AN EVALUATION OF TECHNOLOGICAL AND TECHNICAL CHARACTERISTICS OF SPRAYER ATOMIZERS

В настоящее время проблемы защиты окружающей среды становятся особо актуальными при освоении склоновых земель под плодовые насаждения, так как, с одной стороны, плодовые культуры являются пестицидоемкими (требуется интенсивная химическая защита), а с другой – специфические особенности горных ландшафтов

Поступление пестицидов в сельскохозяйственный ландшафт происходит главным образом при проведении химических мероприятий по борьбе с вредными организмами, а также вследствие испарения с поверхности почвы или растений, при утечке в процессе хранения и транспортировки и т.д.

При миграции веществ в экологических цепях в результате взаимодействия в системах «пестициды – объекты биосферы» возможны осложнения. Условно можно выделить два типа процессов: первый при прохождении по пищевым цепям содержание пестицидов в следующих звеньях уменьшается, второй концентрация пестицидов увеличивается вследствие биоконцентрации. Механизм биоконцентрации связан с более высокой растворимостью веществ в липоидах, чем в воде.

Опасность пестицидов как загрязнителей среды также заключается в необходимости использования высоких норм пестицидов для обеспечения высокого эффекта защитных мер и контакте пестицидов с большим количеством людей, что связано с использованием препаратов в различных отраслях сельского хозяйства.

Для химической защиты плодовых насаждений в современном интенсивном садоводстве широкое применение нашли опрыскиватели.

Современные опрыскиватели оборудуются гидравлическими распылителями производства известных зарубежных фирм (Lechler, Tee Jet, Аgrotop, Nozal, Albuz и т.д.) различных типов для проведения различных видов химической обработки растений – сплошное опрыскивание, ленточное опрыскивание междурядий тому подобное. Конструкция различается между собой в зависимости от назначения и условий эксплуатации. Основные показатели, характеризующие их, – это пропускная способность (производительность) при установленном давлении жидкости и качество распыла. Качество распыла характеризуется размером капель и степенью покрытия площади каплями

Требования к качеству выполнения технологических операций внесения химических препаратов постоянно растут, особенно с агрономической и экологической сторон.

К современным техническим средствам предъявляются следующие требования: точная дозировка количества внесенного препарата; обеспечение равномерного распределения по поверхности обработки; проникновение рабочего раствора в посев или крону; достижение высокой или достаточной степени осаждения капель. При этом необходимость достижения оптимального эффекта обработки сочетается со значительным снижением сноса капель во избежание возможных опасностей для окружающей природной среды, полезных растений и живых организмов.

Установлены следующие требования к качеству выполнения технологического процесса опрыскивания:

- допустимая густота покрытия каплями верхней стороны листа обрабатываемой поверхности должна быть не менее 20 шт/см2;

- допустимое отклонение от заданной нормы внесения рабочей жидкости не должно превышать ±5% для опрыскивателей с автоматической системой управления технологическим процессом, ±10% – для опрыскивателей с ручной настройкой;

- медианно массовый диаметр осевших капель должен быть не более 500 мкм;

- неравномерность распределения рабочей жидкости по ширине захвата, выраженного коэффициентом вариации, не должна превышать 25%;

- отклонение распыла жидкости через отдельный распылитель от среднеарифметического всех распылителей на рабочем режиме не должно превышать ±5%;

- отклонение концентрации рабочей жидкости при опорожнении бака не должно превышать ±5 % от заданной;

- механические повреждения опрыскивателями растений не должны превышать 0,5%;

- опрыскиватели должны постоянно выполнять технологический процесс до расходования не менее 95% жидкости из бака

Анализ показал, что применяемые в современном интенсивном садоводстве технические средства для химической защиты плодовых насаждений имеют низкую производительность, большой расход химикатов и пр. недостатки

Таким образом, необходимо совершенствовать существующие и разработать инновационные технологии химической защиты плодовых насаждений и технические средства для их реализации.

Цель исследования – совершенствование метрологического и методического обеспечения оценки качественных характеристик работы распылителей опрыскивателей.

Для установления размерных характеристик капель жидкости наиболее эффективен иммерсионный способ, основанный на улавливании капель жидкости с использованием предметного стекла. Предварительно предметное стекло покрывается жидкостью, которая имеет меньшую плотность в сравнении с распыливаемой.

В качестве рабочей жидкости рекомендуется использовать водный раствор чернил, например, «Радуга».

Методика измерения капель распыливаемой жидкости с использованием микроскопа следующая. Предметное стекло с уловленными каплями устанавливается на предметный столик микроскопа. Капли замеряются непрерывно. На каждом предметном стекле замеряются 150…200 капель. Давление воздуха принимается равным: 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25 и 0,3 МПа. Давление воды 0,08 МПа.

