Мировые лидеры разработок

СОСТОЯНИЕ И ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ ДО 2014ГОДА

О.С.Барановський, канд. техн. наук, С.Є.Шатохин, пров.спец.- фирма "Lechler" (Германия)

Мировые лидеры из разработки и изготовления машин для защиты растений в последнее время выпускают опрыскиватели с большим типорозмірним рядом базовых параметров (вместимость бака, ширина захвата), что позволяет минимизировать расходы на опрыскивание.
Да, фирма "Amazone" выпускает начіпні опрыскиватели с вместимостью бака от 600 до 1200 л и шириной захвата штанги от 10 до 24 метров, а прицепные - с вместимостью бака от 2000 до 4500 л и шириной захвата от 12 до 36 м. Фирма "Berthoud" (Франция) навесные опрыскиватели выпускает с вместимостью бака от 800 до 3200 л, шириной захвата от 12 до 30 м, а прицепные с вместимостью бака от 2500 до 4000 л и шириной захвата от 28 до 42 м.
Фирма "Dubex" (Голландия) выпускает начіпні опрыскиватели с вместимостью бака от 700 до 1100 л, шириной захвата от 12 до 24 м, а прицепные - с вместимостью бака от 1200 до 6000 л и шириной захвата от 27 до 36 м. Фирма "Damman" (Германия) выпускает опрыскиватели с диапазоном вместимости бака от 2.000 до 20.000 л и шириной захвата от 10 до 40 м .
Всего ведущие фирмы выпускают больше чем по 10 модификации опрыскивателей, а больше всего "Hardi" (Дания) - 54 модификации.
Согласно результатов исследований ННЦ "ІМЕСГ" за счет оптимизации базовых параметров опрыскивателя к конкретным условиям работы экономия приведенных расходов составляет от 2 до 7 грн/а.
Главным же направлением развития технологий и технических средств для защиты растений является повышение эффективности и экологической безопасности использования пестицидов за счет улучшения качества их внесения и уменьшения потерь.
В этом плане в последнее время, буквально за два последних года, в опрыскивателях реализованы новые технологии нанесения препарата на растения и новые рабочие органы, новые технологические схемы работы, которые обеспечивают значительное повышение эффективности использования пестицидов и уменьшения их потерь.
Известно, что с уменьшением размеру капель повышается биологическое действие препарата, но при этом увеличивается снесение препарата в атмосферу. С целью уменьшения величины действию этого противоречия разработаны и уже широко внедрены в производство принципиально новые пневмогидравлические распылители, особенностью которых считается то, что в них в определенной мере решенный вопрос повышения биологической эффективности крупных капель за счет того, что эти капли частично наполняются воздухом и после оседания на поверхности растений лопаются.
В результате из одной капли относительно большого размера образуются несколько капель значительно меньшего размера.
Таким образом, опрыскивание выполняется крупными каплями, которые имеют высокую степень оседания, а растения обрабатываются высокоэффективными мелкими каплями.
Фирмой "Dosiertechnik" (Германия) разработанная система раздельной подачи воды и препарата с приготовлением рабочей жидкости заданной концентрации в гидравлической коммуникации опрыскивателя во время выполнения рабочего процесса. Суть ее заключается в том, что в баке опрыскивателя находится чистая вода, а препарат - в отдельной вместимости и во время работы в специальном устройстве, куда под давлением подается вода, образуется рабочая жидкость заданной концентрации, которая дальше подается к распылителям.
Это позволяет избежать потерь препарата, которые имеют место в результате остатка рабочей жидкости в баке опрыскивателя после окончания обработки поля, при непредвиденных долгосрочных остановках работы, при промывании опрыскивателя. Кроме этого, при новой системе приготовления рабочей жидкости улучшаются санитарно-гигиенические условия работы оператора поскольку меньшая часть узлов контактирует с пестицидом.
Раздельная подача воды и препарата открывает перспективу для выполнения опрыскивания с переменной нормой затраты препарата и комбинации нескольких препаратов во время опрыскивания.
