BR102012032810B1

BR102012032810B1 - Cabeçote de pulverização

Info

Publication number: BR102012032810B1
Application number: BR102012032810-0A
Authority: BR
Inventors: Richard A. Humpal; Travis G. Funseth; David S. Mercer
Original assignee: Deere & Company
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2019-02-12
Also published as: US8844838B2; CN103170420B; EP2606979A1; BR102012032810A2; CA2798830C; US20130161413A1; BR102012032810B8; AR089367A1; AU2012265594B2; EP2606979B1; AU2012265594A1; CA2798830A1; CN103170420A; RU2012152706A

Abstract

cabeçote de pulverização, e , pulverizador agrícola. um cabeçote de pulverização de pulverizador agrícola é adaptado para ser montada em um braço de pulverização, juntamente com uma pluralidade de cabeçotes de pulverização semelhantes, igualmente espaçados, cada cabeçote de pulverização inclui um corpo contendo um membro de controle do fluxo, montado para rotação do redor de um eixo, incluindo um arranjo de passagem de fluxo localizado para fazer uma conexão intermitente, entre a entrada do fluido levando para o, e uma saída levando do corpo, quando o membro de controle é oscilado ou girado por um motor energizado, de forma a fazer um fluido pulsar através do mencionado arranjo de controle da passagem. o motor energizado opera a uma velocidade controlada por vários parâmetros de entrada, inclusive a velocidade do veículo e as condições da colheita, de forma a manter uma taxa desejada de aplicação da pulverização.

Description

“CABEÇOTE DE PULVERIZAÇÃO”

Campo da invenção [0001] A presente invenção diz respeito a pulverizadores agrícolas e, mais especificamente, diz respeito ao controle automático da taxa de pulverização de um cabeçote de pulverização, para compensar as mudanças da velocidade do veículo no solo, de forma a manter constante a taxa de aplicação.

Fundamentos da Invenção [0002] Os pulverizadores agrícolas utilizam bicos para pulverizar um líquido, que pode ser um fertilizante, um pesticida, ou um fungicida, sobre as plantações agrícolas. Os bicos tradicionais consistem de um orifício com uma geometria controlando a taxa de fluxo, o tamanho da partícula e o padrão de pulverização para o alvo. A taxa do fluxo através do orifício é, principalmente, uma função da área do orifício e da geometria, assim como da pressão do fluido no orifício (a pressão logo antes do orifício). Uma vez que o tamanho do orifício é fixo, isto é, a geometria do orifício não muda, a forma mais comum de influenciar a taxa do fluxo através do bico consiste em modificar a pressão.

[0003] A modificação da pressão do fluido no bico, para influir na taxa do fluxo, tomou-se lugar comum para os pulverizadores, permitindo uma velocidade variável do veículo. Os sistemas modificam a taxa do fluxo proporcionalmente à velocidade do veículo, para manter uma mesma taxa de aplicação.

[0004] Entretanto, a utilização do tradicional bico de orifício fixo mostra algumas limitações. A relação pressão versus fluxo é uma função quadrática. A duplicação do fluxo requer um aumento de pressão por um fator de quatro vezes. Infelizmente, a mudança de pressão modifica também a dinâmica da atomização, produzindo um impacto na qualidade da pulverização. As características da qualidade da pulverização, nomeadamente,

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2/11 o tamanho da partícula e o ângulo de pulverização, tomam-se, ambos, menores quando a pressão aumenta. Estas mudanças podem impactar negativamente a deposição da pulverização e a flutuação da pulverização. Assim, surgiu a necessidade de um bico com taxa variável e pressão uniforme.

