Технологическое обоснование зоны покрытия рабочим раствором при полосовом опрыскивании пропашных овощных культур

Введение. Выбор технологии возделывания при производстве сельскохозяйственных культур является фактором повышения урожайности и оптимизации затрат [1–6]. Повышение эффективности технологии обработки почвы и ухода за растениями в большей степени зависит от энерго- и ресурсоемкости применяемых сельскохозяйственных орудий и машин [7– 9]. При настройке оборудования важно учитывать агротехнические требования к проводимым производственным операциям [10]. В большинстве случаев при уходе за посевами овощных культур применяется сплошной способ опрыскивания, не отвечающий современным требованиям к ресурсосбережению. Поэтому целесообразно применять инновационные средства и технологические приёмы при опрыскивании сельскохозяйственных культур [4, 7, 11]. При возделывании культурных растений в пределах полосы их произрастания научно обосновано применение полосовых процессов при выполнении операций по уходу за посевами [11–13]. Полосовое опрыскивание экономически выгодно при внесении жидких удобрений и средств защиты растений на посевах пропашных культур. При этом распыление осуществляют форсунками с боковым распылом, расположенными над междурядьями и с ориентированными конусами распыла навстречу друг к другу (Патенты на изобретение RU 2709762 C1, RU 2769737

C1). Применение полосового опрыскивания позволяет сократить погектарную норму применяемых рабочих растворов. Данный подход способствует ресурсосбережению в отрасли ПК [11, 12].

Для ухода за посадками пропашных овощных культур рекомендуется применять полосовое опрыскивание с установкой корпусов-делителей потока рабочего раствора по центру межполосного пространства (по патентам на изобретение RU 2709762 C1, RU 2769737 С1, RU 2783606 C1).

Для ширины междурядья более 0,7 м, а также при выращивании овощных культур двухрядным ленточным способом, данный способ и техническое решение нуждается в совершенствовании, так как ширина обрабатываемой полосы при установке корпусов-делителей по центру междурядья формирует поток, ширина которого значительно превосходит ширину культурного растения в полосе произрастания объекта обработки [12].

Материалы и методы исследования. Для максимального приближения границ потока рабочей жидкости с шириной абриса культурного растения в способе полосового опрыскивания овощных культур рекомендуется замена корпусов-делителей потока с обеих сторон рядка с культурным растением на односторонние держатели, в которые устанавливаются щелевые форсунки с углом распыления 65 или 80 градусов (Патент на изобретение РФ RU 2785465 C1). Односторонние держатели устанавливаются над межполосным пространством с попарным направлением к центру обрабатываемой полосы. Ширина расстановки таких держателей выбирается в зависимости от ширины междурядья и архитектурных особенностей культурного растения, а также фазы его роста и развития.

Применение инновационного способа полосового опрыскивания овощных культур предполагает переоборудование мест крепления распылителей форсунок. Держатели форсунок имеют исполнение с односторонним наклоном от вертикальной оси под углом 45° в стороны рядка с культурным растением и размещены над межполосным пространством с возможностью перемещения на штанге опрыскивателя. Данное техническое решение позволяет настраивать ширину обрабатываемой полосы в зависимости от фазы роста и развития обрабатываемой культуры.

Применение способа полосового опрыскивания для овощных культур в комплектации с односторонними адаптерами и корпусами-делителями позволяют настраивать технологический процесс распыления строго на объект обработки в зависимости от фазы роста и развития культуры под различную ширину междурядья, что делает опрыскиватель универсальным для широкого спектра сельскохозяйствен- ных культур в области полосового земледелия. При этом возможность проведения сплошного опрыскивания сохраняется. С целью повышения скорости монтажа на штанге и надежной фиксации разработана конструкция зажима (Патент на изобретение RU 2797917 C9) под корпуса распылителя производства Teejet. Предложенная конструкция зажима корпуса насадки распылителя позволяет снизить затраты на его производство, повысить надежность фиксации изделия на профиле штанги опрыскивателя, а также удобство выполнения настройки и регулировки агрегата под усовершенствованную технологию полосовой обработки овощных культур с учетом фазы развития выращиваемой культуры [13].