Фирма "Lechler" (Германия) разработала пневматические отсечные устройства с четырьмя распылителями, каждый из которых два или три вместе в любой последовательности могут включаться в работу или исключаться оператором из кабины трактора во время работы опрыскивателя. Это позволяет во время работы изменять норму затраты или дисперсность распиловки без изменения рабочего давления, которое дает возможность выбирать оптимальные режимы работы в зависимости от изменения метеорологических факторов или степени зараженности растений вредными организмами.
Фирма "Amazone" предложила новую технологическую схему опрыскивателя, в которой коллектор с отсечными устройствами во время работы опрыскивателя на "перелив" находится под давлением более низким того, при котором включаются в работу отсечные устройства. Это уменьшает время вхождения опрыскивателя в заданный режим работы, которая также способствует улучшению качества опрыскивания и снижению потерь препарата.
Практически все современные опрыскиватели комплектуются бортовым компьютером или блоком управления с исполнительными, сигнальными и информационными функциями. Отличаются между собой компьютеры, в основном, количеством контролируемых параметров. Да, бортовые компьютеры "Djsitron" фирмы "Holder" (Германия) обеспечивают регулирование нормы затраты рабочей жидкости в зависимости от скорости движения путем изменения рабочего давления.
В бортовых компьютерах "Hardi Monitor" фирмы "Hartvig Jenzen"[4], "Quantotron" и "Quantotronik" фирмы "Рау-агротехник" (Германия) [5, 6, 7, 8], "Spray - Control S" фирмы "Muller Elektronik" (Германия) [8, 9],"SPRAY - Control R" фирмы "BBG" (Германия) "Bravo-2001" фирмы "Arag" (Италия ) и других регулирование нормы внесения рабочей жидкости в зависимости от скорости движения агрегата осуществляется путем изменения затраты.
К машинам нового поколения можно отнести опрыскиватели с пневматическим осаждением капель, которые в последнее время начали изготовлять все ведущие фирмы . В таких опрыскивателях жидкость распылится на более мелкие сравнительно с обычными опрыскивателями капли, которые осаждаются на растения воздушным потоком, который образуется вентилятором.
При этом улучшаются проникновения капель в растительный покров и равномерность обработки ими растений. По данным фирмы "Hardi" нижняя часть листков при этом обрабатывается в 2-5 раз больше, а снесение препарата достигается к 90енше сравнительно с обычным опрыскиванием. Это позволяет выполнять опрыскивание при скорости ветра до 8 м/с в то время, когда обычное опрыскивание допускается выполнять при скорости ветра не больше 5 м/с.
Кроме этого, воздух заменяет часть воды в качестве носителя, что позволяет в 2-3 разы уменьшать норму внесения рабочей жидкости. Отсюда меньшие расходы времени на заправку и транспортировку воды.
За данным фирмы "RAU" (Германия) пневматическое осаждение капель позволяет до 50 повышать рабочую скорость опрыскивателя. Но следует заметил, что принудительное осаждение капель воздушным потоком эффективное только при высокой дисперсности распиловки, потому что большие капли, в основном больше 350 мкм, при действии на них воздушного потока в большей мере скатываются из листков на землю и таким образом заключенный в них препарат теряется.
А учитывая то, что объем жидкости, которая заключается в капле, зависит от ее диаметра в кубе, то в больших каплях теряется и значительное количество препарата. Например, если оптимальными за эффективностью являются капли діаметром 100 мкм, а из листка скатывается капля с диаметром 500 мкм, то это значит, что в данном случае теряется такое количество препарата, которое заключается в 125 каплях оптимального размера.
Поэтому гидравлические распылители, которые имеют относительно высокую полидисперсность распиловки, то есть в распиловке которых всегда есть капли с большим диаметром (больше 350 мкм), не являются оптимальными для применения их в опрыскивателях с принудительным осаждением капель.
В этом плане перспективным разработан в ННЦ "ІМЕСГ" опрыскиватель с пневмогидравлической системой дозирования и пневмомеханической распыленностью жидкости.
