хозяйствах страны являются вентиляторные и штанговые модификации опрыскивателей. Опыт применения существующих машин показывает, что на данном этапе развития отечественной техники обеспечение агротехнических требований, предъявляемых к малообъемному и ультрамалообъемному опрыскиваниям затруднительно. Это объясняется рядом недостатков, выявленных при анализе конструкций.

Во-первых, качественное распыливание рабочей жидкости во многом зависит от конструкции распыливающих устройств или форсунок. Как известно, на современных опрыскивателях применяются распылители различных типов: центробежные, щелевые, дефлекторные, дисковые, циклонные и другие. Однако при работе любого типа образуется много капель различного диаметра. Чем меньше разница между самым большим и самым маленьким диаметрами капель, тем качественнее работает распыливающее устройство, выше монодисперсность распыла и ниже норма расхода рабочей жидкости. На практике хорошо известно, что в процессе работы происходит забивание выходного отверстия распылителя. Кроме того, необходимо отметить, что даже при технически грамотной эксплуатации изнашиваются сопла форсунок, и, тем самым, снижается общий срок службы. При экономичной и одновременно высокоэкологической защите растений форсунка является наиболее уязвимым звеном всего распылительного оборудования. Так например, повышенный расход препаратов из-за неисправности форсунок на 10% на площади в 100 га в течении сезона, может принести убыток в размере от 300$ и выше, исходя из сегодняшней средней цены препарата – 10$ за 1 кг. В эту сумму еще не включены возможные потери урожая.

Во-вторых, применяемые насосы в основном поршневого типа с невысокими техническими характеристиками, низкой надежностью и высокими требованиями в эксплуатации.

В-третьих, тщательное изучение существующих конструкций опрыскивателей отечественного и зарубежного производства показало, что система очистки рабочих жидкостей в основном представлены сетчатыми фильтрами. Размер ячеек может быть различным в зависимости от марки машин. Для отечественных опрыскивателей рекомендуется для фильтрации жидкости использовать три фильтра с размерами ячеек 5х5, 2х2 и 0,5х0,5 мм. Зарубежные специалисты утверждают, что надежность эксплуатации опрыскивателя повышается при использовании фильтров с размерами отверстий 0,2-0,35 мм. Специалисты стран СНГ рекомендуют для обеспечения хорошей фильтрации применять три-четыре фильтра на опрыскивателе. Через первый фильтр заполняется бак. Второй фильтр устанавливается перед насосами, третий – в напорной магистрали и четвертый перед распылителями. Необходимо отметить, что последние два фильтра должны иметь ячейки в 2-5 раз меньше, чем диаметр проходного отверстия. Обязательно сетчатые элементы фильтров должны быть целыми и чистыми.

Патентный обзор конструкций опрыскивателей за последние 20 лет показал, что система очистки в них практически не изменилась. За это время произошло внедрение в конструкции машин компьютерной техники, использование самоходных шасси, повышение производительности за счет увеличения ширины захвата, совершенствование насосов, распылителей, регулирующей аппаратуры и т. д. Однако в системах очистки рабочей жидкости традиционно применяют сетчатые фильтры. Они могут быть самоочищающиеся и обычные. И те и другие, как показала практика, в процессе работы опрыскивателей очень часто забиваются механическими примесями. Это приводит к потерям рабочего времени, дорогостоящих ядохимикатов и некачественной обработки сельскохозяйственных культур. Таким образом, все существующие схемы очистки рабочей жидкости можно представить на следующем рис.4.

Схема систем очистки опрыскивателей

 Рис.4. Схема систем очистки опрыскивателей

Производственники утверждают, что последние два фильтра зачастую выходят из строя или обеспечивают некачественную работу распылителей, особенно при малообъемном и ультрамалообъемном опрыскиваниях. Для возобновления их нормального функционирования необходима частая периодическая разборка и очистка фильтрующих элементов трактористом-оператором. Следует отметить, что фильтрация рабочих эмульсий, суспензий и водных растворов не только обеспечивает бесперебойность работы опрыскивателя, исключает необходимость прочистки распылителей в процессе опрыскивания, что небезопасно для тракториста-оператора, особенно при работе с высококонцентрированными жидкими препаратами, но и приводит к длительной сохранности насоса, распылителей и всей коммуникации в целом.

