Дослідження якості розпилювачів

[Photo0]

ДОСЛІДЖЕННЯ ЯКОСТІ РОБОТИ СУЧАСНИХ РОЗПИЛЮВАЧІВ

 О.С.Барановський, канд. техн. наук, В.І.П’ятаченко, ст. наук співр.- ННЦ «ІМЕСГ», С.Є.Шатохін, пров. спец.- фірма “Lechler”(Німеччина) 

Викладено  результати експериментальних досліджень та обгрунтовано вибір типу та типорозміру сучасних розпилювачів залежно від технологічних параметрів процесу обприскування та метеорологічних умов роботи.

 Проблема.  Ефективність застосування пестицидів у значній мірі залежить від якості їх внесення. Залежно від того, наскільки якісно буде виконано обприскування, частка препарату, що потрапляє на рослини, утримується на них і ефективно використовується може змінюватись у декілька разів. При роботі обприскувача в оптимальних режимах норми внесення пестицидів можна зменшувати до 25-50 % без зниження біологічної ефективності обробок.  Але для цього потрібно правильно підібрати тип та типорозмір розпилювачів, адже обприскувачі, як правило, комплектуються декількома типами розпилювачів. Відсутність рекомендацій з вибору типу розпилювачів залежно від технологічних параметрів та метеорологічних умов призводить до втрат пестицидів.Аналіз останніх досліджень і публікацій. Розпилювачі різних типів та типорозмірів випускають багато провідних фірм: “Lechler” і “Agrotop” (Німеччина), “Spraying Systems Co.” (США)  [1-3] , “Hardi” (Данія) та інші.  В Україні розпилювачі випускались ВАТ “Львівагромашпроект”. Розпилювачі розробляються за умов забезпечення таких вимог [4]: - відхилення витрати рідини через окремий розпилювач від середньої витрати через усі розпилювачі на штанзі не повинне перевищувати ± 5 %;- максимальне відхилення щільності відкладень за шириною захвату штанги в окремій точці не повинне перевищувати більше, ніж  ± 15 %   середнього значення;- коефіцієнт варіації щільності відкладень за  шириною захвату в лабораторних умовах не повинен перевищувати 7 %.Відхилення від названих умов вважається дефектом розпилювача. За даними Федерального товариства сільськогосподарської техніки (ФРН)  [1] розпилювачі є найменш надійною складовою частиною обприскувачів, частота відмов яких у 2004 році становила 18,6 % від загальної кількості відмов польових обприскувачів.Будь- який обприскувач обов’язково повинен бути обладнаний розпилювачами одного типорозміру (одного кольору). Замінювати розпилювачі на нові потрібно при  відхиленні витрати через них від  табличного значення більше, ніж на 10 %. Для пластмасових розпилювачів фірми  “Lechler” таке відхилення має місце орієнтовно через  150 годин  роботи, а для розпилювачів з керамічною вставкою – через  300 годин роботи [5].  В найбільшій мірі зношуються розпилювачі із нержавіючої сталі.  Але в залежності від препарату та робочого тиску інтенсивність зношування розпилювачів може змінюватись.У каталогах продукції [1-3]  наведено дані з вибору типу і типорозмірів розпилювачів залежно від витрати робочої рідини, робочого тиску та швидкості руху агрегату. Крім того, каталог [1] містить залежності знесення робочої рідини для різних типорозмірів інжекторних розпилювачів типу ID. Мета досліджень. Обгрунтувати вибір типу та типорозміру сучасних розпилювачів залежно від технологічних параметрів процесу обприскування та метеорологічних умов роботи. ã О.С.Барановський, В.І.П’ятаченко, С.Є.Шатохін. Механізація та електрифікація сільського господарства. Вип. 91. 2007.
Результати досліджень. Найбільш розповсюдженеми є гідравлічні щілинні плоскоструменеві розпилювачі, які, в свою чергу, поділяються на звичайні, інжекторні,  зі зниженим дрейфом, подвійні, стрічкові та для внесення “під листя”.Вибір типу та типорозміру  розпилювачів у залежності від параметрів процесу обприскування та метеорологічних умов роботи розглядаються на прикладі розпилювачів фірми “Lechler”. При необхідності результати роботи  доповнювались дослідженнями розпилювачів інших фірм.  Звичайні плоскоструменеві розпилювачітипів LU  та SТ є найбільш універсальні і можуть за­стосовуватись при всіх видах суціль­ного обприскування. Основною їх особливістю є те, що вони забезпечу­ють відносно високу дисперсність розпилу. Розпилювачі типів LU  та SТ відрізняються між собою кутом факела розпилу (LU мають кут 90⁰ і 120°, SТ – 80⁰ і 110°) та стійкістю факела розпилу до знесення краплин вітром (LU вважа­ються більш стійкими).