Vývoj a hodnocení kolového postřikovače pro nízkopříjmové farmy – Rahman – Traktory a zemědělské stroje

Otevřený přístup
Přístup povolen
Přístup je placený nebo pouze pro předplatitele

• Anotace
• Plný text
• O autorech
• Reference
• Další soubory
• Statistika

Anotace

Odůvodnění. K ošetření polí chemikáliemi používají zemědělci ruční pákové postřikovače, které vyžadují hodně času, práce a peněz. Při delším používání pociťuje obsluha nepohodlí v pažích, ramenou a dolní části zad, což vede k celkové únavě. Tento problém lze řešit řadou mechanických prostředků.

terč — vývoj a hodnocení kolového zádového postřikovače vhodného pro zpracování řádkových plodin.

Metody. Zařízení kombinuje pákový postřikovač a kolový mechanismus, který slouží k přenosu výkonu pomocí řetězového pohonu s ozubeným kolem. Výkon postřikovače byl vyhodnocen v dílně i v terénu, přičemž byly zohledněny faktory, jako je průtok tryskou, úhel postřiku, plocha pokrytí, šířka ramen a produktivita.

Výsledky. Autoři vyvinuli zařízení pro zpracování plodin různých výšek, produktivita pole byla 88,46 %. Analýza bodu zvratu ukázala, že minimální plocha, kterou je třeba zpracovat před dosažením bodu zvratu postřikovače, je 34,13 hektarů. Výrobní náklady ve výši 105,93 USD se zdají být pro zemědělce s nízkými příjmy v zemích s nízkými a středními příjmy dostupné.

Závěry. Vyvinutý kolový postřikovač je účinný v polních podmínkách, snadno se ovládá a také snižuje pracnost procesu postřiku polí pesticidy.

Klíčová slova

Plný text

ODŮVODNĚNÍ

Účinnost hubení hmyzu a škůdců v zemědělství se stále více spoléhá na používání mechanických prostředků k postřiku polí herbicidy a pesticidy [1]. V posledních letech se zádové postřikovače [2] staly populárními mezi zemědělci s nízkými příjmy v Asii a subsaharské Africe. Způsobily revoluci v zemědělských postupech a vedly ke zvýšení produktivity zemědělských podniků [3] po celém světě.

Postřikovače se snadno ovládají, vyžadují jen malou údržbu a jsou schopny dodávat cílové objemy kapaliny [1]. Mezi další vlastnosti patří rovnoměrné postřikování a regulace tlaku pomocí přesných trysek pro regulaci průtoku, které poskytují různé typy postřiku (mlha, lehký nebo intenzivní). Existují různé typy postřikovačů, včetně manuálních, mechanických a automatických modelů. Automatické postřikovače jsou ovládány řídicí jednotkou, která nevyžaduje zásah obsluhy [4], zatímco mechanické postřikovače vyžadují dohled obsluhy [5]. Například v Bangladéši jsou oblíbené zádové, nožní a elektrické postřikovače. V současné době se na farmách v Bangladéši používá více než dva miliony postřikovačů [6]. Ruční zádové postřikovače s pákovým mechanismem jsou pro farmy nejlepší volbou. Při jejich používání však obsluha pociťuje nepohodlí v pažích, ramenou a dolní části zad. Proto může zlepšení kvality zádového postřiku pomocí nízkonákladové technologie dále zlepšit produktivitu zemědělství.

Jednou z možných technologií [7, 8] je pákový postřikovač spojený s pohonem kol, který lze použít ke zlepšení aplikace zádového postřiku. Tato zařízení získávají na popularitě i v mnoha rozvojových zemích [9] díky snadnému ovládání ve srovnání s konvenčními postřikovači. Tradiční pákové zádové postřikovače vyžadují značnou fyzickou námahu, která je často spojena s bolestí paží, ramen a zad obsluhy. Kromě toho je tato metoda postřiku časově a dražší a ve srovnání s mechanizovaným postřikem orné půdy je pracnější. Naproti tomu pákové postřikovače na kolech jsou dostupnější a snadněji se ovládají na poli [3]. Pákové postřikovače na kolech snižují úroveň fyzické námahy potřebné k ručnímu ovládání pák, což usnadňuje pohyb a obsluhu postřikovače. Kolový postřikovač zkracuje provozní dobu, zvyšuje účinnost postřiku a snižuje únavu obsluhy [7]. V tomto ohledu jsme vyvinuli cenově dostupný kolový postřikovač pro pěstitele zeleniny v Bangladéši. Tato analytická práce představuje podrobnou analýzu fází návrhu a vývoje zařízení a také komplexní analýzu jeho pořizovací ceny.

ÚČEL STUDIA

Cílem této studie je vyvinout a vyhodnotit kolový postřikovač vhodný pro ošetření řádkových plodin v nízkopříjmových zemědělských komunitách v zemích s nízkými a středními příjmy.