В-четвертых, вентиляторные устройства опрыскивателей не имеют плавных регулировок подачи воздушного потока, что создает трудности при работе в пальметных садах и на виноградниках. Излишне большая производительность вентиляторов ведет к повреждению растений и заведомо к некачественной обработке листовой поверхности.

Проведенные исследования показали, что при таких характеристиках опрыскивателей потери вследствие стекания с растений колеблются от 50% до 90%.

Перед учеными и сотрудниками нашего университета была поставлена задача провести текущую модернизацию серийных опрыскивателей и создать новое поколение садовых и виноградниковых опрыскивателей. Сущность проводимых исследований и работ заключалась в выполнении модернизированными и новыми опрыскивателями следующих требований:

·  обеспечение сокращения расхода ядохимикатов без изменения эффективности воздействия их на вредителей и возбудителей болезней, уменьшить попадание ядов на почву;

·  обеспечить незасоряемость гидравлических распылителей и исключить потери рабочего раствора и машинного времени на трудоемкую и опасную для здоровья механизаторов работу по очистке забившихся фильтров и распылителей;

·  повысить производительность и надежность работы опрыскивателя;

·  уменьшить среднюю дисперсность капель распыла с 300-400 мкм до 100-150 мкм и за счёт этого получить большую степень покрытия листьев растений и, следовательно, биологическую эффективность ядохимкатов;

·  сократить вдвое расход рабочего раствора без увеличения концентрации пестицидов, сохранить достаточную эффективность защиты растений против болезней и вредителей;

·  за счет выполненных из легированнных сталей основных узлов повысить долговечность опрыскивателей.

Первым этапом работ по модернизации сельскохозяйственных опрыскивателей является изучение объекта обработки и средств, которыми производится эта обработка. Это означает, что качество работы машины во многом зависит от физических и химических свойств применяемых препаратов. Что касается химических свойств, то они достаточно подробно изложены в справочниках по пестицидам. Если рассматривать физические свойства, то следует отметить, что на образование капли определенного размера огромное влияние будут иметь плотность применяемых рабочих жидкостей, вязкость жидкости. При работе с порошковыми препаратами, а также с препаратами на основе медного и железного купороса важное значение имеет фракционный состав частиц механических примесей в рабочих жидкостях, их плотность и способность растворяться в воде.

Все указанные выше свойства жидкостей являются основой для проектирования и испытаний новых узлов опрыскивателя и в частности насоса, системы подачи рабочей жидкости, системы эффективной очистки рабочей жидкости от механических примесей, регулирующей аппаратуры и т. д. Исследования физических свойств проводились на базе нашего университета. На основании изучения физических свойств рабочих жидкостей и фракционного состава примесей сделаны следующие выводы:

·  плотность рабочих жидкостей сельскохозяйственных опрыскивателей мало отличаются плотности воды;

·  плотность твердой фазы находится в пределах от 2800 до 2900 кг/м3;

·  вязкость рабочих жидкостей незначительно превышает вязкость воды;

·  наиболее загрязненными механическими примесями являются бордоская жидкость и смачивающие порошки, основную массу составляют частицы от 40 до 250 мкм, распределение примесей по размерам частиц идентично для всех жидкостей с механическими примесями;

·  на основании полученных данных о фракционном составе создана модель, которая обладает следующими свойствами:

- химическая устойчивость;

- нетоксичность;

- возможность более полного и качественного изучения процесса работы опрыскивателей.

Следующим этапом проектирования является создание лабораторной установки позволяющей нам с помощью созданной модели рабочей жидкости в лабораторных условиях изучать и испытывать отдельные узлы опрыскивателя. Нами использовалась установка, созданная совместно сотрудниками кафедры ЭМТП нашего университета и института «Плодмашпроект» и состоящая (см. рис. 5) из бака 1, заборного сетчатого фильтра 2. Рабочая жидкость из бака всасывается насосом 3 через заборный фильтр 2. Привод насоса от электродвигателя 4 мощностью 3 кВт осуществляется посредством ременной передачи 5. Насос подает рабочую жидкость на экспериментальный образец – в данном случае гидроциклон 6. В гидроциклоне происходит очистка рабочей жидкости. В результате чего отсепарированные примеси поступают в отстойник 7. Очищенная фракция поступает на регулятор давления 10 соединенный с манометром. После регулятора давления часть рабочей жидкости поступает на распыливающее устройство 11, а затем через распылители в бак для очищенной рабочей жидкости 8. В этом баке имеется пробоотборник 9, который позволяет брать пробы рабочей жидкости в системе. Избыток рабочей жидкости перепускается через клапан регулятора давления и поступает на слив обратно в бак для рабочей жидкости 1.