Для исследования качества обработки плодовых насаждений рекомендуется воспользоваться листами мелованной бумаги белого цвета размером 50×70 мм (плотность 90 г/м2 и более).

Методика крепления улавливающих поверхностей на листьях плодовых насаждений приведена на рис. 1, их расстановка на плодовом дереве рис. 2. Повторность опытов – трехкратная.

Для того, чтобы установить качественные показатели опрыскивания, предлагается частная методика

[11]

. Отсканированное растровое изображение подвергается обработке по оригинальной компьютерной программе, которая выдает качественные показатели опрыскивания – густоту и площадь покрытия, распределение капель жидкости по размерным интервалам. Программное обеспечение создано в среде LABVIEW (визуальный язык программирования) и функционирует в ОС Windows 98/me/2000/XP.

Рисунок 1 - Крепление карточек к черенку листа

DOI:10.23670/IRJ.2023.133.62.1

Рисунок 2 - Схема размещения учетных карточек на плодовом дереве

DOI:10.23670/IRJ.2023.133.62.2

Использование данной программы обеспечивает существенное упрощение и ускорение процедуры испытания распылителей и обработки результатов, повышение качества оценки эффективности опрыскивателей.

Перед использованием данной программы подбирается улавливающая поверхность. При этом в случае наличия на ней различных включений, пятен и разводов, такие улавливающие поверхности выбраковываются. Далее осуществляется настройка программного обеспечения. С целью уменьшить ошибки в процессе установления количества капель жидкости вначале осуществляют сканирование необработанной улавливающей поверхности, растровый файл фиксируется на жестком диске компьютера и настраивается чувствительность. Начальная чувствительность – 202 единицы («Автонастройка» включена). В случае ручной настройки («Автонастройка» выключена) имеется возможность менять яркость отпечатка.

После проведения обработки улавливающая поверхность помещается в сканер, который оцифровывает изображение, сохраняющееся в памяти компьютера как отдельный растровый файл. Затем программа осуществляет установление размерных характеристик капель жидкости и распределение капель по размерным диапазонам, строит частотную кривую, показывающую, какой процент капель от общего количества содержится в конкретном диапазоне.

Затем рассчитывается площадь покрытия каплями улавливающей поверхности, устанавливается площадь, обработанная каплями в разрезе размерных интервалов.

Для исследования дисперсности распада капель жидкости в процессе ее распыливания рекомендуется разработанная лабораторная установка (рис. 3), процесс работы которой следующий.

Рисунок 3 - Лабораторная установка для изучения распада капель жидкости

Примечание: 1 – компрессор; 2 – пневмо-гидро-аккумулятор; 3 – пневматический шланг; 4 – гидравлический шланг; 5 – манометры; 6 – ресивер; 7 – распылитель; 8 – вентиль воздушный; 9 – вентиль водяной

DOI:10.23670/IRJ.2023.133.62.3

Пневмо-гидро-аккумулятор 2 заполняется водой и при помощи подкачивающей системы повышают давление до требуемого значения. Воду под давлением подают посредством гидравлического шланга 4 к вентилю 9. Включают компрессор 1, нагнетающий воздух по пневматическому шлангу 3 в ресивер 6, затем к закрытому вентилю 8. Когда давление в ресивере 6 достигнет требуемого значения, происходит синхронное открытие вентилей 8 и 9. В результате воздух и вода по шлангам 3 и 4 подаются к распылителю 7 и начинается процесс распыливания.

Лабораторная установка обеспечивает: давление воды 0,08 МПа; варьирование давлением воздуха в пределах от 0,05 до 0,3 МПа; медианно-массовый показатель капель – 120…140 мкм; среднеарифметический диаметр капель – 110…120 мкм; количество капель размером 100…150 мкм – 70…75 %; степень покрытия обрабатываемой поверхности – 20…25%; плотность покрытия обрабатываемой поверхности – 40…100 шт/см2; неравномерность покрытия 25…30%.

Для контроля давления воды и воздуха используются манометры с ценой деления 0,6 и 1,0 МПа, для отбора капель – поточная ловушка (рис. 4).

Подсчет количества и установление размера капель производится микроскопом МБН-1. Процесс микрофотографирования капель жидкости осуществляется микрофотонасадкой МФН-1,2 совместно с пленочной фотокамерой, размер кадра пленки 24х36 (рис. 5).

Рисунок 4 - Поточная ловушка

DOI:10.23670/IRJ.2023.133.62.4

Рисунок 5 - Микроскоп МНБ-1

DOI:10.23670/IRJ.2023.133.62.5

Предложенные метрологическое и методическое обеспечение позволят получить достоверную информацию о технологических и технических характеристиках распылителей опрыскивателей для обоснования их эффективности и экологичности.