Justification of range limits of root spray angle of an adaptive spraying device

Abstract

BACKGROUND: Oscillations of the sprayer field boom in the transverse-vertical plane causes a decrease in the quality of the technological operation. This is especially true in relation to the operation of small-sized single-support barrow-type sprayers. One of the possible solutions to compensate the effect of transverse oscillations of the boom on the quality of spraying is the use of adaptive sprayers with a variable root angle of the spray jet, responding to the position taken by the sprayer in relation to the surface being treated.

AIM: Justification of the necessary limits for changing the spray angles of an adaptive sprayer for a single-support spraying device. The novelty of the research lies in the fact that insufficient attention is paid to the implementation of technologies using means of small-scale mechanization, unlike industrial agricultural machinery.

METHODS: A prototype of a single-support boom motor sprayer was used as the study object. The field experiment was carried out at the experimental area of the Oryol State Agrarian University. Data acquisition on the deviation of the sprayer from the vertical axis was carried out using a specially developed angle gauge. A spreadsheet processor in the Microsoft Excel environment was used to perform mathematical processing of the decrypted experimental data. The study of the obtained analytical dependencies was carried out in the environment of the Mathcad 14.0 mathematical calculation system.

RESULTS: It has been experimentally found that the maximum deviations of the sprayer from the vertical can be up to 30° during operation. At the same time, the average amplitude of the transverse operating oscillations of the boom of a single-support barrow-type boom sprayer ranges from +11° to -18°. The amplitude of the transverse oscillations of a single-support sprayer depends on the operator’s skills and the unit motion velocity. Balancing the sprayer is important due to the moment of force caused by the weight of the one-sided field boom. A formula for calculation of the spray width of one sprayer, taking into account the geometric parameters of a single-support sprayer, as well as its inclination angle in the transverse-vertical plane, has been derived. An analytical relationship that makes it possible to calculate the required limits of the root angle of the spray jet of an adaptive sprayer, taking into account the installation distance of the sprayer relative to the vertical plane passing through the support point of the sprayer, has been obtained. The values of the root spray angles for the deflectors of adaptive sprayers, with the sprayer oscillations amplitude from -18° to +11° in the transverse-vertical plane, were found.

CONCLUSIONS: The practical value of the study lies in the potential of using the formula to determine the range limits of root spray angles when designing and developing adaptive sprayers.

Keywords

small-sized sprayer / sprayer / spray angle / field boom / transverse oscillations / spraying quality.

References

[1] Kireev IM, Koval ZM, Danilov MV. Distribution of droplet liquid between sprayers for plant spraying technology. Agro Forum. 2019;4:18–20. (In Russ). EDN: XMWMUE

[2] Киреев И.М., Коваль З.М., Данилов М.В. Распределение капельной жидкости между распылителями для технологии опрыскивания растений // Агро Форум. 2019. № 4. С. 18–20. EDN: XMWMUE

[3] Kovalenkov VG, Tyurina NM, Pavlova LI. Resistance of the rapeseed flower beetle as an indicator of the restructuring of the genetic structure of populations of harmful species under the influence of insecticides. Agrochemistry. 2018;5:54–62. (In Russ). EDN: XMZHQT doi: 10.7868/S0002188118050083

[4] Коваленков В.Г., Тюрина Н.М., Павлова Л.И. Резистентность рапсового цветоеда как показатель перестройки генетической структуры популяций вредных видов под влиянием инсектицидов // Агрохимия. 2018. № 5. С. 54–62. EDN: XMZHQT doi: 10.7868/S0002188118050083

[5] Sukhoruchenko GI, Belyakova NA, Ivanova GP, et al. Methods for assessing the toxicity of pesticides for arthropods used in the fight against pests of protected soil crops. Entomological Review. 2018;4:649–657. (In Russ). EDN: YOOYXJ doi: 10.1134/S0367144518040056

[6] Сухорученко Г.И., Белякова Н.А., Иванова Г.П. и др. Методы оценки токсичности пестицидов для членистоногих, применяемых в борьбе с вредителями культур защищенного грунта // Энтомологическое обозрение. 2018. № 4. С. 649–657. EDN: YOOYXJ doi: 10.1134/S0367144518040056

[7] Pobedinskaya MA, Plutalov PN, Romanova SS, et al. Resistance of potato and tomato Alternaria pathogens to fungicides. Mycology and Phytopathology. 2012;46(6):401–408. (In Russ). EDN: PILZBT

[8] Побединская М.А., Плуталов П.Н., Романова С.С. и др. Устойчивость возбудителей альтернариоза картофеля и томата к фунгицидам // Микология и фитопатология. 2012. Т. 46. В. 6. С. 401–408. EDN: PILZBT

[9] Popov YuV. Protection of grain crops from diseases must be justified. Protection and quarantine of plants. 2009;7:42–45. (In Russ). EDN: KYBEBT

