испытания качества распылителей

 УДК 632.934.1: 632.982.1
ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА РАБОТЫ СОВРЕМЕННЫХРАСПЫЛИТЕЛЕЙ
О.С.Барановський, канд. техн. наук, В.І.П'ятаченко, ст.наук співр.- ННЦ "ІМЕСГ", С.Є.Шатохін, пров. спец.-фирма "Lechler" (Германия)
Изложены результаты экспериментальныхисследований и обоснован выбор типа и типорозмірусовременных распылителей в зависимости оттехнологических параметров процесса опрыскивания иметеорологических условий работы.
Проблема. Эффективность применения пестицидов взначительной мере зависит от качества их внесения. Взависимости от того, насколько качественно будетвыполнено опрыскивание, часть препарата, которыйпопадает на растения, удерживается на них иэффективно используется может изменяться внесколько раз. При работе опрыскивателя воптимальных режимах нормы внесения пестицидовможно уменьшать до 25-50 ез снижение биологическойэффективности обработок.
Но для этого нужно правильно подобрать тип итипорозмір распылителей, ведь опрыскиватели, какправило, комплектуются несколькими типамираспылителей. Отсутствие рекомендаций из выбора типараспылителей в зависимости от технологическихпараметров и метеорологических условий приводит кпотерям пестицидов.
Анализ последних исследований и публикаций.Распылители разных типов и типорозмірів выпускаютмного ведущих фирм: "Lechler" и "Agrotop" (Германия),"Spraying Systems Co". (США) [1-3], "Hardi" (Дания) идругие. В Украине распылители выпускались ОАО"Львівагромашпроект". Распылители разрабатываютсяпри условиях обеспечения таких требований [4]:
- отклонение затраты жидкости через отдельныйраспылитель от средней затраты через все распылителина штанге не должно превышать ± 5 ;
- максимальное отклонение плотности отложений зашириной захвата штанги в отдельной точке не должнопревышать больше, чем ± 15 среднего значения;
- коэффициент вариации плотности отложений зашириной захвата в лабораторных условиях не долженпревышать 7 .
Отклонение от названных условий считается дефектомраспылителя. По данным Федерального обществасельскохозяйственной техники (ФРГ) [1] распылителиявляются наименее надежной составной частьюопрыскивателей, частота отказов которых в 2004 годупредставляла 18,6 ід общего количества отказов полевыхопрыскивателей.
Будь- какой опрыскиватель обязательно должен бытьоборудован распылителями одного типорозміру (одногоцвета). Заменять распылители на новые нужно приотклонении затраты через них от табличного значениябольше, чем на 10 Для пластмассовых распылителейфирмы "Lechler" такое отклонение имеет местоориентировочно через 150 часы работы, а дляраспылителей с керамической вставкой - через 300 часыработы [5]. В наибольшей мере изнашиваютсяраспылители из нержавеющей стали.
Но в зависимости от препарата и рабочего давленияинтенсивность изнашивания распылителей можетизменяться.
В каталогах продукции [1-3] приведены данные извыбора типа и типорозмірів распылителей в зависимостиот затраты рабочей жидкости, рабочего давления искорости движения агрегата. Кроме того, каталог [1]содержит зависимости снесения рабочей жидкости дляразных типорозмірів инжекторных распылителей типа ID.
Цель исследований. Обосновать выбор типа итипорозміру современных распылителей в зависимостиот технологических параметров процесса опрыскиванияи метеорологических условий работы.
 О.С.Барановський, В.І.П'ятаченко, С.Є.Шатохін.Механизация и электрификация сельского хозяйства.Вип. 91. 2007.
Результаты исследований. Наиболее розповсюдженеми есть гидравлические щелевые плоскоструменеві распылители, которые, в свою очередь, разделяются на обычные, инжекторные, со сниженным дрейфом, двойные, ленточные и для внесения "под листья".
Выбор типа и типорозміру распылителей в зависимости от параметров процесса опрыскивания и метеорологических условий работы рассматриваются на примере распылителей фирмы "Lechler". При необходимости результаты работы дополнялись исследованиями распылителей других фирм. Обычные плоскоструменеві распылители типов LU и SТ наиболее универсальны и могут за¬стосовуватись при всех видах сплошняком¬ного опрыскивание. Основной их особенностью является то, что они обеспечу¬ють относительно высокую дисперсность распиловки.
Распылители типов LU и SТ отличаются между собой углом факела распиловки (LU имеют угол 900 и 120°, SТ - 800 и 110°) и стойкостью факела распиловки к снесению капель ветром (LU вважа¬ються более стойкими).
