Віктор Марченко, канд. техн. наук, Agroexpert (Україна)
Одним із найважливіших елементів обприскувача є штанга. Від неї значною мірою залежить надійність, продуктивність та ефективність процесу хімічної обробки загалом.
Найменша похибка у конструкції штанги призводить до надмірних коливань та зводить нанівець усю точність обприскування, а випадкове пошкодження потребує термінового сервісного втручання.
Штангові розподільні пристрої найрівномірніше розподіляють робочу рідину на оброблюваній поверхні за мінімального впливу вітру. Для обприскування польових культур застосовують горизонтальні штанги, які мають відносно велику (12 – 45 м) ширину захвату і складаються з окремих секцій фермової конструкції. Під час розробки штанг передбачається легке та зручне регулювання розташування штанги над оброблюваною поверхнею за висотою у діапазоні 0,3 – 2,5 м, а також система врівноваження та стабілізації штанги відносно поверхні ґрунту.
До секцій штанги прикріплюють колектори, на яких встановлюють розпилювальні головки з кроком зазвичай 0,5 м. Вони можуть бути в одно-, дво-, три-, чотири- або п’ятипозиційному виконанні. Застосування багатопозиційних розпилювальних головок із байонетними затискачами дає змогу швидко змінювати розпилювачі під час обертання обойми вручну.
На сучасних штангових обприскувачах використовують переважно підвіски маятникового типу, що зменшує рівень вібрації на штанзі. Однак вони мають низку недоліків. Маятникові підвіски здебільшого не дають змоги стабілізувати штангу на схилах, тобто кути нахилу штанги та схилу не збігаються. З другого боку, жорсткіші підвіски з контролем кута схилу не мають достатнього рівня вібраційного захисту. У зв’язку з цим актуальним завданням є розробка відносно простих підвісок із достатнім рівнем стабілізації та віброзахисту.
Пасивні схеми підвісок не можуть одночасно забезпечувати всі ці вимоги. Тому деякі компанії застосовують напівактивне керування властивостями підвіски. Суть його полягає в тому, що вводиться низка керуючих пристроїв для зміни жорсткості та демпфування у підвісці. Підвіска стає адаптованою до рельєфу поля.
Найбільшій вплив на кутові відхилення штанги мають коливання обприскувача у вертикальній площині, які можна гасити маятниками та підпружиненою ланкою. Поєднання у системі шарнірного з’єднання маятникового підвісу разом із похилою підпружиненою ланкою підвищує її віброзахист, краще стабілізує штангу під час експлуатації порівняно з відомими підвісками штанг обприскувачів і сприяє значному підвищенню якості обробки рослин.
Для того щоб розташувати штангу паралельно до схилу, вмикається коректувальний пристрій, що змінює її кутове положення. В якості коригувальних пристроїв радше використовувати підвіски з лінійними або поворотними електромагнітними двигунами. Потреба підвищення швидкості і точності позиціювання, спрощення структури автоматичних систем, а також побудови автоматизованого обладнання та технологічного устаткування зумовили появу й широке застосування електроприводу, що поєднує в собі електричну машину і напівпровідниковий перетворювач. Електричні машини таких приводів мають бути максимально пристосовані до суміщення з електронними пристроями керування і водночас відповідати особливим вимогам за енергетичними, динамічними та прецизійними показниками.
Під час роботи штангових обприскувачів коливання штанги високої частоти у вертикальній площині поглинаються шинами коліс та підвіски. Тому фактично залишаються лише низькочастотні коливання, які й викликають руйнування несучої конструкції. Здебільшого це характерно для великогабаритних штангових обприскувачів.
Особливості конструкцій штанг
Штанги обприскувачів польових культур переважно пласкі (ширина захвату менше за 18 м) або являють собою просторову ферму для штанг більших розмірів. Бувають штанги з коробчастими секціями. Зазвичай ці несучі конструкції мають у своїй основі геометричну фігуру трикутника, яка є найміцнішою з точки зору опору динамічним навантаженням. Якщо зробити поперечний переріз штанги площиною, яка перпендикулярна довжині штанги, то можна побачити, що всередині ферми або коробчастої секції наявна порожнина, а весь матеріал сконцентрований за периметром. Кожен окремий несучий профіль також має порожнисту структуру. Досить часто це може бути кругла або труба квадратного чи прямокутного поперечного перетину.
Така технологія виготовлення штанг обприскувачів дає змогу отримати легку та міцну несучу конструкцію штанги великої довжини, що забезпечує робочу ширину обприскувача до декількох десятків метрів. Крім того, завдяки такій структурі можливо прокладати різні комунікації всередині конструкції, наприклад трубопроводи подавання робочої рідини, кабелі електрообладнання тощо, що захищатиме колектори та розпилювачі від пошкоджень.
Щодо матеріалу для виготовлення штанг, то він має бути легшим, міцним та жорстким, і водночас недорогим. Такі властивості мають деякі сталі, алюмінієві сплави, пластики на основі компаундних смол та карбону. Всі ці матеріали мають відносно велику вартість, а особливо дорогі карбонові пластики, тому більшість виробників для здешевлення продукції використовують для виготовлення штанг тонкостінні профілі з вуглецевої сталі.
У багатьох компаній-виробників обприскувачів металеві штанги досягли межі технічних можливостей, отже, на порядку денному – створення карбонових несучих елементів штанг.