Соответствие параметров обрабатываемой полосы технологическим параметрам распыляемой жидкости является важным элементом ресурсосбережения [14, 15]. Технологическими параметрами полосового опрыскивания, подлежащими настройке под нужную фазу роста и развития растения, являются высота опрыскивания Н , угол распыления форсунки α, ширина потока рабочей жидкости на уровне почвы в статическом положении штанги В ст (рисунок 1). Ширина потока рабочей жидкости зависит от применяемой форсунки и ширины расстановки корпусов держателей на штанге опрыскивателя.

Рисунок 1 – Технологические параметры полосового опрыскивания овощных культур и их влияние на ширину обрабатываемой полосы

Figure 1 – Technological parameters of band spraying of vegetable crops and their influence on the width of the processed band

Высота опрыскивания Н определяется высотой культурного растения Н р , величиной перемещений штанги Н к от установочной высоты во время движения и высотой точки слияния потоков Н с . Для статического положения штанги серийного опрыскивателя в соответствии с его эксплуатационными характеристиками максимальное значение Н к составляет 0,10–0,15 м – половина величины допустимых колебаний 0,2– 0,3 м (см. рисунок 1).

Таким образом, высота опрыскивания при полосовом способе определяется выражением:

H = H p + Н _с +Н _К . (1)

Высота точки слияния потоков рабочей жидкости Н с от форсунок (2) с однонаправленным распылением рабочего раствора при полосовом опрыскивании зависит от расстояния между распылителями и определяется точкой слияния потоков в верхней части (точка А на рисунке 1). При размещении корпусов распылителей по центру межполосного пространства для междурядья М под конкретную культуру высота точки слияния определяется выражением:

H _c = \M^tgC-^) . (2)

Ширина обработанной полосы В ст для статического положения штанги зависит от высоты опрыскивания Н , расстояния между распылителями R и угла распыления форсунки α .

Ширина обработанной полосы В при полосовом опрыскивании с установкой корпусов распылителей по центру межполосного пространства (M=R) определяется по формуле:

B = M-2H^tg(^) . (3)

При настройке под полосовое опрыскивание овощных культур с междурядьем 0,7 м и более на ранних фазах развития культурного растения держатели корпусов форсунок требуется перемещать ближе к центру рядка с культурным растением (положение 2 на рисунке 1). По мере развития наземной вегетативной части держатели корпусов форсунок следует перемещать в направлении, противоположном центру рядка с культурным растением на расстояние, обеспечивающее необходимую величину изменения ширины потока на уровне почвы (положение 1 на рисунке 1). При этом величина перемещения составит 1/2S в каждую сторону. Данная технологическая возможность обеспечивается применением зажимов корпусов распылителей (Патент на изобретение RU 2797917 C9).

При определении величины и направления необходимого перемещения 1/2S необходимо учитывать технологические параметры, влияющие на отклонение трактора от прямолинейного движения с (см. рисунок 1). На величину данных отклонений оказывает влияние способ управления трактором. Максимальные значения при ручном управлении трактором принимаются 0,1 м в каждую сторону. При наличии систем точной навигации и автоподруливания и применения высокоточного RTK-сигнала отклонение не превышает 0,01–0,02 м.

Таким образом, ширину потока рабочей жидкости на уровне почвы следует устанавливать, исходя из поперечного диаметра наземной части культурного растения Д 1 , проекция которого в горизонтальной плоскости образует ширину растения В р и величины отклонения c .

Учитывая вышеперечисленные параметры, расстояние, на которое нужно переместить корпуса держателей форсунок при полосовом опрыскивании овощных культур, из положения 1 в положение 2 составит S :

S = B_CT - (2с + B_p). (4)

С каждой стороны от центра рядка с культурным растением перемещение составит 1/2S.

