EA010997B1

EA010997B1 - Опрыскиватель для обработки полевых культур

Info

Publication number: EA010997B1
Application number: EA200700374A
Authority: EA
Inventors: Сергей Васильевич Бахар; Борис Константинович Похабов; Виктор Викторович Радкевич; Александр Александрович Янчук
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Агромашресурс"
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-12-30
Also published as: EA200700374A1

Abstract

Предложен опрыскиватель для обработки полевых культур, содержащий смонтированные на транспортном средстве емкость для рабочей жидкости с препаратом, подлежащим дозированному внесению на обрабатываемую поверхность, средство распределения рабочей жидкости в виде штанги с множеством распылителей заданной производительности, связанное с указанной емкостью средство подачи рабочей жидкости к распылителям, состоящее из напорной магистрали и объемного насоса с приводом, и средство регулирования расхода рабочей жидкости. В опрыскивателе средство регулирования расхода рабочей жидкости представляет собой механическую передачу, соединенную с валом отбора мощности трансмиссии транспортного средства и валом привода насоса для обеспечения фиксированного соответствия расхода рабочей жидкости рабочей скорости движения транспортного средства для каждого передаточного отношения и выполненную с набором передаточных отношений для обеспечения работы распылителей заданной производительности в режиме, определяющем дозу внесения препарата на обрабатываемую поверхность, при этом в напорной магистрали установлен манометр с электроконтактными выводами, предназначенный для визуального и/или звукового контроля минимального и максимального допустимых значений рабочего давления рабочей жидкости в заданном диапазоне.

Description

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а именно к опрыскивателям для обработки полевых культур малыми дозами препарата, в том числе, может быть использовано для обработки полевых культур растворами средств для борьбы с вредными насекомыми и растениями, а также для внесения удобрений (в жидком виде) и т.п.

Для устройств сельскохозяйственного назначения для распределения жидких препаратов (опрыскивателей) существенным является правильное и достаточно точное по отношению к заданному значению количественное внесение жидких препаратов на единицу площади (доза), поскольку при более низком, чем заданное, значении дозы значительно снижается эффективность обработки, а более высокие значения дозы могут привести к отрицательным побочным эффектам (повреждение обрабатываемых сельскохозяйственных растений, накапливание в обрабатываемых сельскохозяйственных растениях больших доз вредных веществ и т.п.).

Для преодоления упомянутой выше проблемы в конструкциях современных опрыскивателей сельскохозяйственного назначения, как правило, предусматриваются средства, обеспечивающие регулирование расхода препарата (рабочей жидкости). Существует большой ряд конструкций опрыскивателей, в которых регулирование расхода рабочей жидкости осуществляется посредством соответствующих электронных устройств [1,2]. Такие опрыскиватели позволяют производить обработку полевых культур с высокой степенью точности дозировки. Однако с учетом условий эксплуатации, такие опрыскиватели имеют достаточно низкую надежность и не подлежат ремонту в полевых условиях.

В качестве прототипа для заявляемого опрыскивателя для полевых культур по совокупности существенных признаков может быть выбран штанговый опрыскиватель для обработки полевых культур, который выполнен в виде мобильного энергетического средства, на котором смонтирован опрыскиватель, содержащий емкость для рабочей жидкости, как минимум один вентиль, штангу, насос, фильтр, гидравлическую магистраль, регулятор расхода жидкости и соединенные со штангой роторные распылители и отсечные клапаны [3]. Опрыскиватель такой конструкции обеспечивает равномерную подачу жидкости в каждый из распылителей, регулирование направления факела распыляемой жидкости, легкий демонтаж и ремонт роторных распылителей в полевых условиях. В тоже время, описанная конструкция не может обеспечить достаточную высокую точность количественного распределения рабочей жидкости на единицу площади, например при резком изменении скорости мобильного энергетического средства.

Таким образом, задачей изобретения является создание опрыскивателя для обработки полевых культур, установленного на транспортном средстве, которое обеспечивало бы возможность поддержания количественного внесения рабочей жидкости на единицу площади на постоянном заданном уровне, не зависимо от изменений в достаточно широком диапазоне скорости движения транспортного средства. При этом опрыскиватель в целом и средство регулирования расхода рабочей жидкости, в особенности, должны иметь достаточно простую конструкцию, высокую надежность, легко демонтироваться/монтироваться и быть ремонтопригодными в полевых условиях.

