Установка для аэрозольной обработки пропашных культур в электрическом поле

INSTALLATION FOR AEROSOL TREATMENT OF ROW CROPS IN AN ELECTRIC FIELD

Damir Galautdinov

Undergraduate FSBEI HE Bashkir State Agrarian University, Russia, Ufa

Аннотация. В статье представлена разработка для распыления аэрозолей в электрическом поле. Для реализации данной разработки необходимы следующие элементы установки: низковольтный источник питания постоянного тока, преобразователь высоковольтный импульсный, кольцевой незамкнутый электрод, крепление электрода к распылительному устройству. В результате анализа и изучения существующих разработок, установлено, что данная технология распыления способствует повышению эффективности применения пестицидов, что достигается их экономией, так как при электризации распыляемой жидкости целесообразно перейти на малообъемное опрыскивание, т.е. снижается общий расход ядохимикатов и уменьшаются средне-медианные размеры аэрозоля. Применение электронно-ионной технологии при распылении повышает рациональность потребления пестицидов, тем самым способствуя экономии расходов сельскохозяйственного предприятия.

Abstract. The article presents a development for spraying aerosols in an electric field. To implement this development, the following installation elements are required: a low-voltage DC power supply, a high-voltage pulse Converter, an annular open electrode, and the attachment of the electrode to the spray device. The analysis and study of existing research, it was found that the atomization technology enhances the effectiveness of pesticides, by their savings, as the electrification of sprayed liquid advisable to go for low-volume spraying, i.e. reduces the total consumption of pesticides and reduced the medium to the median size of the aerosol. The use of electron-ion technology for spraying increases the efficiency of pesticide consumption, thereby contributing to cost savings for agricultural enterprises.

Ключевые слова: сельское хозяйство, распыление в электрическом поле, пестициды, аэрозоль, пропашные культуры, полевой опрыскиватель.

Keywords: agriculture, electric field spraying, pesticides, aerosol, row crops, field sprayer.

Проблемы науки и производства в агроинженерии на данном этапе развития технологий решаются использованием современных технологий для новых разработок. Актуальным направлением решения таких проблем является повышение эффективности использования ресурсов [7].

Однако, даже сегодня обработка пропашных культур невозможна без применения химических средств защиты растений. Это говорит о том, что в обозримом будущем химический метод защиты останется основным методом при полевых работах.

Таким образом, важнейшей задачей является снижение расхода пестицидов без потери эффективности их применения.  

Одним из перспективных способов решения поставленной задачи является применение электрических полей при распылении аэрозоля. Проведено много исследований [1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9], в результате которых доказано снижение потребляемых при обработке пестицидов за счет лучшего прилипания и с фронтальной стороны листьев, и с тыльной стороны.

Для разработки установки распыления в электрическом поле требуется элементная база, которая включает низковольтный источник питания постоянного тока, которое впоследствии необходимо повысить до высоких значений, кольцевой незамкнутый электрод для реализации индукционной зарядки аэрозоля, и крепление электрода к распылительному устройству.

Индукционный способ зарядки требует значительно меньше энергозатрат, в отличие от ионной зарядки в коронном разряде, которое также имеет недостатки, среди которых:

• большие энергетические потери в разряде;
• работа элементов схемы высокого напряжения в режиме перегрева;
• выделение в окружающую среду озона и оксидов азота

Основная проблема состоит в том, что исследования в данной области были проведены в лабораторных условиях. Была поставлена задача разработать схему генерирования высокого напряжения, адаптированную к полевым условиям.

От источника низковольтного напряжения питание осуществляется с применением аккумуляторной батареи.

Анализ блоков высоковольтного напряжения осуществлялся на основе устройств, основанных на осаждении частиц в электрическом поле: электрофильтры, аппараты электростатического копчения, установки для электроокраски, электрообработка растительной массы в электрическом поле. Во всех перечисленных установках используется высоковольтный трансформатор.

Существуют схемы генерирования высокого напряжения, источником питания которых могут служить аккумуляторные батареи 9, 12, 24 В. К примеру, к таким схемам стоит отнести генератор высокочастотного напряжения (качер Бровина), или схемы типа резонансных генераторов. Эти схемы отличаются от многих обычных широко реализуемых высоковольтных блоков меньшим потреблением энергии (десятки ватт).

При проведении экспериментов установлено, что зарядом от обычной батареи постоянного напряжения электризации аэрозоля не достичь. Изучая труды исследований предшественников [2, 3, 8], выяснено, что при наличии переменной составляющей напряжения происходит электризация жидкофазных частиц. Поэтому, при разработке высоковольтного источника стоит отдать предпочтение схемам генерирования высокочастотного или импульсного напряжения.

Таким образом, разработана электрическая принципиальная схема, представленная на рисунке 1.1, где в качестве источника импульсного напряжения указан ШИМ генератор, выдающий сигналы прямоугольной формы (рисунок 1.2).

Рисунок 1. Электрическая принципиальная схема импульсного высокого напряжения

Рисунок 2. Импульсный ШИМ сигнал

ШИМ генератор характеризуется такими параметрами, как скважность S и коэффициент заполнения  D

                                                                                                           (3.9)

где T – период импульса, с;

τ – длительность импульса, с.

Установив заполнение 50%, получим скважность импульсов

ШИМ генераторы управляют силовыми ключами, роль которых выполняют транзисторы (биполярные или полевые).

Микросхемы ШИМ могут быть исполнения с силовым ключом в одном корпусе, могут быть без него. Есть ШИМ регуляторы, в которых настраивается частота пульсаций, также имеются микросхемы с выставленными параметрами импульсов.

Что касается высоковольтного трансформатора, то в качестве него применим любой повышающий трансформатор, например, катушка качера Бровина, также приемлем вариант катушки на ферритовом стержне или бронированном трансформаторе как в СВЧ-печи (рисунок 1.3). Важно подать на высоковольтный вывод отрицательную полярность.

Рисунок 3. Варианты применения высоковольтного трансформатора:

а – катушка качера Бровина; б –катушка на ферритовом сердечнике; в – трансформатор СВЧ - печи

Качество покрытия листьев и удержание капель на них при распы-лении в электрическом поле зависит от накопленного потенциала на электроде. Также, количество заряда на поверхности жидкофазной частицы связан со скоростью ее выхода, в совокупности со значением потенциала в той или иной точке пространства, объема и плотности частицы.

Схема разработанного крепления электрода продемонстрирована на рисунке 1.4.

Рисунок 4. Модель установки кольцевого незамкнутого электрода к распылителю

Данное крепление возможно регулировать по высоте, в зависимости от применяемого распылителя (сборка представлена для распылителя IDKT 120-03 Lechler). Крепится сама сборка непосредственно на отсечное  распределительное устройство, с возможностью поворота по оси шланги.

Таким образом, технология электростатического опрыскивания позволяет применять распылители с очень мелким диспергированием жидкости, без опасений из-за дрейфа частиц аэрозоля вследствие лучшего прилипания.