Основные особенности конструкций отечественных и зарубежных опрыскивателей

В настоящее время в Российской Федерации вместо длительно применяемых технических средств производства ОАО «Львовагро - химмаш» (Украина) налажен массовый выпуск разработанных отечественными специалистами опрыскивателей. При этом более 90% всего объема их производства составляют малообъемные штанговые опрыскиватели. По способу агрегатирования с энергетическими средствами они могут быть самоходными, монтируемыми, навесными, полуприцепными и прицепными.

В монтируемых опрыскивателях бак, рабочие коммуникации и штанга устанавливаются непосредственно на трактор, навесные представляют собой конструкцию, смонтированную на специальной раме, навешиваемой на стандартную трехточечную навесную систему трактора. Полуприцепные и прицепные опрыскиватели выполняются в виде одноосного прицепа, на котором смонтированы основные узлы машины.

Полуприцепные и навесные опрыскиватели составляют основную часть парка, а самоходные и монтируемые - менее 1% от общего количества машин. Основные технические характеристики штанговых опрыскивателей приведены в табл. 1.

Анализ конструкций отечественных штанговых опрыскивателей показывает, что у них нет принципиальных различий в технологическом процессе.

Технологический процесс работы опрыскивателей осуществляется следующим образом (рис.5).

От ВОМ трактора крутящий момент через карданный вал передается на вал насоса 5. Заправочным средством через горловину с фильтром в бак 1 заливают раствор рабочей жидкости, который засасывается насосом через всасывающую коммуникацию и фильтр 4. Далее раствор насосом подается по нагнетательной коммуникации с фильтром 11 в регулятор-распределитель 7 и рукояткой управления потоком 10 направляется в рабочий коллектор 13 и гидросмеситель 15 или на перелив через шланг 12 в бак для приготовления рабочего раствора, а также его интенсивного перемешивания.

При опрыскивании (внесении) основной объем раствора по на-гнетательной коммуникации под давлением, регулируемым маховиком 9 и контролируемым по манометру 8, по отдельным шлангам поступает в секции коллектора 13 и через распылители попадает на обрабатываемые объекты. Часть раствора через один из клапанных переключателей направляется в гидросмеситель 15. Излишки жидкости из регулятора-распределителя 7 по шлангу 12 сливаются в бак, что также способствует дополнительному перемешиванию рабочего раствора.

Рис. 5. Принципиальная гидравлическая схема расположения основных узлов и соединительных элементов опрыскивателя:

1 - бак для рабочего раствора; 2 - устройство заборное антивороночное; 3 - двухходовой кран; 4 - фильтр всасывающий;5 - насос; 6 – экомиксер (опция);7 - регулятор-распределитель;8 - манометр; 9 - маховик регулирования давления; 10 - рукоятка управления потоком; 11 - фильтр напорный с самоочисткой; 12 - шланг слива излишней рабочей жидкости; 13 - рабочий коллектор; 14 - уровнемер; 15 – гидросмеситель

Для быстрого и качественного приготовления раствора из жидких концентратов ядохимикатов непосредственно на месте эксплуатации опрыскивателя его по заказу потребителя дополнительно комплектуют миксером 6.

Среди отечественных машин для защиты растений наиболее су-щественные изменения отмечены в конструкции полевых штанговых опрыскивателей, бурный рост номенклатуры которых наблюдается в последние годы.

Основными критериями оценки эффективности работы опрыски-вателей являются сокращение расхода рабочей жидкости и потерь пестицидов, повышение равномерности обработки растений, что достигается, прежде всего, совершенствованием основных рабочих органов, широким внедрением компьютеризации для управления технологическим процессом, в том числе с использованием спутниковых навигационных систем, для осуществления технологии диф-ференцированного внесения ядохимикатов.

Важной тенденцией развития опрыскивателей является повышение их экологической безопасности. Это обеспечивается совокупным действием различных факторов, среди которых повышение качества распыла раствора ядохимикатов, снижение повреждаемости растений и уплотнения почвы ходовыми колесами машин, использование новых экологически безопасных технологий опрыскивания и др.