Известно, что чем более мелкие крапли¬ни, тем большая степень покрытия препаратом растительной поверхности, кра¬еще содержание препарата на ней, о¬никнення в ткань (листовая аб¬сорбция) и токсичность действия его на вредные организмы. Но из підви¬щенням дисперсности распиловки увеличивается и снесение его воздушными потоками в атмосферу, то есть пожму¬ється степень оседания препарата на растения, а отсюда снижается и густо¬и покрытие, а, соответственно, при определенных условиях работы снижается и ефек¬тивність использования препарата.
Работа с распылителями типов LU и SТ из экологических условий ограничивается при относительно небольшом ветре.
U до 2 м/с - V90 >130 мкм;
U к 3м/с - V90>140 мкм;
U к 4м/с - V90>160 мкм;
U до 5 м/с - V 90 >200 мкм.
Для соблюдения этого условия разпылители типов LU и SТ нельзя викори¬стовувати при скорости ветра больше, чем 3-4 м/с ( при этом рабочее давление не должно превышать 0,3 МПа).
Для обеспечения высокоэффективно¬го использования пестицидов при о¬прискуванні нужно возвести к минимуму снесение распыленной жидкости ветром. При скорости ветра 5 м/с за пределы ширины захвата опрыскивателя с обычными плоскоструменевими распылителями зно¬ситься до 20 озпиленої жидкости [4].
Уменьшить влияние ветра на снесение препарата возможно шля¬хом использования опрыскивателей из пнев¬матичним осаждением капель. Благодаря тому, что в этих опрыскивателях капли осаждаются воздух¬ими потоками, которые образуются вен¬тилятором, обеспечивается возможность использования более мелких, то есть более эффективных капель, улучшается о¬никнення их в растительный покров и равномерность обработки.
По данным фирмы "Hardi" [6] нижняя часть листков при этом обрабатывается в 2-5 разы больше, а снесение препарата достигается до 90 енше сравнительно с обычным опрыскиванием. Это позволяет выполнять опрыскивание при скорости ветра до 9 м/с в то время, когда обычное опрыскивание допускается выполнять при скорости ветра не больше, чем 5 м/с. Повышения скорости оседания капель способствует и¬кож уменьшению испарения препа¬рату.
Воздух при этом заменяет части¬ну воды как носитель, а следовательно в 2-3 разы можно снижать норму внесения ро¬бочої жидкости. Отсюда меньшие затраты на заправляние и транспортировку воды.
Для изучения влияния принудительного осаждения капель на густоту покрытия проводились сравнительные испытания стандартных плоскоструменевих распылителей F 110-02 и F 110-04 фирмы "Hardi". Испытания проводились при давлении рабочей жидкости 0,3 МПа и скорости движения 6,4 км/ч как с принудительным осаждением с использованием воздушных рукавов, так и без него. Затрата рабочей жидкости для распылителей F 110-02 представляла 150 л/а, а для распылителей F 110-04 - 300 л/а.
Густота покрытия каплями поверхности и дисперсность распыленности определялись на бумажных водочувствительных карточках размером 26х76 мм фирмы "NOVARTIS" (Швейцария), коэффициент растекания капель на каких 1,6. Применение бумажных карточек являет собой простой и быстрый способ визуального определения результатов опрыскивания и сравнения степени осаждения капель при применении разных типов распылителей и технологий опрыскивания.
При этом необходимо отметить, что применение бумажных карточек имеет определенные ограничения, особенно при перенесении результатов на реальные культуры. Состояние листовой поверхности, ее размещения, шероховатость, состояние воскового слоя и, в конечном итоге, само состояние посевов обусловливает значительное влияние на проникновения капель и их оседания на поверхностях, которые обрабатываются, и тем же на проникновение пестицидов в растения.
Тем не менее эта методика позволяет проводить сравнительный анализ густоты покрытия поверхности и служит надежным способом определения результатов применения разных технологий опрыскивания.
Использование распылителей малых типорозмірів F 110-02 с большей частью дрібнокраплинних фракций обеспечивает более быструю и надежную их транспортировку воздушной струей к растениям. Дополнительный фактор осаждения капель на поверхность вносит воздушную струю, которая розхиляє растения, за счет чего улучшается покрытие поверхности (рис. 1 а, б). Степень покрытия карточек при принудительном осаждении представляет 43 а без осаждения - 30 .