Відомо, що чим дрібніші крапли­ни, тим більший ступінь покриття препаратом рослинної поверхні, кра­ще утримання препарату на ній, про­никнення в тканину (листова аб­сорбція) та токсичність дії його на шкідливі організми. Але  з підви­щенням дисперсності розпилу збільшується і знесення його повітряними потоками в атмосферу, тобто знижу­ється ступінь осідання препарату на рослини, а звідси знижується і густо­та покриття, а, відповідно, при певних умовах роботи знижується і ефек­тивність використання препарату. Робота з розпилювачами типівLU  та SТ  з екологічних умов обмежується при відносно невеликому вітрі. Так, Федеральний біологічний комітет (ФРН), що відає допуском техніки і препаратів до використання, рекомендує, щоб у залежності від швидкості вітру (U) не менше 90 % розпиленої рідини (V₉₀) заключались в краплинах:U до 2 м/с – V₉₀ >130 мкм;U до 3м/с – V₉₀>140 мкм;U до 4м/с – V₉₀>160 мкм;U до 5 м/с – V ₉₀ >200 мкм.Для дотримання цієї умови розпи­лювачі типів LU  та SТ  не можна викори­стовувати при швидкості    вітру більшій,   ніж 3-4   м/с ( при  цьому робочий тиск не повинен перевищувати 0,3 МПа). Для забезпечення високоефективно­го використання пестицидів при об­прискуванні потрібно звести до  мінімуму знесення розпиленої рідини вітром.  При швидкості вітру 5 м/с за межі  ширини захвату обприскувача зі звичайними   плоскоструменевими розпилювачами зно­ситься до 20 % розпиленої рідини [4].Зменшити вплив вітру на знесення препарату можливо шля­хом використання обприскувачів з пнев­матичним осадженням краплин. Завдяки тому, що в цих обприскувачах краплини осаджуються повітря­ними потоками, що утворюються вен­тилятором, забезпечується можливість використання дрібніших, тобто більш ефективних краплин, поліпшується про­никнення їх у рослинний покрив та рівномірність обробки. За даними фірми “Hardi” [6] нижня частина листків при цьому обробляється у 2-5 рази більше, а знесення препарату досягається до 90 % менше порівняно зі звичайним обприскуванням. Це дозволяє виконувати обприскування при швидкості вітру до 9 м/с  в той час, коли звичайне обприскування допускається виконувати при швидкості вітру не більше, ніж 5 м/с.Підвищення швидкості осідання краплин сприяє та­кож зменшенню випаровування препа­рату. Повітря при цьому замінює части­ну води як носій, а відтак у 2-3 рази можна знижувати норму внесення ро­бочої рідини. Звідси менші затрати на заправлення та транспортування води.             Для вивчення впливу примусового осадження краплин на густоту покриття  проводились порівняльні випробування стандартних плоскоструменевих розпилювачів F 110-02 та F 110-04 фірми “Hardi”. Випробовування проводились при тиску робочої рідини 0,3 МПа та швидкості руху 6,4 км/год як з примусовим осадженням з використанням повітряних рукавів, так і без нього.  Витрата робочої рідини для розпилювачів F 110-02 становила 150 л/га, а для розпилювачів F 110-04 - 300 л/га.  Густота покриття краплинами поверхні і дисперсність розпилення визначались на паперових водочутливих картках  розміром 26х76 мм фірми “NOVARTIS” (Швейцарія),  коефіцієнт розтікання  краплин  на  яких 1,6.  Застосування паперових карток являє собою простий і швидкий спосіб візуального визначення результатів обприскування і порівняння ступеня осадження краплин при застосуванні різних типів розпилювачів і технологій обприскування. При цьому необхідно відзначити, що застосування паперових карток має певні обмеження, особливо при перенесенні результатів на реальні культури. Стан листової поверхні, її розміщення, шорсткість, стан воскового шару і, в кінцевому підсумку, сам стан посівів обумовлює значний вплив на проникнення краплин та  їх осідання на поверхнях, що обробляються, і тим самим на проникнення пестицидів у рослини. Тим не менш ця методика дозволяє проводити порівняльний аналіз густоти покриття поверхні і служить надійним способом  визначення результатів застосування різних технологій обприскування. Використання розпилювачів малих типорозмірів F 110-02 із більшою часткою дрібнокраплинних фракцій забезпечує більш швидке та надійне їх транспортування повітряним струменем до рослин. Додатковий фактор осадження краплин на поверхню вносить повітряний струмінь, який розхиляє рослини, за рахунок чого  покращується покриття поверхні (рис. 1 а, б). Ступінь покриття   карток при  примусовому осадженні становить 43 %, а без осадження – 30 %. При використанні розпилювачів більших типорозмірів F 110-04 вплив примусового осадження повітряним потоком значно менший. Крупні краплини, що мають стабільну траєкторію польоту, практично не реагують на дію повітряного струменя. Густота покриття збільшується, але не в такій мірі, як у дрібнокраплинних фракцій (64 % з осадженням та 57 %  без осадження) (рис. 1 в, г). При застосуванні примусового осадження не можна виключити коагуляцію краплин та їх скочування з поверхні рослин. 

