PL222145B1 - Sposób regulacji dawki cieczy w opryskiwaczach polowych podczas zmiany kierunku ruchu oraz opryskiwacz - Google Patents

Abstract

Sposób regulacji dawki cieczy w opryskiwaczach polowych podczas zmiany kierunku ruchu, charakteryzuje się tym, że mierzy się prędkość (PR), czas (t) i kąt kierunku ruchu (ALFA) opryskiwacza, następnie na podstawie tych pomiarów i znanych odległości (O1÷On) sekcji (S1÷Sn) opryskiwacza od środka symetrii opryskiwacza i odległości pomiędzy sekcjami (S1÷Sn) cyklicznie oblicza się dla każdej sekcji (S1÷Sn) pożądany wydatek rozpylaczy cieczy opryskowej (COP), po czym dla każdej sekcji (S1÷Sn) dokonuje się wyboru, poprzez porównanie wydatków nominalnych (W1÷Wk) rozpylaczy (R1÷Rk) z wynikami obliczeń i uaktywnia się tylko te rozpylacze (R1÷Rk), których wydatek nominalny (W1÷Wk) zapewnia uzyskanie dawki mieszczącej się w dopuszczalnym zakresie dawki nominalnej (DN) na jednostkę powierzchni. Opryskiwacz polowy zawierający zbiornik, belkę polową, sekcje z rozpylaczami, elektrozawory, przewód zasilający, pompę i układ elektroniczny z mikrokontrolerem, charakteryzuje się tym, że każda z sekcji (S1÷Sn) opryskiwacza ma co najmniej trzy rozpylacze (R1÷Rk) o zróżnicowanych wydatkach nominalnych (W1÷Wk) i o jednakowej wielkości kropel cieczy opryskowej (CPO), a każdy z rozpylaczy (R1÷Rk) połączony jest z odrębnym elektrozaworem (Z1÷Zk), które to elektrozawory (Z1÷Zk) równocześnie są połączone z mikrokontrolerem (MCU) na jego wyjściu, zaś na wejściu mikrokontroler (MCU) jest połączony z układem pomiaru (GPS) prędkości opryskiwacza, układem pomiaru (ŻE) kąta kierunku ruchu opryskiwacza oraz układem pomiaru (CZ) czasu.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 222145 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 407372 (51) Int.Cl.

A01M 7/00 (2006.01) A01M 11/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 04.03.2014

Sposób regulacji dawki cieczy w opryskiwaczach polowych podczas zmiany kierunku ruchu oraz opryskiwacz

(43) Zgłoszenie ogłoszono:	(73) Uprawniony z patentu: ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY W SZCZECINIE, Szczecin, PL
14.09.2015 BUP 19/15 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	(72) Twórca(y) wynalazku: KAROL GARBIAK, Brzeziny, PL JAN JURGA, Szczecin, PL
29.07.2016 WUP 07/16	(74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Renata Zawadzka

PL 222 145 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku są sposób regulacji dawki cieczy w opryskiwaczach polowych podczas zmiany kierunku ruchu oraz opryskiwacz zawierający układ regulacji dawki cieczy. Wynalazek dotyczy automatycznej regulacji dawki cieczy na jednostkę powierzchni w opryskiwaczach polowych.

W zależności od budowy rozróżnia się kilka typów opryskiwaczy: zawieszane lub przyczepiane do ciągnika oraz samojezdne. Do głównych elementów konstrukcyjnych opryskiwacza polowego należy rama, na której nabudowany jest układ aplikacyjny. Składa się on z pompy ssąco-tłoczącej, zaworu bezpieczeństwa, zaworu odcinającego, zaworu regulacji ciśnienia, przewodów doprowadzających ciecz oraz rozpylaczy.