[0005] Em anos recentes, a modulação da largura do pulso (PMW) tem sido utilizada para controlar a taxa do fluxo, mantendo, ao mesmo tempo, a pressão constante. A ideia utiliza uma configuração com uma bobina solenoide e uma válvula de armadura para abrir e fechar o fluxo para o bico. A válvula trabalha em ciclos entre uma posição aberta (pressão total) e uma posição fechada (sem pressão) a uma taxa de fluxo rápida. A mudança efetiva da taxa de fluxo é feita variando-se da porção de tempo aberta para a porção de tempo fechada. Assim, se o bico que pulveriza um galão por minuto for aberto durante apenas 50% do tempo, o resultado vai ser uma taxa de fluxo efetiva de apenas meio galão por minuto. Neste arranjo, o ciclo aberto do tempo de trabalho possui uma relação linear com a taxa de fluxo efetiva. Quando a velocidade do veículo é reduzida, o ciclo de trabalho se reduz, para casar com a taxa de fluxo requerida, mantendo, ao mesmo tempo, uma pressão constante. A Patente U.S. No. 5.134.961 divulga um arranjo de bico deste tipo, que modula o fluxo do bico, com a operação intermitente de uma válvula solenoide elétrica afixada ao, e localizada diretamente a montante do bico de pulverização. Ao se fazer a válvula funcionar entre os ciclos aberta e fechada, a taxa do fluxo através do bico é controlada de maneira análoga entre ligado/desligado.

[0006] Entretanto, a tecnologia PWM mostra alguns problemas. O mau coeficiente de variação na direção do deslocamento (de até 65%, em um estudo) é provocado em razão de se colocar o fluxo para o bico em “desligado” e “ligado” durante o deslocamento. E conhecida na técnica a pulsação dos bicos em 10 Hz, e fase alternada de 180o, a cada segundo bico,

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3/11 para misturar a pulverização. Um pulso mais rápido é recomendado e ajuda com o coeficiente de variação. Mas, o tempo de resposta ao aberto/fechado da armadura de solenoide coloca uma limitação para uma pulsação mais rápida. Desta forma, é desejável encontrar uma forma de pulsar mais rapidamente, de modo a melhorar o coeficiente de variação.

[0007] Um problema adicional com a utilização da uma válvula pulsante operada com solenoide, para controlar do fluxo para o bico, é que a corrente elétrica utilizada é bastante alta e requer um veículo pulverizador capaz de lidar com as altas cargas da corrente elétrica.

Sumário da invenção [0008] De acordo com a presente invenção, é provido um arranjo de cabeçote de pulverização aprimorado e, mais especificamente, é provido um arranjo de cabeçote de pulverização incluindo um bico, para o qual o suprimento de um fluido de pulverização pode ser automática e rapidamente comutado entre as condições “ligado” e “desligado”.

[0009] O objetivo da invenção é prover um arranjo de cabeçote de pulverização, incluindo um arranjo de válvula de controle do fluxo, que é capaz de ser controlado para mudar rapidamente a taxa do fluxo através do bico, para compensar as mudanças na velocidade do veículo pulverizador, e/ou as condições da colheita ou do campo, e ao mesmo tempo superar os problemas acima mencionados, associados com os arranjos da válvula de controle de fluxo da técnica anterior. Este objetivo é atendido provendo-se um arranjo de cabeçote de pulverização com um corpo, no qual um membro de controle do fluxo, de um arranjo de uma válvula de comutação é montado para rotação, e inclui um arranjo de passagem de fluxo para orientar intermitentemente o fluxo entre uma entrada de fluido e uma saída de fluido, providas no corpo, sendo a saída acoplada para orientar o fluido para um bico carregado pelo corpo.

[00010] Um modo de realização preferencial, de um arranjo do

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4/11 cabeçote de injeção, para alcançar o objetivo acima mencionado inclui um membro de controle do fluxo, definido por um disco montado para rotação entre uma entrada de fluido e uma saída de fluido, levado para um bico de pulverização, contendo o disco uma ou mais aberturas de controle, que estão constantemente em comunicação fluida com a entrada do fluido, e deslocamse para dentro e para fora do alinhamento com a saída do fluido, quando o disco é girado por um motor de passo, sendo o motor controlado para pulsar o fluxo para a saída, a uma taxa que compensa as mudanças na velocidade do veículo pulverizador, de forma a manter a taxa de aplicação desejada.

