Оптимизация параметров адаптивного распылителя сельскохозяйственного опрыскивателя

Иван Иванович Гуреев; Бекет Нургалиевич Нуралин; Мурат Утембекович Мухтаров; Оксана Николаевна Костюченкова

Иван Иванович Гуреев Курский федеральный аграрный научный центр https://orcid.org/0000-0001-5995-3322
Бекет Нургалиевич Нуралин Западно-Казахстанский аграрно-технический университет имени Жангир хана https://orcid.org/0000-0002-0507-5445
Мурат Утембекович Мухтаров Западно-Казахстанский аграрно-технический университет имени Жангир хана https://orcid.org/0009-0003-5910-6811
Оксана Николаевна Костюченкова Казахский агротехнический исследовательский университет имени Сакена Сейфуллина https://orcid.org/0000-0002-2060-7083

Ключевые слова: высокорослое растение, полевой опрыскиватель, адаптивный распылитель, форсунка, факел распыла

Аннотация

Введение. При выращивании высокорослых сельскохозяйственных культур (зерновых на поздних фазах развития, кукурузы, подсолнечника и др.) используют штанговые опрыскиватели, оснащенные двухфакельными распылителями с неизменяемыми углами наклона к вертикали факелов распыла. Рабочая жидкость такими распылителями более интенсивно наносится на набегающую сторону листьев растений, а интенсивность покрытия рабочей жидкостью растений с тыльной стороны снижается. Повысить качество обработки культур штанговыми опрыскивателями позволит усовершенствование их распылителей.
Цель исследования. Экспериментальное определение алгоритма изменения углов наклона факелов распыла двухфакельного распылителя, обеспечивающего одинаковую интенсивность нанесения рабочей жидкости на листья высокорослых растений.
Материалы и методы. Исследования проводили на стенде, нанося подкрашенную воду на набегающую и тыльную стороны макета высокорослого растения, движущегося с задаваемой скоростью. Эксперимент выполняли по методике оптимального планирования. В качестве параметра оптимизации приняли разницу между содержанием следов капель на набегающей и тыльной сторонах макета. Варьируемыми факторами были углы наклона факелов распыла и рабочая скорость опрыскивателя.
Результаты исследования. Алгоритм изменения оптимальных значений углов наклона факелов распыла в зависимости от скорости опрыскивателя определили, исходя из равенства нулю первой производной параметра оптимизации по значению этих углов.
Обсуждение и заключение. Согласно алгоритму, с увеличением рабочей скорости опрыскивателя с 1,2 до 3,2 м/с оптимальный угол наклона к вертикали переднего факела линейно изменяется от 25 до 21⁰, а заднего – от 46,7 до 57⁰. Наличие алгоритма позволит обосновать техническое задание на создание процессора для автоматического управления углами наклона факелов распыла при работе опрыскивателя.

Биографии авторов

Иван Иванович Гуреев, Курский федеральный аграрный научный центр

доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель РФ, заведующий лабораторией Курского федерального аграрного научного центра (305021, Российская Федерация, г. Курск, ул. К. Маркса, 70Б), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5995-3322, gureev06@mail.ru

Бекет Нургалиевич Нуралин, Западно-Казахстанский аграрно-технический университет имени Жангир хана

доктор технических наук, профессор, профессор Западно-Казахстанского аграрно-технического университета имени Жангир хана (090009, Республика Казахстан, г. Уральск, ул. Жангир хана, 51), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0507-5445, bnuralin@mail.ru

Мурат Утембекович Мухтаров, Западно-Казахстанский аграрно-технический университет имени Жангир хана

докторант Западно-Казахстанского аграрно-технического университета имени Жангир хана (090009, Республика Казахстан, г. Уральск, ул. Жангир хана, 51), ORCID: https://orcid.org/0009-0003-5910-6811, murat.utembek@mail.ru

Оксана Николаевна Костюченкова, Казахский агротехнический исследовательский университет имени Сакена Сейфуллина

кандидат технических наук, доктор философии, старший преподаватель кафедры транспортной техники и технологии Казахского агротехнического исследовательского университета имени Сакена Сейфуллина (010011, Республика Казахстан, Астана, пр-т Женис, 62), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2060-7083, oxy_uno@mail.ru