Поставленная задача решается предлагаемым опрыскивателем для обработки полевых культур, содержащим смонтированные на транспортном средстве емкость для рабочей жидкости с препаратом, подлежащим дозированному внесению на обрабатываемую поверхность, средство распределения рабочей жидкости в виде штанги с множеством распылителей заданной производительности, связанное с указанной емкостью средство подачи рабочей жидкости к распылителям, состоящее из напорной магистрали и объемного насоса с приводом, и средство регулирования расхода рабочей жидкости. Задача решается за счет того, что средство регулирования расхода рабочей жидкости представляет собой механическую передачу, соединенную с валом отбора мощности трансмиссии транспортного средства и валом привода насоса для обеспечения фиксированного соответствия расхода рабочей жидкости рабочей скорости движения транспортного средства для каждого передаточного отношения и выполненную с набором передаточных отношений для обеспечения работы распылителей заданной производительности в режиме, определяющем дозу внесения препарата на обрабатываемую поверхность, при этом в напорной магистрали установлен манометр с электроконтактными выводами, предназначенный для визуального и/или звукового контроля минимального и максимального допустимых значений рабочего давления рабочей жидкости в заданном диапазоне.

В предпочтительной форме реализации заявляемого опрыскивателя механическая передача выполнена в виде устройства ступенчатого переключения передач с заданным набором передаточных отношений, устанавливающих ряд фиксированных соответствий расхода рабочей жидкости рабочей скорости движения транспортного средства.

При этом в различных формах реализации механическая передача имеет количество передаточных отношений, соответствующее либо количеству диапазонов рабочей скорости движения транспортного средства при фиксированной дозе внесения рабочей жидкости распылителями определенного типа одной заданной производительности, либо количеству возможных доз внесения рабочей жидкости распылителями определенного типа одной заданной производительности при фиксированном диапазоне рабочей скорости движения транспортного средства, либо механическая передача имеет передаточные отношения, каждое из которых соответствует сочетаниям определенных диапазонов рабочей скорости движения транспортного средства с определенными значениями количества доз внесения рабочей жидкости, при

- 1 010997 этом количество указанных сочетаний соответствует количеству типов распылителей различных заданных производительностей.

Предпочтительными являются те формы реализации, в которых механическая передача выполнена с возможностью перевода в рабочий режим при достижении определенной минимально необходимой для работы распылителей скорости движения транспортного средства, а транспортное средство имеет визуальный и/или звуковой индикатор этой минимальной скорости.

Как уже было отмечено выше, управление подачей насосом рабочей жидкости в напорную магистраль и далее к распылителям осуществляется с помощью механической передачи, первичный вал которой связан с трансмиссией транспортного средств, т.е. синхронизирован со скоростью движения опрыскивателя, а вторичный вал связан с валом привода насоса. С учетом упомянутых выше различных возможных соотношений между выбранной фиксированной дозой вносимого препарата и выбранного диапазона рабочей скорости движения опрыскивателя (транспортного средства) для каждого типа распылителей с заданной производительностью, только путем переключения механической передачи можно обеспечить внесение практически любой дозы рабочей жидкости при практически любой рабочей скорости движения транспортного средства, без выполнения дополнительных операций по контролю и регулированию расхода.

Привод насоса включается водителем путем подключения вторичного вала механической передачи к первичному при достижении транспортным средством некоторой минимально необходимой скорости движения опрыскивателя (что может быть сообщено посредством любых подходящих средств визуального и/или звукового оповещения). Нормальный режим работы гидравлической системы определяется допустимыми минимальным и максимальным значениями давления в напорной магистрали, при которых распылители обеспечивают внесение препарата на обрабатываемую поверхность с требуемым качеством, при этом минимальное и максимальное значение давления контролируются манометром с электроконтактными выводами по установкам минимального и максимального значений давления, соответствующих выбранным распылителям.

Таким образом, при оптимальной простоте и надежности конструкции опрыскивателя обеспечивается возможность изменения водителем скорости движения в некотором диапазоне в зависимости от внешних условий без изменения вносимой дозы препарата на единицу площади и с сохранением качества внесения препарата на уровне, который обеспечивает конструкция применяемых распылителей. При этом обеспечивается:

расширение суммарного диапазона скорости движения опрыскивателя за счет реализации ряда диапазонов скоростей движения выбранных заранее при фиксированной дозе внесения препарата или возможность внесения широкого ряда фиксированных доз препарата из выбранных заранее при фиксированном диапазоне скорости движения опрыскивателя, или расширение суммарного диапазона скорости движения опрыскивателя одновременно с обеспечением возможности внесения ряда фиксированных доз препарата в соответствии с фиксированным числом сочетаний диапазонов скорости движения из числа выбранных ранее с дозами внесения препарата из числа выбранных ранее.

