Классификация и рабочие органы опрыскивателей

Классификация опрыскивателей. Опрыскиватели предназначены для дробления (диспергирования) жидких химикатов и равномерного нанесения их в мелко распыленном виде на растения или почву с целью борьбы с вредителями и возбудителями болезней растений, уничтожения сорняков, дефолиации листьев и десикации растений. Эффективность действия химикатов зависит от размера, количества и равномерности распределения капель на поверхности растений.

Крупные капли меньше сносятся ветром, хорошо осаждаются на листовой поверхности, но распределяются неравномерно, концентрируясь в основном по краям листьев и в нижней части растений, вызывая их ожоги. Часть капель стекает с поверхности листьев и выпадает на почву, что снижает эффективность использования пестицидов и загрязняет почву. Мелкие капли при одинаковом расходе пестицида на единицу площади более полно и равномерно покрывают поверхность листьев. Они лучше удерживаются на поверхности листьев и меньше смываются дождем. Мелкие капли лучше проникают в гущу кроны и осаждаются на оборотной ее стороне, но могут сноситься ветром за пределы обрабатываемой поверхности. По степени дисперсности распыла и нормам внесения жидких пестицидов на единицу обрабатываемой площади различают полнообъемные, малообъемные и улътрамалообъемные опрыскиватели.

Полнообъемные опрыскиватели распыливают рабочую жидкость слабой концентрации на крупные капли размером более 250 мкм и вносят ее на полевые культуры дозами 300...600 л/га, на многолетние насаждения - дозами 800...2000 л/га.

Малообъемные опрыскиватели распыливают рабочую жидкость высокой концентрации на капли размером 50...250 мкм и вносят ее при обработке полевых культур дозами 10...200 л/га, а многолетних насаждений-дозами 100...500 л/га.

Ультрамалообъемные опрыскиватели распыливают высококонцентрированный жидкий препарат на капли размером 25...125мкм и вносят дозами 1...5 л/га на полевых культурах и 5...25 л/га на многолетних насаждениях. Как правило, препараты для таких опрыскивателей поступают с заводов в готовом виде и не требуют дополнительных затрат на приготовление и транспортировку рабочих жидкостей.

По назначению опрыскиватели делят на специализированные и универсальные. Первыми обрабатывают одну культуру (например, хлопчатник, виноградники, хмельники и т. п.), вторыми - несколько видов сельскохозяйственных культур, различающихся высотой, облиственностью, схемой посева или посадки.

По способу агрегатирования различают прицепные, полунавесные, навесные и монтируемые опрыскиватели, а по типу распыли-вающе-распределительного устройства - штанговые, вентиляторные и комбинированные. Последние снабжены штангово-вентиля-торным распределительным устройством.

Рабочие органы опрыскивателей. Опрыскиватели состоят из унифицированных сборочных единиц и рабочих органов: резервуаров, насосов, фильтров, регуляторов давления, распылителей, распылительных систем и заправочных устройств.

Резервуары служат для хранения запаса рабочей жидкости, необходимого для непрерывной работы в течение длительного времени (от полусмены до смены). Резервуар снабжают уровнемером поплавкового типа, заправочной горловиной с фильтром, гидравлической или механической мешалкой.

Гидравлическая мешалка, включенная в напорную магистраль насоса, постоянно подает часть жидкости в резервуар, создает в нем турбулентное движение и перемешивает жидкость. Механическая мешалка, снабженная лопастным колесом, вращается в резервуаре опрыскивателя и непрерывно перемешивает содержимое резервуара.

Насосы служат для подачи рабочей жидкости в напорную коммуникацию и создания давления, необходимого для распыливания жидкости и сообщения ее частицам определенной скорости. Насосы используют также при самозаправке, приготовлении и перемешивании рабочей жидкости в напорной коммуникации. На опрыскивателях устанавливают поршневые, центробежные, шестеренные, мембранные, роликовые и роторные насосы. Основные характеристики насоса - подача (л/мин) и давление (МПа). По развиваемому давлению различают насосы высокого (до 5 МПа), среднего (2...2,5 МПа) и низкого (0,5...0,6 МПа) давления.