В настоящее время в стране сформировалось собственное производство современных опрыскивателей. Преимущественное развитие среди них получили малообъемные полуприцепные и навесные штанговые опрыскиватели. В практику отечественного машиностроения начали активно внедряться самоходные модели на базе отечественных (ГАЗ-66, УАЗ-ЗЗОЗ) и зарубежных («Ниссан-Атлас», «Тойота-Хайс» и др.) автомобилей, обеспечивающих меньшее удельное давление на почву и лучшую проходимость и позволяющих существенно увеличить производительность опрыскивателей.

Анализ основных технических данных показывает, что ширина захвата опрыскивателей достигает 30 м, максимальная вместимость рабочего бака - 3,2-6 тыс. л, производительность - 27-30 га/ч (у самоходных - 75 га/ч), норма расхода рабочей жидкости для большинства опрыскивателей составляет 75-300, ультрамалообъемных - 5-10 л/га. По сравнению с опрыскивателями предыдущего поколения в кон-струкцию большинства новых моделей заложены прогрессивные эле-менты, позволяющие оптимизировать показатели работы: новые более качественные и производительные насосные агрегаты и регуляторы давления (преимущественно зарубежного производства); распылители с улучшенными качественными характеристиками отечественного и зарубежного производства; системы фильтрации, отличающиеся более качественной очисткой рабочего раствора, с дополнительными фильтрами, которые устанавливаются на отдельных участках коммуникаций опрыскивателя, а также индивидуально на каждом распылителе; ходовая часть с регулируемой шириной колеи, шинами со сниженным давлением на грунт, возможностью движения «след в след» за трактором; штанги, имеющие защиту от поломок при встрече с препятствием, с возможностью посекционного включения в работу; рабочие баки опрыскивателей выполняются из химически стойких материалов, оснащаются гидравлическими или инжекторными мешалками. Обязательным оснащением отечественных моделей становятся дополнительные баки для промывочной воды, в ряде моделей имеются емкости для приготовления рабочего раствора. Начинают внедряться автоматизированные системы контроля технологического процесса.

Примером такой современной техники являются выпускаемые ООО «НПФ ГУТА» навесные штанговые (ОНШ-600) и полуприцепные опрыскиватели (ОПМ-2001, ОПМ-2505В, ОПМ-2800 (рис.2), ОПМ-6000). Они оснащаются полиэтиленовыми баками высокой химической стойкости, узлами и деталями в коррозионно-стойком исполнении, насосами и распылителями итальянского и немецкого производства, четырехступенчатой системой фильтрации, ходовой системой оснащенной шинами низкого давления. Управление штангой осуществляется из кабины трактора с помощью гидросистемы.

По заказу потребителей опрыскиватели комплектуются бортовыми компьютерами, регуляторами-распределителями с электроуправляемыми клапанами, миксерами для заправки концентратами ядохимикатов непосредственно из канистры, пенными маркерами, многопозиционными головками с распылителями и промывочными баками вместимостью до 400 л.

Рис.6. Опрыскиватель полевой штанговый ОПМ-2800

Особый интерес в этой серии представляет опрыскиватель ОПМ-6000 с шириной захвата штанг 18,2; 21,6; 24 и 28 м, который является первой отечественной моделью с рабочим баком вместимо­стью 6 тыс. л. Отличительная особенность этой модели - компо­новка рабочего бака, который представляет собой последовательно расположенные три емкости вместимостью по 2 тыс. л.

ОАО «Казанская сельхозтехника» выпускает полуприцепной опрыскиватель ОП-2500М-24 «Булгар», укомплектованный им­портной насосной группой и распылителями (рис.3). Его рама изго­тавливается из гнутых стальных профилей, колеса могут устанавли­ваться на необходимую ширину колеи путем перемещения полуосей. Штанги, выполненные из гнутых стальных профилей, оснащены ги­дроцилиндрами с дроссельными устройствами, гидрозамками для фиксации звеньев штанги и гидрокранами для обеспечения последо­вательного раскрытия звеньев. Двухшарнирная схема подвески рамы штанг позволяет регулировать угол колебания штанг от заблокиро­ванного до свободного. Складывание и раскладывание всех четы­рех звеньев штанг осуществляются с помощью гидросистемы. Спе­циальная рычажная система подвески штанг со спаренными гидро­цилиндрами простого действия обеспечивает плавную регулировку рабочей высоты штанг от 50 до 2000 мм.

