Результат интеллектуальной деятельности: Опрыскиватель для обработки камыша, растущего в элементах оросительной системы рисовых чеков

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения и может использоваться при модернизации опрыскивателей для химической защиты рисовых чеков от камыша, растущего в элементах оросительной системы.

Известен опрыскиватель, предназначенный для опрыскивания посевов полевых культур, включающий смонтированные на раме емкость, насос, гидравлические коммуникации, систему очистки, штангу с распылителями (Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины / В.М. Халанский, И.В. Горбачев. - М.: КолосС, 2004. - С. 228).

К недостаткам данного опрыскивателя можно отнести невозможность обработки камыша, растущего в элементах оросительной системы рисовых чеков, из-за ограниченности высоты подъема штанги.

Известен опрыскиватель для обработки высокостебельных культур, включающий смонтированные на раме емкость, насос, гидравлические коммуникации, систему очистки, поворотную штангу с распылителями, имеющую возможность поворота по отношению к продольно-вертикальной плоскости симметрии опрыскивателя (пат. РФ №2403987, 27.04.2009).

К недостаткам этого опрыскивателя можно отнести отсутствие возможности автоматической адаптации к высоте растений, т.е. изменять высоту штанги в автоматическом режиме.

Известен самоходный робот-опрыскиватель, включающий раму с управляемыми колесами, два из которых снабжены электромоторами привода колес, систему управления и навигации с контрольно-измерительными приборами, бортовым компьютером, приемник GPS/ГЛОНАСС, систему электропитания с источником в виде аккумуляторных батарей, систему опрыскивания, содержащую емкость для рабочего раствора, емкость для промывки, миксер для приготовления рабочего раствора, электронасос, блок распределительных клапанов, штангу, оснащенную, по крайней мере, четырьмя распыливающими узлами в виде защитных кожухов с автоматическими форсунками, датчиками высоты и наличия растений, электрическим цилиндром, обеспечивающим регулировку высоты положения штанги в зависимости от высоты обрабатываемых растений (пат. РФ 2592904, 27.07.2016).

Недостатками данного опрыскивателя является невозможность обработки камыша, растущего в элементах оросительной системы рисовых чеков.

Мобильный робот-опрыскиватель для обработки пестицидами содержит систему технического зрения, включающего установленные на фронтальной штанге трехмерный сканирующий лазерный оптический дальномер и цифровые оптико-электронные датчики, систему пенообразования и внесения пестицидов, включающую блок автоматического управления подачей, расходом и распределением рабочих растворов пестицидов (пат. РФ №2731082, 28.08.2020).

Недостатками данного опрыскивателя является возможность обработки низкорослых сорняков и невозможность обработки камыша, растущего в элементах оросительной системы рисовых чеков.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является опрыскиватель для обработки камыша, растущего в элементах оросительной системы рисовых чеков, включающий смонтированные на раме емкость, насос, гидравлические коммуникации, систему очистки, поворотную штангу с расположенными на ней по траектории параболы, полученной по выражению у=-0,075471698х²-0,015094339х+4,8 распылителями в виде патрубков с наконечниками для обработки верхних и нижних точек метелок, стойку опоры на раме опрыскивателя за емкостью, к верхней части, которой одним концом шарнирно закреплена поворотная штанга (пат. РФ №2587768. кл. А01М 7/00, 2016 г. - прототип).

Недостаткам опрыскивателя для обработки камыша, растущего в элементах оросительной системы рисовых чеков можно отнести отсутствие в конструкции штанги возможности автоматической регулировки высоты расположения штанги вследствие чего происходят потери рабочего раствора в канал рисового чека. Опрыскиватель не имеет защитных кожухов для защиты элементов оросительной системы от попадания химикатов.

Техническим результатом изобретения является повышение безопасности, качества и эффективности процесса химической обработки и сокращение потерь рабочего раствора, за счет автоматической регулировки высоты расположения штанги и обеспечения связи конструктивных параметров штанги опрыскивателя с размерными характеристиками камыша, растущего в элементах оросительной системы рисовых чеков.