Фильтры предназначены для очистки воды (при заправке) и рабочей жидкости от частиц, которые могут вызвать засорение распылителей или интенсивное изнашивание рабочих органов, нарушить работу клапанов насосов и регулятора давления. Фильтр состоит из корпуса, каркаса и фильтрующего элемента, выполненного из химически стойкого материала. Размер ячеек фильтрующего элемента зависит от назначения фильтра и места его установки в коммуникации опрыскивателя. В опрыскивателях обычно происходит поэтапное фильтрование, которое достигается уменьшением размера ячеек фильтрующих элементов в направлении движения рабочей жидкости (от заправочного устройства до распылителей). Для нормальной работы фильтров необходимо периодически извлекать фильтрующий элемент из корпуса и промывать.

Устройства для регулирования давления и управления потоками жидкости. К ним относятся регуляторы давления, регуляторы расхода жидкости, пульты управления и клапаны дистанционного управления.

Регуляторы давления служат для изменения и поддержания заданного (рабочего) давления жидкости в напорной коммуникации опрыскивателя. Сдвоенный регулятор давления состоит из редукционного 4 (рис. 6.2, а) и предохранительного 1 тарельчатых клапанов. Пружины 3 прижимают клапаны к седлам. От насоса жидкость поступает в корпус регулятора, проходит сквозь цилиндрическую сетку фильтра 5 в полость А и выходит через отверстие к распыливающему устройству. Как только давление жидкости в полости А превысит заданное, редукционный клапан 4 открывается и избыточная жидкость сливается в полость Б и далее в резервуар.

Рис. 6.2. Схемы регуляторов давления и расхода жидкости:

а - сдвоенный регулятор давления; б - регулятор расхода жидкости; в - пульт управления; г - переключатель отсечного клапана; 1, 4, 7, 9, 10 - клапаны; 2 - регулировочный винт; 3 - пружина; 5 - фильтр; 6 - манометр; 8 - корпус; 11 - гидроцилиндр; 12 - рычаг; 13 - эксцентрик; 14 - шток

 

Редукционный клапан устанавливают на требуемое давление винтом 2. Предохранительный клапан регулируют винтом на максимальное давление (2 МПа) и пломбируют. Предохранительный клапан открывает слив жидкости в резервуар в ситуациях, когда неисправен редукционный клапан.

Регулятор давления снабжен манометром 6 для контроля рабочего давления в нагнетательной магистрали.

Регулятор расхода жидкости снабжен редукционно-предохранительным 7 (рис. 6.2, б) и дроссельным 9 клапанами. Жидкость от насоса поступает в полость В, а из нее при открытом клапане 9 в полость А и далее в штангу. Давление в полости В зависит от степени сжатия пружины 3. Клапан 7 периодически открывается, пропуская избыток жидкости в резервуар, и поддерживает в полости В установленное давление. Давление в полости А и подача жидкости к штанге зависят от размера кольцевого зазора между клапаном 9и его седлом. Этот зазор регулируют винтом 2. Давление в полости А и штанге контролируют по показаниям манометра 6.

Пульт управления снабжен редукционно-предохранительным 7 (рис. 62, в), дроссельным 9 и отсечным 70 клапанами. Назначение и принцип действия клапанов 7 и 9 аналогичны описанным ранее. Отсечный клапан служит для включения и отключения подачи жидкости к штанге. Клапан 10 соединен с поршнем гидроцилиндра 11, включенного в гидросистему трактора. Гидроцилиндр открывает и закрывает клапан 10.

Клапан дистанционного управления снабжен штоком 14 (рис. 6.2, г), эксцентриком 13 и рычагом 12. Поворотом эксцентрика 13 смещают клапан и открывают проход жидкости к штанге.

