Технологические аспекты повышения эффективности сельскохозяйственных опрыскивателей

Развитие сельскохозяйственного производства в настоящее время, безусловно, является одним из ключевых моментов совершенствования всего агропромышленного комплекса нашей страны. Рост урожайности сельскохозяйственных культур во многом зависит от совершенствования технологии механизированных работ. Очевидно, что критериями эффективности при этом являются: снижение энерго- и ресурсоемкости производственных процессов и повышение производительности машин. При этом, говоря о производительности сельскохозяйственной техники, следует учитывать, что сокращение времени на проведение конкретных технологических операций в полеводстве, не должно противоречить агротехническим требованиям. Иными словами — качество полевых работ должно соответствовать общепринятой культуре земледелия.

В структуре комплексной системы защиты растений особая роль по праву отводится химическому методу и в частности — опрыскиванию. Урожайность напрямую будет зависеть от степени подверженности культуры вредителям и болезням, поэтому необходимо обеспечить эффективные мероприятия по борьбе с вредителями и возбудителями заболеваний, а также сорной растительностью.

Эффективность работы опрыскивателей в первую очередь определяется качеством проводимых операций. Однако следует учитывать тот факт, что дать визуальную оценку обработанной при опрыскивании поверхности на практике достаточно сложно в отличие, например от почвенной обработки или уборочных мероприятий. Качество опрыскивания в данном случае определяют путем выявления биологической эффективности обработки, как суммарного действия препарата при заданном технологическом режиме.

Говоря о технологической настройке опрыскивателей, следует сказать, что на установочные параметры (давление в секции, высота установки штанги) будут влиять как агробиологические особенности культуры, так и направленность препаратов (гербициды, фунгициды, инсектициды и др.). Кроме этого, препарат может быть как системного действия, характеризуемый проникающей способностью, так и контактного действия, для которого важна равномерность внесения. От этого в значительной степени будет зависеть подбор типа распылителей (форсунок). Широкий спектр сменных распылителей (Arag, Lechler, Lurmark, TeeJet и др.), предлагаемый сельхозпроизводителям, позволяет в соответствии с заданным расходом рабочей жидкости и направленностью препарата определиться с выбором при технологической оснастке опрыскивателя. В настоящее время на практике, применительно к штанговым опрыскивателям, в зависимости от нормы расхода рабочей жидкости в основном применяется полнообъемное опрыскивание (в среднем 150…600 л/га), хотя встречается и малообъемное опрыскивание (10…50 л/га). Норма внесения в конечном случае обусловлена рекомендациями конкретного изготовителя пестицида. Однако не стоит упускать из виду тот факт, что норма внесения должна быть согласована с рабочей скоростью опрыскивателя и давлением в системе. Увеличение скорости движения, как правило, приводит к снижению фактической нормы внесения, а давление напрямую связано с размерными характеристиками капель факела распыла рабочей жидкости.

В соответствии с ГОСТ 21507–81 [1] опрыскивание растений пестицидом подразделяется на:

-          крупнокапельное — опрыскивание растений пестицидом, при котором не менее 80 % жидкости разбрызгивается в виде капель, размером не менее 150 мкм.

-          мелкокапельное — опрыскивание растений пестицидом, при котором не менее 80 % жидкости разбрызгивается в виде капель размером от 50 до 150 мкм.

-          высокодисперсное (аэрозольное) — опрыскивание растений пестицидом путем разбрызгивания капель, размером от 25 до 50 мкм.

Отдельно выделяют также ультрамалообъемное опрыскивание — нанесение жидкого пестицида без разбавления в тонкодисперсном состоянии на обрабатываемую поверхность до 5 л/га [1].

При этом следует учитывать относительный характер размерных величин капель, поскольку на выходе из распылителя факел будет характеризоваться различной степенью полидисперсности распыла [2]. В соответствии с ГОСТ Р 53053–2008 [3] принято деление капель на следующие размерные группы: условно мелкие — до 150 мкм; средние — от 150 до 300 мкм; крупные — свыше 300 мкм. Но фактически за основу определения размерных характеристик распыления, как одного из показателей качества выполнения технологического процесса принимается средневзвешенное значение медианно-массового диаметра осевших капель. Величина медианно-массового диаметра определяется массовой долей капель в 50 % рабочей жидкости (разделяет общую совокупность на две равные части, на каждую из которых приходится половина массы распыленной жидкости).