а – розпилювач F 110-02  з осадженням,  витрата 150 л/га;  б - розпилювач F 110-02 без осадження,  витрата 150 л/га;  в - розпилювач F 110-04  з осадженням,  витрата 300 л/га;  г - розпилювач F 110-04 без осадження,  витрата 300 л/га. При застосуванні обприскувача з примусовим осадженням ОПО-2000 з використанням плоскоструменевих розпилювачів LU 120-02   при напорі    повітряного потоку   0,03 МПа, тиску робочої рідини 0,5 МПа та швидкості руху 8 км/год густота покриття краплинами поверхні збільшилась в 1,46 раза (від 37 шт/см² без осадження до 54 шт/см² з осадженням) [ 7 ].  При цьому  установлено, що зі зменшенням тиску рідини, тобто зі  збільшенням розміру краплин, вплив осаджуючого потоку знижується.Змен­шення знесення препарату при обпри­скуванні можна вирішити також шляхом застосування на обприскувачі інжекторних розпилювачів типів ID, IDN, IDK, IDKNдля суцільного та типу IS для стрічкового обприскування.  Особливістю інжекторних розпилю­вачів є те, що в них краплини наповню­ються повітрям і після осідання їх на по­верхню рослин лопаються. В результаті з однієї великої краплини утворюються декілька краплин значно меншого діаметра. Це дає змогу виконувати обпри­скування великими краплинами (400-600 мкм), які мало підлягають знесен­ню вітром, а рослини обробляються дрібними краплинами, які забезпечу­ють високу біологічну дію препарату. За даними фірми “Lechler”  знесення рідини в інжекторних розпи­лювачах до 90 % менше, ніж у звичай­них плоскоструменевих. Польовими порівняльними дослідженнями визначено вплив робочого тиску, швидкості руху агрегату та висоти установки штанги на спектр краплин, що осіли, різних типів розпилювачів фірми “Lechler”. Дослідження проводились  при витраті робочої рідини 300 л/га з використанням стандартного плоскоструменевого антидрейфового розпилювача  LU 120-04 і компактного інжекторного IDK 120-04.    При    цьому варіювались тиск і швидкість руху, відповідно 0,3 МПа  і 6,4 км/год для LU 120-04  та 0,5 МПа і 8 км/год для IDK 120-04 при підвищеній установці штанги відносно поверхні, що обробляється. Краплини, що осіли, стандартного плоскоструменевого розпилювача показують значно більш широкий спектр краплин за розмірами, ніж інжекторного. При застосуванні розпилювачів LU 120-04 у діапазоні підвищеного тиску збільшується у спектрі розпилу кількість дрібних краплин, які схильні до знесення. Знесення краплин збільшується зі збільшенням висоти розпилення (висоти установки штанги). Щільність покриття поверхні значно зменшується, хоча витрата робочої рідини залишається однаковою. Обумовлені підвищеним тиском і високою швидкістю руху, а також великою висотою розпилення, частина краплин зноситься і не осідає на поверхню, що обробляється (рис. 2 а, б).При застосуванні інжекторних розпилювачів IDK120-04 цей ефект виражається не так явно. Інжекторні розпилювачі мають в спектрі розпилу більше крупнокраплинних фракцій, які мають кращу стабільність і стійкість проти знесення вітром. З іншого боку, зменшення у спектрі дрібнокраплинних фракцій знижує ризик знесення цієї частини краплин. Проте використання інжекторних розпилювачів при несприятливих умовах  (тиск 0,5 МПа, швидкість руху 8 км/год і велика висота розпилення) призводять також до підвищеного знесення краплин. Порівняння карток розпилу інжекторних розпилювачів показує (рис. 2 в, г), що відмінність результатів обробки  (густота покриття і розміри відбитків) не так різко виражені як у стандартних плоскоструменевих розпилювачів LU 120-04. 