Технический результат достигается тем, что опрыскиватель для обработки камыша, растущего в элементах оросительной системы рисовых чеков, включающий смонтированные на раме емкость, насос, гидравлические коммуникации, систему очистки, поворотную штангу с расположенными на ней по траектории параболы, полученной по выражению у=-0,075471698x²-0,015094339х+4,8 распылителями в виде патрубков с наконечниками для обработки верхних и нижних точек метелок, стойку опоры на раме опрыскивателя за емкостью, к верхней части, которой одним концом шарнирно закреплена поворотная штанга, отличающийся тем, что имеет блок управления сообщенный с установленными с двух сторон поворотной штанги трехмерными сканирующими лазерными оптическими дальномерами, цифровыми оптико-электронными и ультразвуковыми датчиками и механизмами подъема и опускания в виде электрических линейных актуаторов с электрошаговым приводом, в которые интегрированы программируемые контролеры соединенные с блоком управления, снабженное программным обеспечением для определения расстояний от распылителей до верхних и нижних точек метелок по формулам: у=186,5х^0,0956 для верхних точек метелок и у=160,06х^0,1024 для нижних точек метелок, где у - высота камыша, см, х - ширина полосы разрастания камыша, см, при этом на на каждом патрубке распылителя жестко установлено защитно-камерное устройство, выполненное из листа упругого материала скрученного в вертикальной плоскости по форме спирали Архимеда, причем внутри этого устройства наконечник для распыления расположен на расстоянии от его оси до центра спирали по вертикали равное шагу спирали 20 см.

Новизна изобретения заключается в том, что поворотная штанга, имеет блок управления сообщенный с установленными с двух сторон поворотной штанги трехмерными сканирующими лазерными оптическими дальномерами, цифровыми оптико-электронными и ультразвуковыми датчиками и механизмами подъема и опускания в виде электрических линейных актуаторов с электрошаговым приводом, в которые интегрированы программируемые контролеры соединенные с блоком управления, снабженное программным обеспечением для определения расстояний от распылителей до верхних и нижних точек метелок, а для обеспечения создания зоны интенсивной локальной обработки метелок с минимальным попаданием рабочего раствора на поверхность канала в конструкции штанги предусмотрено специальное защитно-камерное устройство, обеспечивающее дополнительный воздушно-жидкостный поток при движении опрыскивателя.

По данным научно-технической и патентной литературы не обнаружена совокупность признаков, аналогичная заявляемой, позволяющая получить технический результат, который не присущ известным техническим решениям, что позволяет судить о новизне и изобретательском уровне предложения.

Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежами.

На фигуре 1 представлен опрыскиватель (вид слева); на фигуре 2 -опрыскиватель (вид сверху); на фигуре 3 - разрез А-А с защитно-камерным устройством; фигуре 4 - указаны направления потоков рабочей жидкости относительно защитно-камерного устройства; на фигуре 5 - спираль Архимеда для получения формы защитно-камерного устройства; фиг. 6 указаны направления потоков рабочей жидкости относительно спирали Архимеда; на фигуре 7 - фото, где представлено измерение высоты камыша; на фигуре 8 - фото, где представлено измерение ширины произрастания камыша; на фигуре 9 - блок-схема; фиг. 10 - аппроксимация измерения высоты растений камыша.