Отличительной особенностью этой модели является то, что весь технологический цикл - от самостоятельной заправки чистой водой из цистерны или водоема, приготовления рабочего раствора, переме­шивания и

Рис. 7. Полуприцепной опрыскиватель ОП-2500М-24 «Булгар»

Отличительной особенностью этой модели является то, что весь технологический цикл - от самостоятельной заправки чистой водой из цистерны или водоема, приготовления рабочего раствора, переме­шивания и до подачи его по секциям штанги к щелевым распылите­лям с отсечным антисносовым устройством - происходит под кон­тролем автоматики, что обеспечивает высокую производительность и безопасность работ. Опрыскиватель комплектуется пенным мар­кером, основным и промывочным баками вместимостью соответ­ственно 2500 и 260 л, миксером для перемешивания препарата, ма­нометром и дышлом, обеспечивающим перемещение опрыскивате­ля по одной колее с трактором.

Серию прицепных (ОП-22, ОП-18) и навесных (ОН-12, ОН-15) опрыскивателей производит ООО «Агро-Тех». Широкозахватные опрыскиватели ОП-18 и ОП-22 отличаются тем, что их штанга опира­ется на поворотные колеса с пружинными амортизаторами, что обе­спечивает надежную стабилизацию ее положения. Навесные опры­скиватели имеют оригинальную пружинно-гидравлическую подве­ску штанги к раме, позволяющую производить опрыскивание на по­вышенной скорости (до 15 км/ч). Все опрыскиватели оснащают­ся мембранно-поршневыми насосами фирмы «Annovi Reverberi» (Италия). Складывание-раскладывание штанги и регулирование ее по высоте производятся вручную у (мод. ОН-12, ОН-15) и механиче­ски (мод. ОП-18, ОП-22). Ходовая часть моделей ОП-22 и ОП-18 имеет ширину колеи, изменяемую от 1500 (1420) до 1780 (1860) мм.

Аналогичный самоходный универсальный опрыскиватель «Ту­ман» производится ОАО «Оптрон» для химической защиты полевых культур от сорняков, вредителей и болезней (рис.8).

Рис. 8. Самоходный штанговый опрыскиватель АМО «Иртышанка»

Ширина захвата штанги составляет 24 м, рабочая скорость - 13­15 км/ч, норма расхода рабочей жидкости - 10-130 л/га, эксплуатаци­онная масса - 5900 кг. Годовой экономический эффект от примене­ния, по данным госиспытаний, составляет 22,1 тыс. руб.

Высокая эффективность и экологическая безопасность рабо­ты опрыскивателей, в первую очередь, определяются конструкцией основного рабочего органа - распылителя. Современные отечествен­ные технологии внесения пестицидов основываются на традиционных способах распыления жидкости: гидравлическом (распылители щеле­вые серии РЩ 110 и вихревые) и механическом (распылители центро­бежные, дисковые, барабанные и др.). В первом случае диапазон дис­персности капель составляет от 10 до 500 мкм, при этом мелкие кап­ли испаряются и сносятся ветром, не достигая объекта, крупные (бо­лее 400 мкм) скатываются на землю. В результате эффективность ис­пользования препаратов не более 70%. При центробежном распылении дисперсность капель находится в узком диапазоне, близком к моноди­сперсному. Однако этот режим реализуется лишь при очень малых рас­ходах жидкости. С увеличением расхода наряду с основными каплями образуются более мелкие, доля которых по массе в реальных услови­ях составляет около 10%, возникает опасность интенсивного испаре­ния и сноса ветром, что ведет к активному загрязнению окружающей среды. Для устранения этих недостатков отечественными специалиста­ми разрабатываются новые конструкции распылителей - вращающиеся роторные производства ГК «Аэрохим» и ООО «ИнтерАГРОмаш».

Фирма «John Deere» (США) представляет современные модели прицепных серии 800 и самоходных опрыскивателей. Новый прицепной опрыскиватель 840 предназначен для небольших полей и средних объемов работ. Особенностями его конструкции являются новая подвеска с электронной системой стабилизации положения штанги, вакуумная система автоматического заполнения трубопроводов, автоматическое сцепное устройство, позволяющее опрыскивателю копировать колею трактора (рис. 11).