Литература

1. Колчин И. К., Потапов Р. И., Полтев М. И. Современные тенденции развития производства и применения химических средств защиты растений в Российской Федерации // АгроФорум. 2021. № 6. С. 25‒28. EDN: EIHZSE
2. Influence of Plant Protection Products on Yield and Sowing Qualities of Spring Wheat Seeds / S. Liskovskyi [et al.] // Norwegian Journal of Development of the International Science. 2021. № 65. P. 3‒9. https://doi.org/10.24412/3453-9875-2021-65-1-3-9
3. Башкирев А. П., Шварц А. А., Шкабенко А. Ю. Анализ работы полевых опрыскивателей // Наука в центральной России. 2019. № 6 (42). С. 50‒58. https://doi.org/10.35887/2305-2538-2019-6-50-58
4. A Critical Review of Effect Modeling for Ecological Risk Assessment of Plant Protection Products / F. Larras [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2022. Vol. 29. P. 43448‒43500. https://doi.org/10.1007/s11356-022-19111-3
5. Plant Protection Products Residues Assessment in the Organic and Conventional Agricultural Production / V. Bursić [et al.] // Sustainability. 2021. Vol. 13, Issue 3. Article no. 1075. https://doi.org/10.3390/su13031075
6. Changes in Lung Function and Respiratory Symptoms During Pesticide Spraying Season Among Male Sprayers / R. Sapbamrer [et al.] // Archives of Environmental & Occupational Health. 2020. Vol. 75, Issue 2. P. 88‒97. https://doi.org/10.1080/19338244.2019.1577208
7. Направления повышения эффективности использования полевых штанговых опрыскивателей / И. С. Крук [и др.] // Агропанорама. 2022. № 5 (153). С. 2‒10. URL: https://ap.bsatu.by/images/files/2022/AgroP-2022-05-int.pdf (дата обращения: 22.08.2023).
8. Terra F. P., Nascimento G. H. d., Duarte G. A., et al. Autonomous Agricultural Sprayer Using Machine Vision and Nozzle Control / F. P. Terra [et al.] // Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2021. Vol. 102, Issue 2. С. 1‒18. https://doi.org/10.1007/s10846-021-01361-x
9. Shahrooz M., Talaeizadeh A., Alasty A. Agricultural Spraying Drones: Advantages and Disadvantages // 2020 Virtual Symposium in Plant Omics Sciences (OMICAS). (23‒27 November 2020). Bogota, 2020. https://doi.org/10.1109/OMICAS52284.2020.9535527
10. Разработка конструкции щелевого сельскохозяйственного распылителя и исследование его выходных параметров / В. Э Славкина [и др.] // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2022. Т. 16, № 4. С. 34‒37. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2022-16-4-34-37
11. Оценка технологических и технических характеристик распылителей опрыскивателей / А. Б. Барагунов [и др.] // Международный научно-исследовательский журнал. 2023. № 7 (133). https://doi.org/10.23670/IRJ.2023.133.62
12. Slavkina V. E., Goncharova Y. A. Types of Droplet Size Tests on Sprayers // Science in the Modern Information Society : Materials of the XXXI International Scientific and Practical Conference. Bengaluru, 2023. P. 95‒100. EDN: QKTLWX
13. Потемкин Р. А., Свиридов А. С. Особенности испытаний распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей // Технический сервис машин. 2020. № 4 (141). С. 47‒53. https://doi.org/10.22314/2618-8287-2020-58-4-47-53
14. Свиридов А. С., Катаев Ю. В., Загоруйко М. Г. Анализ типов распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей // Аграрный научный журнал. 2021. № 6. С. 96‒100. https://doi.org/10.28983/asj.y2021i6pp96-100
15. Park S., Park K. Principles and Droplet Size Distributions of Various Spraying Methods: A Review // Journal of Mechanical Science and Technology. 2022. Vol. 36, Issue 8. P. 4033‒4041. https://doi.org/10.1007/s12206-022-0724-3
16. Techno-Economic Impacts of Using a Laser-Guided Variable-Rate Spraying System to Retrofit Conventional Constant-Rate Sprayers / A. Manandhar [et al.] // Precision Agriculture. 2020. Vol. 21, Issue 5. P. 1156‒1171. https://doi.org/10.1007/s11119-020-09712-8
17. Способ изменения угла наклона факелов распыла форсунок сельскохозяйственного опрыскивателя при его перемещении по полю : патент 2780840 Российская Федерация / Башкирев А. П., Шкабенко А. Ю. № 2021102413 ; заявл. 02.02.2021 ; опубл. 04.10.2022. 7 с.
18. Patil S. S., Patil Y. M., Patil S. B. Review on Automatic Variable-Rate Spraying Systems Based on Orchard Canopy Characterization // Informatics and Automation. 2023. Vol. 22, Issue 1. P. 57‒86. https://doi.org/10.15622/ia.22.1.3
19. Fabula J. V., Sharda A., Mishler B. Quantification of Self-Propelled Sprayers Turn Compensation Feature Utilization and Advantages During On-Farm Applications // Precision Agriculture. 2022. Vol. 23, Issue 5. P. 1675‒1687. https://doi.org/10.1007/s11119-022-09903-5
20. Распылитель сельскохозяйственного опрыскивателя : патент 2416466 Российская Федерация / Гуреев И. И. № 2008146305/12 ; заявл. 24.11.2008 ; опубл. 27.05.2010. 6 с.
21. Распылитель сельскохозяйственного опрыскивателя : патент KZ 7614 Республика Казахстан / Мухтаров М. У. [и др.]. № 2022/0880.2 ; заявл. 12.10.2022 ; опубл. 25.11.2022.