Кіровоградський національний технічний університет

Онопа Володимир Анатолійович

УДК 631.439.21

Обґрунтування параметрів пневматичної

насадки пневмодезинсектора для збирання шкідників пасльонових культур

05.05.11 - машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кіровоград – 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі сільськогосподарського машинобудування

Кіровоградського національного технічного університету

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор

Петренко Микола Миколайович,

Кіровоградський національний технічний університет,

перший проректор.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Пастушенко Сергій Іванович,

Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, проректор;

кандидат технічних наук, доцент

Бендера Іван Миколайович, Подільський державний аграрно-технічний університет, директор інституту механізації і електрифікації сільського господарства.

Захист відбудеться “ 20 “ червня 2008 року о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 23.073.01 у Кіровоградському національному технічному університеті за адресою: 25006, м. Кіровоград, пр. Університетський, 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Кіровоградського національного технічного університету за адресою: 25006, м. Кіровоград, пр. Університетський, 8.

Автореферат розісланий “17”травня 2008 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради В.М. Каліч

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В Україні виникла об`єктивна необхідність повернення втраченого за роки кризи іміджу однієї з провідних країн практичної екологізації захисту сільськогосподарських культур від шкідників як визначальної складової світової стратегії стійкого сільського господарства.

Така потреба мотивується державним курсом на інтеграцію в ЄС, вступом до СОТ та доцільністю входження України у світовий та Європейський ринки продуктів рослинництва і тваринництва, що виробляються за екологічними технологіями без використання засобів хімізації, або з мінімальним використанням хімічних препаратів.

Разом з тим сільське господарське виробництво України щорічно втрачає від шкідників, хвороб та бур’янів до 30 % валових зборів і, зокрема, картоплі до 35%.

Серед існуючих методів захисту сільськогосподарських культур від шкідників пневматичний – є одним із основних екологічно безпечних способів, рівень застосування якого суттєво впливає на продовольчу безпеку держави, якість харчування населення, а отже і здоров’я нації.

Існуючі робочі органи для боротьби з колорадським жуком екологічно чистим методом, потребують додаткового розвитку і вдосконалення. Це є важливим , але мало вивченим питанням, вирішенню якого і присвячена представлена робота.

Зв’язок роботи з науковими програмами. Тема роботи пов‘язана з “Державною програмою виробництва технологічних комплексів машин і устаткування для сільського господарства, харчової і переробної промисловості на 1998-2005рр.” (п. 3.2.3), затвердженою Кабінетом Міністрів України 09.02.1998 року, протокол №5, та з тематичним планом НДДКР Кіровоградського національного технічного університету на 1996 рік “Розробка, виготовлення і випробування сільськогосподарських знарядь й механізмів” №53.283 від 01.03.1996р., тематикою Кіровоградського інституту агропромислового виробництва УААН “Інтегровані системи захисту сільськогосподарських культур від шкідливих організмів” №03.04-МВ/33-96 від 01.07.1997р., держбюджетною тематикою Кіровоградського державного технічного університету №28Б10 від 25.01.2001р. “ Розробка та впровадження енергозберігаючих і екологічно безпечних технологій вирощування високоякісної продукції рослинництва в умовах північного Степу України” (державний реєстраційний номер 0202U00676).

Метою даної роботи є підвищення ефективності збирання колорадського жука шляхом обґрунтування параметрів та режимів роботи всмоктувальних робочих органів машин для застосування екологічно чистих методів боротьби.

Відповідно до визначеної мети поставлені такі задачі досліджень:

1. Проаналізувати методи, засоби і конструкції машин, що використовуються для боротьби з шкідниками пасльонових культур.

2. Обґрунтувати принципову схему пневматичної насадки для збирання колорадського жука.

3. Визначити вплив основних параметрів та режимів роботи пневматичної насадки на ефективність збирання шкідників і обґрунтувати їх раціональні значення:

– виявити залежність параметрів пневматичної насадки від режимів її роботи;

– створити математичну модель уловлювання шкідників;

– встановити раціональні режими процесу уловлювання шкідників;

– оптимізувати найбільш впливові параметри пневматичної насадки;

– вишукати діапазон раціональних значень параметрів насадки;

– провести обґрунтування вибраних конструктивних параметрів.

4. Запропонувати методику розрахунку та принципи проектування пневматичної насадки для збирання колорадського жука.

5. Оцінити ефективність упровадження машини з пневматичною насадкою для збирання колорадського жука у виробництво.

Об'єктом дослідження є пневматична насадка пневмодезинсектора для збирання шкідників з пасльонових культур.

