Opryskiwacz z Automatyczną Dawką w Zależności od Prędkości: Zasada Działania i Nowoczesne Rozwiązania

Współczesne rolnictwo precyzyjne stawia coraz większe wymagania opryskiwaczom, zwłaszcza w zakresie ograniczania zużycia pestycydów, selektywności i precyzji ich zastosowania. Kluczowe jest zapewnienie optymalnej dawki cieczy roboczej niezależnie od warunków, w tym zmieniającej się prędkości jazdy. Niniejsza artykuł przedstawia zasadę działania opryskiwaczy z automatyczną regulacją dawki w zależności od prędkości, a także przegląd najnowszych technologii i innowacji w tej dziedzinie.

Elektroniczne Systemy Sterowania Dawką

Komputer pokładowy SPRAYDOS

Komputer pokładowy SPRAYDOS to nowoczesne elektroniczne urządzenie sterujące i nadzorujące, będące rozwinięciem popularnego komputera SPRAY-Control. System ten obsługuje do dziewięciu sekcji roboczych opryskiwacza, włącznik główny oprysku belki polowej, a także oferuje ręczną lub automatyczną regulację dawki cieczy oraz do czterech funkcji obsługi hydrauliki opryskiwacza.

• Automatyczna regulacja dawki: Żądana dawka cieczy jest precyzyjnie realizowana nawet przy dynamicznie zmieniającej się prędkości roboczej opryskiwacza.
• Wyświetlanie danych: Urządzenie wyświetla opryskaną powierzchnię każdego pola oraz łącznie opryskaną powierzchnię. Jeśli zainstalowano elektroniczny czujnik ciśnienia, stale wyświetlana jest wartość ciśnienia roboczego, natomiast prędkość robocza jest dostępna po naciśnięciu przycisku „km/h”.
• Szybka zmiana dawki: Możliwa jest chwilowa zmiana zaprogramowanej dawki cieczy w przedziałach co +/- 10% za pomocą przycisku.

Pneumatyczna armatura regulacyjna

W systemach automatycznej regulacji dawki stosuje się pneumatyczne zawory regulacyjne, zawór główny i pneumatyczne zawory sekcyjne. Czujnik umieszczony na osi opryskiwacza rejestruje prędkość jazdy, a przepływomierz mierzy ilość cieczy do opryskiwania w gałęzi tłocznej. Operator monitoruje wartość ciśnienia roboczego na dyszy za pomocą manometru glicerynowego. W przypadku odchylenia od zaprogramowanej dawki, komputer centralny wysyła sygnał zmiany ciśnienia cieczy poprzez zawór regulacyjny, który za pośrednictwem ciśnienia powietrza zmniejsza lub zwiększa otwór przelewowy zbiornika.

Zalety pneumatycznej armatury regulacyjnej to:

• Prosta obsługa, szybkość i niezawodność: System jest łatwy w użyciu i działa sprawnie.
• Wytrzymałość na ciśnienie: Armatura wytrzymuje ciśnienie do 9 barów, co umożliwia oprysk pod większym ciśnieniem niż w przypadku dysz płaskostrumieniowych, zapewniając większą prędkość kropel i odpowiednią grubość.
• Odporność chemiczna: Bez problemów pracuje z agresywnymi nawozami ciekłymi, nie obniżając okresu eksploatacji.
• Zredukowana ilość przewodów: Dzięki sprężeniu powietrza zawór regulacji działa również jako zawór tłokowy, co zmniejsza ilość przewodów na opryskiwaczu i ułatwia płukanie wszelkich układów przepływowych.
• Łatwe odwodnienie na zimę: Pneumatyczna armatura umożliwia odwodnienie układu „do sucha”, eliminując potrzebę stosowania mieszanki niezamarzającej na zimę.

Technologie Cyfrowe w Ochronie Roślin

Najnowsze trendy w konstrukcji urządzeń do ochrony roślin zmierzają w kierunku integracji technologii cyfrowych, w tym systemów opartych na kamerach 3D, sztucznej inteligencji i różnego rodzaju sensorach. Celem jest osiągnięcie maksymalnej precyzji i selektywności aplikacji.

