Петровская Елена Витальевна. Повышение равномерности распределения рабочей жидкости штангового опрыскивателя

Краткое описание

Петровская Елена Витальевна. Повышение равномерности распределения рабочей жидкости штангового опрыскивателя : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.01.- Челябинск, 2006.- 195 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/511

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинский государственный агроинженерный
университет»
На правах рукописи
ПЕТРОВСКАЯ Елена Витальевна

ПОВЫШЕНИЕ РАВНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ШТАНГОВОГО ОПРЫСКИВАТЕЛЯ
Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации
сельского хозяйства
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: заслуженный работник
высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Р.С.Рахимов
Челябинск - 2006

СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 9
1.1. Значение мероприятий по защите растений от болезней,
вредителей и сорняков. Классификация средств механизации для
защиты растений 9
1.2. Основные требования к технологическому процессу работы
опрыскивателя 15
1.3. Анализ существующих конструкций отечественных и
зарубежных распылителей опрыскивателей 18
1.4. Анализ научно-исследовательских работ по совершенствованию опрыскивателей 30
1.5. Цель и задачи исследования 32
2. Методика исследований 34
2.1. Определение характеристик рельефа поверхности поля 34
2.2. Экспериментальная установка для определения основных
характеристик работы распылителей 36
2.3. Оценка качества работы распылителей 38
2.4. Методика определения размера капель 40
2.5. Определение потерь напора в нагнетательной магистрали 44
2.6. Оценка погрешностей измерений 45
Выводы по главе 46
3. Обоснование параметров штангового опрыскивателя 48
3.1. Общая модель функционирования агрегата в технологическом процессе 48
3.2. Расчетная схема агрегата и выбор обобщенных координат 49
3.3. Математическая модель процесса движения опрыскивателя... 50
3.4. Факторы, влияющие на колебания штанги при работе
опрыскивателя 56

Выводы по главе 70
4. Исследование показателей работы различных типов распылителей и
обоснование режимов их работы 71
4.1. Определение удельного объемного расхода рабочей
жидкости 72
4.2. Определение коэффициента вариации распределения рабочей жидкости по обрабатываемой поверхности 81
4.3. Построение гистограмм распределения рабочей жидкости для различных распылителей 85
4.4. Определение среднего диаметра капель 93
4.5. Определение влияния диаметра капель рабочей жидкости на равномерность их распределения по обрабатываемой поверхности 97
4.6. Определение потерь давления в трубопроводе штанги
опрыскивателя 100
4.7. Обоснование расстояния между распылителями на штанге 116
4.8. Определение степени покрытия каплями обрабатываемой
поверхности 119
4.9. Оценка погрешностей измерений 120
Выводы по главе 121
5. Экономическая оценка эффективности применения
распылителей 123
5.1. Экономическая оценка применения распылителей 123
5.2. Энергетическая оценка применения распылителей 127
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 133
Список литературы 136
Приложение 14°

4 ВВЕДЕНИЕ
Поражение растений болезнями, вредителями и сорной растительно¬стью является одной из причин снижения урожайности сельскохозяйствен¬ных культур. Потери урожайности при этом могут составлять 30-50 % и бо¬лее [63]. Сохранить урожайность сельскохозяйственных культур в этих усло¬виях можно проведением комплекса мероприятий, включающих карантин¬ные, агротехнические, механические, физические, химические, биологиче¬ские и другие методы защиты.
В настоящее время наибольшее распространение получили химические методы защиты, к которым относятся протравливание, опрыскивание, опы-ливание, применение аэрозолей, фумигация.
Из существующих способов защиты растений при возделывании зер-новых культур наиболее широко применяется опрыскивание.
Используемые для опрыскивания пестициды практически универсаль¬ны: их можно не только применять против большинства вредителей, болез¬ней и сорных растений во всех сельскохозяйственных культурах и разных угодьях, но и обрабатывать ими различные помещения и сооружения. Про¬блема рационального использования пестицидов при опрыскивании в на-стоящее время приобрела мировое значение, поскольку от ее решения прямо зависят количество и качество продуктов питания, экологическое благополу-чие и здоровье человека.
При равномерном нанесении капель на поверхность растений, одно-родном их составе, отсутствии сноса распыленной волны создается возмож-ность не только получить высокие конечные результаты, но и сократить рас¬ход дорогостоящих пестицидов, обеспечить безопасность окружающей сре¬ды. К сожалению, на практике качество распыла оставляет желать лучшего из-за несовершенства конструкций опрыскивателей и распыливающей аппа¬ратуры, низкого качества их изготовления [1].