В известных конструкциях современных объемных насосов объемные потери, приведенные к величине изменения давления 0,1 МПа в рабочем диапазоне, составляют не более 0,1%. С учетом этого расчет доз вносимого препарата в зависимости от параметров насоса и опрыскивателя осуществляется следующим образом.

где р - производительность насоса м³-с^-1, ς - рабочий объем насоса м³-об.^-1 (м³ на 1 оборот вала привода насоса), Ν₃ - об.-с^-1 (число оборотов вала привода насоса в секунду) или, если скорость вращения вала привода есть произвольная функция времени, то

Т₂ΩΦ = ί ς·Ν₃(ΐ)ά(ΐ)(2).

Τι

Обозначив Ν₂(ΐ) - функция скорости вращения синхронного вала вала отбора мощности (ВОМ) и Νι(ΐ) - функция скорости вращения колеса опрыскивателя, имеем

Ν₃(ί) = Κ₂·Ν₂(1), Ν₂(1) = Κι·Νι(1) и Ν₃(1) = Κ₂·Κ₁·Ν₁(ί)(3), где К₁ - передаточное число трансмиссии транспортного средства опрыскивателя,

К₂ - передаточное число механической передачи, получаем

Т₂

0(1)=1 ч-Кг-КгМКОдС)(4).

Т,

Площадь, обрабатываемая опрыскивателем при произвольной скорости его движения:

- 2 010997 т₂

8(1) = / Β·2πΚ·Νι(ΐ)ά(ί) (5),

Τι где В - рабочая ширина захвата опрыскивателя, м,

К - статический радиус колеса, м.

Тогда доза препарата, вносимая на единицу площади при произвольной скорости движения опрыскивателя, определяется следующим образом:

0(1) ψΚ₂·Κι ϋ(ΐ) =-----=-------- (6),

8(1) Β·2πΚ

Данное утверждение справедливо при условии, что 100% объема рабочей жидкости, подаваемой в напорную гидролинию насосом вытекает на обрабатываемую площадь. В случае наличия посторонних утечек, например, на перемешивание препарата в баке, необходимо внесение в формулу (6) поправок, соответствующих функции расхода препарата по данной гидролинии утечки.

Для предлагаемой конструкции опрыскивателя, доза препарата, вносимая на единицу площади при «произвольной» скорости движения транспортного средства, есть величина постоянная, зависящая только от конструктивных параметров ходовой части и трансмиссии транспортного средства, рабочей ширины захвата опрыскивателя, рабочего объема насоса и передаточного числа механической передачи привода насоса от синхронного ВОМ. Под «произвольной» скоростью движения опрыскивателя здесь следует понимать лишь некоторый диапазон скорости его движения (рабочий диапазон), для которого справедливо утверждение (1), поскольку он ограничен рабочим диапазоном скорости вращения объемного насоса.

При необходимости внесения одинаковых доз рабочей жидкости на нескольких полях с существенно разными внешними условиями движения опрыскивателя (степень неровности ноля в зависимости от вида его обработки, предшествующего работе опрыскивателя, или необходимость движения в междурядьях в сравнении с движением по полю под зерновые культуры) необходимо только заранее выбрать необходимый рабочий диапазон скорости и подобрать передаточное число механической передачи так, чтобы оставаться в рабочем диапазоне скорости вращения объемного насоса.

При необходимости внесения разных доз рабочей жидкости в зависимости от предъявляемых агротехнических требований при одинаковых внешних условиях движения опрыскивателя необходимо также сменить передаточное число механической передачи под новую дозу внесения, чтобы оставаться в рабочем диапазоне скорости вращения объемного насоса. Если это изменение дозы существенно (например, необходимо перейти с дозы внесения 100 л/га на дозу 150 л/га), такая смена передаточного числа механической передачи должна сопровождаться заменой распылителей на другие с более высоким расходом количества рабочей жидкости в единицу времени.

Таким образом, во всех рассмотренных случаях будет обеспечено не только внесение нужной дозы рабочей жидкости на единицу площади, но и эта рабочая жидкость будет вноситься на обрабатываемую поверхность с такими показателями качества распыла (размер капли, число капель на единицу площади и другими), которые обеспечивает конструкция применяемых распылителей, если в напорной гидролинии (магистрали) опрыскивателя поддерживается не постоянный уровень давления, а лишь соблюдается его некоторый диапазон, соответствующий рабочему диапазону давления применяемых распылителей. Теоретически, с учетом имеющегося сопротивления движению потока рабочей жидкости в гидролиниях опрыскивателя от насоса к распылителям, эти граничные значения рабочего диапазона давления необходимо контролировать перед каждым распылителем. Однако из-за незначительной разницы рассматриваемых мгновенных значений давления современные конструкции опрыскивателей предполагают контроль давления только на выходе насоса.