Предмет дослідження – процес збирання шкідників насадками пневмодезинсектора.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведені з використанням методів теоретичної механіки, математичного аналізу, теорії ймовірності і математичного моделювання. Результати експериментальних досліджень оброблено методами математичної статистики з використанням ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. Досліджено і проаналізовано можливості збирання пневматичною насадкою шкідливих комах в насадженнях сільськогосподарських культур. Вперше визначено фізико-механічні й аеродинамічні характеристики колорадського жука та його личинок, необхідні для подальшої роботи над удосконаленням пневмодезинсекторів; обґрунтована і розроблена нова схема всмоктувальних органів для збору шкідників – комах різного розміру, залежно від їх розміщення в нижній, середній чи верхній зонах куща картоплі; визначено раціональний режим всмоктування незалежно від фазових та вікових змін у колорадського жука; встановлені залежності взаємодії всмоктувального повітряного потоку з колорадським жуком та його личинками, що дозволило скласти алгоритм розрахунку, за допомогою якого обгрунтовані параметри робочого органу – пневматичної насадки пневмодезинсектора.

Практичне значення одержаних результатів. Створена раціональна конструкція засмоктуючих органів пневмодезинсектора – пневматична насадка, на яку отримано патент України; розроблена і виготовлена робоча модель засмоктуючих органів пневмодезинсектора. Виготовлено експериментальний зразок пневматичної насадки пневмодезинсектора, який пройшов випробування на Кіровоградської державній сільськогосподарській станції (нині Кіровоградський інститут агропромислового виробництва УААН) с. Созонівка, Кіровоградської області, та на сільськогосподарському приватному підприємстві “Влад”, с. Могутнє Кіровоградської області.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що ним безпосередньо:

- проведено аналіз перспективних напрямків знешкодження шкідників;

- встановлені закономірності процесу вловлювання шкідників пневматичними насадками пневмодезинсектора;

- визначені розмірні та аеродинамічні властивості колорадського жука;

- виявлені фактори, що впливають на технологічний процес, критерії оптимізації процесу і, на підставі цього, розроблена експериментальна установка для дослідження процесу збирання шкідників;

- розроблена програма і методики досліджень;

- проведені теоретичні й експериментальні дослідження з визначенням оптимальних параметрів і режимів роботи пневматичної насадки;

- підготовлено рекомендації, щодо використання отриманих результатів при удосконаленні системи пневматичного збирання шкідників.

Апробація результатів дисертації. Результати проведених досліджень апробовано на науково-технічній конференції “Проблеми надійності, експлуатації і ремонту машин” (Кіровоградський інститут сільськогосподарського машинобудування, 1994 р.), на Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки” (Кіровоградський інститут сільсько-господарського машинобудування, 1997 р.), на 3-й, 4-ій та 5-ій Міжнародних науково-практичних конференціях “Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки” (Кіровоградський національний технічний універси-тет, 2001, 2003, 2005рр.), на Міжнародній науково-практичній конференції "Технічний прогрес в АПК" (Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. П.Василенка, 2006р.), на Всеукраїнській конференції-семінарі в галузі аграрної інженерії (Національний науковий центр "Інститут механізації та електрифікації сільського господарства", 2006р.), на науково-практичних конференціях викладачів Кіровоградського національного технічного університету (1993–2007р.р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 друкованих праць, з яких 6 у наукових фахових виданнях України. Отримано 2 патенти України на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел, додатків.

Основний зміст дисертації викладено на 113 сторінках машинописного тексту

і містить 8 таблиць, 32 рисунків. Список використаних джерел становить 112 найменувань. Додатки розміщені на 22 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі приведена основна характеристика роботи, де обґрунтована актуальність теми, сформульована мета, наведена інформація про апробацію результатів досліджень і публікації в наукових виданнях.

У першому розділі “Аналітичний огляд методів та засобів боротьби з колорадським жуком” проаналізовані тенденції розвитку методів боротьби зі шкідниками сільськогосподарських культур.

Виявлено шість основних груп методів, які поділяються за принципом дії: біологічний, біофізичний, хімічний, селекційно-імунологічний, агротехнічний, фізико-механічний. Серед них особливе місце з позиції екологічної безпеки займає фізико-механічний, що вибудований на основі використання повітряних потоків усмоктування або здування.

Відповідно до цього розглянуто конструкції машин і пневматичних

насадок, проаналізовано їх переваги і недоліки, що виявлені в реальних умовах експлуатації.

Суттєвий внесок у наукове забезпечення створення пневматичних машин для збору шкідників представлені у дослідженнях Талієва В.Н., Бутакова С.Е., Посохіна В.Н., Пастушенка С.І., Лакассе Б., Логе К., Роу П., Вінсента К. та інших. Вивченню аеродинамічних потоків і впливу на них конструктивних параметрів пристроїв для збирання шкідників, створенню спеціальних пневмоагрегатів присв’ячені роботи Руденка Н.Е., Зубанова А.П., Бендери І.М., Бондзяка В.І., Гуцола Т.Д.

За результатами першого розділу сформульовані задачі досліджень.

У другому розділі “Теоретичні дослідження процесу вловлювання шкідників пневматичною насадкою пневмодезинсектора” запропонована принципова схема пневматичної насадки підковоподібної форми зі щілинами, яка має більші торцеві розміри передньої частини, ніж задньої (патент України №20158А).

Ефективність роботи пневмодезинсектора залежить від багатьох факторів, пов’язаних з параметрами насадки, особливостями шкідників та будовою рослини, на якій вони знаходиться (рис.1).