MATERIÁLY A METODY

Komponenty systému

Základní komponenty kolového postřikovače se dělí do dvou skupin: primární a sekundární.

1.1 Hlavní komponenty

Obr. 1. Rozprašovací tryska (s rozměry).

Obr. 1. Rozprašovací tryska a její rozměry.

Injektor и postřikovač: Postřikovač používá speciálně navrženou rozprašovací trysku o průměru 1,5 mm (obr. 1). Tryska vytváří vodní paprsek, který je rozprašován o průměru 0,5–2 m v závislosti na nastaveném tlaku vody. Postřikovač je vybaven obdélníkovou nádrží o objemu 20 l (systémová součást 7 na obr. 2) s vestavěným pístovým čerpadlem (systémová součást 6 na obr. 2) a několika flexibilními potrubími.

Kolo: Jako pohon pákového postřikovače se používá drátové kolo jízdního kola o rozměrech 24˝ x 1,95˝ (systémová součástka 3 na obr. 2). Další malé kolo o rozměrech 9,6˝ x 1,54˝ (systémová součástka 9 na obr. 2) se používá jako podpěra postřikovače na zemi.

1.2 Pomocné komponenty

Mezi pomocné komponenty studovaného systému patří díly jízdních kol, ložiska, železné tyče, hadice, šrouby a matice, díly pro připojení trysek a potrubí.

Návrh a vývoj kolového postřikovače

Konstrukce kolového postřikovače je vyvinuta pomocí softwaru SolidWorks (obr. 2). Hlavní rám postřikovače je vyroben z plochých a úhlových profilů z měkké oceli svařených do rámu jízdního kola (viz obr. 3). Kola, trysky, čerpadlo zádového postřikovače a další komponenty se zakoupí místně. Postřikovač je umístěn uvnitř vyrobeného rámu. Čtyři trysky jsou instalovány ve specifikované vzdálenosti (0,9 m) od sebe a připojeny k systému tlakových hadic.

Obr. 2. Izometrický pohled na kolový postřikovač.

Obr. 2. Izometrický pohled na postřikovač s kolovým pohonem.

Páka na horní straně pístového čerpadla je spojena s ložiskem (systémová součástka 8 na obr. 2) pod nádrží. Toto ložisko je řetězem spojeno s předním kolem (systémová součástka 3 na obr. 2). Proto se při otáčení kola okamžitě otáčí i ložisko a tím pohybuje pákou nahoru a dolů, čímž vytváří tlak v hadici. Uvolnění tlaku tryskami je řízeno přetlakovým ventilem (systémová součástka 12 na obr. 2), který je aktivován obsluhou umístěnou za malým kolem (systémová součástka 9 na obr. 2).

Obr. 3. Konstrukce kolového postřikovače.

Obr. 3. Vývoj postřikovače s kolovým pohonem.

Vyhodnocení účinnosti kolového postřikovače

Hodnocení výkonu navrženého postřikovače bylo provedeno v dílně a na testovacím poli katedry zemědělského inženýrství (obr. 4) Zemědělské univerzity v Bangabandhu Sheikh Mujibur Rahman. Během hodnocení výkonu v dílně byly zohledněny různé parametry, včetně provozní rychlosti, rovnoměrnosti proudění postřiku mezi tryskami, úhlu postřiku, šířky postřiku, překrytí, plochy postřiku a neošetřené plochy. V testovacím poli byl také hodnocen výkon a účinnost na poli (obr. 4).

Obr. 4. Vyhodnocení účinnosti kolového postřikovače v dílně a na experimentálním poli.

Obr. 4. Vyhodnocení výkonu kolového postřikovače v dílně a ve výzkumném poli.

Na základě dat získaných během dílenských a terénních zkoušek byly analyzovány následující parametry.

Rychlost postřikovače. Pracovní rychlost V postřikovač byl vypočítán na základě vzdálenosti L, prošel zařízením v určitém čase tRychlost byla určena následující rovnicí (1).

Rovnoměrnost toku na vstřikovače. U každé trysky jsme měřili průtok (ml/s), abychom určili množství rozstřikované kapaliny, a měřili jsme změnu průtoku u každé trysky na vzdálenost 10 m podél rozprašovače. Kapalina rozstřikovaná z každé trysky byla shromažďována do plastového sáčku a její objem byl měřen pomocí měřicí stupnice. Dále byl zaznamenán čas potřebný k překonání stanovené vzdálenosti pro výpočet průtoku. Testy byly provedeny třikrát a pro odhad změny průtoku u trysek byl vypočítán variační koeficient (CV%). Podle doporučení Gomeze a Gomeze [10] byla za přijatelnou považována odchylka menší než 10 %. V této studii byl tlak udržován na 10 psi.

Měření úhlu rozstřiku. Úhel postřiku byl měřen na základě optimálních hodnot výšky (Y) a šířka postřikové zóny (X) jedné trysky (obr. 5). Úhel rozstřiku byl vypočítán pomocí rovnice (2).