Схема лабораторной установки для исследования работы опрыскивателей

Рис.5. Схема лабораторной установки для исследования работы опрыскивателей:

1 – бак для рабочей жидкости; 2 – заборный сетчатый фильтр; 3–мембранный насос; 4 – электродвигатель; 5 – ременная передача; 6 – экспериментальный образец; 7 – отстойник; 8 – бак для очищенной рабочей жидкости; 9 – пробоотборник; 10 – регулятор давления; 11 – распыливающее устройство; 12 – соединительные шланги.

Внешний вид экспериментальной установки представлен на рисунке 6. Данная конструкция позволяет нам проводить испытания систем очистки, насосов, распыливающих устройств, регулирующей аппаратуры.

Следующим этапом работы является непосредственно модернизация конкретных узлов машины.

В первую очередь основное направление исследований было посвящено усовершенствованию систем очистки. Как уже говорилось выше в основном на опрыскивателях используются сетчатые фильтры, которые зачастую не обеспечивают необходимого качества очистки рабочих растворов, что значительно влияет на работу всей машины в целом.

 Внешний вид лабораторной установки для исследования работы опрыскивателей

Рис. 6. Внешний вид лабораторной установки для исследования работы опрыскивателей

Учитывая проведенный анализ техники и литературы сделаны соответствующие выводы:

·  система очистки современных опрыскивателей нуждается в усовершенствовании.

·  необходимо разработать новые фильтрующие устройства, которые должны удовлетворять следующим требованиям: непрерывность работы, отсутствие сетчатых фильтрующих элементов, простота конструкции и эксплуатации, обеспечение очистки от механических примесей размером до 5-10 мкм.

·  внедрить новые перспективные устройства для очистки рабочей жидкости в производство.

В нашей стране и за рубежом широкое применение в промышленности получили гидроциклоны. Они применяются в угольной, металлургической, химической, бумажной, пищевой промышленности, а также в медицине. Эти устройства получили такое широкое распространение за счет простоты конструкции, относительной дешевизны, компактности, высокой производительности и несложности в эксплуатации.

Гидроциклоны не имеют подвижных частей и уплотнений. Это дает возможность определить, что они могут использоваться для удаления взвесей из замкнутых систем высоких давлений. Эти качества позволили широко применять гидроциклоны очистки производственных сточных вод, транспортно-моечных вод, при производстве крахмала для разделения слипшихся частиц крахмала и клейковины, для очистки известкового молока от песка, для обезжиривания рабочей воды и отделения кусочков кости в пищевой промышленности.

Вопросы теории и практики работы гидроциклонов интенсивно разрабатывались и касались в основном их применения для обогащения углей, обогащении руд, для крахмало-паточной промышленности и пищевой промышленности. В настоящей работе необходимо провести исследования, которые рассматривают применение гидроциклонов для очистки рабочей жидкости в сельскохозяйственных опрыскивателях.

Если рассматривать различные отрасли промышленности, то необходимо отметить, что в процессе взаимодействия систем “твердое тело”-“жидкость” и “жидкость”-“жидкость” можно выделить три позиции: разделение, сгущение и обезвоживание. В нашем случае важно определить как происходит процесс разделения на фракции рабочих жидкостей. Существует несколько способов разделения на фракции. Так некоторые однородные системы с резким отличием фракций могут разделяться под действием силы тяжести (рис.7).

Разделение фракций под действием силы тяжести

Рис.7. Разделение фракций под действием силы тяжести

То есть если плотность отделяемой фракции больше плотности основной среды, то частицы оседают на дно сосуда, и если наоборот, то всплывают на поверхность. Этот процесс называется отстаиванием и применяется для разделения грубых суспензий. Если необходимо получить конечный продукт без осадка или получить твердую фазу с небольшим содержанием влаги, то применяют метод фильтрации (рис.8).