Рис. 1. Схема пневматичної насадки для встановлення взаємодії всмоктувальних повітряних потоків щілини з шкідниками | До основних параметрів пневматичної насадки віднесено:

– геометричні (форма насадки, радіус R її округлення, кількість та розміри всмокту-вальних щілин);

– кінематичні (швидкість руху агрегату Vагр);

– аеродинамічні (швидкість і тиск повітряного потоку Vпов, Р).

Шкідники характеризуються морфологічними параметрами (розмір та масові характер-ристики шкідників залежно від фаз їх розвитку).

Для вибору режиму роботи насадки важливе врахування місць знаходження (корди-нат) шкідників у момент їх відриву від листків рослини.

Зона уловлювання пневматичного пристрою може бути представлена у вигляді напівциліндра радіусом R. На основі врахування того, що всмоктувальні отвори доцільно виконувати у вигляді щілин орієнтованих під кутом б (рис.2) до твірної циліндричної поверхні, постає завдання визначення необхідної кількості щілин, достатньої для забезпечення повного охоплення циліндричної робочої поверхні пристрою як по твірній, так і по направляючій лініях. |

Рис. 2. Схема розрахунку необхідної кількості всмоктувальних щілин пневматичної насадки

Зона уловлювання (півколо з кутом охоплення р) повинна повністю перекриватися всмоктувальними щілинами з дотриманням умов:

, (1)

де n – кількість щілин;

r – радіус сфери, що описує кут;

Vагр – швидкість руху агрегату;

tобр– час обробки куща.

Ефективний захват шкідників відбувається за умови, якщо час знаходження щілини біля шкідника tроб.щіл. буде більшим або дорівнювати часові його захвату tзах

і, відповідно, робочий шлях щілини буде дорівнювати:

, (2)

де h – ширина щілини, м;

б– кут нахилу щілини до твірної, град.

Тоді кут нахилу щілини:

. (3)

Оскільки кривизна циліндричної поверхні пневматичної насадки на відрізку довжини дуги Дl достатньо мала (рис. 2.) то .

Кількості щілин пневматичної насадки визначаємо по формулі: .

, (4)

де R– радіус насадки.

На рис. 3 представлено графічний аналіз отриманої залежності.

Аналіз залежностей показує лінійний вплив часу захвату і швидкості агрегату на необхідну кількість всмоктувальних щілин. При збільшенні цих параметрів кількість щілин збільшується.

Зворотній вплив мають ширина щілини і довжина насадки. Зі збільшенням цих параметрів кількість щілин нелінійно зменшується зі схильністю до стабілізації в межах 3...6 штук (рис. 3).

У міру наїзду збирального агрегату на кущ нові частини рослини вступають в зону всмоктування і збору шкідників.

Рис 3. Залежність кількості n всмоктувальних щілин від режимів конструктивних і технологічних параметрів робочої насадки: 1 – часу захвату жука, tзах; 2 – швидкості агрегату, Vагр; 3 – ширини щілини, h; 4 – довжини насадки , L (при R=0,15м; б =150).

Схематично це можна представити як переміщення деякої площини

перерізу напівсфери куща радіуса r перпендикулярної до вектора швидкості переміщення Vагр (рис. 4).

Рис. 4. Схема поступового збільшення зони дії пневматичною насадкою | При дослідженні процесу збору шкідників приймаємо такі припущення:

- кущ є напівсферою;

- шкідники по об’єму куща розподіляються рівномірно;

- при відриві шкідника від поверхні листка і його руху до щілини насадки відсутнє обертання самого шкідника навколо власного центру маси;

- пневматична насадка – рухається з постійною швидкістю, рівною швидкості агрегату.

З урахуванням припущення стосовно рівномірності розподілу шкідників по об’єму куща постає задача визначення закономірності зміни кількості шкідників, які потрапляють у зону дії роботи пневматичної насадки, для обґрунтування її конструктивних і технологічних параметрів.

Із представленої схеми (рис. 4) видно, що площа перетину пневматичною насадкою куща спочатку збільшується, досягаючи максимуму в центрі сфери (куща), а потім зменшується до нуля. Відповідно об’єм куща, що обробляється змінюється за таким же законом.

Зв’язок між шляхом, пройденим агрегатом над кущем Lа, і площею його перетину Sv представляється рівнянням:

. (5)

З врахуванням прийнятого рівномірного розподілу шкідників по об’єму куща зі щільністю q, їх кількість в елементарному об’ємі куща буде тим більша, чим більша усереднена площа вибраного елементарного об’єму. Кількість шкідників в елементарному об’ємі площею Sv і товщиною dLа (рис. 4) дорівнює:

(6)

або . (7)

Залежність (7) є диференційною функцією розподілу шкідників при переміщенні пневматичної насадки з постійною швидкістю Vагр.

Після інтегрування:

. (8)

Для аналізу зміни щільності зібраних шкідників, що потрапили в зону пневматичної насадки, залежно від шляху, який вона пройшла, над кущем, побудована залежність згідно (8), яка представлена на рис. 5.

