Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей коллектива исследователей из Ключевой лаборатории бионической инженерии Министерства образования в Цзилиньском университете и Факультета машиностроения и электроники Таримского университета, которые сообщили о разработке электростатического опрыскивателя для теплиц. Статья опубликована в журнале Agriculture 2024 на портале MDPI.
…Овощи являются одним из основных источников необходимых питательных веществ для человека, и как крупный производитель овощей Китай наблюдает быстрый рост в своем секторе сельского хозяйства. Операции по защите растений играют решающую роль в управлении объектом, напрямую влияя на качество и урожайность овощей.
Высокая температура и влажность в теплицах часто приводят к частым вспышкам вредителей и болезней, а узкая посадка культур препятствует использованию крупномасштабной техники для защиты растений.
В настоящее время методы химического контроля широко используются для защиты растений в теплицах, в основном полагаясь на переносные ручные опрыскиватели или ранцевые опрыскиватели. Однако эти устройства имеют эффективный коэффициент использования пестицидов всего 20–30% и неэффективны для покрытия нижней стороны листьев, что приводит к избыточным объемам распыления. Это не только приводит к загрязнению почвы и превышению стандартов безопасности остатками пестицидов, но и не позволяет достичь желаемых эффектов борьбы с вредителями. Поэтому разработка эффективного опрыскивателя для защиты растений, подходящего для тепличных условий, имеет большое значение для устойчивого развития овощеводческой отрасли.
Технология многосоплового электростатического распыления объединяет распыление штанги с электростатическим распылением: несколько сопел устанавливаются на горизонтальных или вертикальных распылительных штангах, и пестицид доставляется через систему распылительных штанг на поверхность листьев.
Этот метод является высокоэффективным, обеспечивает равномерное распределение капель и охватывает большую площадь, что делает его особенно подходящим для средних и поздних стадий роста тепличных культур, характеризующихся высокими растениями с густой листвой.
Электростатическое распыление, с другой стороны, использует источник энергии для зарядки электростатического генератора, создавая статическое электричество между соплом и целью.
Когда капли распыляются, они становятся электрически заряженными под воздействием этого поля. Капли тумана накапливают электрический заряд, проходя через электрическое поле, создавая статическое электричество. Во время доставки капель, если пренебречь влиянием внешней среды, заряженные капли в первую очередь испытывают воздействие собственной гравитации и силы электрического поля после выхода из сопла. Однако, поскольку транспортируемые капли, как правило, имеют небольшой диаметр, сила электрического поля играет доминирующую роль в процессе транспортировки. Под воздействием силы электрического поля заряженные капли притягиваются к поверхностям целевых культур.
Кроме того, из-за проникающей природы линий электрического поля капли могут не только осаждаться на поверхности целевых культур, но и проникать внутрь полога, оседая на нижней стороне листьев и других скрытых участках, тем самым усиливая адгезию пестицидов.
Кроме того, из-за электростатического эффекта частицы инсектицида более равномерно распределяются по всей поверхности растения, тем самым улучшая борьбу с вредителями.
Самоходный электрический электростатический опрыскиватель для междурядных работ в теплицах в основном состоит из ходового шасси, вертикальной распылительной штанги, электростатического устройства и системы подачи пестицидов.
Фермеры могут управлять движением шасси и активировать систему подачи пестицидов с помощью устройства дистанционного управления. Электростатическое устройство питается от встроенной в опрыскиватель батареи 12 В (Camel Group Co., Ltd., Xiangyang, China), которая использует преобразователь напряжения для преобразования постоянного тока низкого напряжения в переменный ток 220 В, генерируя статическое электричество высокого напряжения. Используемый электростатический генератор - модель Amison JD-SFQ092 (Dongguan anti-static technology Co., Ltd., Dongguan, China) с диапазоном выходного напряжения от 0 кВ до 15 кВ, подключенный к кольцевому электроду.
Для обеспечения безопасности и надежности высоковольтного электростатического генератора каждая форсунка расположена параллельно высоковольтному генератору, а для соединения отверстий электродов с электростатическим генератором используются провода.