Ilość cieczy aplikowanej na jednostkę powierzchni jest podawana w zaleceniach producenta środków ochrony roślin (ŚOR). Przykładowa dawka nominalna na 1 hektar powierzchni może zawierać 2 litry ŚOR rozprowadzonego w 200 litrach wody. Aby taką dawkę zastosować, przeprowadzana

-1 jest regulacja. Ogólnie można stwierdzić, że rzeczywista dawka [dm -ha^- ] cieczy opryskowej zależy

-1 od ciśnienia roboczego [Pa], wydatku nominalnego rozpylaczy [dm³-min^-1], szerokości roboczej rozpy-1 laczy [m] oraz prędkości postępowej opryskiwacza [m-s^-1].

Środki ochrony roślin w Unii Europejskiej podlegają najostrzejszym regulacjom prawnym spośród wszystkich środków chemicznych. Muszą zostać ocenione pod względem: chemicznym i fizycznym, wpływu na środowisko, toksyczności, ekotoksyczności i pozostałości. Szczegółowe ramy prawne zapewniają uwzględnianie warunków lokalnych, przeprowadzenie właściwych badań i przedstawienie wyników spełniających najwyższe standardy naukowe. Dzięki regularnym ponownym ocenom także starsze środki muszą spełniać aktualne standardy bezpieczeństwa.

Maszyny do stosowania środków ochrony roślin, o których mowa w (Dz. U. Poz. 455) z dnia 8 marca 2013 r. o środkach ochrony roślin, podlegają określonym wymaganiom technicznym. Ustawa reguluje również wymogi odnośnie przeprowadzania badań sprawności technicznej opryskiwaczy. Warunki, jakie powinien spełniać będący w użytkowaniu sprzęt do stosowania środków ochrony roślin określa załącznik II do dyrektywy. W przypadku opryskiwacza ciągnikowego i samobieżnego polowego, podczas wykonywania badań sprawności technicznej sprawdza się nierównomierność poprzeczną wypływu cieczy na stole rowkowym z odczytem automatycznym, współczynnik zmienności powinien wynosić nie więcej niż 10%. Przy pomiarze na stole rowkowym z odczytem optycznym różnice odczytów wartości dla poszczególnych rowków nie powinny być większe niż 15%, przy czym dopuszcza się, aby nie więcej niż 10% odczytów wykraczało poza ten zakres.

W produkcji polowej zalecane jest przeprowadzanie zabiegów chemicznej ochrony roślin podczas przejazdów prostoliniowych, realizowanych przy stałej prędkości opryskiwacza. W praktyce występują uwarunkowania skłaniające rolników do zmian kierunku ruchu podczas wykonywania zabiegu. Duże znaczenie ma ograniczenie, bądź całkowite wyeliminowanie ujemnych skutków niewłaściwej dawki cieczy w przeliczeniu na jednostkę powierzchni podczas przejazdów krzywoliniowych, które realizowane są głównie przy omijaniu przeszkód (np. budowli, oczek wodnych) a także na polach o nieregularnych kształtach, a w szczególności przy opryskiwaniu obrzeży takich pól.

Podczas oprysku na zakrętach względna prędkość przemieszczania się poszczególnych rozpylaczy względem powierzchni pola jest zróżnicowana, co powoduje nierównomierność dawki aplikowanego środka ochrony roślin. Im dalej od środka symetrii opryskiwacza znajduje się rozpylacz, tym większa jest zmiana prędkości względem powierzchni pola. W efekcie rzeczywista dawka oprysku różni się od założonej dawki nominalnej. Przykładowo, podczas zakrętu w lewo, dawka aplikowana przez lewą skrajną dyszę opryskiwacza o szerokości 20 m może przekraczać 500% dawki nominalnej, podczas gdy po drugiej stronie opryskiwacza dawka jest zbyt mała i wynosi 50-60% dawki nominalnej. Jest wiele rozwiązań poprawiających jakość zabiegów ochrony chemicznej i ograniczających ich wpływ na środowisko, ale na dzień dzisiejszy znane jest tylko jedno rozwiązanie, które pozwala na zmianę dawki oprysku podczas wykonywania zakrętów. System firmy DAMMAN o nazwie Curves Control - Application reguluje wydatek w taki sposób, że średnia ilość cieczy aplikowanej z rozpylaczy każdej sekcji odpowiada zadanej wartości dawki nominalnej. Jest to możliwe drogą obliczeń dokonywanych na podstawie promienia skrętu opryskiwacza przyczepianego. Promień skrętu jest obliczany na podstawie względnych prędkości kół podporowych opryskiwacza. Dalsze obliczenia pozwalają ustalić procentową odchyłkę od zadanej wartości w poszczególnych sekcjach, po czym specjalny kalkulator dokonuje ich wyrównania. Ilość wydatku regulowana jest przez przełączanie rozpylaczy na