               а –  розпилювач LU 120-04, тиск 0,3 МПа, швидкість руху 6,4 км/год, стандартна висота розпилення;                      б–  розпилювач LU 120-04, тиск 0,5 МПа, швидкість руху 8,0 км/год, збільшена  висота розпилення;                      в – розпилювач IDK 120-04, тиск 0,3 МПа, швидкість руху 6,4 км/год, стандартна висота розпилення;                      г–  розпилювач  IDK 120-04, тиск 0,5 МПа, швидкість руху 8,0 км/год, збільшена  висота розпилення.Порівняння роботи стандартних плоскоструменевих та інжекторних розпилювачів проводились також при зниженні робочого тиску до 0,1 МПа. Обробка проводилась на швидкості руху 5,5 км/год, що спричинило зменшення витрати робочої рідини до 200 л/га. В той час як розпилювачі LU 120-04 показують і при цьому тиску ще відносно рівномірне покриття листової поверхні (рис. 3 а), розпилення інжекторними розпилювачамиIDK 120-04 погіршується, збільшується нерівномірність (рис. 3 б). Це пояснюється, крім всього іншого, і тим, що  процес інжекції при тиску 0,1 МПа знаходиться вже у неоптимальній робочій зоні. Фракція великих краплин зростає, а середніх і дрібних стає недостатньою для рівномірного покриття поверхні рослин. При цьому збільшується небезпека зниження біологічної ефективності дії пестицидів внаслідок недостатньої густоти і великої нерівномірності покриття оброблюваної поверхні. Несприятливі метеорологічні умови, такі як низька вологість і підвищена температура повітря, можуть підсилити цей несприятливий ефект.  Як для великих, так і для малих перерізів вихідних отворів розпилювачів витрата робочої рідини у значній мірі  впливає на ступінь покриття оброблюваної поверхні. Проведеними      результатами порівняльного обробітку стандартними плоскоструменевими розпилювачами     ST 110-02 та інжекторними крупнокраплинними ТТІ 110-02TeeJet фірми “Spraying Systems Co.” при швидкості обробітку 6,4 км/год, робочому тиску 0,3 МПа і витраті робочої рідини    150 л/га установлено, що ступінь покриття інжекторних розпилювачів ТТІ 110-02 TeeJet при тиску 0,3 МПа значно знижується, внаслідок недостатнього об’єму розпилюваної рідини, що проявляється великими пропусками на картках (рис. 4 а, б). Це може призвести до зниження  біологічної ефективності дії пестицидів.          

 Більш повне і рівномірне покриття поверхні можна досягнути завдяки використанню інжекторних розпилювачів із подвійним струменем із застосуванням комбінованих байонетних головок TwinSprayCap. Порівняльні випробування інжекторних розпилювачів IDK 120-04 без використання та IDK 120-02 із застосуванням комбінованих байонетних головок TwinSprayCap проводились при тиску робочої рідини 0,3 МПа,    витраті рідини 300  л/га   і  швидкості руху 6,4 км/год. Струмені, які виходять з розпилювачів, що знаходяться під кутом 30⁰ за і проти напрямку руху, охоплюють поверхню рослин двічі і мають при цьому більш дрібнокраплинне розпилення. Подвійний струмінь при однаковій нормі витрати робочої рідини створює кращу густоту покриття і, тим самим, поліпшує біологічну ефективність обробки. Ступінь покриття карток при обприскуванні з  використанням інжекторних розпилювачів IDK 120-04 становить 39 %, а подвійним струменем – 57 % (рис. 5 а, б). Використання такої технології – обробка колосу зернових культур, картоплі, овочевих культур, що важко обробляються (морква та цибуля) або спеціальне застосування при обробці гербіцидами. Використання інжекторних розпи­лювачів показало їх перевагу також при обробці рослин з щільною листовою по­верхнею навіть при незначному вітрі за рахунок більшого проникнення краплин у середину рослинного покриву та осідан­ня їх на нижніх ярусах  і нижній стороні листків рослин. 

ми розпилювачамичами. Поряд  зі   зни­женням  знесення краплин розпилю­вачі типу АD менш чутливі до зас­мічення, завдяки більшому діаметру вихідного отвору при однаковій хви­линній витраті рідини. Окрім цього, ці розпилювачі мають підвищену зно­состійкість завдяки оптимальному розподілу потоків рідини між двома розпилюючими отворами. Кут факела в цих розпилювачах складає 120°. Екологічно безпечна робота з та­кими розпилювачами досягається при швидкості вітру до 5,0 м/с.Слід відзначити, що розпилювачі типів LU, <span style="font-size: