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Dispositif de régulation de débit de buses de pulvérisation
L'invention concerne la pulvérisation, et en particulier la pulvérisation agricole qui consiste à appliquer des produits phytosanitaires ou d'amendement au sein des parcelles agricoles. C'est une technique courante qui présente beaucoup d'avantages de flexibilité et d'efficacité.
Le produit à appliquer est pulvérisé par des buses fixées sur une rampe. Celleci est attachée au châssis du pulvérisateur qui est soit porté ou traîné par un tracteur agricole, soit constitué par un véhicule automoteur.
De manière générale, la quantité de produit répartie sur la surface à traiter doit être la plus proche possible de la consigne de dose établie à partir de critères agronomiques.
En pratique, la dose appliquée peut différer de la consigne, notamment en raison des variations des vitesses individuelles instantanées absolues des buses dans le plan horizontal.
Les solutions envisagées jusqu'à présent pour tendre vers une répartition de produit uniforme consistent à régler le débit des buses en fonction de la vitesse d'avancement du véhicule (mesurée par exemple par des capteurs de vitesse de type radar ou de type inductif), combinées éventuellement à un dispositif de suspension mécanique entre le châssis et la rampe afin de limiter la transmission de certains mouvements du véhicule à la rampe.
Le dispositif de régulation agit sur le débit des buses via des régulateurs qui commandent soit une modification de la pression au niveau des buses brevets US 4,530, 463, US 4,637, 547], soit une modification de l'orifice de la buse [Brevet FR- 2772646], soit encore une modulation en durée d'impulsion (contrôleur PWMPulse With Modulation). Le principe PWM consiste à modifier le débit en changeant le rapport entre la durée d'ouverture et de fermeture au niveau de la buse, ceci à l'aide d'un circuit effectuant des cycles ouverture/fermeture à une fréquence constante. Dans le cas des pulvérisateurs agricoles tels que décrits par Giles et al.
[Brevet US 5,134, 961] ou Henderson, Graeme et al. [Brevet US 5,653, 389], cette régulation PWM peut être appliquée au niveau des porte-buses en y incorporant des électrovannes d'un type particulier. Ces vannes sont commandées au niveau d'un
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tronçon (typiquement de 7 buses) par un boîtier électronique recevant la commande d'ajustement de débit du régulateur central.
Ces dispositifs de régulation s'avèrent insuffisants pour obtenir une répartition uniforme du produit car les variations de vitesse individuelle des buses résultent non seulement des variations de la vitesse d'avancement du véhicule, mais également de variations des vitesses horizontales des buses de pulvérisation par rapport au véhicule. Des suspensions mécaniques montées entre le châssis et la rampe de pulvérisation permettent de modérer les différences de vitesse horizontale de la rampe par rapport au véhicule (Frost et Sullivan, 1986 ; Nation, 1987 ; Kennes, 1997 ; Kennes et Ramon, 1998). Ces suspensions sont généralement constituées d'un assemblage de barres articulées, de ressorts, de rotules ou d'amortisseurs.
Les suspensions mécaniques ne permettent pas de supprimer complètement les mouvements horizontaux de la rampe par rapport au véhicule et ne permettent donc pas d'atteindre une répartition de produit uniforme conforme à la consigne. Par ailleurs, le montage d'un dispositif de suspension mécanique nécessite éventuellement d'apporter des modifications structurelles importantes aux machines existantes. En outre, la technique mise en oeuvre jusqu'à présent pour approcher la consigne de dose consiste à combiner un régulateur de débit en fonction de la vitesse d'avancement du véhicule et une suspension mécanique, qui sont deux dispositifs fonctionnant sans interaction.
L'invention a pour but de fournir un dispositif de régulation du débit des buses de rampes de pulvérisateurs agricoles qui compense les effets néfastes des mouvements individuels des buses sur la répartition du produit, qui soit efficace et de conception simple, et qui ne nécessite pas de suspension mécanique.
L'invention a pour objet un dispositif de régulation du débit des buses de rampes de pulvérisation aptes à équiper les pulvérisateurs agricoles comprenant : a) des régulateurs qui règlent le débit en fonction d'une consigne de dose et d'une mesure de vitesse ; b) des actionneurs qui convertissent avec une rapidité adéquate chaque commande de débit en un débit au niveau de chaque buse, lequel dispositif de régulation utilise un moyen de mesure des vitesses horizontales instantanées absolues individuelles des buses, chacune des vitesses étant utilisée par un ensemble individualisé régulateur-
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actionneur afin de régler le débit de la buse correspondante en fonction de la consigne de dose.