При перемещении мест креплений держателей форсунок требуется корректировка высоты опрыскивания, так как изменение расстояния между распылителями изменяет высоту точки слияния потоков H с .

Для положения держателей корпусов распылителей на штанге опрыскивателя для положения (2) высоту точки слияния определим по формуле (2), а высоту опрыскивания по формуле (1).

При перемещении держателей корпусов распылителей в положение (1) высота точки слияния определяется выражением:

H c₂=-₂ (M-Sytg(^) . (5)

Высота опрыскивания в таком случае определяется выражением:

H ₂ = H p + ^tg^) +H_K. (6)

Результаты исследования и их обсуждение. Анализ параметров настройки опрыскивателя при полосовом опрыскивании овощных культур на примере картофеля показал, что устанавливать высоту опрыскивания следует в зависимости от высоты растения и угла распыления применяемой щелевой форсунки на основе параметров опрыскивания,

определяемых по формулам (1), (2), (5), (6).Наглядно закон изменения высоты опрыскива- ния в зависимости от применяемых параметровпредставлен на рисунке 2.

и высота опрыскивания, форсунка 80

height of spraying, nozzle 80

Рисунок 2 – Зависимость высоты полосового опрыскивания от высоты растения и угла распыления щелевой форсунки (междурядье М=0,75 м)

Figure 2 – Dependence of the height of band spraying on plant height and spraying angle of slot nozzle (row spacing M=0,75 m)

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60

ширина растения plant width ширина обработанной полосы форсункой 65о width of the band worked up by the nozzle65о ширина растения, м plant width, m

ширина обработанной полосы форсункой 80о width of the band worked up by the nozzle 80о

Рисунок 3 – Зависимость ширины обрабатываемой полосы от ширины растения и угла распыления щелевой форсунки при полосовом опрыскивании овощных культур

(расстояние между корпусами форсунок равно ширине междурядья, для М=0,75 м)

Figure 3 – Dependence of the width of the worked up band on the width of the plant and the spraying angle of the slot nozzle when band spraying of vegetable crops (the distance between the nozzle bodies is equal to the row spacing, for M = 0,75 m)

Как видим, изменение угла распыления форсунки незначительно сказывается на изме- нении высоты опрыскивания (на 0,05 м). Однако, при определении ширины полосы, обрабо- танной рабочим раствором, угол распыления форсунки оказывает уже более ощутимое влияние, особенно на поздних фазах вегетации. Изменение ширины обрабатываемой полосы от применяемой форсунки для статического положения штанги опрыскивателя (без учета отклонений с) в виде графика представлено на рисунке 3.

Как показывают зависимости на рисунке 3, размещение мест креплений держателей форсунок на расстоянии, равном величине междурядья (в нашем случае 0,75 м), приводит к непродуктивному расходу препаратов, так как ширина обработанной полосы значительно превышает ширину растения. Особенно данный эффект выражен до достижения ширины растения 0,5 м.

Для максимально возможного приближения границ потока рабочей жидкости в полосовом способе опрыскивания овощных культур необходимо переместить места креплений держателей форсунок на расстояние S, определяемое с учетов выражения (4), где значение отклонения с будем учитывать как для ручного управления трактором (РУ), так и оборудованного системой точной навигации (ВТС). Таким образом, сравнению подлежат:

– фаза вегетации с изменяемыми параметрами ширины и высоты растения;

– угол распыления форсунки щелевого типа (65 и 80 градусов);

– тип управления трактора.