Opryskiwacz Bosch i Bayer

Wspólny projekt firm Bosch i Bayer zaowocował prototypem opryskiwacza wyposażonego w szereg kamer, rozmieszczonych wzdłuż belki co jeden metr. Kamery te rozpoznają poszczególne gatunki chwastów podczas jazdy maszyny po polu, wykonując zdjęcia na całej szerokości opryskiwacza. Rozpylacze, rozstawione na belce co 50 cm, są połączone z czterema liniami: jedną z czystą wodą i trzema ze środkami chemicznymi o różnych substancjach czynnych. W momencie rozpoznania chwastu, algorytm obliczeniowy dobiera odpowiedni herbicyd i określa niezbędną dawkę pestycydu, który jest mieszany z wodą w głowicy rozpylacza. Oprysk jest wykonywany tylko tam, gdzie występują chwasty, co prowadzi do znacznych oszczędności, przy czym dawka wody utrzymywana jest na stałym poziomie 200 l/ha.

Systemy Agrifac: AICPlus, DynamicDosePlus, StricSprayPlus, SmartDosePlus i StrictHeightPlus

Firma Agrifac proponuje zaawansowane rozwiązania, które wpisują się w koncepcję "NEED Farming" (potrzeba rolnictwa), koncentrującą się na pojedynczej roślinie na polu:

• AICPlus: System wykorzystuje kamery zamontowane na belce opryskiwacza oraz specjalistyczny algorytm oparty na sieciach neuronowych do identyfikacji chwastów w czasie rzeczywistym.
• DynamicDosePlus: Zintegrowany z AICPlus system sterujący, który uruchamia tylko te rozpylacze, które znajdują się nad danym chwastem lub grupą chwastów. Rozpylacze są uruchamiane sygnałem elektrycznym ze sterownika zarządzanego z terminala pokładowego i mogą pracować w oparciu o mapy recepturowe.
• StricSprayPlus: Elektroniczny system odpowiedzialny za ustalenie odpowiednich dawek cieczy roboczej z poszczególnych rozpylaczy nad danym obszarem pola. Umożliwia zachowanie określonej dawki cieczy roboczej i wielkości kropel, nawet podczas zakrętów na polu, poprzez kontrolę czasu otwierania i zamykania korpusu dyszy (do 100 razy na sekundę).
• SmartDosePlus: System zintegrowany z DynamicDosePlus i StricSprayPlus, w którym mieszanina wody i pestycydu powstaje bezpośrednio w przewodach zasilających rozpylacze, a nie w głównym zbiorniku, który zawiera jedynie czystą wodę. Pestycydy są przechowywane w oddzielnym zbiorniku i dostarczane za pomocą elektrycznie napędzanej pompy.
• StrictHeightPlus: System kontroli wysokości belki nad uprawą, wykorzystujący wielogłowicowe sensory radarowe emitujące fale ciągłe w kilku płaszczyznach. Pozwala to na precyzyjne skanowanie powierzchni pola i łanu roślin, skuteczniej niż klasyczne radary.

Blue River Technology (John Deere): See&Spray

Amerykańska firma Blue River Technology, przejęta przez John Deere, proponuje inteligentny oprysk miejscowy. Pod osłoną (fartuchem), zapobiegającą znoszeniu cieczy, znajduje się belka z bardzo dużą liczbą elektronicznie sterowanych rozpylaczy, podobnych do tych w drukarkach atramentowych. Zasada działania opryskiwacza przypomina pracę drukarki, która nanosi pestycyd na zidentyfikowany obiekt w postaci opryskanego pasa. System See&Spray sterowany jest komputerem z algorytmem opartym na sztucznej inteligencji, wykorzystującym obrazy z kamer umieszczonych przed belką. Jak wynika z wypowiedzi specjalistów, rozwiązanie to może zredukować zużycie herbicydów nawet o 90%.

Zaawansowane Systemy Sterowania Belką i Rozpylaczami

Podział belki na sekcje i indywidualne sterowanie rozpylaczami

Okresowe wyłączanie określonej liczby rozpylaczy ma kluczowe znaczenie dla unikania nakładek i opryskiwania obszarów poza polem. Podział belki na sekcje jest już standardem, jednak nowoczesne rozwiązania idą dalej:

