Permetezőgépek szabályzása, automatikái

A növényvédelmi permetezéstechnika alapvető feladata, hogy a hatóanyagot a szükséges mennyiségben, egyenletes eloszlásban a célfelületre juttassa. A gyakorlatban a védekezés akkor lehet eredményes, ha a növényvédő gép műszaki állapota és beállítása megfelelő.

A munka végrehajtásánál azonban számos olyan tényező lép fel, ami a kijuttatás pontosságát befolyásolja. Ilyenek a környezeti jellemzők, talaj-, terhelési, domborzati és terepviszonyok változása, amelyek a haladási sebesség, a szivattyú-fordulatszám, porlasztási nyomás megváltozását okozzák. A megkövetelt paraméterek beállítása és betartása a kijuttatás során a felhasználó feladata, ezért lehetővé kell tenni számára, hogy ezeket bizonytalanság nélkül meg tudja határozni és be tudja állítani. Ehhez olyan berendezések, armatúrák szükségesek, amelyek a külső, változó feltételektől függetlenül, folyamatosan biztosítják a permetezőgép szórófejeinek szabályozott folyadékmennyiséggel való ellátását. Ma már számos olyan eszköz, automatika áll rendelkezésre, amelyek ezt a feladatot segítik.

A hagyományos permetezőgépnél a hatóanyagadagot a védekezési feladatnak megfelelő vízmennyiségben feloldva juttatjuk ki. A hektáronkénti permetlémennyiséget a munkaszélességnek, a haladási sebességnek és a feladat jellegének megfelelő szórófej szórásteljesítményének megfelelően állítjuk be:

ahol: Q: a területegységre kijuttatott permetlé lémennyiség, dm3/ha; ∑q: a szórófejek össz-szórásteljesítménye, dm3/min; B: munkaszélesség, m;v: haladási sebesség, km/h.

A kijuttatás állandó névleges koncentráció mellett történik, az adagolásra ún. visszafolyás-szabályzást alkalmazunk, amit rugóterhelésű nyomásszabályzó szeleppel valósítunk meg. A szivattyút úgy méretezik, hogy folyadékszállítása megfelelő tartalékkal biztosítsa a szórófejek ellátását és a permetlé keverését. A szabályzószelep a szivattyú folyadékáramának egy részét a tartályba vezeti vissza, amit a rugó előfeszítésével lehet beállítani.

Ezek a berendezések a beállított üzemi nyomást, így közvetve a dózist állandó értéken tartják, ha állandó sebességgel haladunk. A gépüzemeltetés során azonban sebességváltozások lépnek fel, amivel együtt változik a szivattyú fordulatszáma is. Ideális nyomásszabályozó esetén a nyomás ezalatt állandó értékű, a valóságban nyomásváltozás lép fel, bizonyos mértékben a dózis kiegyenlítődése következik be (mértéke a konstrukciós és rugójellemzőktől függ). Ez azonban alapvetően nem tekinthető kielégítőnek, mivel az eljárásnál nincs önálló illesztés a sebességhez.

Ezért a szertakarékos technológiák terjedésével már a 70-es évek közepétől alkalmazzák az ún. folyadékosztás elvét, ahol a visszafolyás szabályozása nem rugóterhelésű nyomásszabályzó szeleppel, hanem fojtószeleppel történik. A szivattyú folyadékáramának egy részét ebben az esetben is a tartályba vezetjük vissza, a szórófejekre jutó és a fojtáson keresztül visszavezetett mennyiség egymással arányos. Egy adott sebességi fokozaton belül a sebesség megváltozásakor azzal arányosan változik a TLT és ezzel a szivattyú fordulatszáma, így a dózist állandó értéken tudjuk tartani. Alapvető feltétel azonban, hogy a szivattyú a fordulatszámmal arányos, lineáris jelleggörbével rendelkezzen. A keretszakaszok lekapcsolásakor létrejövő nyomásváltozás kiküszöbölésére egyennyomás-armatúra szükséges, amely lehetővé teszi, hogy egy szórókeretszakasz lezárásával egyidejűleg kinyisson egy visszavezető ág a tartályhoz, amely ugyanazt a folyadékmennyiséget vezeti vissza, amely előzőleg az adott keretszakaszhoz áramlott. A nyomás beállítására minden keretszakasz-kapcsolóhoz külön szabályozószelep tartozik (1. kép). Ha automatikus adagolóegységet kívánunk létrehozni, követelmény, hogy a mindenkor fellépő zavaró hatások ellenére a kiszórt mennyiség feleljen meg a munka kezdetén beállított értéknek.