Рис. 5. Залежність зміни кількості шкідників, що потрапляють в зону присмоктування пневматичною насадкою, від шляху, який вона проходить над кущем (qv=2000 шт/м3; r= 0.15м) | Із графіка (рис. 5) видно три характерні дільниці зміни кількості шкідників, що знаходяться під впливом пневматичної насадки. Перша з них (I, Lа ? 0,1м) відповідає швидкому росту кількості шкідників. Друга (II, 0,25м ? Lа ? 0,1м) відображає, практично, лінійне зростання шкідників. Третя (III, Lа>0,25м) характеризує гальмування приросту кількості шкідників і стабілізацію їх значення на максимальному рівні, що відповідає їх загальній кількості на кущі, який обробляється.

В цілому слід зауважити, що представлена залежність має складний характер, яка є інтегральною функцією зростання кількості шкідників від пройденого насадкою шляхом.

Правомірне припущення, що шкідники всмоктуються щілинами по найкоротшій траєкторії, оскільки сила всмоктування на цій дільниці буде максимальною. Для силового аналізу зусиль, що діють на шкідників, проведено дослідження в площині січення, перпендикулярній до вектора швидкості руху агрегату Vагр , і здійснене узагальнення для всього об’єму куща.

У довільному січенні куща площею SL, знаходяться kL шкідників

Згідно з прийнятою системою координат (рис.1) для кожного j-го шкідника в розкладі по осях 0Y і 0Z :

(9)

де m – маса шкідника, кг;

, – відповідно суми проекцій сил, що діють одночасно на j-го шкідника (при n щілин січення).

У розкладуємий переріз потрапляє kL шкідників, для кожного з яких справедливі наведені рівняння руху уздовж осей. Для всієї системи “шкідник – щілина” в перерізі пневматичної насадки запишемо

(10)

Використовуючи результати досліджень Бузенкова Г.А., Ма С.А., Максимова Г.А., Дерюгіна В.В., що встановлюють зв’язок між всмоктувальною силою і швидкістю повітря і її розподілом в січенні отвору отримаємо:

(11)

де –коефіцієнт форми шкідника;

с – щільність повітря;

f – проекція площі січення тіла, що присмоктується, на площину перпендикулярну вектору швидкості руху;

Vпов – швидкість повітряного потоку.

Представлені рівняння руху є математичною моделлю процесу захоплення і переміщення kL шкідників до n всмоктувальних щілин.

Рішення (11) отримані чисельним методом (через складність зв’язку між похідною другого порядку і незалежними змінними, а також багатомірністю задачі, яка вирішується). В результаті встановлений зв’язок між особливостями та режимами руху шкідників при їх збиранні пневматичною насадкою, її конструктивними і експлуатаційними параметрами.

Для визначення загальних параметрів пневматичної насадки перенесемо отриманий результат з площини збирання шкідників, що розглядається, на весь об’єм куща.

Кількість шкідників kL, яка збирається в площині січення, залежить від величини цієї площини, а вона, у свою чергу, визначається шляхом, пройденим пневматичною насадкою над кущем. У той же час кількість всмоктувальних щілин n залишається постійною, оскільки вони виконані під кутом уздовж самої насадки.

За таких умов увесь об’єм куща розділено на окремі дільниці ДLa, розмір

яких не перебільшує максимального розміру шкідника. Відповідно увесь шлях робочого органу над кущем можна розбито на окремі елементи, які представляють собою елементарні об’єми із середньою площею SLa. Для них визначені основні показники ефективності збирання шкідників згідно з рішенням рівнянь (8).

Отриманий сумарний результат, який характеризує максимально можливе завантаження пневматичної насадки, яке забезпечується одночасним зніманком з куща усіх наявних шкідників усіма щілинами. В дійсності процес знімання шкідників розтягнутий в часі проходження пневматичною насадкою всього куща. Враховуючи, що цей час при існуючих швидкостях агрегату невеликий (0,1с), подібний запас продуктивності буде оправданий. Його необхідність продиктована ще й тим, що щільність розподілення шкідників має певну розбіжність як по окремих кущах, так і в межах самих кущів.

Розрахунки проведені за допомогою пакету прикладних програм на ПЕОМ за власним алгоритмом.

Для проведення чисельного експерименту використовували такі дані:

f =6,5Ч10-5м2; R=0,2 м; с = 1,22 кг/м3; з=0,75; n=5;

m=(6,0Ч10-6; 10Ч10-6; 16,0Ч10-6) кг; Vпов0=(80; 40; 20) м/с.

За результатами обчислень побудоване силове поле всмоктувальних потоків, розподіл поля швидкостей повітря, а також траєкторії руху шкідників всмоктувальними щілинами.

Рис. 6. Типова траєкторія руху шкідника

при його всмоктуванні щілиною насадки

(Vпов0=40 м/с; m =16,0Ч10-6 кг) | Типова траєкторія руху шкідників у силовому полі і поле розподілу швидкості представлені на рис. 6 і 7. Представлене поле розподілу швидкостей обумовлює розподіл зусиль присмоктування, що діють на шкідника. Воно відіграє важливу роль в ефективності роботи пневматичної насадки, особливо при захопленні шкідників до їх можливої реакції на небезпеку. Кількісно ефективність збирання шкідників може бути оцінена за статистичними даними.