Распыливающие наконечники (распылители) формируют струю жидкости в сплошной или полый конус, веер, сплошную пленку. Распылители - наиболее ответственные части опрыскивателя, от правильной подборки которых зависит равномерность нанесения химиката на растения. Их размещают на трубах-коллекторах распределительных систем, в которые насос нагнетает рабочую жидкость. В коллекторах выполнены отверстия, через которые жидкость поступает в полость распыливающей головки (рис. 6.3, а, б) или ниппеля 9 (рис. 6.3, в), закрепленных на трубе-коллекторе 2. К головкам или ниппелю 9 колпачком 4 присоединены вкладыши 3 распылителей, снабженных отверстиями для распыла жидкости. Распыливающие головки снабжены отсечным клапаном 6. При нормальном давлении в напорной магистрали жидкость поднимает клапан, проходит через фильтр, вкладыш 3 распределителя и в диспергированном виде наносится на объект обработки.

Рис. 6.3. Распыливающие наконечники опрыскивателей и подкормщиков:

а, б - распыливающие головки; в - полевой; г - центробежный; д – щелевой; е – дефлекторный; ж – эжекционный; з – центробежно-дисковый; и – дисковый с электрозарядкой капель; 1 – скоба; 2 - коллектор, 3, 12, 14, 18 - вкладыши; 4 – колпачок; 5 - корпус; 6 – клапан; 7 – поворотная обойма; 8, 13, 16 – каналы; 9 – ниппель; 10 – сердечник; 11 – камера завихрения; 15, 17 – отверстия; 19, 20, 23, 24 – диски; 21 – крышка (кожух); 22 – двигатель; 25 – источник высокого напряжения; 26 – трубопровод

 

В момент выключения подачи жидкости в напорную магистраль (на краю поля или остановках) давление в коллекторе 2 снижается, клапан 6 под действием пружины закрывает проход жидкости к распылителю и предотвращает тем самым самопроизвольное вытекание жидкости и загрязнение окружающей среды.

Одинарная распыливающая головка (см. рис. 6.3, а) имеет один распылитель, а комбинированная (см. рис. 6.З, б) - два, три или четыре. Поворотом обоймы 7 на корпусе 5 один распылитель устанавливают в нижнее (рабочее) положение до совмещения его канала 8 с выходным отверстием корпуса 5. Применение таких головок сокращает время на перенастройку опрыскивателя на новый режим работы.

По конструкции вкладышей и принципу действия различают распылители полевые, центробежные, щелевые, дефлекторные, эжекционные, центробежно-дисковые и дисковые с электрозарядкой капель.

Полевой распылитель (см. рис. 6.3, в) составлен из пластмассового колпачка 4 с выходным отверстием и сердечника 10 с винтовой канавкой. Диаметр отверстия колпачка 1,5 и 2 мм. Винтовые канавки закручивают поток жидкости.

Колпачки, предназначенные для работы при давлении выше 0,5 МПа, армируют вставками из спеченных материалов. Полевые наконечники образуют струю распыленного химиката длиной 1...2 м. Их используют в основном на опрыскивателях для защищенного грунта, ранцевых и др. Наконечники обеспечивают тонкое распыление жидкости, что позволяет применять их для опрыскивания растений раствором высокой концентрации действующего вещества.

Центробежный (вихревой) распылитель (рис. 6.3, г) снабжен камерой завихрения 11 и вкладышем 3 с круглым отверстием. Проходя через камеру завихрения, жидкость закручивается и выходит из отверстия вкладыша в виде полого конического факела с углом а = 60...90°. На некотором удалении от отверстия факел распадается на мелкие капли. Распылители такого типа обеспечивают тонкое распыление жидкости. Их применяют на штанговых распылителях для обработки посевов фунгицидами дозой 75... 150 л/га.

Щелевой распылитель (рис. 6.3, д) снабжен распыливающим вкладышем 12, отверстие в котором выполнено в виде узкой щели, расширяющейся в сторону выхода жидкости. Проходя под давлением через такое отверстие, жидкость распыливается, образуя плоский факел распыла в форме веера с углом α = 80...120°. Щелевые распылители дают грубую дисперсность распыла (≈300 мкм), но обеспечивают высокую равномерность распыла по ширине захвата. Поэтому их применяют для сплошного или ленточного внесения гербицидов, располагая распылитель так, чтобы плоскость факела распыла была поперек направления движения агрегата и составляла с ним угол 80...85°.