1. kép. Egyennyomású armatúra fojtószeleppel és rugóterhelésű nyomásszabályozó szeleppel

Olyan szabályozóberendezés, amely az összes tényező módosító hatását menet közben korrigálja, üzemi szinten nem hozható létre. A területarányos kijuttatásra a gyakorlatban két megoldás lehetséges:

l.) a szórószerkezet folyadékfogyasztásának szabályozásával,

2.) a hatóanyag mennyiségének szabályozásával.

A folyadékfogyasztással történő szabályozást a legegyszerűbb esetben a mért és kijelzett üzemeltetési értékek alapján, kézi vezérléssel, elektromos távműködtetéssel maga a vezető végzi menet közben, egy változtatható keresztmetszetű visszafolyóág segítségével. Lehetőség van a nyomás távszabályozása mellett a távvezérlő egységeken a ki-be kapcsolást, keretszakasz-kapcsolást is a vezetőfülkéből végezni.

2. kép. Fúvóka egyedi átfolyásmérő és átfolyás-ellenőrző monitor (TeeJet)

A permetezőmonitorok nagyobb része már több adatot mér egyidejűleg (szórókeret folyadékfogyasztása, haladási sebesség, idő), kijelzi a dm3/min, km/h, dm3/ha, ha/h, ∑dm3, ∑ha értékeket vagy az előírt értékektől való eltérést, melyek alapján a kezelő a rendszer működésébe beavatkozhat. A nemzetközi fejlesztések révén – a felhasználók számára – a választék ezen a területen tovább bővült, cseppméret-, tartályszint-figyelő és automatikus feltöltő-, beépített cseppméret-fúvóka-adatbázissal, a fúvókakiválasztást biztosító funkciókkal.

A cseppméretmonitor kijelzi az aktuális cseppméretet a kijuttatás során, segíti a megfelelő fúvókaméret kiválasztását, jelzést ad a beállított cseppmérethatárok átlépésekor. A fúvókaátfolyás ellenőrző monitor egyedileg méri a szórószerkezeten lévő minden egyes szórófej fogyasztását, jelzi a szórófejek esetleges dugulását, az áramlásingadozásokat (2. kép).

Önszabályzó, automatikus rendszereket kialakíthatunk a szivattyú fordulatszámának szabályozásával is. Ebben az esetben feltétel a várható fordulatszám-tartományon belül a szivattyú szállítási teljesítmények abszolút lineáris változása. Ha járókerékről hajtott, változtatható löketű szállító-, illetve adagolószivattyút alkalmazunk, akkor a sebességarányos adagolás biztosítható. A szivattyú folyadékárama egy löketszabályozó berendezéssel vagy a hajtásáttétel módosításával változtatható, hogy a kívánt dózist be lehessen állítani. A megoldások tetszőleges módon dóziskijelző berendezéshez is illeszthetők. Az eljárás jellemzője, hogy csak bizonyos gépeken alkalmazható, mivel egy terhelt talajkeréknek rendelkezésre kell állnia a hajtáshoz. A nagy nyomatékátvitel érdekében jellemző a nagy kerékátmérő, a kerekek és a szivattyú között hajtóműre van szükség, a permetezőgépen egy külön szivattyú szükséges a keveréshez, ill. a feltöltéshez, valamint álló helyzetben nem használható.