Опрыскиватель для обработки камыша, растущего в элементах оросительной системы рисовых чеков, включающий смонтированные на раме 1 (фиг. 1, 2) емкость 2, насос 3, гидравлические коммуникации 4, систему очистки 5, поворотную штангу 6 с расположенными на ней по траектории параболы, полученной по выражению у=-0,075471698х²-0,015094339х+4,8 распылителями 7 в виде патрубков с наконечниками 8 для обработки верхних и нижних точек метелок, стойку 9 опоры 10 на раме опрыскивателя за емкостью 2, к верхней части, которой одним концом шарнирно закреплена поворотная штанга 6. Опрыскиватель имеет блок управления 10 сообщенный с установленными с двух сторон поворотной штанги трехмерными сканирующими лазерными оптическими дальномерами 11, цифровыми оптико-электронными 12 и ультразвуковыми 13 датчиками и механизмами подъема и опускания в виде электрических линейных актуаторов 14 с электрошаговым приводом, в которые интегрированы программируемые контролеры (не показано) соединенные с блоком управления 10, снабженное программным обеспечением для определения расстояний от распылителей 7 до верхних и нижних точек метелок по формулам: у=186,5х^0,0956 для верхних точек метелок и у=160,06.x^0,1024 для нижних точек метелок, где у - высота камыша, см, х - ширина полосы разрастания камыша, см, при этом на на каждом патрубке распылителя 7 жестко установлено защитно-камерное устройство 15 (фиг. 3), выполненное из листа упругого материала скрученного в вертикальной плоскости по форме спирали Архимеда 16 (фиг. 5), причем внутри этого устройства наконечник 8 для распыления расположен на расстоянии от его оси до центра спирали по вертикали равное шагу спирали 20 см.

- Трехмерные сканирующие лазерные оптические дальномеры 11 определяют положение опрыскивателя относительно чека и расстояние от него до обрабатываемого растения.

- Цифровые оптико-электронные 12 датчики определяют степень засоренности камыша по длине оросительной системы в режиме реального времени и передают полученные данные в блок управления 10.

Посредством ультразвуковых датчиков 13 в режиме реального времени измеряются высоты до верхних и нижних точек метелок для обеспечения автоматического опускания или поднимания штанги, информация передается в блок управления 10, снабженное программным обеспечением для определения расстояний от распылителей до верхних и нижних точек метелок по формулам: у=186,5х^0,0956 для верхних точек метелок и у=160,06х^0,1024 для нижних точек метелок, где у - высота камыша, см, х - ширина полосы разрастания камыша, см; 186,5 и 160,06 - поправочные коэффициенты.

Далее сигнал поступает на электрические линейные актуаторы 14 с электрошаговым приводом, в которые интегрированы программируемые контролеры (не показано) соединенные с блоком управления 10, посредством которых происходит автоматическая установка концов штанги на заданное расстояние от распылителей до верхних и нижних точек метелок, в зависимости от высоты камыша и ширины полосы разрастания камыша, с учетом поправочных коэффициентов.

Для обоснования использования формул: у=186,5х^0,0956 для верхних точек метелок и у=160,06х^0,1024 для нижних точек метелок целью определения расстояний от распылителей до верхних и нижних точек метелок камыша была составлена программа исследования размерных характеристик растений камыша, которая проводилась в Красноармейском районе Краснодарского края. Замеры проводились в 10 рисовых чеках. По периметру каждого чека выполняли 10 замеров на одинаковом расстоянии друг от друга. Замеряли следующие показатели:

- высоты камыша в ближнем, среднем и дальнем краях канала от земли до верхних (Н₁, Н₂, Н₃ соответственно, таблица 1) и нижних точек (h₁, h₂, h₃ соответственно, таблица 2) метелок - фиг. 7.

- ширины разрастания камыша фиг. 8.

Все замеры и результаты их статистической обработки представлены в таблицах 1 и 2.

При проектировании штанги опрыскивателя высоту до нижней точки метелки на ближнем, среднем и дальнем краях канала рисового чека принимаем соответственно 160, 172 и 179 см; до верхней точки метелки на ближнем, среднем и дальнем краях канала рисового чека принимаем соответственно - 188, 195 и 210 см. Затем используя методы интерполяции и аппроксимации, проводили аппроксимацию в виде степенной функции по полученным данным и получили формулы: у=186,5х^0,0956 для верхних точек метелок и у=160,06х^0,1024 для нижних точек метелок (https://portal.tpu.ru/SHARED/m/MBB/uchebnaya_rabota/Model/Tab/Interp_app.pdf).

