空气辅助喷雾器上的速率控制器

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关于Mark Ledebuhr

Mark是一位喷涂技术传播者,机械设计师和现场科学家,热衷于帮助寻找有效和实用的应用解决方案。他是一位连续创业者,拥有超过25年的流体计量和喷雾应用系统设计和优化经验。他曾担任美国农业和生物工程师协会(ASABE)应用系统委员会主席,4个国际标准组织(ISO)喷雾应用系统技术委员会工作组成员,美国测试和材料协会(ASTM)农药系统(E35)委员会成员,美国农药安全教育者协会(AAPSE)和农药管理联盟(TPSA)成员。也许他最好的作品(除了他的花园)是在2020年与杰森·德沃博士共同撰写的《空气喷射101,有效和高效喷洒指南》,这是空气喷射喷雾器操作的权威用户手册。他还会做美味的香肠和美味的泰式炒菜。

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使用速率控制器有许多优点,但它们的主要作用是保持恒定的应用速率。所有的喷雾器改变速度在山上,在排结束,或响应地面条件。由于不受控制的喷雾器的流量是恒定的,因此施用量变化很大(在丘陵条件下可达40%)。速率控制器通过调节流量来补偿速度的变化。

丘陵作业造成高度可变的施用量。移动速度的变化可以转化为40%的变化率。速率控制器调整流量来补偿。

农药不是直接节省的(因为上升的上山率已经抵消了下降的下山率),但考虑农药标签。标签上列出的费率范围取决于虫害压力和作物大小,但也弥补了低性能设备的低覆盖率。经验表明,当覆盖均匀性得到改善时,操作人员可以以最小的速度安全地喷洒。

经验还表明,当覆盖均匀性得到改善时,包装效益也随之而来。即使是适度的改善也意味着投资的快速回报。同样重要的是,更一致的施用可以降低上山时较高残留水平的风险,并改善下坡时的作物保护。

现在,如果你想知道一个速率控制器是否适合你的操作,或者你现在应该停止阅读,请参考这个方便的决策支持矩阵:

这个决策支持矩阵将帮助您决定速率控制器是否适合您的操作。剧透警告:很可能是。

速率控制器类别

下表根据控制流的方式对控制器进行了分类。这些类别依次变得更加昂贵和复杂,但也有相应的价值。例如,虽然这里没有详细说明,但高端速率控制器提供了增值功能,如应用映射(一种强大的管理工具)。

描述 优点 缺点
好:
监测和调整压力。用数学假设流。
-活动部件最少。
简单的界面。
最低成本。
系统监测压力,但不记录流量。例如,如果喷嘴流量受到限制,背压就会增加。控制器将补偿压力,隐式减少流量,但操作人员不会注意到实际问题。
好:
监测和调整流量,而不是压力。
提醒操作人员流程的变化。操作员通常将百分比误差阈值设置得稍微高一些,以忽略瞬态变化。 系统不会记录压力偏差。在阈值速度下,压力可能降得太低。这可能导致止回阀操作不一致和喷雾模式崩溃。有了高吊杆,顶部喷嘴可能完全关闭。
最好的:
监测流量和压力并调整流量。
-一致性应用的最佳可能性。
-流量和压力报警或自动补偿(用户设置硬停止)。
-提供低液位警告。
-存储预设的校准,以快速切换块之间。
最高的成本。
-最陡峭的学习曲线。
——“wire-wiggling”。
操作人员经常选择在低速下过度使用,以换取均匀的输出和一致的雾化器性能。

速率控制器的采用和组件

在我们写这篇文章的时候,不到10%的空中辅助喷雾器有速度控制器。在20世纪80年代那段黑暗的日子里,空气辅助操作人员不明智地选择安装高流量、低压力的设备现场喷雾器控制器.组件不匹配的历史和随后的糟糕体验继续阻碍广泛采用。

然而,今天的组件是专门为空气辅助喷雾器,使安装更容易和更成功。做足功课,与制造商(不一定是当地经销商)交谈,以确保控制器及其所有组件满足您的需求。让我们来描述一下这些组成部分,以便为对话做好准备:

  • 控制台
  • 流量计(s)
  • 流量控制阀(包括电动臂架关闭)
  • 速度传感器
  • 线束
速率控制器组件示例。

控制台

控制台是接口。用户输入有关喷雾器、种植和校准数据的标准,并接收有关喷雾器性能的信息。选择专为空中辅助喷雾器而不是现场喷雾器设计的控制台。用于水平臂架的控制器在二维空间中感知带状区域,但空中辅助控制器在带状区域中负责多个垂直臂架或臂架部分(见下图)。

在垂直作物中使用的田间喷雾器速率控制器在编程时必须被“欺骗”。领先的空气辅助速率控制器可以将流量分配到单个垂直截面上的区域(左),并为多个臂架调整带状(有时称为宽度)(右)。

流量计

通过速率控制器,流量由一个或多个位于前置歧管的流量计检测。安全阀更多地成为一种安全装置,在需要时定义高压极限和旁路流量。大多数速率控制器使用的流量计没有监测压力的能力。虽然仍然有效,但增加压力传感器可以确保喷嘴在所需的压力范围内工作。