Исследования показали, что величина необходимого перемещения мест крепления держателей форсунок достигает максимального значения на ранних фазах развития картофеля. Согласно комплексу мероприятий по уходу за посадками картофеля опрыскиванием, полосовым методом целесообразно проводить операции по листовой подкормке и защите от вредителей. Данные операции проводятся в фазы развития культурного растения, когда его ширина составляет в среднем 0,1–0,6 м. Для данных параметров были определены величины перемещений мест креплений держателей форсунок для каждого угла распыления: для ручного управления трактором (S/2_65_РУ и S/2_80_РУ) и управления с системой автоподруливания при наличии высокоточного RTK-сигнала (S/2_65_втс и S/2_80_втс). Результаты исследований показаны на графиках рисунка 4.

Положительные значения перемещений S/2 означают необходимость перемещения на расчетное расстояние от центра межполосного пространства (положение 1 на рисунке 2) в сторону центра рядка с культурным растением.

высокоточный сигнал, форсунка 65° high-precision signal, nozzle 65° ручное управление, форсунка 80° manual control, nozzle 80° высокоточный сигнал, форсунка 80° high-precision signal, nozzle 80°

Рисунок 4 – Зависимость необходимого перемещения мест крепления корпусов распылителей от угла распыления форсунки и способа управления трактором при полосовом опрыскивании картофеля (М=0,75 м; α=65, 80 градусов) Figure 4 – Dependence of the required shift of the attachment points of the nozzle bodies on the nozzle spraying angle and the method of tractor control when band spraying of potatoes (M=0,75 m; α=65, 80 degrees)

Исходя из данных рисунка 4, положительные перемещения имеют все значения для форсунки с углом распыления 80° при управлении трактором с системой автоподруливания и высокоточным RTK-сигналом. В аналогичных условиях, но с установкой форсунок с углом распыления 65°, тоже получены хорошие результаты. Лишь на заключительной фазе вегетации картофеля, когда ширина растения достигает 0,6 м, расчетное значение перемещения получено -0,01 м, что в реальных производственных условиях можно принять за величину ошибки опыта.

Полосовое опрыскивание картофеля при ручном управлении трактором ввиду большого значения отклонений при движении агрегата от центра рядка с культурным растением (в расчетах принято 0,1 м в каждую сторону) имеет положительные значения перемещения S/2 до достижения ширины растения 0,5 м. При дальнейшем увеличении ширины растения значения перемещения приобретают отрицательные значения. На практике это означает необходимость перемещения в противоположную сторону от центра рядка с культурным растением. В таком случае необходимо дальнейшее совершенствование мест креплений держателей форсунок с целью сохранения возможности перемещения как в сторону рядка с культурным растением, так и в противоположную сторону без нарушения технологического процесса полосового опрыскивания. Данные направление является перспективной дальнейшего развития темы исследования.

Выводы:

• 1.    Новое техническое решение по переоборудованию серийного опрыскивателя под полосовую технологию формируют новый способ нанесения рабочего раствора на объект обработки, позволяющий добиваться формирования нового более стабильного потока, образуемого при слиянии двух соседних потоков.

• 2.    Полосовое опрыскивание овощных культур может осуществляться при установке щелевых форсунок с углом распыла 65 и 80 градусов. Регулирование зоны опрыскивания достигается углом распыления форсунки и перемещением мест креплений держателей форсунок в зависимости от архитектурных особенностей обрабатываемой культуры и фазы вегетации.

• 3.    Применение нового технологического способа полосового опрыскивания с боковым распылом и технических решений для его выполнения является одним из путей повышения экологической безопасности в области химической защиты и питания растений. Полосовое внесение химикатов снижает гектарную норму, не сокращая нормы действующего вещества, попадающего на объект обработки.

• 4.    При ручном управлении трактором при полосовом опрыскивании картофеля целесообразно применять форсунку 80° до достижения ширины растения 0,5 м. Выполнение операций по уходу за посадками опрыскиванием с системой автоподруливания и высокоточным RTK-сигналом в зависимости от архитектуры растения и конкретных метеоусловий рекомендуется применение форсунок 65 и 80°.