Аппроксимация полученных результатов показана на фиг.10.

В результате изучение размерных характеристик камыша в Краснодарском крае можно принять следующие значения для проектирования штанги предлагаемого опрыскивателя (таблица 3):

- длина влажных метелок - 34-42 см;

- длина сухих метелок - 31 см;

На основании изучения размерных характеристик метелок зона интенсивной обработки метелок должна составлять не менее 40 см.

В конструкции защитно-камерного устройства использован принцип спирали Архимеда, т.е. множества точек, участвующих одновременно в двух равномерных движениях - вдоль прямой и по окружности. При построении задается шаг а, равный радиусу окружности (принимаем диаметр не менее 40 см). Смещение центра спирали от оси наконечника для распыления по вертикали равно шагу спирали а=20 см, что обеспечивает завихрение и образование воздушно-жидкостного потока при движении опрыскивателя. Расстояние от места крепления наконечника для распыления до нижней зоны обработки метелок составляет 2а=40 см.

Такое выполнение конструкции для обработки камыша рисовых чеков обеспечивает равномерную и локальную обработку метелок камыша, растущего в элементах оросительной системы рисовых чеков, вследствие чего происходит снижение потерь рабочего раствора в канал рисового чека.

При этом повышается безопасность, качества и эффективность процесса химической обработки и сокращаются потери рабочего раствора, за счет автоматической регулировки высоты расположения штанги и обеспечивается связь конструктивных параметров штанги опрыскивателя с размерными характеристиками камыша, растущего в элементах оросительной системы рисовых чеков.

Опрыскиватель для обработки камыша рисовых чеков работает следующим образом. Перед началом обработки поворотная штанга 6 (фиг. 1, 2) перемещается поворотным механизмом (не показан) в горизонтальной плоскости.

Далее производится перемещение агрегата по периметру рисового чека с внутренней его части.

С помощью трехмерных сканирующих лазерных оптических дальномеров 11, цифровых оптико-электронных 12 и ультразвуковых 13 датчиков происходит определение расстояний от распылителей 7 до верхних и нижних точек метелок (фиг. 7).

Программируемые контролеры (не показаны) соединенные с блоком управления 10, снабженное программным обеспечением для определения расстояний от распылителей до верхних и нижних точек метелок.

Это обеспечивает подъем и опускание штанги в автоматическом режиме.

Во время работы необходимо соблюдать рекомендуемую скорость движения опрыскивателя V_o для внесения, требуемого по агротребованиям количества рабочего раствора (фиг. 3). Из наконечника 8 для распыления под напором подается рабочая жидкость со скоростью V_ж, которая вовлекается в окружное движение ω в защитно-камерном устройстве 15, обеспечивающее защиту от попадания пестицида в канал за счет создания зоны интенсивной обработки метелок.

Действие препарата направлено на обработку не всей рисовой оросительной системы, а только метелок, что в итоге обеспечивает точную обработку сорняка и исключает засоренность плоскостей рисовых чеков путем разрастания корневой системы и сокращает расходы рабочего раствора. Обработка позволяет исключить сжигание растительных остатков в межсезонье, значительно улучшить регулировку водного режима за счет очищения дренажной системы и снятия большого сопротивления движению воды во время залива и сброса.

С уничтожением высокостебельных сорных растений значительно увеличивается аэрация на плоскостях чеков, что в определенной степени снижает развитие болезней и приводит к более быстрой просушке рисовых чеков после сброса воды перед уборкой.

Использование предлагаемого технического решения по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения, позволяет обеспечить повышение безопасности, качества и эффективности процесса химической обработки и сократить потери рабочего раствора, за счет автоматической регулировки высоты расположения штанги и обеспечить связь конструктивных параметров штанги опрыскивателя с размерными характеристиками камыша, растущего в элементах оросительной системы рисовых чеков.