Рис. 9. Электрический холодильный контейнер фирмы «Dammann» (Германия)

Рис. 10. Прицепной опрыскиватель мод. 840 фирмы «John Deere» (США)

Опрыскиватель оснащен баком вместимостью до 4 тыс. л, штан­гой с шириной захвата от 24 до 39 м (тройное складывание), насосом производительностью от 280 до 460 л/мин, потребная мощность 80 л.с. Масса опрыскивателя в заправленном состоянии 7880 кг.

Опрыскиватели серии 800 отличаются наличием системы при­нудительной подачи воздуха в форсунку «Twin Fluid» с образовани­ем воздушно-капельной смеси, обеспечивающей более качественное опрыскивание благодаря лучшему удерживанию капель на поверх­ности растений, увеличенным ширине захвата и вместимости рабо­чих баков, возможности выборочного отключения секций штанги, а также двойным или тройным складыванием штанги при транспор­тировке, наличием электронного контроля процесса опрыскивания и системы мониторинга «GreenStar».

Заслуживают внимания и самоходные опрыскиватели SPRA- COUPE 4460/4660 фирмы «Challenger» (США), которые оснащены двигателем мощностью 125 л.с., баком вместимостью 1575 л, штан­гой с шириной захвата 18,3 или 24,4 м (рис. 13).

Дорожный просвет опрыскивателей до 122 см, ширина колеи за­дних колес регулируется от 1,84 до 2,75 м. Масса опрыскивателей составляет 6278 и 6383 кг.

Рис. 11. Самоходный опрыскиватель «SPRA-COUPE4460»

Фирмой «Agrifac» (Голландия) производится самоходный опры­скиватель «Condor» имеющий ширину захвата штанги до 51 м, вме­стимость резервуара до 4 тыс. л, автоматически регулируемую ши­рину колеи в диапазоне 150-225 см и дорожный просвет до 110 см (рис. 14, 15). Он оснащен компьютерной системой управления дви­гателем и опрыскиванием, что позволяет сократить расход пестици­дов на 10% и топлива - на 30%. Рабочая скорость 50 км/ч, потребная мощность двигателя 190 л.с.

Рис. 12. Самоходный опрыскиватель «Condor»

Фирмой «Berthoud» (Франция) выпускается современный само­ходный опрыскиватель «Raptor», оснащенный двигателем мощно­стью 200 л.с., баком вместимостью 4,2 тыс. л, алюминиевой штан­гой (ширина захвата от 36 до 44 м), центробежным двухтурбинным насосом производительностью 550 л/мин, гидростатической транс­миссией с единым рычагом управления (рис. 16).

Рис. 13. Самоходный опрыскиватель «Raptor»

Герметичная кабина опрыскивателя оснащена кондиционером, радиоприемником, имеет панорамный обзор и комфортное кресло.

Фирма «Ag-Chem» (США) корпорации «Agco» представляет со­бой самоходные опрыскиватели серий «Rogator» и «Spra-Coup».

Полноприводные самоходные опрыскиватели «Rogator» осна­щены двигателем с электронным управлением, турбокомпрессором и принудительным воздушным охлаждением; регулируемой рессор­ной подвеской с газовыми амортизаторами; кабиной с трехточеч­ной подвеской и резиновой изоляцией, панорамным ветровым сте­клом с обзором 360°, радиоприемником и холодильником; системой автоматической стабилизации штанг; колесами с широкопрофиль­ными шинами и регулируемой шириной колеи (3048-3860 мм), элек­тронными системами управления Falcon II и Raven SCS 661.

Самоходные полноприводные опрыскиватели серии «Spra- Coup» оснащаются дизельным двигателем с турбонаддувом и пол­ным электронным контролем; мультидисковыми тормозами «мо­крого» типа, установленными на двух передних гидромоторах; гидростатическим рулевым управлением с приводом от отдельно­го гидронасоса; кабиной на трех опорах с пневмоподвеской, вен­тиляцией, панорамным ветровым стеклом и полностью прозрач­ной дверью; ходовой частью с шинами низкого давления и регули­руемой шириной колеи (3,05-3,91 м); штангами с автоотводом на­конечника и всей штанги при встрече с препятствием. Имеются воз­можности дистанционно управлять интенсивностью смешивания ра­бочей жидкости с помощью электроклапана и электронными систе­мами Falcon II и Raven 661.