[10] Попов Ю.В. Защита зерновых культур от болезней должна быть обоснованной // Защита и карантин растений. 2009. № 7. С. 42–45. EDN: KYBEBT

[11] Lysov AK, Kornilov TV. Improving technologies for using plant protection products by spraying. Bulletin of plant protection. 2017;2(92):50–53. (In Russ). EDN: ZFHRHD

[12] Лысов А.К., Корнилов Т.В. Совершенствование технологий применения средств защиты растений методом опрыскивания // Вестник защиты растений. 2017. № 2(92). С. 50–53. EDN: ZFHRHD

[13] Nikitin NV, Spiridonov YuYa, Abubikerov VA, et al. Anti-drain technology for the application of new generation herbicides. Bulletin of plant protection. 2008;3:47–55. (In Russ). EDN: KAUMIT

[14] Никитин Н.В., Спиридонов Ю.Я., Абубикеров В.А. и др. Противосносная технология внесения гербицидов нового поколения // Вестник защиты растений. 2008. № 3. С. 47–55. EDN: KAUMIT

[15] Markevich AE, Nemirovets YuN. Basics of effective pesticide use. A guide to questions and answers on mechanization and quality control of pesticide use in agriculture. Gorki: Mogilev State Training Center for Training, Advanced Training, Retraining, Consulting and Agrarian Reform; 2004. (In Russ).

[16] Маркевич А.Е., Немировец Ю.Н. Основы эффективного применения пестицидов. Справочник в вопросах и ответах по механизации и контролю качества применения пестицидов в сельском хозяйстве. Горки: Могилевский государственный учебный центр подготовки, повышения квалификации, переподготовки кадров, консультирования и аграрной реформы, 2004.

[17] Kuznetsov VV, Kuznetsov AV. Suspension of a wide-reach boom for a field sprayer // Design, use and reliability of agricultural machines. 2012;1(11):5–9. (In Russ). EDN: VDUXDT

[18] Кузнецов В.В., Кузнецов А.В. Подвеска широкозахватной штанги полевого опрыскивателя // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения. 2012. № 1 (11). С. 5–9. EDN: VDUXDT

[19] Kruk IS, Karpovich SK, Markevich AE, et al. Design of load-bearing structures, suspension schemes and stabilization systems for field sprayer booms. Recommendations. Minsk: BGATU; 2018. (In Russ).

[20] Крук И.С., Карпович С.К., Маркевич А.Е. и др. Проектирование несущих конструкций, схем подвесок и систем стабилизации штанг полевых опрыскивателей. Рекомендации. Минск: БГАТУ, 2018.

[21] Yan J, Xue X, Cui L, et al. Analysis of Dynamic Behavior of Spray Boom under Step Excitation. Appl. Sci. 2021;11:10129. https://doi.org/10.3390/app112110129

[22] Yan J., Xue X., Cui L., et al. Analysis of Dynamic Behavior of Spray Boom under Step Excitation. Appl. Sci. 2021. Vol. 11. P. 10129. https://doi.org/10.3390/app112110129

[23] Ghasemzadeh HR, Humburg D. Using variable spray angle fan nozzle on long spray booms. CIGR Journal. 2016;18(1):82–90.

[24] Ghasemzadeh H.R., Humburg D. Using variable spray angle fan nozzle on long spray booms // CIGR Journal. 2016. Vol. 18, N. 1. Р. 82–90.

[25] Borisenko IB, Meznikova MV, Ulybina EI. Theoretical justification for the uniformity of application of the working solution to the object of influence when processing row crops using strip spraying. News of the Nizhnevolzhsky Agro-University Complex: Science and Higher Professional Education. 2021;4(64):296–305. (In Russ). EDN: SCTXTD doi: 10.32786/2071-9485-2021-04-31

[26] Борисенко И.Б., Мезникова М.В., Улыбина Е.И. Теоретическое обоснование равномерности нанесения рабочего раствора на объект воздействия при обработке пропашных культур способом полосового опрыскивания // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2021. № 4 (64). С. 296–305. EDN: SCTXTD doi: 10.32786/2071-9485-2021-04-31

[27] Dembovsky IA, Rodimtsev SA. Determination of the magnitude of vibrations of the barrow sprayer boom in the transverse-vertical plane. In: State and prospects for the development of the agro-industrial complex. Anniversary collection of scientific works of the XV International Scientific and Practical Conference. Rostov-on-Don: DSTU-PRINT; 2022:169–173. (In Russ). EDN: EJNWGF doi: 10.23947/interagro.2022.169-173