PL 222 145 B1 belce opryskiwacza, zmianę ciśnienia roboczego w sekcji lub drogą kombinacji obydwu parametrów [www.damman.com].

Sposób regulacji dawki cieczy w opryskiwaczach polowych podczas zmiany kierunku ruchu, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że mierzy się prędkość, czas i kąt kierunku ruchu opryskiwacza. Na podstawie tych pomiarów i znanych parametrów: odległości sekcji opryskiwacza od środka symetrii opryskiwacza i odległości pomiędzy sekcjami, cyklicznie oblicza się pożądany wydatek rozpylaczy cieczy opryskowej dla każdej sekcji z rozpylaczami o jednakowej wielkości kropel. Pożądany wydatek to taki, który zapewni prawidłowe opryskanie pola dawką zalecaną. Po wyliczeniu, dla każdej sekcji dokonuje się wyboru, poprzez porównanie wydatków nominalnych rozpylaczy z wynikami obliczeń i uaktywnia się tylko te rozpylacze, których wydatek nominalny zapewnia uzyskanie dawki mieszczącej się w dopuszczalnym zakresie dawki nominalnej (DN) na jednostkę powierzchni (mieszczącej się w zakresie tolerancji dawki nominalnej) i równocześnie odłącza rozpylacze, których dawki nominalne nie są zgodne z wynikami obliczeń.

Pożądany wydatek oblicza się z zależność:

W Ρ = O , O O 6- D N- d O ·

+ d ALF A· O dt )

gdzie:

-1

WP - pożądany wydatek rozpylaczy należących do tej samej sekcji [dm -min^- ],

-1

DN - dawka nominalna [dm -ha^- ], dO - odległość między sekcjami, tj. szerokość pola przypadającego na jedną sekcję [m],

PR - prędkość chwilowa opryskiwacza [m-s^-1], dALFA - zmiana kąta kierunku ruchu opryskiwacza w czasie dt [rad],

O - odległość sekcji z rozpylaczami od osi symetrii opryskiwacza [m], dt - czas pomiędzy kolejnymi pomiarami kąta ALFA kierunku ruchu opryskiwacza [s].

Korzystnie obliczenia prowadzi się w mikrokontrolerze, który jest elementem opryskiwacza. Dane dotyczące wydatków nominalnych rozpylaczy oraz dane odległości sekcji opryskiwacza od środka symetrii opryskiwacza i odległości pomiędzy sekcjami zapisuje się w pamięci mikrokontrolera. Korzystnie do pomiaru prędkości opryskiwacza stosuje się odbiornik GPS lub prędkościomierz radarowy. Korzystnie do pomiaru kąta kierunku ruchu opryskiwacza stosuje się elektroniczny żyroskop trójosiowy lub kompas elektroniczny. Korzystnie do pomiaru czasu stosuje się zegar czasu rzeczywistego.