Якщо загальна кількість шкідників на кущі дорівнює М, а кількість зібраних шкідників складає Мн, то відповідно кількість не зібраних дорівнює:

Мн=М-Мз. (12)

Ефективність роботи пневматичної насадки може бути визначена як ймовірність збору шкідників:

. (13)

Рис. 7. Епюра розподілу поля швидкостей повітряного потоку в робочій зоні насадки

У третьому розділі “Програма і методика експериментальних досліджень” представлена програма і методика досліджень.

Програмою виконання експериментів передбачене вивчення морфологічних властивостей колорадського жука, перевірка і уточнення теоретично отриманих параметрів і режимів роботи насадки та визначення показників ефективності уловлювання жуків.

Швидкість витання шкідників визначаємо у вертикальній аеродинамічній трубі за загально прийнятою методикою.

Дослідження впливу геометричних параметрів насадки на ефективність її роботи виконуємо на спеціально розробленій експериментальній установці, схема і загальний вигляд якої представлені на рис. 8.

Конструкцією установки передбачена можливість регулювання основних параметрів пневматичної насадки для визначення їх оптимальних значень на основі проведення багатофакторного експерименту. При цьому реалізована матриця центрального композиційного плану 25+ зіркові точки.

За критерії оптимізації роботи насадки обрані:–

сила всмоктування шкідника в щілину (Y1=F); –

ефективність уловлювання шкідника (Y2=Е).

а б

Рис. 8. Схема (а) і загальний вигляд (б) експериментальної установки:

1 – насадка; 2, 3 – манометри; 4 – повітропровід; 5 – дросельна заслінка;

6 – вентилятор;7 – електродвигун.

Вибрані чинники (в кодовій формі), які впливають на функцію відгуку(Y1=F): x1 – тиск повітря в пневмопроводі Р, Па; x2 – ширина щілини h, м; x3 – довжина щілини L, м; x4 – діаметр пневматичного патрубка D, м; x5 – радіус пневматичної насадки R, м.

Для визначення впливу параметрів пневматичної насадки на якість збирання жука (Y2=Е) проведена друга серія дослідів, в якій враховані такі чинники: тиск повітря в пневмопроводі x6 (Р = 2,2-3·103 Па), швидкість руху агрегату x7 (Vагр=8-10 км/год), кількість щілин x8 (z = 3-7шт).

Результати досліджень обробленємо методами статичного аналізу. Отримані математичні моделі перевіряємо на адекватність за допомогою критерію Фішера.

Методикою польових досліджень передбачена перевірка дослідного зразка пневмодезинсектора в реальних умовах експлуатації. Польові дослідження включають три дослідних та два контрольних варіанти, один з яких приймаємо за еталон, що відповідають вимогами до подібних польових досліджень у рослинництві. Облікова площа ділянки вибраємо не меншого 0,35 га при трьохкратній повторності досліду. Облік шкідників у кожному варіанті досліду проведимо перед пневмодезинсекцією та через 1 годину і через 1 добу після її проведення. Шкідників та їх личинки обліковуємо шляхом відбору 10 кущів картоплі у 10 місцях для кожного варіанту досліду.

Ефективність роботи пневматичної насадки по збору шкідників кількісно оцінено згідно з формулою (13).

У четвертому розділі “Експериментальні дослідження впливу параметрів пневматичної насадки на ефектність збирання шкідників” отримана математична модель, що зв’язує критерій якості Y1 (силу всмоктування) з конструктивними параметрами насадки хі. |

(14)

Впливовими на значення Y1 мають всі чинники, які повністю визначають величину сили всмоктування шкідника при чому діапазон оптимальних значень становить: P – тиск повітря в пневмопроводі, 2,2-2,8·103 Па; h – ширина щілини 0,0006-0,001 м; L – довжина щілини, м; D – діаметр пневматичного патрубка 0,008-0,01 м; R – радіус пневматичної насадки 0,15-0,2 м.

В результаті реалізації другої серії дослідів побудована математична модель для критерія якості збирання жука (Y2 =Е):

Y2 = 66,2427 + 3,78764 x6 + 1,73738 x7 + 7,44544 x8 + 7,96008 x62 -

- 0,125 x6 x7 –1,375 x6 x8 + 7,25297 x72 + 0,125 x7 x8 + 3,54065 x82. (15)

б

Рис.8. Поверхні відгуку для ефективності (Е):

а – Е=f(Р, Vагр); б – Е=f(P, z).

Діапазон оптимальних значень чинників (рис. 8): тиск повітря в пневмопроводі x6 (Р=2,4–3·103 Па), швидкість руху агрегату x7 (Vагр=8,4–10 км/год), кількість щілин x8 (z=4–6 шт.).