涡轮或桨米是便宜的和可接受的准确。它们需要定期清洗,因为一些化学物质会积聚并干扰它们的活动部件。过滤有助于减少这个问题。磁性或超声波流量计没有运动部件,分辨率更高,计量范围更广,不受喷涂溶液或夹带泡沫的粘度的影响。然而,它们比机械仪表要贵得多。

流量控制阀

与臂架控制阀是打开或关闭的不同,流量控制阀能够进行一系列的调整。阀门驱动由12伏伺服电机控制。精密程度取决于阀门的类型。

  • 蝶阀:简单,廉价,通常适用于压力<10bar (150psi)。有些关闭时有轻微的渗漏。当阀门打开时,控制就不那么精确了,因为孔板的几何尺寸变大了。这提供了一个狭窄的计量范围。
  • 校准球阀:可供所有压力的版本。可能是简单的流量通过球类似计量限制蝴蝶。还有一种更好的球设计,可以在整个调节范围内提供线性流量,在整个流量范围内提供更稳定的流量控制。一些制造商提供这些。所有球阀关闭时提供零流量。
左-蝶阀。对-球阀。注意开口角度的微小变化是如何转化为孔口尺寸的巨大变化的;这很难手动控制。伺服马达没有图。

与现场喷雾器相比,空气辅助喷雾器的速度较慢,流速较低。采用用于高流量、高速喷雾器的阀门是错误的。

  • 速度:阀门的额定连接尺寸(½”,¾”等)和开启时间(例如1-14秒是常见的)。许多速率控制器可以编程,以优化阀门的速度和尺寸的调整。
  • 精度:当控制阀在90°范围内打开时,控制流量的能力就不那么精确了。速度较慢的阀门精度较低,但稳定性较高。
  • 大小:阀门通径应该适应最大流量和没有更多的.如果阀门太大,它只能测量开度前几度的流量。例如,假设使用了一个200 L/min (50 gpm)和额定1秒的阀门。你的喷雾器仪表0- 20l /min (0- 5gpm)。这意味着整个计量范围发生在前十分之一秒。即使是闪电般快速的控制台也会给出不稳定的读数(又名狩猎),因为计算机在努力遵守时超过了目标。

控制阀是“维修部件”。密封件、活动部件和研磨液意味着它们需要定期保养,最终需要更换。这是一个明智的预防措施,让他们易于获取和拆卸。我们建议将它们安装在快速连接上(参见上面的速率控制器组件拼贴图的右上角),以使现场维护快速简便。

速度传感器

速度可以基于GPS,发动机转速表读数,雷达,或车轮旋转。较新的速率控制器甚至可以直接从拖拉机的数据馈送中获取速度。价格、可靠性和作物状况都是你在选择时应该考虑的因素。

  • 全球定位系统(GPS):最容易部署,非常准确(特别是RTK-GPS),价格合理。然而,头顶的雨棚会阻挡卫星信号。一些控制器用复杂的内部运动装置来补偿GPS的损失,这些装置可以测量喷雾器的惯性,并在GPS不可靠时计算速度。
  • 车轮转速传感器:作为入门级传感器,它通常是一个簧片开关或霍尔效应传感器,用于检测安装在旋转车轮上的耳片螺母或磁铁。更多的磁铁可以提高精确度。它的暴露使其容易受到物理损坏,并且读数随着轮胎半径的变化而变化(在柔软的地面上,随着温度的变化,轮胎半径也会随着油箱的清空而变化)。这就是为什么车轮传感器是在车道上校准的,油箱是半满的,两个轮胎的压力是相同的。
  • 雷达速度传感器雷达是利用多普勒效应测量速度的最精确的传感器。它们不受地形、坡度或水箱容积的影响。它们可以安装在地面视线范围内的任何地方。然而,它们是最昂贵的,如果出现故障,通常无法修复。
  • 转速表速度传感器:他们测量拖拉机的转速表速度,并将其转换为行驶速度,这在很大程度上已经过时了。安装困难,容易出现与车轮传感器相同的误差。
  • 接口的传感器:相对较新的,一些速率控制器接口拖拉机电子接收速度数据。ISOBUS,农业电子产品越来越多地采用的标准接口语言,使得这种数据交换更加普遍。

线束

我们提到电线似乎有点太深奥了,但标准正在发生变化。许多控制器采用传统的模拟布线,但它们正被更新的ISOBUS选项所淘汰。

  • 传统的模拟:简单的电线与汽车或定制插头设计以匹配组件。模拟布线相对便宜,有时可在现场维修,将信号电压(和功率)从控制器传输到驱动阀门,并接收模拟传感器数据。通信是单向的:传感器到控制器,控制器到阀门。
  • 现代ISOBUS:总线系统更像一个计算机网络,数字信号在控制器和每个组件之间来回传输。需要电力的部件直接连接到电池上。这大大简化了利用过程。控制器的单一ISOBUS导线“菊花链”所有组件中继命令和接收状态,使系统监测和诊断更容易和更有效。

结论

速率控制器是一个值得考虑的现有或未来的空气辅助喷雾器。评估您的需求,并与知识渊博的经销商或制造商合作,他们可以组装和安装适合您操作的系统。

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