Фирма «Amazone» (Германия) предлагает для использования на отечественном рынке серию прицепных UX и навесных UF опрыски­вателей.

а б

Рис. 14. Опрыскиватели фирмы «Amazone»: а - прицепной серии UX3200; б - навесной серии UF

С новым прицепным опрыскивателем UX фирма «Amazone» за­вершает имеющуюся программу разработки прицепных опрыскива­телей, которые отличаются вместимостью баков. Возможно испол­нение с баками вместимостью от 3,6 тыс. л (UX 3200), 4,45 тыс. (UX 4200) до 5,46 тыс. л (UX 5200). Бак с благоприятным расположением центра тяжести и абсолютно гладкими стенками обеспечивает бы­струю и легкую очистку.

Опрыскиватели UX оснащается штангами Super-S шириной за­хвата от 15 до 28 м. Диапазон ширины захвата штанг от 24 до 40 м позволяет увеличить новые штанги Super-L, которые складываются до сверхузкой транспортной ширины - 2,6 м. Размещаются штанги по бокам от бака.

Навесные опрыскиватели серии UF оснащаются баками вмести­мостью от 1050 до 1980 л, с оптимальным расположением центра тяжести, системой переключения Vario, циркуляционной системой DUS, различными типами штанг, могут дооборудоваться гибки­ми шлангами для локального внесения жидких минеральных удобрений и металлическими трубами, защищающими распылители во внешней области или по всей рабочей ширине. Широкозахват­ные штанги (до 28 м) компактно складываются в транспортное по­ложение (2,4 м).

Прицепные высокопроизводительные опрыскиватели с баками вместимостью до 4 тыс. л и шириной захвата штанг 18-36 м предла­гает фирма «Rau» (Германия). Они оборудованы маятниковыми ме­ханизмами, позволяющими выдерживать расстояние в 50 см между распылителями и обрабатываемой поверхностью как на равнине, так и на склоне. Имеют регулируемую ширину колеи от 1,5 до 2,1 м, вы­сокую точность дозирования, пенные маркеры, возможность забора воды из открытых водоемов, усовершенствованную систему управ­ления промывкой и заполнением бака, оснащены системой Telemat для управления опрыскивателем из кабины трактора (рис. 18).

Рис. 15. Прицепной опрыскиватель «Explorer B-28» фирмы «Rau»

Фирма «Lemken» (Германия) организовала производство но­вой серии навесных опрыскивателей с баками вместимостью 1,6-1,9 тыс. л (рис. 19). Они отличаются наличием алюминиевых штанг шириной захвата от 15 до 24 м и системой контроля нормы внесения пестицидов Easyspray. Среди современных прицепных опрыскивателей доминируют модели с шириной захвата 27 м и ра­бочими баками вместимостью 2-2,5 тыс. л, максимальные значения этих параметров достигают соответственно 42 м и 13 тыс. л. В боль­шинстве конструкций насосы непосредственно приводятся в дей­ствие с помощью карданного вала от ВОМ трактора. Если гидроси­стема трактора достаточно мощная, то насос опрыскивателя может работать непосредственно от нее. Для мощных прицепных агрега­тов часто используют несколько насосов. Например, с помощью одного насоса подается рабочая жидкость к форсункам, а другой од­новременно обеспечивает работу мешалки.

Рис. 19. Навесной опрыскиватель фирмы «Lemken»

Повышению качества обработки, уменьшению сноса мелких ка­пель способствует использование широко распространенных в ряде стран (Дания, Германия, США, Франция, Великобритания, Израиль и др.) в последние годы штанг с воздушной завесой. Для этого на центральной секции штанги устанавливают осевой вентилятор с си­стемой воздуховодов в виде эластичных рукавов, которые крепятся на секциях штанги параллельно коллекторам с распылителями. Воз­дух, поступающий от вентилятора в воздуховоды, выходит из них че­рез узкую щель вдоль штанги, образуя завесу, снижающую снос, а также частично дробит и направляет на обрабатываемый объект кап­ли рабочей жидкости (рис. 20).