• Amazone GPS-Switch: Indywidualne rozpylacze mogą być wyłączane ręcznie przez operatora lub automatycznie w połączeniu z systemem nawigacji satelitarnej GPS-Switch na nawrotach lub podczas pracy na klinach, co pozwala zaoszczędzić około 5% środków.
• Amazone AmaSelect: Belka opryskiwacza wyposażona jest w głowicę z czterema rozpylaczami, przełączanymi z kabiny operatora. Możliwy jest podział na sekcje o długości 50 cm oraz 25 cm. Dwa z rozpylaczy pracują przy rozstawie 25 cm i charakteryzują się mniejszym kątem oprysku (80°), co umożliwia opuszczenie belki poniżej 50 cm.
• Amazone HeightSelect: System automatycznie dostosowuje odstęp między belką polową a powierzchnią docelową w zależności od rozstawu i typu rozpylaczy. Gdy AmaSelect przełącza rozpylacze na rozstaw 25 cm, HeightSelect automatycznie opuszcza belkę.
• Hardi AutoNozzleControl: System wyłączania pojedynczych rozpylaczy po przekroczeniu linii strefy opryskanej. Szerokość sekcji zmniejsza się do 50 cm, a możliwe jest również rozłączanie rozpylaczy znajdujących się tylko na krańcu belki. Producent deklaruje redukcję zużycia pestycydów o około 10%.

Reagowanie na zmieniające się warunki atmosferyczne

Zmienne warunki atmosferyczne stanowią duże utrudnienie dla prawidłowej aplikacji pestycydów. Firmy opracowują rozwiązania pozwalające na bieżącą reakcję na polu:

• Hardi AutoSelect: System składa się z dwóch pneumatycznie sterowanych dysz, które mogą pracować pojedynczo lub razem. Operator może je przełączać z kabiny lub system może robić to automatycznie przy zdefiniowanym ciśnieniu roboczym lub prędkości zabiegu. Możliwe jest zastosowanie rozpylacza antyznoszeniowego (przy silnym wietrze, na uwrociach, w strefach buforowych) oraz klasycznego rozpylacza płaskostrumieniowego (wewnątrz pola).
• Hardi PrimeFlow: System bazowy dla AutoSelect, zmieniający cyrkulację cieczy w przewodach doprowadzających ją ze zbiornika do belki podczas zmiany rozpylacza. Ciecz robocza może cyrkulować od zbiornika do rozpylaczy przed rozpoczęciem opryskiwania, eliminując zjawisko sedymentacji środków chemicznych.
• John Deere ExactApply: Głowice z sześcioma rozpylaczami montowane na belce, które mogą pracować pojedynczo lub parami w zależności od warunków i rodzaju oprysku. Operator może przełączać rozpylacze z kabiny, a system oferuje także automatyczny tryb zmiany rozpylaczy przy współpracy z nawigacją GPS. Szczególnie korzystne w strefach buforowych i zmiennych warunkach pogodowych.
• Kuhn MultiSpray: System automatycznie wybiera rozpylacze w celu wytwarzania kropli o odpowiedniej wielkości. Głowice sterowane są sygnałem GPS, umożliwiając wyłączanie sekcji co 50 cm. Elektryczne zawory zapewniają natychmiastowe otwieranie i zamykanie rozpylaczy. System umożliwia zmienne dozowanie cieczy roboczej z wykorzystaniem właściwej dyszy, aktywując najbardziej dostosowany rozpylacz w zależności od dawki na mapie aplikacyjnej.

Systemy ultraniskich dawek

Firma Danfoil produkuje opryskiwacze oparte na koncepcji stosowania bardzo niskich dawek cieczy, wynoszących zaledwie 30-50 l/ha. Niskie dawki uzyskuje się dzięki rozpylaczom-atomizerom Eurofil, umieszczonym na belkach rurowych. Przepływ silnego strumienia powietrza, wytwarzanego przez wentylator, powoduje zawirowania, które zapewniają bardzo dobrą penetrację łanu przez strumień cieczy roboczej. Rozpylacze są rozmieszczone co 16 cm na aluminiowej belce. Zmiana rozmiaru kropli następuje poprzez regulację ciśnienia powietrza. Opryskiwacze Danfoil posiadają zbiorniki wyłącznie na czystą wodę, a ciecz robocza powstaje dopiero przy wlocie do belki polowej. Maszyny mogą być doposażone w system MultiDose i kilka pomp dozujących, co umożliwia dozowanie kilku substancji czynnych jednocześnie, zarządzane przez komputer.

Stabilizacja i Konstrukcja Belki Polowej

Prawidłowe prowadzenie belki polowej nad łanem jest jednym z kluczowych czynników wpływających na jakość i precyzję zabiegów chemicznych, szczególnie w przypadku opryskiwaczy o szerokości roboczej przekraczającej 40 metrów. Producenci wyposażają maszyny w zaawansowane systemy stabilizacji.