Электростатическая форсунка использует широко используемый метод индукционной зарядки. Форсунка спроектирована с круглым электрическим кольцом и изолирована с использованием инженерных пластиков. Она имеет небольшие внешние отверстия для подключения электродов и крепится на воздуходувной трубе с помощью винтов. Распылительная штанга имеет в общей сложности шесть форсунок, по три из которых расположены с каждой стороны воздуховода. Высота кронштейна форсунки составляет 1,2 м, а радиус выхода воздуховода составляет 30 мм. Был выбран водяной насос модели P16-A0-FR с расходом от 4 до 16 л/мин.
Вся структура машины и электростатическое сопло.
В ходе эксперимента по эффективности измерялись и регистрировались стандартизированные параметры, такие как расстояние между рядами, расстояние между растениями и высота основного стебля растений томата.
В теплице были выбраны три ряда с общим количеством 9 пар растений томата, и для получения средних значений были проведены множественные измерения. Среднее расстояние между растениями составило 36 см, среднее расстояние между рядами — 70 см, а средняя высота растений — 174 см. Электростатический опрыскиватель для теплицы имеет шасси с размерами 1 м в длину, 0,55 м в ширину и 1,8 м в высоту со средней рабочей скоростью 0,5 м/с.
Бак для пестицида опрыскивателя имеет емкость 100 л, а мембранный насос обеспечивает регулируемый диапазон давления от 0 до 1,5 МПа. Во время экспериментов в теплице для сбора параметров окружающей среды использовался регистратор температуры и влажности. В результате распыления с помощью опрыскивателя влажность в теплице повысилась, средняя влажность составила около 78%, а средняя температура — около 24 °C.
На основе предварительного исследования на месте были уточнены 3D и 2D схемы опрыскивателя, а обработка и сборка были завершены на предприятии Jinzhun Agricultural Machinery Co., Ltd. в городе Алар, Синьцзян.
Электростатический опрыскиватель для теплиц с электрическим приводом предназначен для удовлетворения различных эксплуатационных требований и имеет два режима опрыскивания: вертикальный распылительный стержень с несколькими форсунками и автоматический шланговый барабан с распылителем с одной форсункой.
Фермеры могут использовать блок управления, обеспечивая стабильное движение при переносе раствора пестицида. Электростатический генератор высвобождает статическое электричество высокого напряжения, а поток распыления контролируется электромагнитным клапаном, который подключается к электростатическим форсункам распылительного стержня.
Были проведены экспериментальные исследования для оценки скорости покрытия листьев тепличных томатов при различных напряжениях электродов, расстояниях распыления и давлении распыления.
По сравнению с традиционными неэлектростатическими распылителями, когда электростатический эффект активируется при сохранении других условий постоянными, средняя скорость покрытия на передней и задней поверхностях листьев томатных растений увеличивается примерно на 10%. Таким образом, электростатический эффект эффективен для повышения скорости покрытия поверхности листьев растений во время операций опрыскивания.
На основе результатов однофакторного электростатического распыления был использован метод поверхности отклика Бокса-Бенкена для определения оптимальных рабочих параметров для распылителя: уровень электростатического напряжения +10 кВ, рабочее давление 0,7 МПа и целевое расстояние распыления 35 см. При этих оптимальных параметрах имитированные показатели покрытия на верхней и нижней поверхности листьев составили 86,15% и 37,55% соответственно.
Полевая проверка в теплице показала, что относительная погрешность адгезии капель на верхней поверхности листьев томатных растений составила менее 9%, тогда как относительная погрешность на нижней поверхности листьев составила менее 10% по сравнению с имитированными значениями. Небольшие расхождения указывают на то, что электростатический распылитель демонстрирует стабильную производительность и соответствует требованиям механизации для операций по распылению в теплицах.
По статье группы авторов (Чжаньхун Го, Цзяцзя Чжан, Лининг Чен, Чжаоян Ван, Хунбяо Ван, Сюйфэн Ван), опубликованной на портале www.mdpi.com. Фото принадлежат группе указанных авторов.