Этот метод получил большое распространение как в промышленности, так и в сельском хозяйстве. В частности он является основным при очистке рабочих жидкостей в опрыскивателях. Рассмотрим его достоинства и недостатки. Известно, что при движении тела в жидкой среде на него действуют сопротивление динамическое и сопротивление от трения. Если скорость небольшая, то преобладает сопротивление трения. Скорость оседания шарообразных частиц диаметром менее 0,175 мм в зависимости от вязкости среды определяется по формуле Стокса:

Формула Стокса, (3)

Где D – диаметр падающей частицы в см;

– плотность частицы и среды в г/см3;

G – ускорение свободного падения в см/с2;

– коэффициент вязкости в г/смС;

– скорость осаждения в см/с.

Схема метода фильтрации

Рис.8. Схема метода фильтрации

Для частиц диаметром 1,5-15 мм скорость осаждения можно определить по формуле Риттингера:

формула Риттингера, (4)

Для частиц диаметром 0,175-1,5 мм скорость осаждения может быть выражена с помощью формулы Аллена:

формула Аллена, (5)

Где – коэффициент кинематической вязкости в см2/с.

Эти уравнения показывают, что скорость осаждения по Стоксу пропорциональна – D2; по Аллену – D; по Риттингеру – .

Известно, что с уменьшением размера частиц их объем уменьшается значительно быстрее, чем поверхность частицы. Так как силы сопротивления пропорциональны поверхности, то действие объемных сил будет небольшое и, следовательно, абсолютная скорость перемещения мелких частиц в воде под действием силы тяжести будет небольшой. Большое влияние на перемещение частиц в жидкости оказывает разность плотностей среды. При небольшой разнице плотностей и малых размерах частиц абсолютная скорость частиц будет незначительной, а значит и процесс отстаивания окажется неэффективным. Проведенный анализ показывает, что повышение скорости оседания частиц может быть достигнуто с помощью одного из четырех условий: увеличить размеры частиц; увеличить разность между плотностями частиц и среды; уменьшить вязкость среды и увеличить ускорение. Рассматривая каждое из них в отдельности, необходимо отметить, что первые три в условиях производства не могут быть использованы. Следовательно, повышение эффективности процесса отстаивания может быть достигнуто с помощью увеличения ускорения с использованием центробежных сил. В современной промышленности существует очень много устройств, в работе которых используется центробежный эффект. К таким устройствам следует отнести широко распространенные центрифуги. Эти устройства могут применяться при следующих процессах: центрифугальное осветление, отстойное центрифугирование и центробежная фильтрация.

Центрифугальное осветление это процесс выделения из жидкости загрязнений в небольших количествах, происходящий в сплошных роторах центрифуг. В основном применяется при обработке тонких и коллоидных суспензий и для его осуществления необходимо создание сильного центробежного поля.

Отстойное центрифугирование означает процесс разделения суспензий со значительным содержанием твердых частиц и осуществляемый в сплошных роторах центрифуг. Этот процесс состоит из двух стадий: осаждение частиц под действием гидродинамических законов и уплотнение осадка под действием законов механики дисперсных систем.

Центробежная фильтрация осуществляется разделением суспензий путем центрифугирования в дырчатых роторах центрифуг. Этот процесс происходит следующим образом: жидкость удаляется через дисперсный осадок, затем осадок уплотняется и из него дополнительно удаляется жидкость. В основном этот процесс используется для получения продукта с минимальной влажностью или для промывки осадков.

Все вышеуказанные способы и машины с использованием центробежного эффекта получили широкое распространение в промышленности, однако они имеют ряд значительных недостатков. К ним следует отнести то, что все эти устройства требуют в своих конструкциях обязательного использования высокооборотных с высокими прочностными качествами деталей и узлов из-за больших динамических нагрузок в ответственных частях. Дополнительные проблемы создает необходимость применения специальных приводов вращающихся деталей центрифуг.