На практике, для оценки и определения качественных показателей опрыскивания проводятся лабораторно-полевые испытания, регламентированные в соответствии с установленными техническими требованиями. По результатам проведения таких испытаний, в частности строятся интегральные кривые распределения капель по объему [3]. По оси абсцисс откладывают максимальные значения диаметров капель каждого класса в микрометрах. По оси ординат откладывают накопленные значения массовой доли жидкости P_Hj, соответствующие каждому классу размеров капель (рис.1).

Рис. 1. Интегральная кривая распределения капель по объему

Анализируя кривую распределения капель, представленную на рис.1, можно сделать вывод о её принадлежности к крупнокапельному опрыскиванию со значением медианно-массового диаметра d_m= 230 мкм. При этом размерный интервал значений колеблется в широких пределах (в среднем от 50 до 400 мкм). В ходе проведения опрыскивания в реальных полевых условиях этот разброс может оказаться ещё большим.

Повышение давления в системе опрыскивателя, независимо от типов применяемых распылителей приводит к увеличению в составе факела распыления капель со значением размера меньше медианно-массового диаметра. Снижение давления имеет противоположный эффект. В спецификациях и расчетных таблицах, предлагаемых к комплектам распылителей, приводятся, как правило, только рекомендуемые диапазоны рабочих давлений, при этом далеко не всегда учитываются внешние факторы, оказывающие непосредственное влияние на характер распределения рабочей жидкости на объекте обработки. К таким факторам следует отнести условия окружающей среды: климатическую зону, температуру, относительную влажность, время суток, скорость ветра и т. д. Несмотря на довольно жесткие агротехнические требования, предъявляемые к опрыскиванию, допустимая неравномерность распределения рабочей жидкости достаточно велика — до 30 % по ширине захвата и до 25 % по длине гона [4]. Выполнять опрыскивание рекомендуется в ранние утренние часы, при скорости ветра не более 5 м/с и температуре не выше 23°C. Однако даже легкие боковые или фронтальные потоки воздуха способны уносить за пределы обрабатываемой зоны мелкие капельные фракции (50…150 мкм). К тому же капли такого размера (не говоря уже о высокодисперсном распыле) в значительной степени подвержены испарению, которое увеличивается в течение обработки по мере снижения относительной влажности. Превышение в спектре крупных капель, хотя и снижает возможный процент испарившихся капель и капель, подвергаемых сносу, также имеет отрицательную сторону — они просто могут не удержаться на поверхности растений и будут в большей степени попадать на поверхность почвы. Очевидно, что смещение процентного содержания капель в сторону увеличения их количества как большего, так и меньшего размера по сравнению с установленным медианно-массовым диаметром с точки зрения качественных характеристик процесса опрыскивания — нежелательно. Поэтому на практике рекомендуется строго придерживаться рекомендуемых диапазонов давлений и расходных характеристик, по возможности избегая граничных положений интервалов.

Довольно значимая роль в технологической настройке опрыскивателя отводится выбору и установке насоса и гидроарматуры. Мощности насоса должно хватать как на работу с распылителями широкого диапазона давлений, так и на работу гидромешалки для поддержания фактической концентрации приготовленных жидкостей в баке опрыскивателя. Кроме того, высокая производительность насоса положительно сказывается на времени заправки опрыскивателя. В настоящее время широкое распространение получили насосы диафрагменно-поршневого типа (Annovi Reverberi, Bertolini, Imovili pomp и др.), развивающие давление в среднем интервале 2,0…3,0 МПа. Такие насосы устойчивы к воздействию агрессивных жидкостей, поскольку их контакт с металлическими деталями предотвращает мембрана, жестко связанная с поршнем насоса. Для увеличения срока эксплуатации и поддержания работоспособного состояния насоса рекомендуется своевременно проводить техническое обслуживание, проверять уровень и производить замену масла. Не стоит забывать также и о промывке распределительной системы и в особенности распылителей, в значительной степени подверженных износу, забивающихся в случае неудовлетворительной работы системы фильтрации, а также повреждаемых в случае неправильного технического обслуживания.

Говоря о конструктивных особенностях современных опрыскивателей, следует отметить, что работы по совершенствованию технической оснастки опрыскивателей ведутся достаточно давно. В настоящее время на практике применяется достаточно большое количество вспомогательных систем опционального назначения, позволяющих снизить процент непроизводственных потерь рабочей жидкости. К ним можно отнести системы гидравлической и пневматической стабилизации рабочей штанги, позволяющие уменьшить колебания в вертикальной плоскости за счет демпфирования отклонения при копировании почвенного рельефа. Всё большее применение находят системы дифференцированного внесения рабочей жидкости, в совокупности с бортовым компьютером, позволяющие поддерживать постоянство расхода рабочей жидкости, или же при необходимости изменять расходные характеристики для каждой секции в отдельности. В первую очередь такие системы предпочтительны для участков рабочей зоны с характерной переменной нормой внесения. Работа этих систем, как правило, согласована с картами урожайности и привязана к системе глобального позиционирования.