При использовании распылителей больших типорозмірів F 110-04 влияние принудительного осаждения воздушным потоком значительно меньший. Крупные капли, которые имеют стабильную траекторию полета, практически не реагируют на действие воздушной струи. Густота покрытия увеличивается, но не в такой мере, как у дрібнокраплинних фракций (64 осаждением и 57 без осаждения) (рис. 1 в, г). При применении принудительного осаждения нельзя исключить коагуляцию капель и их скатывание из поверхности растений.
При применении опрыскивателя с принудительным осаждением ОПО- 2000 с использованием плоскоструменевих распылителей LU 120-02 при напоре воздушного потока 0,03 МПа, давления рабочей жидкости 0,5 МПа и скорости движения 8 км/ч густота покрытия каплями поверхности увеличилась в 1,46 раза (от 37 шт/см2 без осаждения до 54 шт/см2 с осаждением) [ 7 ]. При этом установлено, что с уменьшением давлению жидкости, то есть с увеличением размера капель, влияние осаждающего потока снижается.
Змен¬шення снесения препарата при обпри¬скуванні можно решить также путем применения на опрыскивателе инжекторных распылителей типов ID, IDN, IDK, IDKN для сплошного и типа IS для ленточного опрыскивания. Особенностью инжекторных розпилю¬вачів является то, что в них капли наполню¬ються воздухом и после оседания их на по¬верхнюю растений лопаются. В результате из одной большой капли образуются несколько капель значительно меньшего диаметра.
Это дает возможность выполнять обпри¬скування большими каплями (400-600 мкм), которые мало подлежат знесен¬ню ветром, а растения обрабатываются мелкими каплями, которые обеспечу¬ють высокое биологическое действие препарата. По данным фирмы "Lechler" снесение жидкости в инжекторных розпи¬лювачах до 90 енше, чем в обычай¬них плоскоструменевих.
Полевыми сравнительными исследованиями определено влияние рабочего давления, скорости движения агрегата и высоты установки штанги на спектр капель, которые осели, разных типов распылителей фирмы "Lechler". Исследования проводились при затрате рабочей жидкости 300 л/а с использованием стандартного плоскоструменевого антидрейфового распылителя LU 120-04 и компактного инжекторного IDK 120-04.
При этом варьировались давление и скорость движения, соответственно 0,3 МПа и 6,4 км/ч для LU 120-04 и 0,5 МПа и 8 км/ч для IDK 120-04 при повышенной установке штанги относительно поверхности, которая обрабатывается. Капли, которые осели, стандартного плоскоструменевого распылителя показывают значительно более широкий спектр капель за размерами, чем инжекторного. При применении распылителей LU 120-04 в диапазоне повышенного давления увеличивается в спектре распиловки количество мелких капель, которые склонны к снесению.
Снесение капель увеличивается с увеличением высоты распыленности (высоты установки штанги). Плотность покрытия поверхности значительно уменьшается, хотя затрата рабочей жидкости остается одинаковой. Обусловлены повышенным давлением и высокой скоростью движения, а также большой высотой распыленности, часть капель сносится и не оседает на поверхность, которая обрабатывается (рис. 2 а, б).
При применении инжекторных распылителей IDK120 - 04 этот эффект выражается не так явно. Инжекторные распылители имеют в спектре распиловки больше крупнокраплинних фракций, которые имеют лучшую стабильность и стойкость против снесения ветром. С другой стороны, уменьшение в спектре дрібнокраплинних фракций снижает риск снесения этой части капель. Однако использования инжекторных распылителей при неблагоприятных условиях (давление 0,5 МПа, скорость движения 8 км/ч и большая высота распыленности) приводят также к повышенному снесению капель.
Сравнение карточек распиловки инжекторных распылителей показывает (рис. 2 в, г), что отличие результатов обработки (густота покрытия и размеры отпечатков) не так резко выражены как у стандартных плоскоструменевих распылителей LU 120-04.
Сравнения работы стандартных плоскоструменевих и инжекторных распылителей проводились также при снижении рабочего давления до 0,1 МПа. Обработка проводилась на скорости движения 5,5 км/ч, что повлекло уменьшение затраты рабочей жидкости до 200 л/а. В то время как распылители LU 120-04 показывают и при этом давлении еще относительно равномерное покрытие листовой поверхности (рис. 3 а), распыленности инжекторными распылителями IDK 120-04 ухудшается, увеличивается неравномерность (рис. 3 б).
