Алгоритм расчета параметров штангового садового опрыскивателя для внесения пестицидов

Отметили, что для рационального использования пестицидов в промышленном садоводстве необходимо снизить их расход путем локальной обработки каждого объекта, равномерного распределения рабочей жидкости с заданной нормой по всей кроне деревьев и кустарников. В ходе анализа технического оснащения современного промышленного садоводства в России выявили недостаточный уровень механизации в аспекте управления параметрами как технологического процесса, так и технических средств. (Цель исследования) Разработать алгоритм расчета параметров штангового садового опрыскивателя при обработке плодовых насаждений пестицидами, обеспечивающих их качественное внесение, снижение потерь и уменьшение рисков загрязнения окружающей среды. (Материалы и методы) Использовали аналитические методы оптимизации прикладной математики, теории выбора параметров мобильных сельскохозяйственных машин, критерии оценки качества распределения рабочей жидкости при обработке плодовых насаждений, данные о форме кроны обрабатываемых деревьев и кустарников. (Результаты и обсуждение) Установили, что количество рабочей жидкости, поступающей на единицу длины периметра, и качество распределения зависят от формы эпюры факела распыла, величины перекрытия эпюр распределения, расстояния штанги от оси симметрии дерева или кустарника, удаленности форсунок от штанги, формы эпюры распределения. Получили аналитические зависимости для расчета нормы (дозы) внесения пестицидов и качества их распределения по обрабатываемой поверхности. (Выводы) Разработали алгоритм аналитического расчета параметров штангового садового опрыскивателя, позволяющий оценить влияние на дозу внесения пестицидов и на качество распределения рабочей жидкости пестицидов, характеризуемое коэффициентом вариации. При этом учитывали параметры: эпюру распределения рабочей жидкости пестицидов, количество форсунок на вертикальной штанге опрыскивателя, высоту их расположения на штанге, расстояние от штанги до поверхности кроны, удаленность штанги от ствола обрабатываемого дерева, периметр кроны. Провели верификацию алгоритма при конкретных значениях параметров: расстоянии от вертикальной штанги до оси ствола дерева (кустарника) и форсунок до вертикальной штанги 1,0 и 0,5 метра, высоте расположения форсунок на вертикальной штанге 0,3, 0,8 и 1,3 метра, расходе рабочей жидкости 2,5 литра в минуту, коэффициенте, характеризующем эпюру распределения, 5,61. Рассчитали дозу внесения рабочего раствора пестицида – 174,6 литра на гектар при коэффициенте вариации 4,94 процента, что соответствует агротехническим требованиям на обработку пестицидами плодовых деревьев и кустарников.

1. Куликов И.М., Утков Ю.А., Бычков В.В. Техническое оснащение современного промышленного садоводства и перспективы его совершенствования // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2010. N5. С. 3-8.

2. Утков Ю.А. Исторические достижения, проблемы и перспективы развития промышленного садоводства России в современных условиях // Плодоводство и ягодоводство России. 2015. Т. 42. С. 219-223.

3. Wang W.Z., Hong T.S., Li J., Zhang F.G., Lu Y.C. Review of the pesticide precision orchard spraying technologies. Transactions of the CSAE. 2004. Vol. 20. 78-80.

4. Al Heidary M., Douzals J.P., Sinfort C., Vallet A. Influence of spray characteristics on potential spray drift of field crop sprayers: A literature review. Crop Protection. 2014. Vol. 637. 120-130.

5. Duga A.T., Ruysen K., Dekeyser D., Nuyttens D., Bylemans D., Nicolai B., Verboven P. Spray deposition profiles in pome fruit trees: Effects of sprayer design, training system and tree canopy characteristics. Crop Protection. 2015. Vol. 67. 200213.

6. Cross J., Walklate P., Murray R., Richardson G. Spray deposits and losses in different sized apple trees from an axial fan orchard sprayer: 2. Effects of spray quality. Crop Protection. 2001b. Vol. 20(4). 333-343.

7. Kasner E.J., Fenske R.A., Hoheisel G.A., Galvin K., Blanco M.N., Seto E.Y., and Yost M.G. 2018. Spray drift from a conventional axial fan airblast sprayer in a modern orchard work environment. Annals of Work Exposure and Health. 2015. Vol. 62(9). 1134-1146.