Systemy zawieszenia i czujniki odległości

Belki o szerokości roboczej powyżej 12 metrów powinny być wyposażone w niezależny system zawieszenia (trapezowy, wahadłowy), najlepiej z kompensacją położenia całej belki lub niezależnie prawej i lewej strony, a czasem nawet jej fragmentu. System stabilizacji coraz częściej wykorzystuje sensory odległości, które umożliwiają równoległe prowadzenie belki polowej na optymalnej wysokości względem opryskiwanej powierzchni.

• Ultrasoniczne sensory (sonary): Większość producentów (np. John Deere Boom Trac Pro) wykorzystuje sonary do mierzenia odległości od gleby lub powierzchni upraw.
• Horsch Boom Sight: Zaawansowany system będący ulepszoną wersją Boom Control Pro. Laserowe urządzenie umieszczone na kabinie maszyny skanuje powierzchnię 15 metrów przed opryskiwaczem oraz 20 metrów po lewej i prawej stronie, z wyprzedzeniem identyfikując przeszkody i ubytki w łanie. Jest to bardziej precyzyjne rozwiązanie niż tradycyjne punktowe sensory ultrasoniczne, które mogą być zakłócane przez niejednorodność powierzchni.
• Horsch Belka z zagęszczonym rozstawem rozpylaczy: Oferuje belkę z rozpylaczami co 25 cm, co przy udoskonalonej stabilizacji umożliwia obniżenie belki do około 30 cm od powierzchni, co zmniejsza znoszenie i poprawia nanoszenie cieczy roboczej.

Kompensacja wibracji belki

Stabilizacja wahań belki w płaszczyźnie poziomej była dotychczas rozwiązywana mechanicznie, poprzez odpowiednią sztywność belki i stabilizatory wibracji w zawieszeniu. Obecnie dostępne są bardziej zaawansowane rozwiązania:

• Kuhn EQUILIBRA: System z akumulatorami gazowymi (azot) na siłownikach ramion belki, który chroni konstrukcję belki w przypadku nagłego przyspieszania i hamowania. Odchylenia belki polowej są stabilizowane poprzez automatyczną korektę przechyłu (sprężyny) oraz hydrauliczną korektę przechyłu i blokady ramy.
• Amazone SwingStop i SwingStop pro: Oryginalna koncepcja kompensacji wibracji belki w płaszczyźnie poziomej. System zmniejsza dawkę podczas wychylenia belki w kierunku jazdy i zwiększa ją w przypadku wychylenia do tyłu. Rozwinięty wspólnie z firmą Rometron, system ten wykorzystuje modulację czasu trwania i częstotliwości impulsu (PWFM) do indywidualnej regulacji wydatku każdego rozpylacza (w zakresie od 100% do 20%) lub jego wyłączenia.

Innowacje w materiałach i konstrukcjach belki

Belki o dużych szerokościach roboczych to wyzwanie konstrukcyjne. Muszą być sztywne, stabilne i lekkie. Coraz częściej wykorzystuje się stopy aluminium, a ostatnio także materiały kompozytowe z włókien węglowych (karbon).

• Karbonowe belki John Deere: Od 2015 roku John Deere, we współpracy z KingAgro, wprowadził belki z włókien węglowych. Karbon charakteryzuje się wysokim współczynnikiem wytrzymałości do wagi, co pozwala na konstruowanie lżejszych belek lub zwiększanie ich szerokości roboczych bez wzrostu masy. Mocniejszy materiał o niskiej bezwładności umożliwia jazdę opryskiwacza z prędkością do 28 km/h. Dodatkowe zalety to wysoka odporność na korozję (pestycydy, nawozy płynne) oraz promienie UV. Opracowano także zestaw naprawczy umożliwiający szybką naprawę.
• Agrifac StabiloPlus: Rozwiązanie konstrukcji zawieszenia układu jezdnego samojezdnego opryskiwacza Condor, które poprawia stabilizację belki polowej. Pozwala to na jazdę z wysoką prędkością (20 km/h) przy szerokich belkach (do 48 m) i niskich dawkach cieczy, co umożliwiło firmie Agrifac bicie rekordów wydajności (ponad 2600 ha/24h).