Opryskiwacz polowy, według wynalazku, zawierający zbiornik, pompę, regulator ciśnienia, ciśnieniowy przewód zasilający, belkę polową, sekcje z rozpylaczami, elektrozawory i układ elektroniczny z mikrokontrolerem, charakteryzuje się tym, że każda z sekcji ma co najmniej trzy rozpylacze o zróżnicowanych wydatkach nominalnych i o jednakowej wielkości kropel cieczy opryskowej. Otwory wylotowe cieczy wszystkich rozpylaczy tej samej sekcji są umieszczone w jednakowej odległości od środka symetrii opryskiwacza. Każdy z rozpylaczy połączony jest ze źródłem zasilania w ciecz opryskową odrębnym elektrozaworem. Każdy z elektrozaworów połączony jest z mikrokontrolerem na jego wyjściu. Na wejściu mikrokontroler jest połączony z układem pomiaru prędkości opryskiwacza, układem pomiaru kąta kierunku ruchu opryskiwacza oraz z układem pomiaru czasu. Układ elektroniczny zawierający mikrokontroler może być ulokowany w dowolnym miejscu na opryskiwaczu. W opryskiwaczu układ pomiaru kąta kierunku ruchu opryskiwacza stanowi elektroniczny żyroskop trójosiowy lub kompas elektroniczny. W opryskiwaczu układ pomiaru prędkości opryskiwacza stanowi odbiornik GPS lub prędkościomierz radarowy. W opryskiwaczu układ pomiaru czasu stanowi zegar czasu rzeczywistego.

Rozwiązanie według wynalazku może być po modyfikacji stosowane we wszystkich maszynach, w których dawka aplikowanego materiału na jednostkę powierzchni ulega zmianie na zakrętach. Do takich maszyn należą m.in. niektóre siewniki nasion i nawozów.

Do zalet rozwiązania można zaliczyć ochronę środowiska przed nadmierną koncentracją środków ochrony roślin, racjonalne wykorzystanie cieczy opryskowej, eliminację kilkakrotnego opryskiwania tej samej powierzchni oraz aplikację środka ochrony roślin zgodną z zaleceniami producenta.

Wynalazek jest bliżej opisany w poniższym przykładzie wykonania i na rysunku, który przedstawia schemat blokowy opryskiwacza.

Opryskiwacz polowy zawiera m.in. zbiornik cieczy opryskowej ZB, pompę PO, powietrznik POW, zawór regulacji ciśnienia RC, filtr F, manometr M, ciśnieniowe przewody zasilające PC, sekcje S1: S_n z rozpylaczami R₁,₁:R_k,_n i elektrozaworami Z₁,₁:Z_k,_n, oraz mikrokontroler MCU do regulacji dawki

PL 222 145 B1 cieczy opryskowej CPO. Każdy z rozpylaczy R₁,₁:R_k,_n połączony jest poprzez odrębny elektrozawór Z₁,₁:Z_k,_n z ciśnieniowym przewodem zasilającym PC w ciecz opryskową CPO. Ciśnienie cieczy opryskowej CPO ma stałą wartość kontrolowaną na manometrze M, adekwatną do wydatku nominalnego W₁,₁:W_k,_n rozpylaczy R₁,₁:R_k,_n. Prędkość robocza jest korzystnie dobrana tak, aby przy jeździe na wprost, spośród rozpylaczy R₁,₁:R_k,_n każdej sekcji S₁:S_n uaktywnione były te, których wydatek nominalny W₁,₁:W_kn jest bliski środkowej wartości zakresu wydatku cieczy opryskowej CPO w sekcji.