За результатами проведеної серії експериментальних досліджень отримана залежність впливу сили всмоктування на ефективність уловлювання комах (рис. 9). |

Аналіз отриманих залежностей показав нелінійний зв’язок між силою всмок-тування і ефективні-стю уловлювання комах. При збільшен-ні швидкості до значення 80 м/с – ефективність уловлю-вання зростає до 95%. Ефективність уловлю-вання жука зростає із збільшенням швид-кості руху агрегату (рис. 10), це поясню-ється тим, що жук не встигає відреагувати на небезпеку

Рис. 9. Вплив середньої швидкості повітряного потоку (V) в щілині на ефективність уловлювання Е (для шкідників масою: 1–6·10-6кг; 2–10·10-6кг; 3–16·10-6кг, експериментальні дані) та силу всмоктування F (4, теоретичні дані).

Встановлено, що раціональне значення ефективності вловлювання знаходиться в межах Е=92–94% при Vагр=8–10 км/год. При подальшому збільшенні швидкості погіршується керованість агрегату.

Рис. 10. Залежність ефективності уловлювання жука (Е) від швидкості руху агрегату Vагр для шкідників масою:

1 – 6 ·10-6кг; 2 – 10· 10-6кг; 3 – 16 ·10-6кг | Випробування пне-вмодезинсектора про-ведені на Кірово-градській державній сільськогоподарській станції. Ширина захва-ту дослідного зразка – 2,8 м, швидкість руху агрегату під час випро-бувань – 6 та 10 км/год.

Здійснено порів-няння врожайності кар-топлі на ділянках: перший варіант – із застосуванням інсек-тицидів: другий варіант – застосування пневмо-дезинсектора.

Перша ділянка оброблена інсектицидом цимбушем, 10% концентрат емульсії (к. е.) – 0,4 л/га в 1999 році й шерпою, к. е. – 0,15 л/га в 2002–2006 роках.

На другій ділянці зібрана пневмодезинсекція посівів картоплі при

масовій появі колорадського жука та личинок 1, 2 та 3 віку. Збір проводили з чотирьох рядків. Довжина рядків – 500 м.

При аналізі результатів пневмодезинсекції більш ефективним виявилося застосування агрегату на швидкості 10 км/год. і шириною щілиною 10 мм. Середня біологічна ефективність за роки досліджень на швидкості 10 км/год склала 92–94 %.

Проведення трьох зборів шкідників та їхніх личинок забезпечило ефективність 87,5 – 93,0 %. При цьому чисельність імаго шкідника в середньому не перевищувала 2 - 4, а личинок – 5 - 8 екз./кущ.

Зниження чисельності личинок II – III віку (найбільш шкідливих) на картоплі досягало в середньому 94,4 % відразу після пневмодезинсекції й 87,8 % через добу при ступіні пошкодження листового покриву куща 4,57 %.

У п’ятому розділі “Практичні рекомендації та експлуатаційні випробовування пневмодезинсектора” за результатами теоретичних і експериментальних досліджень виготовлений зразок пневматичної насадки пневмодезинсектора(рис.11). Новизна конструкції захищена патентом на винахід.

У результаті проведених випробувань встановлено, що пневматична насадка пневмодезинсектора забезпечує необхідну ефективність збирання шкідників.

Технічна характеристика та експлуатаційні показники такі:

- ширина захвату агрегату – 2,8 м:

- величина розрідження – 3·103 Па:

- швидкість повітряного потоку в щілині – 40 м/с;

- ширина щілини – 10 мм;

- кількість щілин – 5 шт.

Рис. 11. Пневматична насадка в процесі роботи | Очікуваний економічний ефект від упровадження у виробництво пневматичної насадки формується на основі кількості і якості отриманої сільськогосподарської продукції.

За даними попередніх розрахунків річний ефект на одну машину складає близько 56,7 тис. грн., а на одиницю площі під культуру, що вирощується, в середньому 320 грн/га.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. У результаті аналітичного огляду методів та засобів боротьби зі шкідниками виявлено, що застосування пневматичного способу

збирання шкідників дає змогу відмовитись від хімічної обробки рослин, отримувати екологічно чисті продукти, а також зменшити енерговитрати і поліпшити умови праці робітників. На основі аналізу переваг та недоліків відомих конструкцій пневматичних засобів для боротьби зі шкідниками пасльонових культур обґрунтовано схему пневматичної насадки, захищеною двома патентами на винахід.

2. На основі математичного опису процесу уловлювання шкідників пневматичною насадкою отримана математична модель системи “шкідник - щілина”, яка покладена в основу визначення впливу параметрів насадки на ефективність її роботи.

3. Встановлено нелінійний зв’язок між ефективністю уловлювання і швидкістю руху агрегату.

4. Раціональною швидкістю руху для забезпечення ефективного збору шкідників (92 – 94%) і керованості агрегату слід вважати Vагр=8–10 км/год., при ширині щилини 10мм при цьому ступінь пошкодження листового покриву куща складає 4,57 %.