1. ábra. Elektronikus szabályozórendszer elve

A sebesség és fogyasztás változását együttesen veszi figyelembe a szabályzóautomatika, ha a sebesség, *q és idő mérése, valamint a konstans alapadatok (munkaszélesség, adott kerékfordulat alatt megtett út, Q név I. stb.) beprogramozása mellett a rendszer a tartályba vagy a szívóágba visszatápláló vezeték keresztmetszetének automatikus szabályozásával korrigálja a dózisváltozásokat (1. ábra). A legnagyobb kínálat ezekből a készülékekből van, egy részük átfolyásmérő nélkül, a tényleges porlasztási nyomás, haladási sebesség és a beprogramozott szórófejteljesítmény alapján szabályozza az adagolást. A szórókeret folyadékfogyasztásának szabályozása valósítható meg a legegyszerűbben. Az eljárásnál azonban a folyadékfogyasztás haladási sebességhez illesztése a permetezési nyomás változását, a fúvókán létrejött cseppspektrum megváltozását eredményezi, növekvő nyomással növekszik az elsodródás és az elpárolgás veszélye, csökkenő nyomással csökken a szórófejek szórási szöge, változik a fedettségi százalék, a keresztirányú szórásegyenetlenség (CV%). Ezek a hatások behatárolják a szabályozási tartományt. Egyes kutatók szerint az átfolyási jelleggörbe a klasszikus szórófejeknél a szórásteljesítményben 15% szabályozási tartományt tesz lehetővé, az újabb típusú szórófejeknél 30%-ig mehetünk el.

A permetcseppek mérete meghatározó jelentőségű a jó fedettséget eredményező, csekély elsodródással járó kijuttatásnál. Ez általában az alkalmazott fúvókához előírt kibocsátással és nyomással érhető el. A Vario Select rendszer alkalmazásával az üzemi nyomás meghatározott értékek között tartható. A rendszer központi számítógépes vezérlőegységből, pneumatikus működtetőrendszerből és 2 vagy 4 fúvóka befogadására alkalmas szórófejtestekből áll, a különböző méretű fúvókák vagy fúvókakombinációk távirányítással kapcsolhatók, a kívánt dózis elérése céljából.

Már a hetvenes évek közepén folytattak kutatásokat olyan szabályzórendszer kifejlesztésére, ahol a cseppméret a kijuttatott mennyiségtől függetlenül is állandó értéken tartható.


3. kép. DynaJet Flex 7120 PWM permetezésvezérlő és fúvóka

Ehhez olyan gyors reagálású mágnesszelep kell, amely az általa működtetett fúvókát nagyon rövid időszakokra, szabályozható időközönként képes ki-, majd visszakapcsolni. A bekapcsolt fúvóka mindig optimális cseppmérettel dolgozik, csupán az általa kibocsátott permetlémennyiség függ a ki-/bekapcsolások időtartamának hosszától. Az ehhez szükséges, rendkívüli gyorsaságú PWM-szelep impulzusszélesség-modulációval (Pulse Width Modulation) működik, vezérlőjelét a permetezés-ellenőrző automatikától kapja. Korunk technikai színvonalán már megvalósítható a megoldás, minden egyes, csepegésgátlóval ellátott fúvókánál szükség van szelepre, hogy a váltás biztonságosan megtörténhessen (3. kép). Az alkalmazás szempontjából fontos a kapcsolási frekvencia és a sebesség arányának a meghatározása, hogy kifogástalan hosszirányú eloszlást lehessen elérni. A kapcsolási frekvenciának és a haladási sebességnek egymással arányosnak kell lenni az állandó dózishoz. Elvileg a zárt fúvóka alatt fedettségi hiányhely alakulhat ki, de a szomszédos fúvókák felváltva történő ki-be kapcsolásával az állomány fedettsége nem szenved hiányt. A 2. szabályozási módszer, a koncentrációszabályozás vagy közvetlen hatóanyag-adagolás alkalmazástechnikai szempontból előnyösebb, hiszen közel állandónak vehető porlasztási nyomás mellett biztosítjuk a terület- vagy menetarányos kijuttatást, közel állandó a cseppspektrum, elmarad a hagyományos keverőszerkezet, nincsenek környezetszennyező permetszermaradékok, a megmaradt hatóanyag a vegyszertartályból visszanyerhető. Ugyanakkor hátránya, hogy a rendszer a hagyományosnál bonyolultabb, ezért drágább.