8. Blanco M.N., Fenske R.A., Kasner E.J., Yost M.G. E. Seto, Austin E. Real-time monitoring of spray drift from three different orchard sprayers. Chemosphere. 2019. Vol. 222. 4655.

9. Chen L., Wallhead M., Zhu H., Fulcher A. Control of insects and diseases with intelligent variable-rate sprayers in ornamental nurseries. Journal of Environmental Horticulture. 2019. Vol. 37(3). 90-100.

10. Zhang X., Luo Y., Goh K.S. Modeling spray drift and runof-related inputs of pesticides to receiving water. Environmental Pollution. 2018. Vol. 234. 48-58.

11. Patel M.K. Technological improvements in electrostatic spraying and its impact to agriculture during the last decade and future research perspectives – A review. Engineering in Agriculture, Environment and Food. 2016. 9. 92-100.

12. Escola A., Rosell-Polo J.R., Planas S., Gil E., Pomar J., Camp F., Llorens J., Solanelles F. Variable rate sprayer. Part 1 – Orchard prototype: Design, implementation and validation. Computers and Electronics in Agriculture. 2013. Vol. 95. 122-135.

13. Chen, L., M. Wallhead, H. Zhu, and A. Fulcher. Control of insects and diseases with intelligent variable-rate sprayers in ornamental nurseries. Journal of Environmental Horticulture. 2019. Vol. 37(3). 90-100.

14. Chen Y., Ozkan H.E., Zhu H., Derksen R.C., Krause C.R. Spray deposition inside tree canopies from a newly developed variablerate air-assisted sprayer. Transactions of the ASABE. 2013. Vol. 56(6). 1263-1272.

15. Solanelles F., Escola A., Planas S., Rosell J.R., Camp F., Gracia F. An electronic control system for pesticide application proportional to the canopy width of tree crops. Biosystems Engineering. 2006. Vol. 95. 473-481.

16. Ho1ownicki R., Doruchowski G., Swiechowski W., Godyn A., Konopacki P.J. Variable air assistance system for orchard sprayers; concept, design and preliminary testing. Biosys­tems Engineering. 2017. Vol. 163. 134-149.

17. Jeon H.Y., Zhu H., Derksen R.C., Ozkan H.E., Krause C.R., Fox R.D. Performance evaluation of a newly developed variable‐rate sprayer for nursery liner applications. American Society of Agricultural and Biological Engineers. 2011. Vol. 54(6). 1997-2007.

18. Zaidner G., Shapiro A. A novel data fusion algorithm for low-cost localisation and navigation of autonomous vineyard sprayer robots. Biosystems Engineering. 2016. Vol. 146. 133148.

19. Lee I.N., Lee K.H., Lee J.H., You K.H. Autonomous greenhouse sprayer navigation using automatic tracking algorithm. Applied Agricultural Engineering. 2015. Vol. 31. N1. 17-21.

20. Jadav C.V., Jain K.K., Khodifad B.C. Spray of Chemicals as Affected by Different Parameters of Air Assisted Sprayer: A Review. Current Agriculture Research Journal. 2019. Vol. 7. 289-295.

21. Pergher G., Petris R. Novel air-assisted tunnel sprayer for vineyards: optimization of operational parameters and first assessment in the Field. Journal of Agricultural Enginee­ring. 2009. Vol. 146. 133-148.

22. Ahmad F., Qiu B., Dong, X., Ma, J., Huang X., Ahmed S., Ali Chandio F. Effect of operational parameters of UAV sprayer on spray deposition pattern in target and off-target zones during outer field weed control application. Computers and Electronics in Agriculture. 2020. Vol. 172. 105-350.

23. Лобачевский Я.П., Бейлис В.М., Ценч Ю.С. Аспекты цифровизации системы технологий и машин // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2019. N3(36). С. 40-45.

24. Лобачевский Я.П., Ценч Ю.С., Бейлис В.М. Создание и развитие систем машин и технологий для комплексной механизации технологических процессов в растениеводстве // История науки и техники. 2019. N12. С. 46-55.