В предложенной системе дозирования жидкости через откалиброванное отверстие происходит не на один распылитель, как это делается во всех известных опрыскивателях, а на группу или даже на все распылители. Дальше віддозована жидкость распыляется, в аэрозольном состоянии смешивается с воздухом и в состоянии воздушно-жидкостной смеси, объем которой может в сотне раз превышать объем самой жидкости, подается к распылителям. Благодаря этому достигается возможность надежного дозирования жидкости к отдельным распылителям при, практически, неограниченно малых нормах их затраты.
В пневмомеханическом распылителе (Патент Украины № 18316) жидкость распыляется с помощью чашеобразного диска, который приводится во вращение воздушно-жидкостной струей, которая образуется в пневмогидравлическом дозаторе жидкости. Образованные при восхождении жидкости из кромки диска капли принудительно осаждаются в растительный покров с помощью воздушного потока, который выходит из распылителя в виде конечного струе с начальным углом расширения 120о.
Результаты исследований такого распылителя показали, что при режимах мало- и ультрамалооб'ємного опрыскивания (норма затраты жидкости от 5 л/а до 50 л/а) он обеспечивает регулирование медианно-массового диаметра капель в пределах
от 40 мкм до 200 мкм.
Неравномерность распределения жидкости по ширине захвата опрыскивателя, которая является важным показателем качества опрыскивания, в основном, зависит от неравномерности затраты ее распылителями, как между собой, так и во времени, характеру эпюры факелу распиловки, шага размещения на штанге, высоты расположения распылителей и стабилизации положения штанги относительно поверхности, которая обрабатывается.
Современные распылители обеспечивают равномерность дозирования в пределах, которые допускаются агротребованиями, то есть отклонение затраты жидкости отдельными из них от среднего значения не превышает 5 .
Треугольная или близкая к ней форма факелу распиловки, которую образуют щелевые распылители, при соответствующих значениях шага и высоты расположения распылителей обеспечивает коэффициент вариации отложений в пределах до 20 Но в производственных условиях неравномерность распределения жидкости по ширине захвата штангового опрыскивателя достигает от 50 о 60 Причиной этому есть недостаточный уровень стабилизации положения штанги. Поэтому в последнее время в этом направлении появляются новые технические решения.
Все известные системы стабилизации положения штанги можно классифицировать таким образом: пассивная стабилизация, пассивная стабилизация с активной корректировкой и активная или автоматическая стабилизация. При пассивной стабилизации выравнивания положения штанги осуществляется за счет силы веса без действия дополнительных сил. Пассивная стабилизация с корректировкой отличается от предыдущей тем, что в ней на положение штанги влияют с помощью механизмов, которые действуют от дополнительных сил.
При активной стабилизации нужное положение штанги достигается за счет действия на нее сил, связанных с базовой поверхностью для положения штанги, то есть поверхностью земли или растительного покрова.
Типичными примерами пассивной стабилизации являются устройства с применением амортизаторов, маятнику и паралелограмні механизмы.
Современной системой активной стабилизации положения штанги является конструкция с использованием бесконтактных датчиков расстояния, которые устанавливаются на штанге, данные от которых обрабатываются на микропроцессорах и при определенном отклонении штанги от заданного положения приводится в действие исполнительный механизм, который возвращает штангу в нужное положение. Внедрение активных систем стабилизации в практику сдерживается через их сложность.
В последнее время прошел широкую производственную проверку и показал хорошие результаты механизм стабилизации положения штанги, разработанный в ННЦ "ІМЕСГ". В этом механизме штанга опирается на криволинейную поверхность, которая жестко связана с вертикальной рамкой опрыскивателя и зафиксирована с помощью рычага, длина которого регулируется, от горизонтального перемещения.
С обеих сторон штанга с помощью тросов с пружинами прикреплена к "мертвой" точке опрыскивателя, то есть к точке, которая во время работы в наименьшей степени изменяет свое положение. Благодаря этому колебание опрыскивателя в процессе работы на штангу не передается, а штанга также зафиксирована от отклонений, то есть не может колебаться. Такие штанги изготовляются на опытном заводе ДКТБ ННЦ "ІМЕСГ" и имеют большой спрос.