На більшості обприскувачів застосовують гідравлічно-важільне розкладання і складання штанги з транспортного положення у робоче й навпаки, та фіксація її в розкладеному положенні за допомогою замків, які забезпечують зручність і надійність експлуатації. Стабільність положення штанги відносно поверхні ґрунту забезпечує пасивно-активна підвіска.
У штангових обприскувачах рівномірність обприскування тісно корелюється з коливаннями штанги стосовно поверхні ґрунту. Завдяки конструктивним удосконаленням підвіски вдається досягти значного зменшення цих коливань, що своєю чергою дає змогу вирішити питання щодо збільшення ресурсу штанги, адже зменшується ймовірність значних ударних навантажень.
На всіх причіпних та навісних, а також на більшості самохідних обприскувачів переважає задньонавісне розташування штанги. Але деякі виробники практикують інакше розташування штанги. Зокрема, на обприскувачах компанії Hagie застосовують передньонавісну штангу, яка забезпечує 100% огляд та контроль роботи розпилювачів (без так званих мертвих зон, характерних для задньонавісних штанг), тож оператору тепер навіть не потрібно повертатися назад. Завдяки оригінальному передньому розміщенню штанги досягнуто відмінної повної оглядовості поля перед обприскувачем. Розташування штанги спереду зменшує ризик появи необроблених ділянок через засмічення розпилювачів, що є характерною проблемою для задньонавісних штанг. Аналогічне розташування має і штанга на обприскувачах Guardian виробництва компанії New Holland.
Штанги самохідних обприскувачів компанії Stara виготовлені зі спеціальної легованої сталі і розташовані посередині машини, завдяки чому вага обприскувача рівномірно (50% на 50%) розподілена між передньою та задньою осями незалежно від ступеня спорожнення бака. Розміщення штанги посередині обприскувача та кабіна з широким оглядом дають змогу постійно візуально контролювати положення і стан штанг. На таких агрегатах оператор має змогу стежити за роботою розпилювачів, навіть не повертаючись у сидінні.
Оптимальна висота ходу штанги
Правильна висота штанги обприскувача – один із визначальних факторів високої якості обприскування, який досить часто недооцінюють. Слід обирати таку висоту штанги над оброблюваною поверхнею, аби забезпечувалося перекриття частини факелів розпилу сусідніх розпилювачів. У такому разі норма внесення препарату буде рівномірною за всією шириною захвату обприскувача.
Для гербіцидів оброблюваною поверхнею є рівень верхівки бур’янів. Якщо вони мають різну висоту, то бажано орієнтуватися на середню висоту бур’янів. За застосування фунгіцидів на зернових культурах висоту визначають стосовно верхнього рівня рослин або колоса. Інколи висоту штанги трохи знижують, якщо, наприклад, під час обробки зернових культур фунгіцидами потрібно обприскати не лише колос, але і листки, або під час обробки соняшнику фунгіцидами, коли потрібно максимально покрити робочим розчином стебла й листя.
Важливо враховувати рельєф поля, тому що у процесі руху обприскувача це впливатиме на коливання штанги у вертикальній площині, що, звісно, може спричинити нерівномірність внесення препарату або появу огріхів на деяких ділянках поля, а також може призводити до механічних пошкоджень культурних рослин і самих штанг обприскувача. Це може нівелювати весь ефект від обробки, тому такі коливання мають бути зведені до мінімуму.
За зміни висоти штанги всього лише на 10 см – наприклад обприскувач колесом потрапив у яму або наїхав на перешкоду – витрата робочого розчину у зоні перекриття збільшується на 40%, а у решті зон знижується на 30%. У результаті маємо зниження врожайності у зоні недостатнього внесення, та надлишкову токсичність на перекритті. Особливо помітна неправильна висота штанги за роботи з мінімальними нормами витрати препаратів.
Варто додати, що зі збільшенням висоти розташування штанги всього лише на 10 см вище оптимальної, втрати препарату через знесення його вітром зростають майже вдвічі. Навіть в умовах добре вирівняного рельєфу поля швидкість агрегату має бути не вищою за 12 км/год, оскільки цього разу амплітуда коливань штанги завдовжки 12 м становитиме ±20 см.
На вибір оптимальної висоти штанг впливає відстань між розпилювачами, кут факелу розпилу, ярусне розташування оброблюваного об’єкта (листковий апарат рослин, колос тощо).
Ідеальною вважається висота, за якої перекриття факелів розпилу відбувається на середині відстані між штангою та рівнем оброблюваної поверхні. Висота штанги визначається фактичним кутом розпилу. Що більшим є кут розпилу, то меншою є висота ходу штанги. Якщо на обприскувачі встановлено розпилювачі кутом розпилу 110 – 120°, то штанга має бути встановлена на висоті 50 (±10) см над оброблюваною поверхнею. Для розпилювачів із кутом розпилу 80° висота штанги має бути 75 (±10) см. Тобто більший кут розпилу форсунок дає змогу знизити висоту штанги на 25 см, і таким чином суттєво зменшити випаровування та знесення робочої рідини вітром.
Для контролю оптимальної висоти розташування штанги над оброблюваною поверхнею обприскувач бажано обладнати автоматичною системою регулювання висоти штанг із ультразвуковим датчиком.