[00011] Os objetivos acima, e outros, da invenção vão ficar claros a partir da leitura da descrição a seguir juntamente com os desenhos anexos.

Breve descrição dos desenhos [00012] Fig.l é uma ilustração esquemática de um sistema de controle para modificar a taxa de pulverização do bico, de acordo com a velocidade do veículo de pulverização, pela pulsação, entre ligado/desligado, do fluido de pulverização, suprido em um bico de taxa fixa de forma a manter uma taxa de aplicação constante.

[00013] Fig.2 é uma vista em perspectiva de um cabeçote de pulverização pulsante, construída de acordo com os princípios da presente invenção.

[00014] Fig. 3 é uma vista seccionada vertical tomada através do cabeçote de pulverização mostrada na Fig.2.

[00015] Fig. 4 é uma vista superior do disco de controle do fluxo mostrado na Fig.3.

Descrição do Modo de Realização Preferencial [00016] Com referência, então, à Fig.l, é mostrado um sistema de controle esquemático 10, para manter a taxa de aplicação da pulverização agrícola a um campo substancialmente constante, em diferentes velocidades em solo do pulverizador. O sistema de controle 10 compreende uma

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5/11 pluralidade de cabeçotes de pulverização 12 (apenas uma é mostrada) a serem montados em uma relação com espaçamento uniforme umas com as outras, ao longo do comprimento de um braço do pulverizador (não mostrado). Cada um dos cabeçotes de pulverização 12 inclui um corpo de tubo de distribuição 14, possuindo acoplado uma entrada 16, para receber o fluido de pulverização de um tubo de suprimento 18 carregado pelo braço de pulverização, e acoplado com a saída de uma bomba de suprimento 20, possuindo uma entrada acoplada com uma fonte de fluido de pulverização, contido dentro de um tanque de fluido de pulverização 22, carregado pelo veículo de pulverização. Um conector de bico tubular 24 inclui uma extremidade superior, presa a uma superfície inferior do corpo do tubo de distribuição 14, em comunicação fluida com uma abertura de saída descrita abaixo. Um bico de pulverização convencional 26 é acoplado a uma extremidade inferior do conector de bico 24, por uma conexão de baioneta, por exemplo, e inclui uma ponta de pulverização convencional 28 possuindo uma dada taxa, para uma dada pressão de suprimento do fluido de pulverização. Deve-se entender que outros arranjos de bico podem ser utilizados para dispor o bico em comunicação fluida com uma abertura de saída.

[00017] Um arranjo de válvula para controle do fluido 30 é localizado dentro do corpo 14, e inclui um disco de controle de fluxo circular 32, montado para girar, para produzir um fluxo pulsante do fluido de pulverização, para o bico de pulverização 26, de uma maneira descrita abaixo em detalhes.

[00018] O disco de controle do fluxo 32 é automaticamente girado pela operação de um motor energizado, que pode ser um motor eletricamente controlado pneumático, hidráulico ou um motor elétrico, sendo preferível um motor de passo reversível eletricamente energizado 34. O motor 34 é montado em local central da superfície superior do corpo 14, e possuindo um eixo de transmissão 36 acoplado, da maneira descrita em mais detalhes abaixo, em