Развитие конструкций опрыскивателей идет также в направлении повышения их производительности. С этой целью увеличивается вместимость бака и ширина захвата опрыскивателей, все более широкое приложение находят самоходные опрыскиватели, повышается надежность и долговечность работы, а также их оборудуют устройствами, которые обеспечивают удобство, комфорт работы оператора и повышают производительность работы в целом.
Это, в частности, устройство для загрузки пестицидов, самоочисні фильтры, многопозиционные отсечные устройства, которые позволяют быстро перенастраивать опрыскиватель на норму излияния, устройства для быстрого заполнения бака, маркеры. Некоторые опрыскиватели оборудованы ветрозащитными щитками или специальными диффузорами.
В широком ассортименте зарубежными фирмами предлагаются самоходные опрыскиватели. Это, в частности, фирмы "BBG" (Германия), "Мalroy", "Hardі" (Дания), "Baridelli", "John Deere", "Cleanacres machinery" (Англия), "Naut", "Duven", "Cambetti Barre", "Matrot" и другие, В большинстве из этих машин на высоком техническом уровне решенные вопросы повода колес, стабилизации штанги, управления процессом и контроль за качеством работы выполняется с широким использованием автоматических устройств.
Так, например, самоходный опрыскиватель фирмы "BBG" S - 400 имеет гидравлический повод на все колеса, что позволяет значительно увеличить клиренс машины, тандемные шасси, которые позволяют на половину уменьшить влияние неравномерности почвы на колебание опрыскивателя и улучшают возможность применения опрыскивателя на склонах.
Опрыскиватель имеет гидравлическое регулирование ширины колеи, оборудованный бортовым компьютером, кондиционером, который создает экологически безопасные условия работы оператора.
Самоходные опрыскиватели Атлас фирмы Clinakers meshenery LTD имеют мост с управляемыми колесами, что обеспечивает небольшой радиус поворота (до три метра). Кабина этих опрыскивателей оснащена кондиционером, углеродной фильтрацией, подогревателем, стерео магнитофоном и удобным сидением.
Самоходные опрыскиватели позволяют от 10 о 20 більшити рабочую скорость за счет уменьшения влиянию на неравномерность обработки неравенств почвы, а главным их преимуществом являются меньшие расходы времени на переезды. Но следует заметил, что самоходные опрыскиватели эффективны при использовании их в специализированных отрядах по опрыскиванию с.-г. культур в хозяйствах и машинно-технологических станциях, то есть там, где есть большой объем работ и необходимость в переездах на значительные расстояния.
Исследования способов и технических решений для принудительного осаждения капель выполнялись путем анализа литературных данных и патентно-лицензионного поиска. При этом были выявлены основные способы и технические решения для осаждения капель, которые нашли практическое приложение.
Наибольшего распространения получил способ, в котором на капли действуют искусственно созданным воздушным потоком, который и несет капли к поверхности, которая обрабатывается. По такому принципу работают опрыскиватели, которые оборудованы вентиляторами и гибкими рукавами, из которых через отверстия или специальные форсунки воздуха выходит под давлением и осаждает капли, которые выходят из впереди расположенных распылителей. Особенности таких опрыскивателей описаны выше.
Осаждение капель выполняется также электростатическими методами. Суть этих методов заключается в том, что капли заряжают плюсовым зарядом, после чего они притягиваются к отрицательно заряженной поверхности растений.
По такому принципу работает опрыскиватель фирмы "Ай-Сі-Ай" под названием "Электродин", который имеет возможность управлять каплями в диапазоне от 40 мкм до 200 мкм. При этом жидкость распылится электродинамическим методом и капли заряжаются зарядом высокого напряжения (20000 В), из-за чего электропроводимость и вязкость жидкости должна быть в соответствующих пределах, которым отвечают только растворы на масляной основе.
Более доступный для практических целей комбинированный тип распылителя "APE-80", который разработала фирма "Rotometed". Этот распылитель сочетает модифицированный завихрювальний диск с генератором высокого напряжения. При этом диск позволяет использовать смеси как на масляній, так и на водяной основе, благодаря тому, что для образования капель не нужно сильное электрическое поле. Для зарядки капель в этом распылителе используется метод лоропної зарядки.