Les vitesses instantanées absolues individuelles des buses sont avantageusement calculées par un calculateur à partir des mesures de capteurs accélérométriques fixés sur la rampe et à partir d'un capteur de vitesse d'avancement.
Selon une variante préférée, les régulateurs de débit fournissent une commande de débit (CDeb) de type Pulse With Modulation (PWM) aux actionneurs.
L'invention permet de respecter la consigne de dose à partir d'un dispositif unique qui compense les effets néfastes des variations de vitesse du véhicule et des mouvements de la rampe par rapport au véhicule sur la répartition du produit.
Contrairement aux suspensions mécaniques, l'invention ne nécessite pas l'apport de modifications structurelles importantes aux machines existantes et peut être installée sans adaptation spécifique à tout modèle de pulvérisateur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture d'un exemple de réalisation de l'invention, donné à titre illustratif.
Seuls les composants d'un pulvérisateur conventionnel nécessaires à la description de l'invention sont décrits ci-après et schématisés dans les figures 1 et 2.
Il doit être compris que les composants peuvent être complétés par d'autres et éventuellement être disposés de manière différente sur divers types de matériels équipés ou non de suspension, sur des pulvérisateurs de type porté, traîné ou automoteur.
Une vue globale d'un pulvérisateur équipé du dispositif de régulation 1 de l'invention est donnée à la figure 1. Le liquide à pulvériser stocké dans la cuve 2 est mis sous pression par une pompe non représentée. Un régulateur de pression non représenté permet d'ajuster ce paramètre. Une partie du liquide est dirigée via des conduites 3 vers les différents tronçons de la rampe 4, qui porte des buses 5 dont le nombre est variable selon le type de pulvérisateur. Le dispositif de régulation 1 de l'invention agit sur le débit individuel des buses 5.
Des capteurs accélérométriques ou accéléromètres 6 (par exemple ADXL05, ANALOG DEVICES) sont fixés sur les différents tronçons de la rampe 4, tandis qu'un capteur radar de vitesse d'avancement 7 du pulvérisateur (par exemple, TEEJET ref 45674) est fixé sur le véhicule 8., qui avance dans la direction de la flèche
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Le principe de fonctionnement du dispositif de régulation 1 est illustré à la figure 2. La vitesse horizontale instantanée absolue individuelle V de chaque buse 5, est calculée à partir des mesures des capteurs accélérométriques 6 montés sur la rampe 4et du capteur radar de vitesse 7 monté sur le véhicule 8. Dans l'exemple, les vitesses V sont mesurées dans la direction d'avancement du véhicule 8, et dans un plan horizontal.
La commande de débit CDeb est calculée pour chaque buse 5 par le régulateur 10 en fonction de la consigne de dose CDos et de la vitesse V. La variation du débit individuel de chaque buse 5 est assurée par un actionneur à commande PWM 11 via une électrovanne non représentée (par exemple Synchro CAPSTAN AG).
Pour des raisons pratiques, les vitesses horizontales instantanées absolues V et les signaux de commande correspondants peuvent aussi être calculés par groupes de buses 5 voisines, et non par buses individuelles.
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Spray nozzle flow control device
The invention relates to spraying, and in particular agricultural spraying which consists in applying phytosanitary or improvment products within agricultural plots. It is a common technique which has many advantages of flexibility and efficiency.
The product to be applied is sprayed by nozzles fixed on a boom. This is attached to the chassis of the sprayer which is either carried or dragged by an agricultural tractor, or is constituted by a self-propelled vehicle.
In general, the quantity of product distributed over the surface to be treated must be as close as possible to the dose setpoint established on the basis of agronomic criteria.
In practice, the applied dose may differ from the setpoint, in particular due to variations in the individual instantaneous absolute speeds of the nozzles in the horizontal plane.
The solutions envisaged so far to tend towards a uniform product distribution consist in adjusting the flow rate of the nozzles as a function of the forward speed of the vehicle (measured for example by speed sensors of radar type or of inductive type) possibly combined with a mechanical suspension device between the chassis and the ramp in order to limit the transmission of certain movements of the vehicle to the ramp.
The regulating device acts on the flow rate of the nozzles via regulators which control either a modification of the pressure at the level of the nozzles US Pat. Nos. 4,530, 463, US 4,637, 547], or a modification of the orifice of the nozzle [FR Patent - 2772646], or even a pulse duration modulation (PWMPulse With Modulation controller). The PWM principle consists in modifying the flow by changing the ratio between the duration of opening and closing at the level of the nozzle, this using a circuit carrying out opening / closing cycles at a constant frequency. In the case of agricultural sprayers as described by Giles et al.