Дефлекторный распылитель снабжен вкладышем, на конце которого выполнено выпускное отверстие 15 (рис. 6.3, е), сообщающееся с осевым каналом 13. Жидкость из коллектора поступает в канал, разгоняется и ударяется о стенку отверстия 15. В месте соприкосновения струи со стенкой образуется центр давления, от которого жидкость в виде плоской пленки растекается по поверхности стенки. В дальнейшем пленка распадается на капли, образуя плоский факел распыла с углом α = 110...160°. Дефлекторные распылители имеют большие выходные отверстия и дробят жидкость на крупные капли размером 250...400 мкм. Их применяют на штанговых опрыскивателях для внесения суспензий большими дозами.

Эжекционный распылитель состоит из корпуса 5 (рис. 6.3, ж), колпачка 4 и вкладыша 18. Корпус имеет осевой 16 и радиальные каналы, сообщающиеся через отверстия 17 в колпачке с атмосферой. Проходя с большой скоростью по осевому каналу 16, жидкость создает разрежение в осевых каналах, подсасывает через отверстия 17 атмосферный воздух и образует жидковоз-душную смесь. При этом повышается вязкость смеси, выравнивается размер капель в факеле распыла, снижается количество мелких фракций и обеспечивается минимальный снос их ветром.

Центробежно-дисковый распылитель (рис. 6.3, з) представляет собой вращающуюся головку, составленную из одной, двух и более пар дисков 19 и 20. Каждая пара дисков образует между собой узкий канал шириной 2,5 мм. Жидкость по напорной магистрали поступает в центр диска 19, под действием центробежной силы перемещается по каналу к наружным кромкам дисков и дробится на капли диаметром 60...150 мкм. Такие распылители применяют на вентиляторных мало- и ультрамалообъемных опрыскивателях, обеспечивающих внесение жидких химикатов дозой от 1 до 100 л/га.

Дисковый распылитель с электрозарядкой капель (рис. 6.3, и) снабжен распыливающим конусным диском 23, индуцирующим Диском-электродом 24, включенным в сеть источника высокого

напряжения 25, и подводящим трубопроводом 26. Жидкость по трубопроводу 26 подается на внутреннюю поверхность вращающегося диска 23, под действием центробежной силы перемещается к наружной кромке и дробится на мелкие капли. В момент отрыва от диска капли получают электрический заряд. Заряженные частицы движутся по силовым линиям электрического поля, генерируемого вращающимся электродом, и надежно осаждаются на листовой поверхности растений. Заряженные частицы меньше сносятся ветром.

Основные показатели работы распыливающих наконечников - качество распыла, угол факела распыла α (см. рис. 6.3, г) и расход жидкости в единицу времени.

Качество распыла оценивают массовым медианным диаметром d_m, который определяют, замеряя множество капель после опрыскивания. Для этого на поле размещают контрольные карточки из вощеной бумаги. За медианный диаметр принимают диаметр капли, делящей все их множество по этому показателю на две равные части. В зависимости от размера капель (степени дисперсности) различают крупнокапельный (более 300 мкм), мелкокапельный (150...300мкм), высокодисперсный (50...150 мкм) и аэрозольный (менее 50 мкм) распылы.

Диаметр капель d_m уменьшается (рис. 6.4, а) с увеличением давления р_ж и уменьшением диаметра d отверстия распылителя. Для мелкодисперсного распыла применяют распылители с малым отверстием, а рабочее давление увеличивают. Крупнокапельный распыл получают при больших отверстиях и малых давлениях в напорной магистрали. Его применяют, например, при опрыскивании в ветреную погоду, на авиационных опрыскивателях и т. п. Угол факела распыла заметно изменяется при давлении до 0,5 МПа. При большом давлении этот показатель стабилизируется.

