Определение геометрических параметров струи воды в зависимости от вида форсунки и режима работы струи

Александр Витальевич Шутенко; Дмитрий Олегович Хорт

Александр Витальевич Шутенко Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ https://orcid.org/0009-0004-0394-4514
Дмитрий Олегович Хорт Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ https://orcid.org/0000-0001-6503-0065

Ключевые слова: гидрообработка почвы, приствольные зоны, интенсивные сады, мульчирование, форсунки, геометрические параметры струи воды

Аннотация

Введение. В статье описан процесс рассмотрения геометрических параметров струи воды в зависимости от ее режима работы и вида форсунки. В рамках исследования гидравлической обработки почвы в приствольных зонах возникла необходимость изучить параметры струи при различных видах насадок. Требовалось определить геометрические параметры потока воды для расчета площади поперечного сечения и определения структурных особенностей формирования струи. Данные характеристики важны для полноценного описания, последующего исследования и расчета действия струи воды при гидравлической обработке почвы. Также они позволяют изучить реальную форму и структуру струи при различных видах форсунки.
Цель исследования.. Определение геометрических параметров струи воды в зависимости от вида форсунки и режима работы струи.
Материалы и методы. Для решения заданной цели был разработан стенд, представляющий собой подставку на четырех опорах, к которой закреплен адаптер подающей магистрали аппарата высокого давления со сменными форсунками (насадками). Для фиксации положения и формы струи воды с определенной частотой использовалась камера Basler acA1920. Также был использован аппарат высокого давления с максимальным давлением P = 140 МPa и расходом Q = 360 л/ч. В качестве насадок использовались: стандартная насадка с плоской струей, стандартная турбонасадка, турбонасадка разработанной конструкции. По полученным фотографиям измерялись геометрические параметры сечения струи воды. Проводился анализ структуры струи при разных режимах работы.
Результаты исследования. Удалось выяснить, что вращающийся поток воды, создаваемый в турбофорсунке собственной разработки и стандартной турбофорсунке, разбивается от быстрого вращения, образуя конус, площадь сечения которого составляет круг и воздействует на поверхность почвы. Для плоской струи характерна прямоугольная форма сечения.
Обсуждение и заключение. Форсунка предложенной конструкции позволяет создать струю воды наибольшей площади, что должно обеспечить увеличение ширины захвата и качества обработки поверхности почвы в приствольных насаждениях. Данное исследование также позволяет проанализировать структуру струи в процессе ее работы.

Биографии авторов

Александр Витальевич Шутенко, Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ

инженер научно-исследовательской лаборатории Разработки изделий нано- и микросистемной техники Московского института электронной техники (124498, Российская Федерация, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, д. 1), ORCID: https://orcid.org/0009-0004-0394-4514, pilotklin6@mail.ru

Дмитрий Олегович Хорт, Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ

доктор технических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией машинных технологий для возделывания и уборки плодовых и ягодных культур Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (109428, Российская Федерация, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6503-0065, Researcher ID: Q-2695-2017, dmitriyhort@mail.ru