Однако на культурах с плотным растительным покровом заряженные капли проникают в середину покрова гораздо меньше чем при обычных гидравлических распылителях.
В штате Джорджия (США) профессором С.Е.Ло разработан комбинированное устройство, которое включает вентиляторний распыляющий рабочий орган и генератор высокого напряжения. В этом случае заряженные капли лучше проникают в растительный покров.
Известны также и другие модели устройств для распыленности или осаждения капель с использованием генераторов высокого напряжения. Однако эти работы, в основном, выполнялись в 70-80 годах и практически применения к этому времени не нашли.
Причиной этому есть сложность конструкции, значительная зависимость качества обработки от состояния культуры и атмосферы, такие устройства нуждаются сложной системы защиты оператора. Капли, которые осели, распределяются неравномерно по растительной поверхности, большая часть оседает по краям листков. Поэтому ученые работают над новыми методами осаждения.
В результате в последнее время появились пневмогидравлические распылители, которые выполняют опрыскивание по новой технологии.
В целом из результатов поисковых исследований можно сделать вывод о том, что на данное время вопроса увеличения степени оседания капель на растения является актуальным. Для решения его предложено несколько вариантов способов и технических решений. Причем наибольшее распространение получили комбинированные способы с использованием воздушных струй. Но каждое из них имеет как преимущества, так и существенные недостатки.
Поэтому дальше проводились теоретические исследования распространения и затухания жидкостных и воздушных струй с целью обоснования оптимального технического решения для повышения эффективности использования пестицидов.
Анализ состояния технологий и технических средств защиты растений показал, что повышения эффективности использования пестицидов и экологической безопасности их приложения возможны за счет увеличения степени оседания капель и улучшения равномерности обработки растений. способов и технических решений для увеличения степени оседания капель показали, что для этой цели на данном этапе является перспективными и получили наибольшее распространение такие:
 применение в опрыскивателях распылителей, в которые под давлением подается воздух (пневмогидравлические с наддувом);
 применение инжекторных распылителей;
осаждение капель с помощью воздушных потоков, которые создаются вентилятор;
 пневмомеханические распылители;
 применение разного рода защитных устройств.
Анализ каждого из этих способов и технических решений для их реализации показал, что все они рядом с преимуществами имеют и недостатки сравнительно с обычными гидравлическими распылителями.
Так, что касается пневмогидравлических распылителей с наддувом или инжекторных, то, как известно, с подачей воздуха в распылителе как принудительно, так и за счет инжекции, увеличивается полидисперсность капель. Это приводит к снижению биологической эффективности действия препарата за счет наличия в спектре распиловки грубых капель, которая подтверждается данными, изложенными в проспектах фирмы "Hardi" (Дания). Поэтому эффективнее является осаждение капель с помощью воздушных потоков, которые образуются вентилятором.
При этом способе используются более высокодисперсные распиловки, которые обеспечивают лучшую биологическую эффективность действия препарата, а воздушные струи обеспечивают осаждение этих капель в растительный покров и распределение их внутри этого покрова. Более детально преимущества этого способа осаждения описаны выше. Но этот способ не является универсальным и тоже имеет существенные недостатки.
Да, при внесении грунтовых гербицидов или при опрыскивании полей с небольшим растительным покровом капли вместе с воздушным потоком отражаются от земли и сносятся в атмосферу. Наличие воздушного потока способствует скатыванию капель из листков растений, особенно относительно крупных, которые несут в себе значительную часть препарата.
Опрыскиватели с пневматическим осаждением сложны за конструкцией, поскольку нуждаются автономную гидросистему для повода вентилятора. Кроме этого, наличие воздушных рукавов увеличивает парусность штанги, которая в свою очередь нуждается ферм с повышенной прочностью на сгибание.
В этой связи, нами были предложены научная гипотеза и техническое решение для повышения степени осаждения рабочей жидкости, которые максимально учитывают преимущества известных способов пневматического осаждения и исключают недостатки каждого из них. Суть их заключается в том, чтобы увеличить скорость оседания капель без влияния на их дисперсность, потому что, как раньше было сказано, в пневмогидравлических распылителях из-за наличия в них воздуха значительно увеличивается показатель полидисперсности.