Альтернативу центрифугам могут создать такие простейшие устройства как гидроциклоны. В отличие от существующих конструкций сгустителей и осветлителей гидроциклоны работают как пропорциональные разделители. Это говорит о том, что при определенных условиях очищенная жидкая фаза содержит определенное количество твердых частиц определенных размеров. Для выполнения процесса опрыскивания это имеет особое значение с точки зрения концентрации рабочих растворов. Например при обработке виноградников раствором медного купороса необходимо осуществить тонкую очистку и одновременно обеспечить необходимую эффективную концентрацию препарата. Известно, что абсолютного разделения в гидроциклонах достичь невозможно. При использовании гидроциклонов одновременно с другими фильтрующими элементами можно достичь максимально возможной степени очистки и сохранить при этом необходимую концентрацию рабочего раствора. Однако с помощью гидроциклонов можно отделять частицы размером до 5 мкм, а этого может быть достаточно для качественной работы распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей. В дополнение к этому они обладают высокой надежностью и простотой эксплуатации. Эти качества позволяют нам предположить, что гидроциклоны можно применять в качестве фильтров тонкой очистки рабочих жидкостей в сельскохозяйственных опрыскивателях.

После проведения ряда теоретических исследований нами были разработаны экспериментальные образцы гидроциклонов показанные на рисунках 9 и 10. С помощью вышеописанной лабораторной установки проведены экспериментальные исследования гидроциклонов. В результате определены основные конструктивные и технологические параметры работы аппаратов при их использовании в системах очистки сельскохозяйственных опрыскивателях.

Внешний вид экспериментальных образцов до сборки

Рис.9. Внешний вид экспериментальных образцов до сборки

Внешний вид экспериментальных образцов после сборки

Рис.10. Внешний вид экспериментальных образцов после сборки

После экспериментальных исследований было установлено, что гидроциклонные аппараты позволяют нам получить следующие результаты:

·  непрерывность работы, отсутствие сетчатых фильтрующих элементов, простота конструкции и эксплуатации;

·  обеспечение очистки рабочего раствора от частиц размером более 70 мкм, что необходимо и достаточно для выполнения процесса малообъемного опрыскивания.

Параллельно проводились работы по усовершенствованию насосов. Проанализировав существующие конструкции, нами был предложен мембранный насос, который отличается высокими эксплуатационными свойствами, надежностью, простотой конструкции и невысокой стоимостью.

Модернизированные узлы были апробированы в производственных условиях. На базе ГПКТИ «Плодмашпроект» собран экспериментальный образец машины и проведены сравнительные испытания существующей конструкции ОПВ-2000 и предлагаемой ОВМ-2000. Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Таблица 3 Результаты исследований

Показатели

Значение показателей

Предлагаемый вариант

Базовый вариант

Показатели назначения

1

2

3

1. Состав агрегата

ЮМЗ-6КЛ +ОВМ-2000

МТЗ-80+ОПВ-2000

2. Вид работы

Опрыскивание виноградников

3. Производительность, га за 1 час
времени:

– основного

4,9

5,14

– сменного

3,06

2,46

– эксплуатационного

2,99

2,40

4. Скорость движения, км/ч

– рабочая

7,1

7,24

– транспортная

20,0

20,0

5. Ширина захвата, м

– конструкционная

5…8

5…8

– рабочая

7,0

7,0

1

2

3

6. Норма внесения рабочего раствора, л/га

200

500

7. Эксплуатационно-технологические коэффициенты:

– рабочего хода

0,98

0,91

– технологического обслуживания

0,92

0,65

– послесменного технического
обслуживания

0,98

0,96

– подготовки к работе

0,99

0,95

– наладки и регулировки

0,99

0,99

– надежности технологического
процесса

1,0

0,98

– нормированного отдыха

0,85

0,80

– нормированных холостых переездов

0,86

0,85

– ежесменного технического обслуживания энергосредства

0,98

0,99

– использования сменного времени

0,61

0,49

– использования эксплуатационного времени

0,6

0,49

8. Количество обслуживающего
персонала, чел.

1

1

9. Габаритные размеры в рабочем положении, мм

– длина

– ширина

– высота

4400

1700

1800

4400

1700

1800

Показатели экономического использования топлива и энергии

1. Удельные затраты топлива, кг/га

1,84

2,17

2. Удельные затраты энергии кВт-час/га

7,1

7,5

3. Потребляемая мощность на ВОМ трактора, кВт (на I ступени силового агрегата)

30,2

33

За период исследований наработка опрыскивателя составила 1-5 га при плане работ 100 га. Агротехническая оценка показала, что опрыскиватель ОВМ-2000 качественно выполняет технологический процесс, обеспечивает расход рабочего раствора в пределах 200-500 л/га с минералокерамическими распылителями диаметром 2,5 мм, в то же время базовый опрыскиватель ОПВ-2000 обеспечивает расход рабочего раствора не менее 500 л/га, так как приходится работать с распылителями диаметром 3 мм и более. Исследования проводились при скорости 7,1 км/ч с нормой расхода 300 л/га. При этом проводилось опрыскивание виноградника высотой до 2,5 м, с шириной междурядий 3,0 м и расстоянием между кустами 2 м. Опрыскиватель обеспечивал агротехнические требования к малообъемному опрыскиванию: густота покрытия листовой поверхности каплями более 50 шт/см2 практически по всем ярусам, средневзвешенный медианно-массовый диаметр капель составил от 203 до 101 мкм.