Расход жидкости через распылители возрастает с увеличением давления р_ж и диаметра d отверстия распылителей (рис. 6.4, б).

 

Рис. VI.4. Зависимость медианного массового диаметра капель d_m (а) и расхода жидкости q (б) от давления р_ж и диаметра отверстия дефлекторного распылителя (d₁>d₂>d₃).

Изменяя давление и диаметр отверстия распылителя, регулируют расход жидкости и степень распыла. Факел распыла в меньшей степени поддается регулировке. Ширину распыла отдельного распылителя регулируют, изменяя расстояние от него до объекта обработки.

Распределительные системы служат для перемещения распыленного потока рабочей жидкости и нанесения его на объект обработки.

Существуют вентиляторные, штанговые и брандспоитные распределительные системы.

Вентиляторное распределительное устройство состоит из вентилятора, сопла, коллектора с распылителями и механизма привода. Применяют осевые (рис. 6.5, а, б, в, г) и центробежные (рис. 6.5, д) вентиляторы. Осевой вентилятор снабжен цилиндрическим кожухом 2 и вращающимся лопастным колесом 1. Центробежный вентилятор имеет кожух, выполненный в виде улитки, и лопастное колесо 12. К кожуху осевого вентилятора присоединяют конические сужающееся (см. рис. 6.5, а), расширяющееся (см. рис. 6.5, в, г) и раздваивающееся (см. рис. 6.5, б) сопла. К наружной кромке сопла крепят коллекторы 5 с центробежными 7, 9 или дисковыми 10 распылителями, включенными в нагнетательную магистраль. При вращении лопастного колеса 1 воздух перемещается в кожухе в осевом направлении и выбрасывается через сопло со скоростью 25...50 м/с. Обтекая распылители, поток воздуха захватывает распыленную им рабочую жидкость и наносит ее на объект обработки. Сужающееся сопло используют для обработки полевых культур, расширяющееся по вертикали - для обработки высокорослых садов и виноградников.

Рис. 6.5. Вентиляторные распределительные устройства:

а - осевое с коническим соплом; б - осевое с двусторонним соплом; в, г - осевое с расширяющимся соплом; д - центробежное с прямоугольным (щелевидным) соплом; 1, 12 - лопастные колеса; 2 - кожух; 3 - обтекатель; 4, 6, 8, 11 - сопла; 5 - коллектор с распылителями; 7, 9, 10, 13 – распылители

 

При вращении лопастного колеса 12 (см. рис. 6.5, д) центробежного вентилятора воздух поступает через боковые окна в кожух вентилятора, раскручивается в нем и выбрасывается через выбросное окно прямоугольной формы в атмосферу. Обтекая распылители 13, воздух захватывает распыленную ими жидкость, дополнительно дробит капли и наносит их на растения. У центробежных распределительных устройств кожух вентилятора установлен на подшипниках и соединен с механизмом поворота, которым окно кожуха поворачивают направо или налево и изменяют угол α наклона его к горизонтали.

Штанговая распределительная система состоит из плоской или пространственной фермы (штанги), расположенной горизонтально (рис. 6.6, а) или вертикально (рис. 6.6, б). Штанга образована несколькими секциями, соединенными шарнирно. К секциям прикреплены коллекторы 1, 2, 5, 6, 8, 9 и 10, на которых закреплены распылители 3. Штанги наиболее равномерно распределяют рабочую жидкость по поверхности поля при минимальном влиянии ветра.

Рис. 6.6. Штанговые распылительные системы:

а - горизонтальная; б - вертикальная; в -ярусная; г -арочная; 1, 2, - коллекторы; 3 - распылители; 4 - растяжка; 7 - подвеска

 

Для обработки полевых культур применяют горизонтальное расположение штанги (см. рис. 6.6, а), для опрыскивания виноградников и хмельников - вертикальное (см. рис. 6.6, б) или арочное (рис. 6.6, г), когда две штанги расположены вертикально с двух сторон от ряда растений, а одна - горизонтально над растениями. При опрыскивании некоторых культур (картофель, томаты) применяют ярусное (рис. 6.6, в) расположение распылителей, закрепленных на подвесках 7.