Это объясняется, кроме всего прочего, и тем, что процесс инжекции при давлении 0,1 МПа находится уже в неоптимальной рабочей зоне. Фракция больших капель растет, а средних и мелких становится недостаточной для равномерного покрытия поверхности растений. При этом увеличивается опасность снижения биологической эффективности действия пестицидов в результате недостаточной густоты и большой неравномерности покрытия обрабатываемой поверхности.
Неблагоприятные метеорологические условия, такие как низкая влажность и повышенная температура воздуха, могут усилить этот неблагоприятный эффект.
Как для больших, так и для малых перерезов исходных отверстий распылителей затрата рабочей жидкости в значительной мере влияет на степень покрытия обрабатываемой поверхности. Проведенными результатами сравнительного возделывания стандартными плоскоструменевими распылителями ST 110-02 и инжекторными крупнокраплинними ТТІ 110-02 TeeJet фирмы "Spraying Systems Co.
" при скорости возделывания 6,4 км/ч, рабочему давлению 0,3 МПа и затрате рабочей жидкости 150 л/а установлено, что степень покрытия инжекторных распылителей ТТІ 110-02 TeeJet при давлении 0,3 МПа значительно снижается, в результате недостаточного объема розпилюваної жидкости, которая проявляется большими пропусками на карточках (рис. 4 а, б). Это может привести к снижению биологической эффективности действия пестицидов.
Более полное и равномерное покрытие поверхности можно достичь благодаря использованию инжекторных распылителей с двойной струей с применением комбинированных байонетних головок TwinSprayCap. Сравнительные испытания инжекторных распылителей IDK 120-04 без использования и IDK 120-02 с применением комбинированных байонетних головок TwinSprayCap проводились при давлении рабочей жидкости 0,3 МПа, затрате жидкости 300 л/а и скорости движения 6,4 км/ч.
Струи, которые выходят из распылителей, которые находятся под углом 300 за и против направлению движения, охватывают поверхность растений дважды и имеют при этом более дрібнокраплинне распыленность. Двойная струя при одинаковой норме затраты рабочей жидкости создает лучшую густоту покрытия и, тем же, улучшает биологическую эффективность обработки. Степень покрытия карточек при опрыскивании с использованием инжекторных распылителей IDK 120-04 представляет 39 а двойной струей - 57 черты. 5 а, б).
Использование такой технологии - обработка колоса зерновых культур, картофеля, овощных культур, которые трудно обрабатываются (морковь и лук) или специальное приложение при обработке гербицидами.
Использование инжекторных розпи¬лювачів показало их преимущество также при обработке растений с плотной листовой по¬верхнею даже при незначительном ветре за счет большего проникновения капель в середину растительного покрова и осідан¬ня их на нижних ярусах и нижней стороне листков растений.
При внесении препаратов системного действия или грунтовых гербицидов из относительно вели¬творю нормой затраты рабочей жидкости (200-300 л/а), когда увеличение в определенных пределах размеров капель не¬существенно влияет на снижение біологіч¬ної эффективности препарата, с целью расширения метеорологических условий, при которых можно проводить екологіч¬но безопасное опрыскивание, застосо¬вують распылители "со сниженным дрейфом" типа AD за счет более крупного роз¬пыли. В этом распылителе распыленность жидкости проходит в две стадии: на входе и при выходе жидкости из него.
а бы
Рис.5. Карточки распиловки инжекторных распылителей без использования и с применением комбинированных байонетних головок TwinSprayCap при рабочем давлении 0,3 МПа, скорости движения 6,4 км/ч и затрате 300 л/а:
а - распылитель IDK 120-04 без головки;
бы - распылитель IDK 120-02 с головкой.
мы розпилювачамичами. Рядом со зни¬женням снесения капель розпилю¬вачі типа АD менее чувствительные к зас¬мечению, благодаря большему диаметру исходного отверстия при одинаковой хви¬линній затрате жидкости. Кроме этого, эти распылители имеют повышенную зно¬состійкість благодаря оптимальному распределению потоков жидкости между двумя распыляющими отверстиями. Угол факела в этих распылителях складывает 120°. Экологически безопасная работа из и¬кими распылителями достигается при скорости ветра до 5,0 м/с.
Следует отметить, что распылители типов LU, SТ и АD имеют одинаковое цифровое обозначение, в котором отображается угол факела распиловки и номер типо¬размера.