Układ elektroniczny wyposażony jest w mikrokontroler MCU, który na wejściu połączony jest z odbiornikiem pozycji położenia GPS (odbiornik GPS) oraz elektronicznym żyroskopem trójosiowym ŻE. Na wyjściu mikrokontroler MCU połączony jest przewodami elektrycznymi PE z elektrozaworami Z₁,₁:Z_k,_n. Do pamięci mikrokontrolera MCU wprowadzone są dane dotyczące nominalnej dawki DN cieczy opryskowej COP na jednostkę powierzchni, odległości O₁:O_n sekcji opryskowych S₁:S_n z rozpylaczami R₁,₁:R_k,_n od środka symetrii opryskiwacza, odległości dO₁:dO_n pomiędzy sekcjami opryskowymi S₁:S_n oraz wydatków nominalnych W_t1:W_k,_n rozpylaczy R₁,₁:R_k,_n przy ustalonym ciśnieniu cieczy opryskowej CPO. Odbiornik GPS monitoruje chwilową prędkość opryskiwacza, natomiast żyroskop ŻE mierzy chwilowy kąt ALFA kierunku ruchu opryskiwacza. Dane te przekazywane są do mikrokontrolera MCU, który oblicza cyklicznie pożądany wydatek cieczy opryskowej CPO dla każdej sekcji S₁:S_n, a następnie dla każdej sekcji S₁:S_n dokonuje wyboru i uaktywnienia tych rozpylaczy spośród R₁,₁:R_k,_n, których wydatek nominalny umożliwia uzyskanie dawki mieszczącej się w dopuszczalnym zakresie dawki nominalnej DN. Obliczenia wykonuje się zgodnie z zależnością:

W P = 0,006- D N- d O - i PR + -—-J gdzie:

-1

WP - pożądany wydatek rozpylaczy należących do tej samej sekcji [dm -min^- ],

-1

DN - dawka nominalna [dm³-ha^-1], dO - odległość między sekcjami, tj. szerokość pola przypadającego na jedną sekcję [m],

PR - prędkość chwilowa opryskiwacza [m-s^-1], dALFA - zmiana kąta kierunku ruchu opryskiwacza w czasie dt [rad],

O - odległość sekcji z rozpylaczami od osi symetrii opryskiwacza [m], dt - czas pomiędzy kolejnymi pomiarami kąta ALFA kierunku mchu opryskiwacza [s].

Gdy opryskiwacz skręca w prawo, to prawa strona belki polowej BP przemieszcza się wolniej względem powierzchni pola niż wynosi prędkość chwilowa PR, więc wydatek nominalny W cieczy wypływających z poszczególnych sekcji S jest zbyt duży i należy go zmniejszyć. Im dalej od środka symetrii opryskiwacza znajduje się sekcja S, tym mniejszy jest pożądany wydatek WP cieczy opryskowej CPO. Mikrokontroler MCU dobiera korzystnie rozpylacze spośród R₁,₁:R_k,_n i uaktywnia je poprzez wysterowanie właściwych zaworów elektromagnetycznych Z₁,₁:Z_k,_n.

Przy skręcie w prawo lewa strona belki polowej BL opryskiwacza porusza się z prędkością większą od prędkości chwilowej PR. Im dalej od środka symetrii opryskiwacza znajduje się sekcja S, tym większy jest pożądany wydatek WP cieczy opryskowej CPO. W poszczególnych sekcjach lewej strony belki polowej BL uaktywniane są te rozpylacze R, których wydatek nominalny W daje dawkę mieszczącą się w dopuszczalnym zakresie dawki nominalnej DN. Jeżeli pożądany wydatek WP cieczy opryskowej CPO z rozpylaczy R jednej lub więcej sekcji S jest na tyle duży, że nie można uzyskać dawki mieszczącej się w zakresie tolerancji dawki nominalnej DN, mikrokontroler MCU poprzestaje na największej, możliwej do uzyskania dawce.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób regulacji dawki cieczy w opryskiwaczach polowych podczas zmiany kierunku ruchu, znamienny tym, że mierzy się prędkość (PR), czas (t) i kąt kierunku ruchu (ALFA) opryskiwacza, następnie na podstawie tych pomiarów i znanych odległości (O₁:O_n) sekcji (S₁:S_n) opryskiwacza od środka symetrii opryskiwacza i odległości (dO) pomiędzy sekcjami (S₁:S_n) cyklicznie oblicza się dla każdej sekcji (S₁:S_n) pożądany wydatek rozpylaczy (WP) cieczy opryskowej (COP), po czym dla każdej sekcji (S₁:S_n) dokonuje się wyboru, poprzez porównanie wydatków nominalnych (W₁:W_k) rozpylaczy (R₁:R_k) z wynikami obliczeń i uaktywnia się tylko te rozpylacze (R₁:R_k), których wydatek nominalny