[US Patent 5,134, 961] or Henderson, Graeme et al. [US Patent 5,653, 389], this PWM regulation can be applied to the nozzle holders by incorporating solenoid valves of a particular type. These valves are controlled at a
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section (typically 7 nozzles) by an electronic unit receiving the flow adjustment command from the central regulator.
These control devices prove to be insufficient for obtaining a uniform distribution of the product because the variations in individual speed of the nozzles result not only from variations in the forward speed of the vehicle, but also from variations in the horizontal speeds of the spray nozzles with respect to to the vehicle. Mechanical suspensions mounted between the chassis and the sprayer boom make it possible to moderate the differences in horizontal speed of the boom relative to the vehicle (Frost and Sullivan, 1986; Nation, 1987; Kennes, 1997; Kennes and Ramon, 1998). These suspensions generally consist of an assembly of articulated bars, springs, ball joints or shock absorbers.
Mechanical suspensions do not completely eliminate horizontal movements of the ramp relative to the vehicle and therefore do not allow to achieve a uniform product distribution in accordance with the instructions. Furthermore, the mounting of a mechanical suspension device possibly requires significant structural modifications to existing machines. In addition, the technique used so far to approach the dose setpoint consists of combining a flow regulator as a function of the forward speed of the vehicle and a mechanical suspension, which are two devices operating without interaction.
The object of the invention is to provide a device for regulating the flow rate of the nozzles of agricultural sprayer boom which compensates for the harmful effects of the individual movements of the nozzles on the distribution of the product, which is effective and of simple design and which does not require mechanical suspension.
The subject of the invention is a device for regulating the flow rate of the sprayer boom nozzles capable of equipping agricultural sprayers comprising: a) regulators which regulate the flow rate as a function of a dose setpoint and a speed measurement; b) actuators which convert with sufficient speed each flow control into a flow at each nozzle, which regulating device uses a means of measuring the individual absolute instantaneous horizontal speeds of the nozzles, each of the speeds being used by an individualized assembly regulator-
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actuator to adjust the flow rate of the corresponding nozzle according to the dose setpoint.
The individual absolute instantaneous speeds of the nozzles are advantageously calculated by a computer from measurements of accelerometric sensors fixed on the ramp and from a forward speed sensor.
According to a preferred variant, the flow regulators supply a flow control (CDeb) of the Pulse With Modulation (PWM) type to the actuators.
The invention makes it possible to comply with the dose setpoint from a single device which compensates for the harmful effects of variations in vehicle speed and movements of the ramp relative to the vehicle on the distribution of the product.
Unlike mechanical suspensions, the invention does not require major structural modifications to existing machines and can be installed without specific adaptation to any model of sprayer.
The invention will be better understood on reading an exemplary embodiment of the invention, given by way of illustration.
Only the components of a conventional sprayer necessary for the description of the invention are described below and shown diagrammatically in FIGS. 1 and 2.
It should be understood that the components can be supplemented by others and possibly be arranged differently on various types of equipment with or without suspension, on sprayers of the mounted, trailed or self-propelled type.
An overall view of a sprayer equipped with the regulating device 1 of the invention is given in FIG. 1. The liquid to be sprayed stored in the tank 2 is pressurized by a pump, not shown. A pressure regulator, not shown, allows this parameter to be adjusted. Part of the liquid is directed via pipes 3 to the different sections of the boom 4, which carries nozzles 5, the number of which varies according to the type of sprayer. The regulating device 1 of the invention acts on the individual flow rate of the nozzles 5.
Accelerometric sensors or accelerometers 6 (for example ADXL05, ANALOG DEVICES) are fixed on the different sections of the ramp 4, while a radar speed sensor 7 of the sprayer (for example, TEEJET ref 45674) is fixed on vehicle 8., which advances in the direction of the arrow
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The operating principle of the regulation device 1 is illustrated in FIG. 2. The individual absolute instantaneous horizontal speed V of each nozzle 5, is calculated from the measurements of the accelerometric sensors 6 mounted on the ramp 4 and of the speed radar sensor 7 mounted on the vehicle 8. In the example, the speeds V are measured in the direction of advance of the vehicle 8, and in a horizontal plane.
The CDeb flow control is calculated for each nozzle 5 by the regulator 10 as a function of the dose setpoint CDos and of the speed V. The variation of the individual flow of each nozzle 5 is ensured by an actuator with PWM control 11 via a solenoid valve not shown (for example Synchro CAPSTAN AG).
For practical reasons, the absolute instantaneous horizontal speeds V and the corresponding control signals can also be calculated by groups of neighboring nozzles, and not by individual nozzles.