Рис. 16. Опрыскиватель «Advance 3000 Vortex» фирмы «Jacto» (Бразилия)

Система подачи воздушного потока на распылители позволяет на 10-15% сократить норму расхода пестицидов без потери их биоло­гической эффективности за счет полного покрытия растений как с верхней, так и с нижней стороны листа; более чем в 2 раза повы­сить производительность опрыскивателя за счет увеличения скоро­сти движения агрегата при обработке до 10-15 км/ч; расширить воз­можности проведения защитных мероприятий в ветреную погоду, позволяя проводить обработки при скорости ветра до 7 м/с без сноса капель и снижения эффективности препаратов; направленный воз­душный поток позволяет проникать пестицидам сквозь густой сте­блестой зерновых колосовых культур при обработках, что особен­но важно при обработках фунгицидами и инсектицидами (рис. 22).

Рис. 17. Технологическая схема подачи рабочего раствора в прикорневую часть зерновых колосовых культур

Особое внимание в современных конструкциях опрыскивате­лей уделяется системам управления. Органы управления, мони­тор, многофункциональный рычаг имеют разнообразный дизайн и конструкторское исполнение. На информационную панель вы­водится наиболее значимая информация, в том числе норма вне­сения рабочей жидкости и скорость ее расхода. Фирмы «Spra Coupe», «Technoma», «Matrot», «Amazone» и другие предлагают автоматическое устройство включения в работу отдельных сек­ций штанги, поддерживаемое системой GPS, системы, позволяю­щие контролировать до пяти наименований препаратов с разной нормой внесения (система Viper фирмы «Spra Coupe»), а также новейшие регулирующие устройства с возможностью выбора не­обходимого диаметра капель на основе данных о погодных усло­виях в сочетании с многокомпонентными системами включения распылителей.

Примером выбора необходимого диаметра капель путем ре­гулирования воздушного потока к распылителям может служить контроллер Air Matic фирмы «Teejet» (США). В зависимости от изменения давления рабочей жидкости происходит настройка потока воздуха. В результате в системе поддерживается одинако­вый размер капель при изменении скорости или нормы расхода рабочей жидкости (рис. 34).

Рис. 18. Контроллер Air Matic

Рис. 19. Контроллер RAVEN 500

Наблюдается тенденция использования электронного оборудования, оснащенного шинной связью в соответствии со стандартом ISO. Опры­скиватели с такой системой уже представлены на рынке. Их преимуще­ство в использовании одного устройства сопряжения для управления различными техническими средствами (опрыскиватель, разбрасыватель удобрений, цистерна для внесения жидких удобрений). Дальнейшие разработки ведутся в направлении создания приложений, поддержива­емых системой GPS, включающих в себя составление документации по данным о площадях и проведенных мерах защиты растений.

Для повышения эргономичности управления большинство произ­водителей устанавливают электрические и гидравлические устрой­ства управления вентилями и штангами. В наиболее прогрессивных конструкциях, оснащенных системами GPS, имеется возможность ча­стично отключать ряды распылителей и проводить дифференциро­ванную обработку полей

Компания «Hardi» (Дания) представила систему электрически управляемых клапанов, устанавливаемых над каждым распылите­лем штангового опрыскивателя. В автоматическом режиме с исполь­зованием системы GPS можно закрывать и открывать соответствую­щий распылитель, исключая при этом перекрытие рабочих проходов. Такая система обеспечивает повышение точности внесения рабочего раствора, так как при этом способе распылители вдоль штанги мо­гут находиться в рабочем или выключенном состоянии через каждые 50 см (вместо 6 м ранее). Сопла закрываются индивидуально, напри­мер, при завершении операции опрыскивания (на оставшихся клино­вых полосках) или на разворотных полосах. Общая система управ­ляется с помощью системы GPS, при этом все данные сохраняются в памяти бортового компьютера, в том числе координаты и площади, которые уже обработаны. Эта же компания предложила новую кон­цепцию промывки опрыскивателей, базирующуюся на трех автомати­ческих (очистка труб штанги, быстрая основная и тщательная очист­ки) и трех полуавтоматических (промывка с очищающей жидкостью, очистка рабочего бака и насоса, очистка наполнителя) программах. Цель концепции - создание удобной и эффективной системы очист­ки полевых опрыскивателей в соответствии со всеми техническими и экологическими требованиями. При этом управление новой системой промывки осуществляется из кабины трактора.