变速喷涂

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关于Tom Wolf (Nozzle_Guy)

Tom Wolf总部位于SK的萨斯卡通,在喷涂业务方面有33年的研究经验。他在曼尼托巴大学获得植物科学学士学位(1987年)和硕士学位(1991年),并在俄亥俄州立大学获得农学博士学位(1996年)。Tom专注于以研究为基础的实用建议,以提高生产者的效率。

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随着我们根据处方地图种植的能力的提高,可变速率喷雾应用受到了很多关注。对于干燥产品,如种子或肥料,计量是相对直接的,多年来可变速率应用已成为可能。然而,液体产品的应用更加复杂,需要特殊的方法

液压压力和流量

在传统的液体计量,液体被迫通过一个计量孔,是放置在线上。这可以是一个用于液体肥料的孔板,也可以是一个用于杀虫剂的平扇喷嘴。速率控制是通过改变喷射压力来实现的。在应用过程中更换喷嘴或计量孔通常是不切实际的。

这种方法的主要缺点是,由于喷涂压力和流量之间的平方根关系,喷涂压力在改变流量时不是很有效。

例如,参考下表,我们可以看到,将喷雾压力增加一倍(例如,从30 psi增加到60 psi)只会使流速增加40%。当压力增加三倍(从30 psi增加到90 psi)时,应用体积将增加73%(我们可以称之为1.73)。因此,仅使用压力并不能提供很大的施用量范围,我们接受2因子作为肥料流带和播撒喷嘴的极限(意味着4倍压力范围),1.73因子用于在3倍压力范围内播撒农药。任何更大的应用体积范围都需要调整旅行速度。

2015年应用图

由于液压在流量能力方面的固有限制,应用人员通常被迫使用较大的压力波动来实现合理的流量响应。在某些情况下,这意味着压力需求可能太低而不能均匀分布,或太高而不能满足泵或管道的能力。

对于变速应用,我们对行程速度范围不太感兴趣,而对流量范围更感兴趣。上面的图表可以用于这两个目的。在上面的示例中,每个应用程序卷下的行标识旅行速度范围。这些标题可以翻转,因此10 gpa列(其中包含mph值)也可以是10 mph列(其中包含gpa值)。数字是不变的。米制单位也是如此,只是米制单位与米制单位的大小相同,不容易翻转。

有几个可用的选择,以扩大液体产品的流量范围。以下是主要选项的简要概述:

Greenleaf / Agrotop

TurboDrop可变速率(TDVR):这种喷嘴看起来像传统的TurboDrop家族,但在其文丘里有一个创新的双孔。第一级总是打开的,但第二个孔在弹簧压力下保持关闭,直到达到一定的阈值。本设计实现了3倍流量范围在40到140磅之间。低于40psi的阈值,喷雾式风扇角度会迅速恶化。

TurboDrop VR尖端在任何给定速度下提供约3倍的流量范围,但需要更高的压力。

TurboDrop可变肥料(TDVFR):由于肥料流不需要雾化喷雾或形成风扇,最低压力可以降低,在这种情况下为10 psi。从10到140 psi,这种设计提供了4到5倍的流量范围。三个出口提供,一个流光,一个软管倒钩,和一个快速连接。

格林利夫公司提供了三种可变速率肥料孔。

VariTarget喷嘴

这种喷嘴设计使用弹簧加载柱塞施加力在一个灵活的喷嘴盖,使其稍微偏转。偏转改变了孔的大小,允许流量的变化。因此,流量对压力变化的响应显著增加。单个VariTarget喷嘴配备蓝色或绿色喷嘴帽,可提供流量范围从0.2 US gpm (20 psi)到1.2 gpm (65 psi),应用速度的惊人6倍变化(链接).

VariTarget
VariTarget喷嘴本体

这种喷嘴的主要缺点是系统的计量精度差。在校准测试中,在相同压力下操作的各种新型VariTarget喷嘴的流量变化超过10%。在施用液体肥料时,这种变化量是可以接受的,但在施用农药时,这种变化量是不可接受的。拧紧或松开螺纹弹簧帽,即使是稍微改变流量。

可变目标流程图

TeeJet可变速率肥料组件

这些计量组件于2016年推出,采用橡胶(EPDM)计量板,其孔径随压力增大而增大,可提供更大的流量范围。装配中没有活动部件。有四种型号可供选择(链接).