A TeeJet TASC 6300 berendezés a vivőanyag állandó folyadékáramába a sebesség függvényében adagolja a hatóanyagot úgy, hogy külön-külön vagy kombináltan többfajta vegyszer egyidőben kijuttatható. Hagyományos permetezőgépre felszerelhető, központi egységből, vegyszeradagoló tömlős szivattyúkból, átfolyásmérőből, szabályozószelepből és sebességérzékelőből áll. A 2. ábra a Raven közvetlen hatóanyag-adagolású szabályzórendszer működését mutatja be. A térinformatika – angol rövidítése GIS – azt a lehetőséget kínálja, hogy egy kezelési egységet digitális légi felvételek és műholdképek segítségével részletesen lehessen ábrázolni. Ezeket az információkat a növényvédő szerek alkalmazási adataival összekapcsolva a növényvédelmi művelet során eredő kockázatokat csökkenthetjük. A GIS rendszer alkalmas GPS és digitális képfeldolgozás segítségével gyomtérképek készítésére, ami segíti a helyspecifikus növényvédelmet. A módszer az offline (utófeldolgozáson alapuló) gyomérzékelési eljárások közé tartozik. Ilyenkor az adott területről digitális légi felvétel készül, amelyet egy képfeldolgozó szoftver kiértékel, ezt digitális térképpé átalakítva gyomtérkép állítható elő. Ez a térkép a permetezőgép fedélzeti számítógépébe táplálva a GPS koordináták alapján pontosan ott permetez, ahol a gyom észlelésre került.


2. ábra. Raven közvetlen hatóanyag-adagolású szabályzórendszer működési vázlata (http://ravenprecision.com)

A valós idejű (online) kijuttatásalapfeltétele a célpont érzékelése és felismerése, valamint gyors helyszíni adatfeldolgozás és pontos vegyszerkijuttatás. A célpont érzékelése történhet a visszavert fény hullámhossza, infravörös érzékelés vagy valós képalkotás segítségével. A Multi-sensor rendszer felépítése valamivel bonyolultabb. Itt a szántóföldi szórókeretre minden szórófej elé növényérzékelőt és mágnesszelepet szerelnek, valódi képalkotás nincs, a működés fotodiódák segítségével, a gyomnövényre jellemző hullámhosszú visszavert fény vezérlőjelként való felhasználásán alapul. A gépsor elején elhelyezett kamera egy meghatározott méretű sávról felvételt készít, ami a vezetőfülkében található számítógépbe kerül, itt elkészül a pillanatnyi gyomtérkép és annak megjelenítése a vezérlőpanelen. A vezérlőegység mágnesszelepeket vezérel, amelyek közvetlenül a szórófejek előtt vannak elhelyezve.

A fúvókák egyedileg be- és kikapcsolhatók, a gyomtérképen mindig ugyanarra a mezőre permeteznek.

A dózisszabályzók fejlesztési törekvései mellett napjainkban a mikroelektronika alkalmazása, a „fedélzeti számítógép” fogalma is kiszélesedik. A permetezés mellett más mezőgazdasági műveletek (talajmunkák, tápanyag-visszapótlás, vetés, betakarítás), erőgépfunkciók ellenőrzésének, irányításának műszereit is kifejlesztették, elektronizálták. A továbblépés lehetőségéből adódott a jelenleg felismerhető tendencia: összetett feladatok megoldására alkalmas agrárkomputerek kifejlesztése. Látható ez a fejlődési irány az ellenőrző elektronikáknál, amelyek különböző munkagépekhez alkalmasak; a jelátvitelhez szükséges csatlakozók, ISOBUS kiépítésénél, amelyek a traktoron érzékelt értékeket átadják a munkagép szabályzóelektronikájának; s végül az összetett fedélzetiszámítógép-rendszereknél, amelyek lehetővé teszik különböző adathordozók segítségével az adatok átvitelét az üzemi személyi számítógépre és fordítva.