5
В связи с этим тема диссертации, направленная на обоснование кон-структивных параметров опрыскивателя и типа распылителей, является акту-альной и имеет народнохозяйственное значение.
Диссертационная работа состоит из пяти глав.
Первая глава посвящена выявлению значения защиты растений от болезней, вредителей и сорняков, установлению основных требований при работе опрыскивателей, анализу существующих конструкций, распылителей опрыскивателей отечественного и зарубежного производства. На основе су-ществующей проблемы сформулированы цель и задачи исследования.
Во второй главе изложены программа проведения исследований, ча-стные методики исследований процесса работы опрыскивателя и работы рас-пылителей, разработанные автором.
Третья глава посвящена изучению технологического процесса опры-скивания: разработке расчетной схемы агрегата, составлению уравнения движения опрыскивателя по неровностям рельефа поля и получению зависи¬мостей величины смещения штанги от характеристик рельефа поля и пара¬метров опрыскивателя. Установлены рациональные параметры расстояния между опорными колесами опрыскивателя в зависимости от характеристик рельефа поля и длины штанги опрыскивателя. Получена зависимость вели¬чины смещения штанги опрыскивателя от расстояния между колесами при различных длине штанги и характеристиках рельефа поля.
В четвертой главе представлены результаты экспериментальных ис-следований по изучению влияния высоты расположения распылителей и дав-ления в системе на равномерность распределения рабочей жидкости по обра-батываемой поверхности, размеры капель и степень покрытия растений кап-лями рабочей жидкости различными типами распылителей.
В пятой главе приведены результаты сравнительной экономической эффективности от применения рекомендуемых и существующих распыли-телей.

6
Работа выполнена согласно межведомственной координационной про-грамме о фундаментальных и приоритетных прикладных исследованиях по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001...2005 гг. «Научные основы формирования и функциони-рования эффективного агропромышленного производства» по направлению 02.01 «Разработать новое поколение экологически безопасных ресурсосбере-гающих машинных технологий и создать комплекс конкурентоспособных технических средств для устойчивого производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции для растениеводства», где Челябинский го-сударственный агроинженерный университет является исполнителем.
Научная новизна. Разработаны расчетные схемы агрегата для опры-скивания, составлены уравнения для определения величины смещения штан¬ги при движении по рельефу поля в различных направлениях. Впервые полу¬чены зависимости колебаний штанги от расстояния между колесами опры¬скивателя при движении по поверхности поля. Разработана эксперименталь¬ная установка, обоснованы типы распылителей, обеспечивающие выполне¬ние агротребований к равномерности распределения рабочей жидкости по поверхности поля, обосновано месторасположение распылителей на штанге опрыскивателя.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Ре-зультаты исследований позволяют на начальном этапе проектирования опреде-лять зоны смещения крайних распылителей на штанге опрыскивателя при из-вестных характеристиках рельефа поля и выбирать рациональные параметры опрыскивателя. Практическую значимость имеют рекомендованные парамет-ры расстояния между колесами опрыскивателя и технологические параметры месторасположения распылителей на штанге, обеспечивающие равномер¬ность распределения рабочей жидкости по обрабатываемой поверхности, а также рекомендуемые типы распылителей для различных условий работы. Результаты исследований переданы в научно-исследовательский институт

7 механизации и автоматизации сельскохозяйственного производства (НИИ-МАСП). Установка по изучению параметров распылителей внедрена в учеб¬ный процесс ЧГАУ.
Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований доложены, обсуждены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях ЧГАУ (г.Челябинск, 2002 - 2006 гг.), на научно-практической конференции молодых ученых-аспирантов Уральской ГСХА (г.Екатеринбург, 2005 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано девять на¬учных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографии и приложений. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 94 рисунка, 11 таблиц и 5 приложений. Список использованной литературы включает в себя 110 наименований.
На защиту выносятся следующие результаты:
- расчетная схема агрегата, математические зависимости для определе-ния величины смещения крайних распылителей опрыскивателя при движе¬нии агрегата по различным рельефам поверхности поля;
- результаты моделирования на ЭВМ процесса движения агрегата по рельефу поля и зависимости смещения крайних точек крыла штанги от рас-стояния между колесами опрыскивателя при различных длинах крыла штан¬ги и направлениях движения агрегата;
- обоснованные для применения в сельскохозяйственном производстве типы распылителей, которые обеспечивают равномерное распределение ра-бочей жидкости по обрабатываемой поверхности в пределах агродопуска; - конструктивные параметры опрыскивателя, при которых обеспечивается равномерность распределения рабочей жидкости по обрабатываемой поверх-ности: рациональное расстояние между распылителями на штанге, высота