Энергетическая оценка показала, что опрыскиватель ОВМ-2000 свободно агрегатируется трактором ЮМЗ-6КЛ, при этом удельные затраты топлива составляют 1,84 кг/га, а у базового варианта – 2,17 кг/га.

Основной задачей сравнительных испытаний было определение эксплуатационно-технологических показателей работы машины. В результате было выявлено, что при оптимальной скорости 7,1 км/ч опрыскиватель ОВМ-2000 имеет производительность за ч основного времени 4,9 га/ч, а у базового варианта – 5,14 га/ч. незначительно большая производительность у эталонной машины возникает из-за большей на 0,14 км/ч рабочей скорости агрегата, так как скоростные ряды коробок передач применяемых тракторов имеют некоторые отличия. У МТЗ-80 в наличии большее число передач, что дает возможность более точно подбирать рабочую скорость. Производительность за один час сменного времени и эксплуатационного времени у модернизированного опрыскивателя выше, чем у базового варианта. Производительность возрастает за счет меньших затрат времени на технологическое обслуживание и устранение отказов, особенно на прочистку форсунок и фильтров.

Следует отметить, что эксплуатационно-технологические коэффициенты у предлагаемого варианта выше, чем у базового, в частности рабочего хода на 0,07, технологического обслуживания на 0,27, послесменного технического обслуживания на 0,02, подготовки к работе на 0,04 надежности технологического процесса на 0,02, использования сменного времени на 0,12, использования эксплуатационного времени 0,11. Это объясняется тем, что использование гидроциклонного фильтра тонкой очистки позволяет значительно улучшить качество выполнения технологического процесса опрыскивателем. При этом значительно снижается забивание распылителей механическими примесями, что ведет к сохранности распыливающей аппаратуры, снижаются затраты времени и труда на прочистку распылителей, а следовательно, уменьшаются эксплуатационные затраты. Помимо этого обеспечивается качественное выполнение процесса малообъемного опрыскивания, что немаловажно с точки зрения экологической и экономической эффективности применения данных устройств на сельскохозяйственных опрыскивателях.

На сегодняшний день работа по усовершенствованию машин ведется сотрудниками кафедры ЭМТП по нескольким направлениям:

·  исследование устройств для подачи воздушно-жидкостного потока к объекту обработки;

·  усовершенствование распыливющих устройств;

·  возможность использования электростатических устройств;

·  обоснование норм расхода рабочей жидкости в зависимости от листовой поверхности растений.

Решение этих вопросов позволит нам создать новое поколение машин в которых сегодня нуждается сельское хозяйство нашей страны.

Анализируя проведенную работу можно сказать, что соответствии с рекомендациями ИВиВ им. Таирова, изложенными в «Схеме защиты винограда от вредителей и болезней», 1996 г. при пятикратной обработке раствором ядохимикатов виноградных насаждений экономия средств от применения модернизированных опрыскивателей составила бы соответственно на один физический гектар около 150 грн. Это обеспечивается с помощью применения на этих машинах новых мембранных насосов, эффективной системы очистки рабочего раствора и ряда других конструктивных решений.

По предварительным расчетам потребность в виноградниковых опрыскивателях для Украины составит 2000 шт. (в том числе для Крыма — 600 шт.).

Экономия средств от внедрения по Украине виноградниковых опрыскивателей по Украине составит 32 млн. грн. (в том числе по Крыму — 9,6 млн. грн.).

Общая экономия ядохимикатов от внедрения новых садовых и виноградниковых опрыскивателей по Украине составит 4200 т (в том числе по Крыму — около 500 т что значительно улучшит экологию и даст возможность получать экологически чистую продукцию.


Разработка энергосберегающей технологии возделывания винограда - 5.0 out of 5 based on 1 vote