При этом распылителе всех типов с одинаковым цифровым позна¬ченням имеют также одинаковую минутную затрату жидкости, что при укомплекту¬ванне опрыскивателей трехпозиционными отсечными устройствами позволяет переключаться в процессе обприску¬вання из одного режима работы на другой не только за нормой внесения рабочей жидкости, но и за дисперсностью распыленности в зависимости от скорости ветра и те же предотвращать потерям пести¬цидів в результате снесения.
Двойные плоскоструменеві распылители типа DF благодаря разным углам нанесения характеризуются лучшим проникновением в растительный покров, более равномерным покрытием его каплями и большим оседанием капель на прямостоячие части растений. Особенностью этих распылителей является более дрібнокраплинний распиловка сравнительно с предыдущими.
Такие распылители целесообразно применять в безветренную погоду для внесения контактных инсектицидов, гербицидов при післясходових возделываниях и фунгицидов особ¬ливо при борьбе с болезнями колоса зерновых культур.
Для ленточного внесения пести¬цидів выпускаются также плоскостру¬меневі распылители типа ЕS, а для на¬несение "под листья" типа ОС. Для этой цели используют также распылители типа ТR. Распылители типа ЕS изготовляются с углом распиловки 90°. Они обеспечу¬ють равномерное распределение рабочей жидкости за шириной ленты. Эти розпи¬лювачі наиболее универсальные и их можно использовать при перед¬посевной, досходовій и післясходовій ленточных обработках.
При этом післясходову обработку контактными гербе¬цидами нужно проводить при тыс.¬ку 0,3-0,4 МПа. Распылители типа ТR также обеспечу¬ють равномерное распределение жидкости за шириной ленты, изготовляются из ку¬том распиловки 80°. Эти распылители наи¬более пригодные для ленточного обпри¬скування в строках в период вегетации, особенно, когда есть потребность в проник¬ненні капель в растительный покров. Распылители типа ОС имеют однобіч¬ной распиловка с углом 90° и применяются попарно для нанесения препа¬ратів "под листья".
Их целесообразно викорис¬товувати в сочетании со специальными подвесками для борьбы с сорняками в строках высокостебельковых культур, например, кукурузы.
Известно, что с увеличением скорости движения увеличивается поперечная и, главное, продольная неравномерность внесения препаратов. Современные опрыскиватели оборудованы штангами и механизмами стабилизации, которые позволяют за счет компенсации колебаний работать и при больших скоростях. Проведенными сравнительными испытаниями опрыскивания озимой пшеницы в стадии роста 37-39 препаратом Стратего (ЕС 312,5) против возбудителей грибов из рода Septoria обнаруживали влияние скорости движения агрегата на биологическую и хозяйственную эффективность.
Исследования проводились с использованием плоскоструменевих распылителей XR 110-04 TeeJet фирмы "Spraying Systems Co". но ID 120-03 и ID 120-05 фирмы "Lechler". Параметры технологического процесса опрыскивания приведены в таблице. Биологическая эффективность, которая определялась на стадии 71, и увеличения урожайности сравнительно с контролем (без химической обработки) показывают, что стабильные результаты могут быть получены и при увеличении скорости обработки в 2 разы (до 16 км/ч) (таблица).

Таблиця.  Біологічна та господарська ефективність хімічних обробок

Выводы
1.    Распиловка жидкости, которая образуется стандартными плоскоструменевіими распылителями, за счет большей части мелких капель в спектре распиловки имеет повышенный риск снесения. Повышенное давление, высокая скорость обработки, увеличенная высота установки штанги или сильный ветер приводят к увеличению снесения капель.
2.     Инжекторные распылители создают крупнокраплинне распыленность, капли которой имеют стабильные траектории движения, меньше подлежат влиянию ветра, а значит снижается дрейф капель.
3.    Снижение затраты рабочей жидкости менее 150 л/а в комбинации с крупнокраплинним распыленностью приводит к неполному покрытию поверхности, которая обрабатывается, и снижения эффективности обработок, особенно при неблагоприятных погодных условиях.
4.    Системы с принудительным осаждением капель в комбинации с распылителями малых типорозмірів улучшают осаждение мелких капель и повышают густоту покрытия поверхности.
5.    Распылители с двойной струей имеют качественное покрытие поверхности и дают преимущества при обработке труднодоступных частей растений.
6.    Инжекторные распылители имеют лучшее проникновение струи, более равномерное распределение на труднодоступных участках стеблей или листьев и повышают осаждение препарата. Возможное повышение скорости обработки при одинаковому или незначительному снижению биологической и хозяйственной эффективности препарата.