5. Теоретично визначено та експериментально підтверджено наступні раціональні параметри пневматичної насадки: радіус насадки – до 0,2м, довжина насадки – до 0,40м. ширина щілини – 0,01 м; довжина щілини – 0,35-0,40м; кут нахилу щілини – 30-450; кількість щілин насадки – 5-7 шт; швидкість повітря на повздовжній осі щілини – 40 м/с, які забезпечують необхідну ефективність уловлю

6. Швидкість повітря в щілинах всмоктувальної насадки визначає ефективність її роботи:–

при мінімальному значенні швидкості повітря по поздовжній осі щілини меншою за Vпов0=20 м/с, шкідники не досягнуть щілини;

– діапазон значень швидкості повітря по поздовжній осі щілини (Vпов0=40-80м/с) є раціональним, оскільки шкідники з найменшою та найбільшою масою досягають щілини;

– швидкість повітря по поздовжній осі щілини Vпов0?80 м/с не є ефективною з точки зору перевищення енергетичних витрат та пошкодженням куща.

7. Дослідження впливу тиску в пневматичній системі на ефективність уловлювання показали, що при збільшенні його до значення 2,8 кПа – ефективність уловлювання зростає до 95%.

8. Річний економічний ефект на одиницю під культури, що вирощуються в середньому становить близко 332 грн./га, а річний економічний ефект від використання однієї машини – 56,7 тис. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Волошин О.С., Волошина Н.М., Хоружий В.Н., Онопа В.А. Пневматический сбор вредителей сельскохозяйственных культур. // Теория и методика создания почвообрабатывающих и посевных машин: Сб. науч. тр. НПО “Лан”. – Кировоград, 1996. – С.225 – 228.

2. Онопа В.А. Деякі результати польових досліджень пневмодезинсектора // Зб. наук. пр. // Кіровоградський ін-т с.-г. машинобудування. – Вип. 2. – Кіро-воград, 1998.– С. 34 – 37.

3. Онопа В.А., Петренко М.М., Волошина Н.М. Збирання шкідників сільськогосподарських культур за допомогою пневмодезинсектора // Зб. наук. пр. НАУ. Механізація сільськогосподарського виробництва. – Т. 5. – Київ, 2000. – С.166 – 168.

4. Онопа В.А. Оптимізація параметрів пневматичної насадки дезинсектора на стендовій установці // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодерж. міжвідомч. наук.- техн. зб. – Кіровоград: КДТУ, 2001. – Вип. 31. – С. 100 – 104.

5. Онопа В.А., Петренко М.М., Богатирьов Д.В., Кислун О.А. Детермінована математична модель руху шкідника у повітряному потоці пневматичної насадки пневмодезинсектора // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодерж. міжвідомч. наук.- техн. зб. – Кіровоград: КНТУ, 2006. – Вип. 36. – С. 84 – 90.

6. Онопа В.А., Петренко М.М., Богатирьов Д.В., Онопа В.В. Методика визначення параметрів пневматичної насадки пневмодезинсектора // Техніка в с.-г. виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: Зб. наук. пр. Кіровоград. нац. техн. ун-ту. – Кіровоград: КНТУ, 2006.–Вип. 17.– С. 35 – 41.

7. Онопа В.А., Петренко М.М., Кислун О.А., Богатирьов Д.В. Визначення ефективності уловлювання шкідників // Вісник ТДТУ. – Тернопіль: ТДТУ, 2007. –Том 12. № 3 – С. 69 – 74.

8. Насадка пристрою для збирання комах: Пат. 20158А. Україна. А01М5/08 / Онопа В.А., Петренко М.М. та ін. –№960441697; Заявл. 29.04.1996; Опубл. 25.12.1997, Бюл. №6.

9. Насадка пристрою для збирання комах з рослин: Декл. пат. 8906, Україна. МКИ А01 М5/00 /Онопа В.А., Петренко М.М., Кириченко А.М., Онопа В.В.–№200502778; Заявл. 28.03.2005; Опубл. 15.08.2005, Бюл. №8.

АНОТАЦІЯ

Онопа В.А. Обґрунтування параметрів пневматичної насадки пневмодезинсектора для збирання шкідників пасльонових культур. - Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.011 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Кіровоградський національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, Кіровоград. 2008.

Дисертаційна робота присвячена питанням розробки, теоретичним та експериментальним дослідженням параметрів та режимів роботи пневматичної насадки певмодезинсектора для збирання шкідників пасльонових культур.

Запропоновано пневматичний метод – один з основних стратегічних екологічно-безпечних методів захисту сільськогосподарських культур від шкідників. На основі математичного опису процесу уловлювання шкідників пневматичною насадкою отримана математична модель системи “шкідник – щілина”.

Проведено дослідження силового аналізу зусиль, що діють на шкідників. Дослідженно рух шкідника в силовому полі всмоктувальних повітряних потоках пневматичної насадки. За результатами обчислень побудовані силове поле всмоктуючих потоків, розподіл поля швидкостей повітря, а також траєкторії руху шкідників присмоктуючими щілинами.

Теоретично визначено та експериментально підтверджено раціональні параметри пневматичної насадки.

Для виявлення напрямку руху по градієнту до оптимуму проведений багатофакторний експеримент. Аналіз динаміки ступеня впливу чинників і їх парних взаємодій на силу всмоктування підтверджує нелінійний характер її залежності від чинників.