θ = 2 ⋅ arktan X 2 ⋅ Y . (2)

Měření zavlažované plochy na v různých výškách. Pro určení zavlažované plochy byl postřikovač instalován v různých výškách. Během testu jsme posoudili zavlažovanou plochu při instalačních výškách ramen 0,89, 0,97 a 1,04 m. Zavlažovaná plocha na povrchu byla označena bílými značkami nanášenými jedním pohybem postřikovače.

Obr. 5. Měření úhlu rozstřiku.

Obr. 5. Měření úhlu rozstřiku.

Šířka záběru. Šířka pokrytí ramen byla určena velikostí ošetřované plochy pokryté rozstřikovanými kapkami při jednom průchodu tryskou.

Překrytí spreje. Překrytí bylo definováno jako šířka plochy postřikované dvěma sousedními tryskami dělená šířkou plochy postřikované jednou tryskou. Tato hodnota byla vypočtena a vyjádřena v procentech (obr. 6). Překrytí ovlivňuje především rozstřik a velikost plochy pokrytí postřikovače, která závisí také na výšce ramen a rozteči mezi tryskami. V této studii byly trysky instalovány ve vzdálenosti 0,9 m od sebe.

Obr. 6. Překrytí postřiku.

Obr. 6. Překrývání nástřiku.

Měření neošetřené plochy. Velikost neobdělávané plochy S̅ vypočítáno jako poměr nezavlažované plochy A_н k celkové ploše postřiku A_р , ošetřená postřikovačem, v procentech. Neošetřená plocha byla vypočítána pomocí rovnice (3).

S ¯ = A n Ar ⋅ 100 % . (3)

Výkon postřikovače na poli.

Teoretická produktivita pole byla vypočítána pomocí následujícího vzorce:

kde F t je teoretická produktivita pole (ha/h); w je šířka závlahové zóny ramen (m); С — konstanta [10].

Skutečný polní výkon definuje skutečnou ošetřenou plochu za jednotku času. Skutečný polní výkon postřikovače byl vypočítán pomocí rovnice (5).

kde F_A — skutečná produktivita pole (ha/h); A — celková plocha ošetřená postřikovačem (ha); t — celkový čas (h).

Efektivita v terénu. Účinnost pole je poměr efektivní produktivity pole k teoretické produktivitě pole, který je určen rovnicí (6).

kde E_f — účinnost pole (%); F_A — skutečná produktivita pole; F _т —teoretická produktivita pole.

Analýza nákladů na kolový postřikovač

Odhadované náklady na kolový postřikovač vycházejí ze známých cen materiálu a výrobních nákladů, které se však mohou lišit v závislosti na místních tržních podmínkách. Při výpočtu celkových provozních nákladů postřikovače (v ha/h) byly zohledněny jak fixní, tak variabilní náklady.

Fixní náklady. Fixní náklady jsou součtem odpisů, úroků z investic a nákladů na daně, pojištění a skladování zařízení v interiéru.

1) roční odpisy a úrokové náklady (Adic). Velikost Adic byl určen poměrem efektivity investic (K_ek) a odhadovaná kupní cena C_op postřikovač.

ADIC = Keq ⋅ C op . (7)

kde Keq = I ⋅ 1 + I n 1 + I n − 1 ; I – úroková sazba; n – životnost.

2) Náklady na daně, pojištění a skladování zařízení v uzavřených prostorách činí 1,5 % z ceny postřikovače.

Variabilní náklady. Variabilní náklady závisí na intenzitě používání postřikovače. V tomto případě byly zohledněny náklady na opravy a údržbu, náklady na práci a náklady na nákup maziv:

1) náklady na opravy a údržbu se stanoví ve výši 0,025 USD za hodinu;
2) odhadované náklady na nákup maziv činily 0,033 USD za hodinu;
3) náklady na práci З op srp byly vypočítány s použitím koeficientu jednotných ročních nákladů (EACF):

EACF = 1 + rn − 1 + Iₙ1 + r − 1 + I − Iₙ1 + Iₙ1 − 8 , (XNUMX)

kde r — tempo růstu (12–15 %) a roční plat operátora З op:

З op ср = EACF ⋅ З op . (9)

Dále se provede analýza bodu zvratu postřikovače. Tím se rozumí počet hektarů, které je třeba postřikovačem ošetřit, aby pokryl náklady na jeho používání.

VÝSLEDKY A DISKUSE

Hodnocení kolového postřikovače

Průměrná rychlost postřikovače byla 1,44 km/h, ujetá vzdálenost 10 m a doba jízdy 23–26 s (viz tabulka 1). Uvedená rychlost je prakticky shodná s rychlostí jiných kolových kráčejících strojů jiných konstrukcí [9].

Tabulka 1. Rychlost kolového postřikovače

Tabulka 1. Rychlost postřikovače s kolovým pohonem