3. ábra. Az ISOBUS-rendszer vázlata (Müller Elektronik)

Ilyen többcélú készüléknél a kezelő irányítása és tájékoztatása a grafikus kijelzőmezőn keresztül történik. A csatlakoztatott munkagép felismerése automatikusan megy végbe, ezzel egyidejűleg aktualizálódik a hozzá tartozó program, a készülék kiválasztja a gépre vonatkozó tárolt adatokat. A munka folyamán a legfontosabb adatok a kijelzőmezőn állandóan jelen vannak (sebesség, dózis, tartályban lévő permetlémenyiség, az előírt sebességtől való eltérés százaléka, bekapcsolt keretszakaszok, a többi a tasztatúrán keresztül lehívható, tárolható (3. ábra).

A növényvédelemben egy kezelés végrehajtásához átfogó információk szükségesek a károsítók fejlődéséről, a szükséges hatóanyagokról, hatásmechanizmusokról és befolyásoló tényezőkről. Kifejlesztettek olyan előrejelzési modelleket, amelyek segítenek a döntések meghozatalánál. Ehhez az eddigi kezelések adatait lehet elsődlegesen felhasználni az elvégzett műveletek hatásosságáról, a környezeti klímáról, talajról, növényállományról. Az alkalmazási prognózisok realizálásával a mai személyi számítógépek teljesítőképességével lehetővé válik ezeknek a modelleknek a számításait elvégezni. A számításnál célszerűen a rendelkezésre álló permetezőgépek összes specifikus adatát egyszer betároljuk, ezek a későbbiekben mindig rendelkezésre állnak. Egy megfelelő szoftver segítségével az üzemi paramétereket optimalizálni lehet, át lehet vinni a permetezőgép fedélzeti számítógépébe. A folyamatszabályzó rendszer felügyel a munkafolyamatra és a készülékekre az üzemzavarok tekintetében. Az elektronikus információátviteli rendszerekkel azután lehetővé vált az üzemi személyi számítógép csatlakoztatása, a helyi adatok átvitele helyközi számítógépekhez, ami lehetővé teszi a szükséges információhoz való hozzáférést minden mezőgazdasági üzem számára.


4. kép. TeeJet Matrix Pro sorvezető

A növényvédelmi kezelés eredményessége érdekében fontos, hogy a permetezett sávok pontos csatlakozását biztosítsuk. Ez lehetséges habjelzőkkel, művelőnyomos technológiával, de ma már a műholdas helyzetmeghatározást is fel lehet használni. A párhuzamosan vezető rendszer lehetővé teszi, hogy a táblán, a beállított munkaszélességnek megfelelően a gépcsoport meghatározott iránnyal párhuzamosan haladjon (4. kép). Ennek a rendszernek a továbbfejlesztett változata a robotkormányzás. A gépvezérlés, a szórásszabályozás és még a szórókeretszakasz be/ki állapotának kezelése is automatikus (Swath Manager, Centerline). Ebből eredően a kezelést végző szakember több figyelmet fordíthat más funkciókra, a megfelelő szórásképre, a jármű sebességére és a tartály vagy az adagoló állapotára. Az előzőekben elemzett tényezők mellett azt is meg kell említeni, hogy a hagyományos technológiák esetében a permetlevet a kezelőszemélyzet – a növényvédőszer-gyártó előírásai szerint – úgy készíti, hogy a hatóanyag-koncentrátumot vízbe keverik. A nem megfelelő szakértelem, a pontatlan munkavégzés azt is okozhatja – már a permetlé készítésekor –, hogy nem lesz biztosított a kívánt hatóanyag-koncentráció, tehát fennáll a helytelen hatóanyag-adagolás veszélye. Ennek elkerülését segítik a tartálytöltő és szintjelző elektronikák. Ugyanígy fontos, hogy a kijuttatás során a permetlé koncentrációja közelítőleg állandó maradjon, a tartály keverőszerkezete megfelelően működjön. Ennek ellenőrzésére kifejlesztettek olyan számítógép irányítású automatikus keverőrendszert, amely a tartályban lévő lémennyiség függvényében változtatja a keverőhatást a vegyszer felhabosodásának elkerülése érdekében. A növényvédelmi munkáknál jellemző, hogy a kijuttatás során jelentkező hibák káros hatásai általában csak a kezelést követően, kisebb-nagyobb időeltolódással jelentkeznek.

 

 

Szerző:
Huszár Jenő
Dr. Pályi Béla

no