   PL 222 145 B1 (Wi^Wk) zapewnia uzyskanie dawki mieszczącej się w dopuszczalnym zakresie dawki nominalnej (DN) na jednostkę powierzchni.
2. 2. Sposób regulacji według zastrz. 1, znamienny tym, że wydatek (WP) oblicza się ze wzoru WP = 0,006- DN-dO - (pr + ^dA°), gdzie: WP - pożądany wydatek rozpylaczy należących do tej

   3 -i 3 -i samej sekcji [dm³-ha^-i], DN - dawka nominalna [dm³-ha^-i], dO - odległość między sekcjami, tj. szero-i kość pola przypadającego na jedną sekcję [m], PR - prędkość chwilowa opryskiwacza [m-s^-i], dALFA - zmiana kąta kierunku ruchu opryskiwacza w czasie dt [rad], O - odległość sekcji z rozpylaczami od osi symetrii opryskiwacza [m], dt - czas pomiędzy kolejnymi pomiarami kąta ALFA kierunku ruchu opryskiwacza [s].
3. 3. Sposób regulacji według zastrz. 1, znamienny tym, że obliczenia prowadzi się w mikrokontrolerze, w którym zapisuje się odległości (O₁ :O_n) sekcji (S₁ :S_n) opryskiwacza od środka symetrii opryskiwacza i odległości (dO) pomiędzy sekcjami (S₁:S_n).
4. 4. Sposób regulacji według zastrz. 1, znamienny tym, że obliczenia polegają na wyznaczaniu dla każdej sekcji pożądanego wydatku rozpylacza.
5. 5. Sposób regulacji według zastrz. 1, znamienny tym, że do pomiaru prędkości opryskiwacza stosuje się układ pomiaru prędkości w postaci odbiornika GPS lub prędkościomierza radarowego.
6. 6. Sposób regulacji według zastrz. 1, znamienny tym, że do pomiaru kąta kierunku ruchu opryskiwacza stosuje się elektroniczny żyroskop (ŻE) trójosiowy lub kompas elektroniczny.
7. 7. Sposób regulacji według zastrz. 1, znamienny tym, że do pomiaru czasu stosuje się zegar czasu rzeczywistego (CZ).
8. 8. Opryskiwacz polowy zawierający zbiornik, belkę polową, sekcje z rozpylaczami, elektrozawory, przewód zasilający, pompę i układ elektroniczny z mikrokontrolerem, znamienny tym, że każda z sekcji (S₁:S_n) opryskiwacza ma co najmniej trzy rozpylacze (R₁:R_K) O zróżnicowanych wydatkach nominalnych (W₁:W_K) i o jednakowej wielkości kropel cieczy opryskowej (CPO), a każdy z rozpylaczy (R₁:R_K) połączony jest z odrębnym elektrozaworem (Z₁:Z_K), które to elektrozawory (Z₁:Z_K) równocześnie są połączone z mikrokontrolerem (MCU) na jego wyjściu, zaś na wejściu mikrokontroler (MCU) jest połączony z układem pomiaru (GPS) prędkości opryskiwacza, układem pomiaru (ŻE) kąta kierunku ruchu opryskiwacza oraz układem pomiaru (CZ) czasu.
9. 9. Opryskiwacz według zastrz. 8, znamienny tym, że układ pomiaru (ŻE) kąta kierunku ruchu opryskiwacza stanowi elektroniczny żyroskop trójosiowy lub kompas elektroniczny.
10. 10. Opryskiwacz według zastrz. 8, znamienny tym, że układ pomiaru (GPS) prędkości opryskiwacza stanowi odbiornik GPS lub prędkościomierz radarowy.
11. 11. Opryskiwacz według zastrz. 8, znamienny tym, że układ pomiaru (CZ) czasu stanowi zegar czasu rzeczywistego.