Особенности конструкции и работы заявляемого опрыскивателя для полевых культур ниже будут рассмотрены более подробно со ссылкой на позиции на чертеже, на котором изображена функциональная схема опрыскивателя в одной из предпочтительных, но не ограничивающих форм реализации.

На чертеже позициями обозначены: емкость 1 с рабочей жидкостью, объемный насос 2, напорная гидролиния (магистраль) 3, распылители 4, манометр 5 с двумя электроконтактными выводами для контроля минимального Р_т1п и максимального Р_тах допустимых значений рабочего давления, блок 6 индикации с индикатором 7 минимальной скорости У_т^, индикатором 8 максимального давления Р_тах и индикатором 9 минимального давления Р_т^, вал 10 привода насоса 2, механическая передача 11, вал 12 синхронного ВОМ, трансмиссия 13, спидометр 14 с электроконтактным выводом, гидролиния 15 перемешивания рабочей жидкости с препаратом, насос 16 гидролинии 15 перемешивания рабочей жидкости с препаратом.

Как правило, опрыскиватель выполняют в виде транспортного средства, на котором смонтирована емкость 1 для рабочей жидкости, содержащей дозировано вносимый на обрабатываемую поверхность препарат, связанная напорной магистралью 3, снабженной объемным насосом 2, со штангой, снабженной множеством распылителей 4 заданной производительности. Вал 10 привода насоса 2 связан с валом 12 синхронного ВОМ трансмиссии 13 транспортного средства посредством механической передачи 11. Ем

- 3 010997 кость 1 для рабочей жидкости снабжена в данной форме реализации гидролинией 15 смешивания с установленным в ней насосом 16 гидролинии смешивания. В напорной магистрали установлен манометр 5 с двумя электроконтактными выводами, каждый из которых связан с соответствующим индикатором 8, 9, соответственно, максимального давления Р_тах и минимального давления Р_тт. Спидометр 14 транспортного средства также снабжен электроконтактным выводом, связанным с соответствующим индикатором 7 минимальной скорости У_тш. В кабине транспортного средства на рабочем месте водителя дополнительно к стандартным (штатным) средствам индикации устанавливается блок 6 индикации с индикатором 7 минимальной скорости У_тт, индикатором 8 максимального давления Р_тах и индикатором 9 минимального давления Р_тт. Механическая передача 11 выполнена в виде устройства ступенчатого переключения передач с заданным набором передаточных чисел, устанавливающих ряд фиксированных соответствий расхода рабочей жидкости рабочей скорости движения транспортного средства. Кроме того, механическая передача выполнена с возможностью работы в режиме «включена»/»выключена» с переводом в режим «включена» при достижении определенной минимально необходимой скорости движения транспортного средства У_тш. Для этого в кабине водителя также предусмотрены соответствующие органы управления (на чертеже не изображены ввиду очевидности их возможных форм реализации для специалистов в данной области техники).

Предложенный опрыскиватель работает следующим образом.

В исходном состоянии механическая передача 11 выключена. Насос 16 в гидролинии 15 смешивания может быть включен для поддержания равномерного распределения препарата в объеме рабочей жидкости, находящейся в емкости 1, как в исходном, так и в рабочем состоянии. Транспортное средство начинает движение и достигает минимальной рабочей скорости У_тт, о чем информирует индикатор 7 минимальной скорости У_тш блока 6 индикации (например, загорается). Визуальная информация о достижении минимальной скорости У_тт может сопровождаться соответствующим звуковым сигналом. По достижении минимальной скорости У_тш водитель осуществляет перевод механической передачи 11 в состояние «включена» посредством соответствующих средств управления (на фиг. 1 управляющее воздействие обозначено стрелкой В₆₈). При включении механической передачи происходит подключение вала 10 привода объемного насоса 2 к валу 12 синхронного ВОМ трансмиссии 13 транспортного средства. Таким образом устанавливается соответствие между числом оборотов вала 12 синхронного ВОМ трансмиссии 13 транспортного средства, т. е. скоростью движения транспортного средства, и числом оборотов вала 10 привода объемного насоса 2, т. е. объемом рабочей жидкости, подаваемой к распылителям 4, и, соответственно, количеству распыляемой рабочей жидкости на единицу площади. Как уже упоминалось выше, диапазон рабочего давления в напорной магистрали 3 контролируется посредством манометра 5, снабженного двумя электроконтактными выводами, каждый из которых связан с соответствующим индикатором 8, 9, соответственно, максимального давления Р_тах и минимального давления Р_тт. При этом, в случае, когда давление в напорной магистрали достигает граничного (максимального или минимального) допустимого значения на индикаторном блоке 6 включается (например, загорается) соответствующий индикатор 8, 9, соответственно, максимального давления Р_тах и минимального давления Р_тт. Визуальная индикация может сопровождаться соответствующей звуковой индикацией. При этом, путем соответствующего переключения механической передачи 11 (изменения передаточного числа и, как следствие, уменьшения или увеличения числа оборотов вала 10 объемного насоса 2) можно установить значение давления в напорной магистрали 3 в соответствии с заданным диапазоном рабочих давлений.