Проведено економічне оцінювання ефективності використання пневматичної насадки пневмодезинсектора. Основні результати роботи використані для розробки пневматичної насадки пневмодезинсектора, який пройшов випробування на Кіровоградської державній сільськогосподарській станції (нині Кіровоградський інститут агропромислового виробництва УААН та на приватному сільскогосподарському підприємстві “Влад”, с. Могутнє Кіровоградської області.

Ключові слова: шкідник, пневматична насадка, всмоктування, повітряний потік, щілина, пневмодезинсектор.

АННОТАЦИЯ

Онопа В.А. Обоснование параметров пневматической насадки пневмодезинсектора для сбора вредителей пасленовых культур. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Кировоградский национальный технический университет, 2008.

Диссертационная работа посвящена вопросам разработки, теоретическим и экспериментальным исследованиям параметров и режимов работы пневматической насадки пневмодезинсектора для сбора вредителей пасленовых культур. Предложено пневматический метод – один из основных стратегических экологически-безопасных методов защиты сельскохозяйственных культур от вредителей. В результате аналитического анализа методов и средств борьбы с вредителями установлено, что применение пневматического метода сбора вредителей даст возможность отказаться от химической обработки растений, получать экологически чистые продукты.

Теоретически обоснованы форма пневматической насадки, необходимое количество, угол наклона, ширина всасывающих щелей с учетом морфологических характеристик вредителя и структуры растения.

На основании математического описания процесса улавливания вредителей пневматической насадкой была получена математическая модель системы “вредитель – щель”. В системе “вредитель – щель” исследованы движения вредителя в силовом поле всасывающих воздушных потоков пневматической насадки. В результате вычислений построены силовое поле всасывающих потоков, траектория движения вредителя к всасывающим щелям.

Приведены теоретические исследования влияния присасывающей силы, скорости воздуха в зоне всасывания, скорости движения агрегата на эффективность снятия вредителя с поверхности листов растения и его улавливания с последующей транспортировкой. Определены рациональные параметры и режимы работы пневматической насадки пневмодезинсектора. Установлена нелинейная связь между эффективностью улавливания и скоростью движения агрегата.

Разработана методика экспериментальных исследований, которая включает в себя изучение размерной характеристики и скорости витания вредителя. Для выявления направления движения по градиенту к оптимуму запланировано и проведено многофакторный эксперимент. Установлено, что зависимость силы всасывания вредителя в рабочую щель насадки от конструктивных, технологических параметров пневмосистемы имеет нелинейный характер.

Проведена экономическая оценка эффективности использования пневмтической насадки пневмодезинсектора. Основные результаты использованы при разработке пневматической насадки пневмодезинсектора, которая прошла испытания на Кировоградской государственной сельскохозяйственной станции (ныне Кировоградский институт агропромышленного производства) с. Сазоновка Кировоградской области, частном сельскохозяйственном предприятии “Влад”, с. Могутнее Кировоградской области.

Ключевые слова: вредитель, пневматическая насадка, всасывание, воздушный поток, щель, пневмодезинсектор.

ANNOTATION

Onopa V.A. Ground of parameters of pneumatic attachment of pnevmodezinsektora for collection of wreckers of paslenovikh cultures. it is Manuscript

Dissertation on the receipt of scientific degree candidates of engineerings sciences after speciality 05.05.011 are machines and facilities of mechanization of agricultural production. it is the Kirovohrad national technical university of Department of education and science of Ukraine Kirovohrad. 2008.

Dissertation work is devoted the questions of development, by theoretical and experimental research of parameters and modes of operations of pneumatic attachment of pevmodezinsektora for collection of wreckers of paslenovikh cultures. A pneumatic method

is offered - one of basic strategic ekologichno-bezpechnikh methods of defence of agricultural cultures from wreckers.

On the basis of mathematical description of process of catching of wreckers pneumatic attachment is get the mathematical model of the system «a wrecker is a crack».

Research of power analysis of efforts which operate on wreckers is conducted. Doslidzhenno motion of wrecker in the power field suction currents of air of pneumatic attachment. As a result of calculations built sucking in the power field streams, distributing of the field of speeds of air, and also trajectories of motion of wreckers, by prismoktuyuchimi cracks.

In theory certain and the rational parameters of pneumatic attachment are experimentally confirmed. Nonlinear connection is set between efficiency of catching of wreckers and rate of movement of aggregate.

For the exposure of direction of motion on a gradient to the optimum a bagatofaktorniy experiment is conducted. Analysis of dynamics of degree of influencing of factors and them the worn away co-operations on force of prismoktuvannya confirms nonlinear character of its dependence on factors.

The economic evaluation of efficiency is conducted the economic evaluation of efficiency of the use of pneumatic attachment of pnevmodezinsektora is Conducted. Basic job performances are used for rozorbki of pneumatic attachment of pnevmodezinsektora, which passed a test on Kirovohrad the state agricultural station(presently the Kirovohrad institute of agroindustrial production of UAAN) s. Sozonivka, Kirovohrad area, and on the private sil'skogospodarskomu enterprise of “Vlad”, s. Mighty the Kirovohrad area. Keywords: wrecker, pneumatic attachment, suction, current of air, crack, pnevmodezinsektor.