Литература

1. Актуальные проблемы создания новых машин для промышленного садоводства / А. Ю. Измайлов [и др.] // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2013. №. 3. С. 20–23. EDN: QINCQT
2. Танкаева А. М., Алиев Т. Г. Г., Пальчиков Е. Н. Состояние и проблемы изучения гербицидов // Наука и образование. 2020. Т. 3, № 4. С. 239. URL: http://opusmgau.ru/index.php/see/article/view/2409/2408 (дата обращения 25.01.2024).
3. Хажметова А. Л., Карданов Р. А., Хажметов Л. М. К вопросу совершенствования машин для обработки приствольных полос плодовых насаждений в террасном садоводстве // Известия Кабардино-Балкарского ГАУ. 2021. № 2 (32). С. 89–94. URL: https://clck.ru/38QMAN (дата обращения 25.01.2024).
4. Перспективные системы содержания почвы в интенсивных садах семечковых культур / Т. Г. Г. Алиев [и др.] // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания. 2019. № 2 (28). С 29–33. EDN: OYICJJ
5. Sustainable Crop and Weed Management in the Era of the EU Green Deal: A Survival Guide / A. Tataridas [et al.] //Agronomy. 2022. Vol. 12, Issue 3. P. 589. https://doi.org/10.3390/agronomy12030589
6. Машина для приствольной обработки почвы / С. Ф. Сороченко [и др.] // Ползуновский альманах. 2022. № 3. С. 128–130. EDN: EGHWJI
7. Мурашов И. Д., Крюкова Е. В., Мирзоян Д. Г. Установка для резания мякотного и мясокостного сырья высокоэнергетической струей воды // American Scientific Journal. 2020. Т. 1, № 43. С. 47–50. https://doi.org/10.31618/asj.2707-9864.2020.1.43.50
8. Математическое обоснование гидрорезки пищевых продуктов / И. Д. Мурашов [и др.] // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания. 2021. № 3. С. 184–189. https://doi.org/10.24412/2311-6447-2021-3-184-189
9. Слюсаренко В. В., Русинов А. В., Акпасов А. П. Сохранение плодородия сельскохозяйственных почв за счет снижения негативного воздействия дождя дождевальных машин // Инновации природообустройства и защиты окружающей среды : мат-лы I нац. науч.-практ. конф. с междунар. участием. 2019. С. 588–594. EDN: ZAHCVN
10. Анализ параметров работы устройства для гидравлического удаления сорной растительности / А. Ю. Измайлов [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2019. Т. 29, № 4. С. 614–634. https://doi.org/10.15507/2658-4123.029.201904.614-634
11. Смирнов И. Г., Хорт Д. О., Кутырев А. И. Интеллектуальные технологии и роботизированные машины для возделывания садовых культур // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2021. Т. 15, № 4. С. 35–41. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2021-15-4-35-41
12. Abrasive Water Jet Machining Process: A state of art of review / Y. Natarajan [et al.] // Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 49. P. 271–322. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.11.030
13. Ren F., Fang T., Cheng X. Study on Rock Damage and Failure Depth under Particle Water-jet Coupling Impact. International Journal of Impact Engineering. 2020. Vol. 139. Article no. 103504. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2020.103504
14. Overview on the Development and Critical Issues of Water Jet Guided Laser Machining Technology / Y. Liu [et al.] // Optics & Laser Technology. 2021. Vol. 137. Article no. 106820. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106820
15. An Alternative Tool for Intra-Row Weed Control in a High-Density Olive Orchard / A. Assirelli [et al.] // Agronomy. 2022. Vol. 12, Issue 3. P. 605. https://doi.org/10.3390/agronomy12030605
16. Sustainable Alternatives to Chemicals for Weed Control in the Orchard – A Review / M. J. Mia [et al.] // Horticultural Science. 2020. Vol. 47, Issue 1. P. 1–12. https://doi.org/10.17221/29/2019-HORTSCI
17. Информационно-техническое обеспечение производственных процессов в садоводстве / А. Ю. Измайлов [и др.] // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2014. № 6. С. 36–40. EDN: THJNUL
18. Amgain N. R., Fontanier C. H., Martin D. L. Short‐Term Effects of Alternative Cultivation Practices on Putting Green Infiltration Rates // Crop Science. 2021. Vol. 61, Issue 6. P. 4425–4435. https://doi.org/10.1002/csc2.20604
19. Design Optimization and Mechanism Analysis of Water Jet-Type Inter-Plant Weeding Device for Water Fields / W. Zhou [et al.] //Agronomy. 2023. Vol. 13, Issue 5. P. 1305. https://doi.org/10.3390/agronomy13051305
20. Applications of Water Jet Cutting Technology in Agricultural Engineering: A Review / D. Cui [et al.] // Applied Sciences. 2022. Vol. 12, Issue 18. P. 8988. https://doi.org/10.3390/app12188988
21. Analysis of Waterjet Treatment for Herbicide-free Vegetation Management on Railway Tracks / A. Schulte-Marxloh [et al.] // WJTA Conference and Expo. 2022. URL: https://www.wjta.org/images/wjta/2022conference/Proceedings/A6-2022.pdf (дата обращения 25.01.2024).
22. Experimental Study of Abrasive Waterjet Cutting for Managing Residues in No-Tillage Techniques / F. Perotti [et al.] // Agriculture. 2021. Vol. 11, Issue 5. P. 392. https://doi.org/10.3390/agriculture11050392
23. Лихоманов А. О., Камлюк А. Н. Длина начального участка осесимметричной турбулентной струи, образующейся в пенном розеточном оросителе для автоматических установок пожаротушения // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2021. Т. 5, № 2. С. 159–173. https://doi.org/10.33408/2519-237X.2021.5-2.159
24. Обоснование параметров робототехнического средства c опрыскивателем и модулем магнитно-импульсной обработки растений в садоводстве / А. Ю. Измайлов [и др.] // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2017. №. 1. С. 3–10. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2018-11-1-3-10
25. Бусов К. А., Мажейко Н. А. Вскипание струи перегретой воды при истечении через канал квадратного сечения // Теплофизика высоких температур. 2021. Т. 59, № 2. С. 316–320. https://doi.org/10.31857/S0040364421020022
26. Хилько И. И., Сапун Л. Г. Совершенствование рабочих органов высоконапорных моечных установок // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2022. № 53. С. 165–170. URL: https://mechel.belal.by/jour/article/download/637/642 (дата обращения 25.01.2024).
27. Управление движением сельскохозяйственной автономной роботизированной платформы / Д. О. Хорт [и др.] // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2023. Т. 17, № 1. С. 25–34. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2023-17-1-25-34