В опрыскивателе заявляемой конструкции могут быть установлены распылители 4 различных подходящих типов (различной производительности). При этом, при смене распылителей 4 с одного типа на другой конструкция опрыскивателя в целом не требует никаких дополнительных изменений или доработок. Достаточно переключить механическую передачу 11 в положение, соответствующее необходимому передаточному числу. При этом органы управления механической передачей 11 могут быть снабжены для каждого положения переключения соответствующими указаниями на тип распылителя и/или норму расхода рабочей жидкости, и/или т.п.

Простота и надежность конструкции заявляемого опрыскивателя для полевых культур обеспечивает возможность его широкого применения без дополнительной доработки и/или наладки на полях различного, в том числе сложного, рельефа для распределения различных рабочих жидкостей (средства для борьбы с вредными насекомыми и растениями, удобрения и т.п.). При этом за счет возможности простого и достаточно точного дозирования рабочей жидкости в большом диапазоне значений можно использовать, например, рабочие жидкости более высоких концентраций при меньших расходах рабочей жидкости на единицу площади, или в полевых условиях произвести замену распылителей 4 с изменением производительности, что позволит без увеличения объема емкости 1 для рабочей жидкости увеличить площадь обработки.

Claims

1. Опрыскиватель для обработки полевых культур, содержащий смонтированные на транспортном средстве емкость для рабочей жидкости с препаратом, подлежащим дозированному внесению на обрабатываемую поверхность, средство распределения рабочей жидкости в виде штанги с множеством распылителей заданной производительности, связанное с указанной емкостью средство подачи рабочей жидкости к распылителям, состоящее из напорной магистрали и объемного насоса с приводом, и средство регулирования расхода рабочей жидкости, отличающийся тем, что средство регулирования расхода рабочей жидкости представляет собой механическую передачу, соединенную с валом отбора мощности трансмиссии транспортного средства и валом привода насоса для обеспечения фиксированного соответствия расхода рабочей жидкости рабочей скорости движения транспортного средства для каждого передаточного отношения и выполненную с набором передаточных отношений для обеспечения работы распылителей заданной производительности в режиме, определяющем дозу внесения препарата на обрабатываемую поверхность, при этом в напорной магистрали установлен манометр с электроконтактными выводами, предназначенный для визуального и/или звукового контроля минимального и максимального допустимых значений рабочего давления рабочей жидкости в заданном диапазоне.

2. Опрыскиватель по п.1, отличающийся тем, что механическая передача выполнена в виде устройства ступенчатого переключения передач с заданным набором передаточных отношений, устанавливающих ряд фиксированных соответствий расхода рабочей жидкости рабочей скорости движения транспортного средства.

3. Опрыскиватель по п.2, отличающийся тем, что механическая передача имеет количество передаточных отношений, соответствующее количеству диапазонов рабочей скорости движения транспортного средства при фиксированной дозе внесения рабочей жидкости распылителями определенного типа одной заданной производительности.

4. Опрыскиватель по п.2, отличающийся тем, что механическая передача имеет количество передаточных отношений, соответствующее количеству возможных доз внесения рабочей жидкости распылителями определенного типа одной заданной производительности при фиксированном диапазоне рабочей скорости движения транспортного средства.

5. Опрыскиватель по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что механическая передача имеет передаточные отношения, каждое из которых соответствует сочетаниям определенных диапазонов рабочей скорости движения транспортного средства с определенными значениями количества доз внесения рабочей жидкости, при этом количество указанных сочетаний соответствует количеству типов распылителей различных заданных производительностей.

6. Опрыскиватель по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что механическая передача выполнена с возможностью перевода в рабочий режим при достижении определенной минимально необходимой для работы распылителей скорости движения транспортного средства, а транспортное средство имеет визуальный и/или звуковой индикатор этой минимальной скорости.