Брандспойт (рис. 6.7) предназначен для опрыскивания вручную молодых садов, одинокостоящих деревьев, различных посадок и складских помещений. Основой его служит труба 8, на одном конце которой закреплена головка 5 наконечника, на другом - тройник 9. В трубе находится шток 7, на котором закреплена рукоятка 12 с внутренней винтовой нарезкой. Рукоятка навинчена на штуцер 11, конец которого ввернут в тройник 9. На штоке 7 закреплен завихритель 4 с винтовыми каналами и резиновой шайбой 3. Наконечник перекрыт распыливающей шайбой 2 с отверстием для прохода химиката, шайбу удерживает крышка 1.

 

Рис. 6.7. Брандспойт:

1 - крышка; 2 - распыливающая шайба; 3 - резиновая шайба; 4 - завихритель; 5 - головка наконечника; 6 - стабилизатор; 7 - шток; 8 - труба; 9 - тройник; 10 - уплотнительные кольца; 11 - штуцер; 12 - рукоятка; 13 - рукав; 14, 15 - ниппели

 

Образовавшееся пространство между распыливающей шайбой 2 и завихрителем 4 называется камерой завихрения. Длину ее и, следовательно, вместимость регулируют вращением рукоятки 12, навинчивая ее на штуцер 11 и тем самым перемещая шток 7 и завихритель 4.

С приближением завихрителя к распыливающей шайбе факел распыла становится шире и короче, дисперсность пестицида возрастает, расход сокращается. В зависимости от давления в нагнетательной системе и диаметра отверстия распыливающей шайбы высота струи может быть 7...12 м. Чтобы прекратить опрыскивание, поворачивают рукоятку до отказа, и резиновая шайба 3 закрывает отверстие распыливающей шайбы 2.

Пестицид подается к брандспойту через рукав длиной 10 м, присоединяемый к ниппелю 15. Прилагаются сменные распыливающие шайбы с отверстиями диаметром 3, 4, 5 и 6 мм.

Брандспойтами комплектуют опрыскиватели многих марок. Брандспойты снабжают насадками, образующими сосредоточенную струю большой высоты.

Эжектор для заправки открытой струей состоит из корпуса 4 (рис. 6.8, а, б) с насадкой, камеры смешивания 3 с диффузором, напорного рукава 6, соединенного с соплом 7, и заправочного рукава 1.

 

Рис. 6.8. Жидкоструйные эжекторы:

а, б - для заправки открытой струей; в - для заправки закрытой струей; 1, 6, 8, 11, 12 - рукава; 2 - ручка; 3, 15 - камеры смешивания; 4 - корпус; 5 - пробка; 7, 9 - сопла; 10 - диффузор; 13 - резервуар заправщика; 14 - фильтр

 

Эжектор работает совместно с насосом опрыскивателя, от которого по рукаву 6 в него поступает жидкость под давлением 1,65...2 МПа. Поэтому перед заправкой в резервуаре опрыскивателя должно находиться 25...30 л жидкости. Корпус эжектора опускают в емкость заправщика и включают насос. Струя жидкости, выходящая из сопла 7, за счет вязкости увлекает с собой в рукав 1 соседние объемы жидкости, в камере смешивания создается разрежение, в результате которого жидкость из заправщика начинает поступать по рукаву 7 в бак с большей скоростью. Производительность такого эжектора составляет 120... 150 л/мин.

Эжектор для заправки закрытой струей (рис. 6.8, в) состоит из корпуса, смонтированного на резервуаре опрыскивателя. В камере смешивания 15 корпуса установлены сопло 9 и диффузор 10. Для самозаправки жидкость от насоса по рукаву 8 направляют в корпус эжектора. Струя жидкости, выходящая из сопла 9, создает в камере 15 и рукаве 12 разрежение. Жидкость из резервуара 13 заправщика по рукаву 12 поступает в корпус эжектора и нагнетается по рукаву 11 в резервуар опрыскивателя.