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6/11 um local central do disco de controle do fluxo 32. O motor 34 é eletricamente acoplado, como por um condutor do sinal de controle do motor 38, para receber os pulsos elétricos de controle, a partir de um controlador de motor 40, conforme comandado por um controlador eletrônico 42, acoplado com o controlador do motor 40 por um condutor do sinal de saída 44. O controlador eletrônico 42 pode ser um microprocessador possuindo uma memória, dentro da qual os dados de mapeamento do campo, por exemplo, relativos ao produto potencial, tipo de solo, nutrientes do solo, conteúdo de misturas do solo, ervas daninhas, doenças e a topografia do campo, podem ser armazenados, juntamente com as correspondentes taxas de aplicação do fluido. Para acompanhar estes dados de mapeamento, um receptor de GPS 46 é acoplado com o controlador 42 pela posição de um condutor de sinal de entrada 48. Também armazenados na memória do controlador 42 há dados relativos à taxa de aplicação das pontas de pulverização 28, para a velocidade de solo do veículo de pulverização. Para acompanhar estes dados, um sensor de velocidade em solo do veículo de pulverização 50 é acoplado, por meio de um condutor de sinal da entrada da velocidade em solo 52. O tipo de pulverização que está sendo feita e as correspondentes pontas de bico utilizadas podem ser tecladas para dentro da memória do controlador 42, por um dispositivo de entrada de dados que pode ser operado manualmente 54, que é acoplado com o controlador 42 por um condutor de entrada de dados 56.

[00019] Agora, com relação às Figs. 2 e 3, é mostrado um cabeçote de pulverização 12 da Fig.l, mas, com o bico 26 e uma ponta de pulverização 28 omitidos. O corpo do cabeçote de pulverização 14 inclui uma seção de entrada cilíndrica superior 58 e uma placa cilíndrica inferior 62, todas presas uma à outra por uma pluralidade de conjuntos de parafuso e porca 64, arranjados em um padrão circular. Ao invés dos conjuntos de parafuso e porca 64, as seções superior e inferior 58 e 62 podem ser projetadas para serem parafusadas uma com a outra, e engatadas uma com a outra, por exemplo. O

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7/11 motor de passo 34 inclui um corpo cilíndrico 66 possuindo uma região inferior ligada a um arranjo de flange horizontal 68, preso contra a superfície superior da seção de entrada superior 58 do corpo 14 por fixadores de parafusos 70.

[00020] Conforme pode ser mais bem observado na Fig. 3, uma localização central da seção da entrada 58 do corpo 14 é provida com um furo contínuo cilíndrico escalonado 72. O eixo de transmissão 36 do motor de passo 34 é disposto ao longo de um eixo geométrico central do furo 72 e é conectado com o disco de controle do fluxo 32 por meio de um acoplador de eixo 74, possuindo um furo cego 76 estendendo-se axialmente a partir de uma extremidade superior do acoplador, e recebendo o eixo de transmissão 36, com o acoplador 74 preso para rotação com o eixo 36 podendo ser chavetado ou ter uma conexão ranhurada (não mostrada) de forma já bem conhecida, e sendo axialmente preso por um parafuso de ajuste 78. Uma seção de extremidade inferior 80 do acoplador de eixo 74 possui uma seção transversal não redonda, aqui mostrada com uma forma quadrada, mas, que pode ser redonda com um plano, por exemplo, recebido em uma abertura formatada de uma forma complementar 82, localizada no eixo geométrico central do disco 32. O acoplador de eixo 74 inclui, ainda, um flange anular 84 encaixando-se com a superfície superior do disco de controle do fluxo 32. Um ou mais calços anulares circulares 86 é (são) localizado no lado de cima do flange 84 e ocupa todo o espaço entre a superfície superior 88 da câmara de fluido anular 90, definido pelo recesso circular, formado pelo fundo da seção de entrada 58 e pelo topo da placa inferior 62 do corpo 14, estando a câmara 90 em comunicação fluida com a entrada do fluido de pulverização 16 e estendendose sobre o topo do disco de controle do fluxo 32. O vazamento do fluido de pulverização 90 através da interface plana anular, estabelecida entre o topo plano da região anular externa da placa de baixo 62 e o fundo plano da região anular externa da seção de entrada 58 do corpo do tubo de distribuição 14, é

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8/11 impedido pelo anel de vedação em “O” 92 localizado em um sulco de vedação anular provido no lado de baixo da seção da entrada 58, para fora da câmara 90. O vazamento do fluido, ao longo da interface anular entre o acoplador de eixo 74 e a superfície do furo contínuo 72, é impedido por uma vedação de eixo anular com baixo atrito 94, localizado no receptáculo de vedação anular 96, definido pelo furo contínuo 72. Uma placa de retenção de vedação anular 98 encaixa-se com uma superfície de cima da vedação do eixo 94 e é suportada por uma superfície de passo anular 100 definida pelo furo contínuo 72. A placa de retenção 98 é mantida no lugar por um anel de encaixe rápido 102, que é recebido em um sulco anular de anel de encaixe rápido provido em uma região de parede circundante do furo contínuo 72.