8 расположения штанги над обрабатываемой поверхностью, диаметр трубо¬провода и давление в системе.
Экспериментальные исследования проведены в лаборатории кафедры «Почвообрабатывающие и посевные машины» ЧГАУ. Методическую по¬мощь в проведении опытов оказал кандидат технических наук, доцент Стри-жов Владимир Александрович.

Список литературы

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. Установлены основные факторы, влияющие на равномерность
распределения рабочей жидкости по обрабатываемой поверхности при
работе опрыскивателя:
- смещение штанги относительно поверхности поля при движении по неровностям рельефа поля;
- тип распылителя;
- высота расположения распылителей от поверхности поля и
расстояние между распылителями на штанге;
- давление жидкости в системе;
- диаметр и длина трубопровода.
2. Разработана расчетная схема агрегата, составлены уравнения
движения опрыскивателя по неровностям рельефа поля и получены
зависимости величины смещения штанги от характеристик рельефа поля и
параметров опрыскивателя. Установлено, что на смещение штанги основное
влияние оказывают высота неровностей рельефа поля и расстояние между
опорными колесами опрыскивателя по ширине.
3. Установлены рациональные параметры расстояния между опорными
колесами опрыскивателя в зависимости от характеристик рельефа поля и
длины штанги. Получена зависимость величины смещения штанги от
расстояния между колесами при различных длины штанги и характеристиках
рельефа поля. Установлено, что допустимое значение смещения штанги (±0,2
м) и характерному для условий Южного Урала рельефе поля при изменении
длины штанги опрыскивателя от 6 до 15 м расстояние между колесами
составляет: при движении в направлении предыдущей обработки 1,0...2,6 м;
при движении поперек предыдущей обработки -1,5.. .3,9 м; при движении по
диагонали -1,5...4,0 м.

134
4. Установлено, что равномерное распределение рабочей жидкости по
обрабатываемой поверхности в пределах погрешности 5% обеспечивают
щелевой турбопенный распылитель TurboDrop и щелевой с турбопенным
сердечником XL03 при высоте расположения распылителя 0,3 - 0,5 м над
обрабатываемой поверхностью и давлении в системе 0,5 - 0,6 МПа.
5. Обосновано, что наименьшую неравномерность распределения рабочей жидкости (не более 5%) обеспечивает расположение распылителей TurboDrop и распылителей с турбопенным сердечником XL03 на штанге через 0,5 м при высоте их 0,30 - 0,50 м и давлении в системе 0,5 - 0,6 МПа. Остальные распылители не отвечают агротехническим требованиям по равномерности распределения рабочей жидкости.
6. Выявлена зависимость потерь давления от длины, диаметра трубопровода и давления в системе. С увеличением длины трубопровода и давления в системе потери давления увеличиваются. Оптимальный диаметр трубопровода, обеспечивающий минимальные допустимые потери напора в системе, составляет 20-30 мм.
7. Годовой экономический эффект от применения рекомендуемых нами
распылителей TurboDrop составляет 81136,05 руб.
На основе проведенных исследований для обеспечения равномерности распределения рабочей жидкости по обрабатываемой поверхности рекомендуется:
1. При разработке опрыскивателей предусмотреть возможность
регулирования расстояния между колесами с 1,2 до 4,0 м в зависимости от
характеристик рельефа поверхности поля и длины крыла штанги.
2. Использовать турбопенные распылители TurboDrop и распылитель
щелевой с сердечником XL03.

135
3. Установить высоту расположения штанги над обрабатываемой
поверхностью 0,5 м при допустимых колебаниях штанги +0,2 м.
4. Поддерживать давление в системе в пределах 0,5 - 0,6 МПа.
5. Установить расстояние между распылителями на штанге 0,5 м.
6. Использовать трубопровод диаметром 0,02 - 0,03 м.