С целью снижения потерь рабочей жидкости на снос и испарение, многие производители комплектующих опрыскивающей техники предлагают различные варианты так называемых инжекторных распылителей (TeeJet — серия «AI», Lechler — серия «ID», Lurmark — серия «DB» и др.). Принцип действия подобных распылителей заключается в следующем. При прохождении рабочей жидкости по каналу распылителя создается разрежение, за счет которого осуществляется всасывание воздуха. В камере смешивания происходит интенсивный процесс насыщения рабочей жидкости воздушными пузырьками, при этом на выходе из распылителя образуются капли более крупных размеров (в сравнении с обычными щелевыми распылителями), гораздо менее подверженные сносу [5]. Попадая на растения, такие капли разбиваются на множество мелких капель, растекаясь по поверхности. Однако эффективная работа, таких распылителей в большей степени зависит от поддержания высокого давления в системе (0,5…1,0 МПа), а попаданию крупных капель в почву фактически ничего не препятствует.

Достаточно функциональным представляется конструктивное решение в виде технологической оснастки опрыскивателя «воздушным рукавом» для принудительного нагнетания распыленной рабочей жидкости в контактную зону опрыскивания. Воздушный поток, образованный в рукаве, закрепленном над штангой опрыскивателя, проходя сквозь толщу растений, отражается от почвы и подхватывает оседающие на неё капли, направляя их на нижнюю часть листьев растений. Кроме этого воздушный поток отсекает фронт распыленной жидкости, препятствуя её удалению за пределы обрабатываемой зоны воздушными массами и испарению. Однако данные опрыскиватели также имеют ряд недостатков. Во-первых, их конструкция более энергоемкая, по сравнению с обычными штанговыми опрыскивателями. Во-вторых, рабочая жидкость, попадая на поверхность почвы, может смешиваться с её частицами, а эффективность таких капель при попадании на растения может снизиться. Также, повышенного внимания при эксплуатации требует воздушный рукав, который может быть поврежден при переводе штанги в транспортное положение или в результате другого механического воздействия.

Еще одним способом снижения сноса и уменьшения потерь рабочей жидкости при испарении является включение в технологическую систему опрыскивателя средств электростатической подзарядки. В этом случае осаждение пестицида на обрабатываемые растения, происходит в первую очередь за счет сил электрического притяжения. Применяются такие схемы в основном в вентиляторных опрыскивателях, аэрозольных генераторах, при обработке садовых и лесных насаждений, а также кустарников. Наибольшую эффективность такие машины имеют при использовании препаратов системного действия, однако при обработке полевых культур данный способ не нашел широкого применения ввиду технической сложности и повышенной энергоемкости.

Несмотря на обилие конструктивных решений повышения качества обработки и снижения потерь при опрыскивании, вопросы повышения эффективности сельскохозяйственных опрыскивателей не теряют своей актуальности. Решающее значение при этом имеют следующие факторы:

-          современная надежная техническая оснастка опрыскивающей техники;

-          грамотная эксплуатация всех функциональных систем опрыскивателя;

-          строгое соблюдение рекомендаций от изготовителей пестицидов;

-          технологическая настройка опрыскивателя с учетом факторов окружающей среды;

-          обоснованное применение технических решений, снижающих непроизводственные потери рабочей жидкости.

Основное направление совершенствования процесса внесения рабочей жидкости при опрыскивании, должно заключаться в разработке таких технологических способов, которые в значительной степени будут снижать полидисперсность в заданном диапазоне размеров капельных фракций, и при этом уменьшать возможность попадания пестицидов за пределы обрабатываемого участка.

Литература:

1.         ГОСТ 21507–81 Защита растений. Термины и определения.

2.         Веретенников Ю. М. Распыляй и властвуй / Веретенников Ю. М., Паремский И. Я., Овсянкина А. В. [Электронный ресурс]. URL: http://www.ng.ru/science/2009–06–10/13_watering.html

3.         ГОСТ Р 53053–2008 Машины для защиты растений. Опрыскиватели. Методы испытаний.

4.         Халанский, В. М. Сельскохозяйственные машины / В. М. Халанский, И. В. Горбачев. М.: КолосС, 2004. — 624 с.

5.         Lechler GmbH. Распылители для сельского хозяйства / Каталог L 2010, [Электронный ресурс]. URL: www.lechler-forsunki.ru