Opcjonalne rozwiązania poprawiające jakość pracy

Belki polowe mogą być wyposażone w dodatkowe opcje, które zwiększają efektywność i bezpieczeństwo pracy:

• Podświetlenie strugi cieczy LED: System podświetlania strumienia cieczy oświetleniem typu LED umożliwia monitorowanie oprysku w nocy. Oprysk nocą jest często bezpieczniejszy i bardziej efektywny ze względu na mniejszy wiatr, niższą temperaturę powietrza i zakończenie oblotu pszczół. Dodatkowe, mocniejsze oświetlenie na krańcach belki pozwala na wczesne dostrzeżenie przeszkód.
• System cyrkulacji cieczy roboczej: Zapewnia wyrównane i natychmiast dostępne ciśnienie cieczy roboczej (eliminując efekt „parasola”) oraz jednorodne stężenie w każdym miejscu belki. Dwustronne zasilanie każdej sekcji umożliwia również jej przepłukanie, nawet jeśli w zbiorniku znajduje się ciecz robocza. Eliminuje zjawisko sedymentacji środków chemicznych w linii opryskowej.
• Systemy rękawowe z pomocniczym strumieniem powietrza (AirFlowPlus): W opryskiwaczach rękawowych (np. Agrifac Condor) wspomaganie powietrzne polega na wytworzeniu kurtyny powietrznej emitowanej przez specjalnie zaprojektowany rękaw. Kurtyna ta, przy współpracy z drobnymi kroplami, zmniejsza ich dryf, co pozwala na pracę przy wyższych prędkościach wiatru. Hydraulicznie napędzane wentylatory są rozmieszczone na całej szerokości belki co 3 m, gwarantując równomierność wydatku powietrza.

Wpływ Geometrii Belki na Precyzję Oprysku

Kluczowe znaczenie dla precyzji aplikacji ma utrzymanie odpowiedniej odległości rozpylacza od opryskiwanej powierzchni na całej szerokości belki roboczej. Różnica ta nie powinna przekraczać 10 cm lub 0,5% szerokości roboczej belki.

Problemy z sekcjami centralnymi i regulacją magistrali cieczowej

W przypadku rozpylaczy dwustrumieniowych, powszechnie występującą wadą wielu opryskiwaczy jest zbyt bliskie położenie sekcji roboczych w części centralnej do ramy opryskiwacza. Aby uniknąć stosowania wyłącznie rozlewaczy kierujących nawóz prosto w dół lub dodatkowych przedłużaczy, należy wybierać belki, które nie stwarzają tego problemu, lub te, w których magistrala cieczowa ma możliwość pionowej regulacji położenia względem konstrukcji belki nośnej.

Kompensacja nierównomierności na zakrętach

W konwencjonalnym opryskiwaczu podczas skrętu miejscowa dawka cieczy na hektar zależy od odległości rozpylacza od osi obrotu maszyny. Prędkość liniowa rozpylacza na końcu belki może być znacznie wyższa niż tego bliżej zbiornika, co prowadzi do różnic w miejscowych dawkach cieczy. Systemy takie jak Dammann C.C.A (Curve Controle Application) rozwiązują ten problem. System Dammann umożliwia wybór jednego z czterech różnych rozmiarów rozpylaczy zamontowanych w poczwórnej oprawie lub jednoczesną pracę dowolnej ich kombinacji. Automatycznie uwzględnia i koryguje dawkę cieczy roboczej z dokładnością równą rozstawowi opraw rozpylaczy (standardowo co 0,5 m). Indywidualny system sterowania pojedynczej oprawy rozpylaczy umożliwia również kompensację nierównomierności naniesienia preparatu podczas oprysku na zakrętach, łukach i omijaniu przeszkód.

Przyszłość i Wyzwania

Współczesne opryskiwacze są coraz bardziej wydajne, większe, szybsze i mają coraz większe szerokości robocze. Wymagania obejmują wysoką równomierność nanoszenia środków ochrony roślin i zróżnicowaną aplikację zmiennymi dawkami zgodnie z wymogami rolnictwa precyzyjnego, przy jednoczesnej minimalizacji zagrożenia dla środowiska naturalnego (znoszenie cieczy użytkowej).

Wyzwaniem pozostaje stabilność belki polowej nie tylko w płaszczyźnie pionowej, ale także poziomej, która ma większy wpływ na jakość oprysku (nierównomierność wzdłużna) niż wahania w płaszczyźnie pionowej (nierównomierność poprzeczna). To zjawisko jest często ignorowane przez użytkowników i trudne do oszacowania nawet podczas badań technicznych opryskiwaczy. Dzięki pokazom opryskiwaczy na torach przeszkód imitujących trudne warunki polowe, możliwe jest ocenianie tych parametrów w ruchu i dalsze doskonalenie technologii.

tags: #opryskiwacz #automtyczna #dawka #w #zaleznosci #od