[28] Дембовский И.А., Родимцев С.А. Определение величины колебаний штанги тачечного опрыскивателя в поперечно-вертикальной плоскости. В кн.: Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса. Юбилейный сборник научных трудов XV Международной научно-практической конференции. Ростов-на-Дону: ДГТУ-ПРИНТ, 2022. С. 169–173. EDN: EJNWGF doi: 10.23947/interagro.2022.169-173

[29] Rodimtsev SA, Dembovsky IA, Panin EN. Development and justification of the parameters of a mobile sprayer for gardening and landscape construction. World of transport and technological machines. 2023;2(81):26–34. (In Russ). EDN: HEMKNL doi: 10.33979/2073-7432-2023-2(81)-26-34

[30] Родимцев С.А., Дембовский И.А., Панин Е.Н. Разработка и обоснование параметров мобильного опрыскивателя для садово-паркового и ландшафтного строительства // Мир транспорта и технологических машин. 2023. № 2 (81). С. 26–34. EDN: HEMKNL doi: 10.33979/2073-7432-2023-2(81)-26-34

[31] Avtorskoe svidetelstvo USSR № 1308307 / 07.05.1987, Byul. № 17. Chentsov VV, Frumovich VL, Lagutin AV, et al. Shtangovyy opryskivatel. (In Russ). [cited: 21.10.2023] Available from: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_40453392_70180032.pdf

[32] Авторское свидетельство СССР № 1308307 / 07.05.1987, Бюл. № 17. Ченцов В.В., Фрумович В.Л. Лагутин А.В. и др. Штанговый опрыскиватель. Дата обращения: 21.10.2023. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_40453392_70180032.pdf

[33] Avtorskoe svidetelstvo USSR № 650589 / 05.03.1979. Byul. № 9. Bilyk AI, Maslo IP, Sudak PG. Raspylitel. (In Russ). [cited: 21.10.2023] Available from: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_39961347_87563149.pdf

[34] Авторское свидетельство СССР № 650589 / 05.03.1979. Бюл. № 9. Билык А.И., Масло И.П., Судак П.Г. Распылитель. Дата обращения: 21.10.2023. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_39961347_87563149.pdf

[35] Patent RUS № 2515290 / 10.05.2014. Byul. № 13. Dodson M. Ploskostruynye forsunki dlya teku-chey sredy s reguliruemym razmerom kapel, vklyuchayushchie postoyannyy ili peremennyy ugol raspyleniya. (In Russ). [cited: 21.10.2023] Available from: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_37797805_91349313.pdf

[36] Патент РФ № 2515290 / 10.05.2014. Бюл. № 13. Додсон М. Плоскоструйные форсунки для текучей среды с регулируемым размером капель, включающие постоянный или переменный угол распыления. Дата обращения: 21.10.2023. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_37797805_91349313.pdf

[37] Patent RUS № 2324348 / 20.05.2008. Byul. № 14. Gulko AI. Kombinirovannaya raspylitelnaya golovka. (In Russ). [cited: 21.10.2023] Available from: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_37671634_28843972.pdf

[38] Патент РФ № 2324348 / 20.05.2008. Бюл. № 14. Гулько А.И. Комбинированная распылительная головка. Дата обращения: 21.10.2023. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_37671634_28843972.pdf

[39] Yandutova KI, Rodimtsev SA. Optimization of working conditions for the operator of a small-sized boom sprayer for selection purposes. Labor protection 2011. Current problems and ways to solve them. Materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference. Orel, 2011. Orel: OSAU im NV Parakhina; 2011:128–138. (In Russ). EDN: ZHQNHB

[40] Яндутова К.И., Родимцев С.А. Оптимизация условий работы труда оператора малогабаритного штангового опрыскивателя селекционного назначения // Охрана труда 2011. Актуальные проблемы и пути их решения. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Орел, 2011. Орел: ОГАУ им. Н.В. Парахина. С. 128–138. EDN: ZHQNHB

[41] Rodimtsev SA, Shapenkova AA. Assessment and control of the position of a wheelbarrow sprayer in a transverse-vertical plane. Agricultural technology and energy supply. 2015;3(7):233–238. (In Russ). EDN: YIIUTF

[42] Родимцев С.А., Шапенкова А.А. Оценка и контроль положения тачечного опрыскивателя в поперечно-вертикальной плоскости // Агротехника и энергообеспечение. 2015. № 3 (7). С. 233–238. EDN: YIIUTF

[43] Rodimtsev SA, Shapenkova AA, Timokhin OV. and others. Justification of the ergonomic characteristics of a small-sized wheelbarrow-type boom sprayer. Life Safety. 2014;12(168):17–23. (In Russ). EDN: TBZKOP

[44] Родимцев С.А., Шапенкова А.А., Тимохин О.В. и др. Обоснование эргономических характеристик малогабаритного штангового опрыскивателя тачечного типа // Безопасность жизнедеятельности. 2014. № 12 (168). С. 17–23. EDN: TBZKOP

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-Vector