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PTC-VR:采用推式连接设计的种植器和工具栏,提供了适合1/4″,5/16”和3/8”OD油管直径的版本

QJ-VR软管倒钩:该单元提供软管倒钩直径1/4″和3/8“ID软管。

这两个装置的压力范围为10psi到100psi,在此范围内,流量范围约为8倍。

SJ3-VR:该装置可产生三种流体,工作压力范围为20 ~ 100psi,流量范围约为原来的3倍。

GPA范围特定的旅行速度TeeJet SJ3 VR

SJ7-VR:该装置可产生7个流量,工作压力范围为30 ~ 80psi,流量范围约为2.9。

在所有情况下,实现的流量范围都明显大于仅改变压力所实现的流量范围。TeeJet公司代表表示,他们已经测试了在相同压力下运行的各个单元的流量差异,并发现它们是可以接受的。

肥料带有更大的应用公差,因为图案宽度不太重要,也因为流的稳定性受压力的影响比喷雾图案液滴大小小。

脉宽调制(PWM)

PWM利用了传统的管道:每个位置都有一条吊杆线和一个喷嘴。通过每个喷嘴的液体流速是通过一个电动电磁阀代替弹簧负载的止回阀激活的喷嘴流量间歇短暂关闭来管理的。典型的系统脉冲为10或15 Hz(螺线管每秒关闭喷嘴10或15次),喷嘴在“开”位置的持续时间称为占空比(DC)或脉冲宽度。

100%直流意味着喷嘴完全打开,20%直流意味着螺线管只有20%的时间是打开的,导致喷嘴以大约20%的容量流动。如下图所示。控制占空比的能力被称为脉宽调制。

脉宽调制原理

该系统的理论流量范围约为4 - 5倍。在此范围内,喷雾压力以及相应的喷雾模式和液滴大小基本保持不变。这使得它成为可变速率农药应用的理想选择,其中喷雾模式和喷雾质量对性能至关重要。

与可变孔口设计相比,该系统的主要缺点是成本。虽然高度精确和可靠,但商用喷雾器单位的价格在15,000美元到65,000美元之间,这取决于功能和臂宽。可用的系统是绞盘精确定位II和EVO(作为任何喷雾器的改装),乌鸦鹰眼(改装任何喷雾器,可作为工厂选项在Case (AIM命令),新荷兰(IntelliSpray)和大多数其他品牌,约翰迪尔ExactApply, WEEDit Quadro, Agrifac StrictSprayPlus和TeeJet DynaJet(可作为改装)。看到我们的PWM深度文章有关这些系统的更多信息。

对于氨和液体肥料种植或工具栏,绞盘提供三种不同的PWM产品,N-Ject NH3, N-Ject LF或EVO LF。这些系统提供了对PWM脉冲频率和占空比的更多控制,并可以实现8倍的速率范围。

流量范围绞盘N-Ject LF, 30″间距

在低频率和占空比下,需要考虑土壤中肥料的流动性,因为溪流中会产生显著的间隙。

提出了一种具有分段控制和转向补偿功能的液肥变速播种机系统绞盘EVO-LF.该系统可以在12″的间距下以4.5英里/小时的速度产生10到60 gpa。

双吊杆系统

安装装有不同流量喷嘴的第二个臂架,当单套喷嘴无法满足流量要求时,该臂架就会启动。一旦第二个臂架被激活,喷雾压力就会显著下降,并且可以实现额外的流动能力。

双吊臂系统

双或四喷嘴体

类似的方法,双臂是可选的喷嘴在同一主体从Arag (硒整流器)、Hypro (两人的反应)、约翰·迪尔(ExactApply)亚马逊(AmaSelect),以及其他。这些系统利用一个油杆,将流体导向任意两个(Duo React, ExactApply, Seletron)或四个(Seletron,其他)喷嘴中的一个,或同时通过多个喷嘴。

AmaSelect采用了独特的切换系统,允许用户只选择喷嘴4,喷嘴3,喷嘴3和4,喷嘴2和4,使某些尺寸的喷嘴的位置至关重要。

Amazone AmaSelect喷嘴切换系统

类似于双吊臂的压力波动,需要仔细选择喷嘴流量,以避免较大的压力波动。该系统还可以根据需要手动从一个喷嘴切换到另一个喷嘴。如下图所示,依次使用015、02和035流量所对应的压力变化。

两人的反应

直接喷射

直接喷射是一种可变农药应用的选择。在这个系统中,未稀释的农药被放入喷雾器上的罐子中,而白开水(或水加佐剂)在喷雾器罐中。在距臂架段上游一段距离的压力侧,对化学物质进行计量,并将其引入水中。农药的速率可以随直接注射泵的速度变化,提供了一个非常高的动态范围的可能速率。例如,Raven’s伙伴专业(可作为凯斯和约翰迪尔喷雾器的工厂选项,或作为任何喷雾器的改装)提供40倍的流量范围。

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注射后,一个在线搅拌机确保产品均匀分布在载体。系统中的滞后量将取决于喷嘴上游管道中的喷雾混合物量、臂架总流量以及臂架部分配置。在可变速率地图中,这种延迟是可以预料到的。

泵技术提高了在一定粘度范围内的计量精度。然而,干式配方仍然是一个挑战,因为泥浆会沉淀并给泵和筛管组件带来问题。

总结

农业喷洒的高动态流量范围是具有挑战性的,但随着对特定地点管理的兴趣增加,这将变得更加重要。相对便宜的解决方案可用于液体肥料,而农药喷雾需要更多的技术投资,以保持喷雾模式的完整性。随着绘图技术的不断发展,这些应用技术将成为可变输入处方的组成部分。

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