[00021] Agora, com relação também à Fig.4, pode-se observar que o disco de controle do fluxo 32 inclui uma pluralidade de ranhuras radiais idênticas 104 (sendo mostradas vinte) arranjadas em um anel concêntrico ao redor do centro de rotação do disco 32, e sendo espaçadas, em quantidades angulares iguais umas às outras, por redes 106. Conforme mostrado na Fig.3, uma das ranhuras radiais 104 é mostrada em alinhamento com uma saída de fluido 110, provida em relação centralizada com uma extremidade superior do conector de bico tubular 24. Desta forma, uma condição de fluxo aberta é estabelecida, entre a entrada 16 e o bico 26, com uma ponta do bico de pulverização 28, carregada embaixo do conector 24, notando-se que as redes 106 são dimensionadas de forma a fechar a saída de fluido 110 da recepção do fluido de pulverização, quando uma das redes é centralizada sobre a saída 110.

[00022] Quando em operação, o operador vai, em primeiro lugar, selecionar o tipo correto e o tamanho da ponta do bico de pulverização 28 para, efetivamente, realizar a aplicação da pulverização à mão. O tamanho da ponta do bico de pulverização 28 vai depender da taxa de aplicação (galão/acre, da velocidade em solo (milhas/hora (MPH), da pressão em fibras

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9/11 /polegada2 (PSI) do fluido pulverizado no bico e da largura efetiva planejada (W em polegadas) pulverizada por bico. O fabricante do produto pulverizado escolhido vai, normalmente, prover uma etiqueta estabelecendo um GPA recomendado e, a partir deste GPA, as tabelas providas pelo fabricante do bico/ponta podem ser inseridas, para escolher a ponta de bico adequada para alcançar aquele GPA a uma velocidade em solo máxima em MPH e a faixa de pressão do bico. Desta forma, a operação de pulverização vai ser conduzida utilizando uma ponta de bico padronizada operando a uma pressão constante do fluido de pulverização, para aplicar a pulverização a uma taxa recomendada de aplicação da pulverização.

[00023] Uma vez que a ponta do bico 28 seja selecionada para um dado cabeçote de pulverização 12, o operador vai utilizar o dispositivo de entrada 54 para carregar a memória do controlador 42 com os dados apropriados, correlacionando a taxa de aplicação de pulverização desejada com a taxa de pulsação do motor de passo 52 requerida para sintonizar o fluxo para o bico 26 em “ligado” e “desligado”, para compensar as variações da velocidade do veículo de pulverização a partir da velocidade avaliada da ponta do bico 28. Supondo-se que uma ponta de pulverização de bico 28 seja avaliada para aplicar a pulverização a uma GPA de 10,0 recomendada, a uma pressão de bico de 40 PSI (0,28 MPa) (uma pressão de fluido de pulverização menor pode ser requerida se as condições forem com ventos e o tamanho das partículas tiver que ser aumentado) e em uma velocidade em solo apropriada, do veículo de pulverização de 14MPH (22,53 km/h); uma vez que a operação de pulverização comece, a velocidade em solo do veículo de pulverização no sensor 50 vai suprir o controlador eletrônico 42 com um sinal de velocidade em solo representativo da velocidade em solo. O controlador eletrônico 42 vai comparar este sinal de velocidade em solo com a velocidade em solo máxima apropriada de 14 MPH (22,53 km/h) e uma razão igual a 14MPH (22,53 km/h)/velocidade sentida vai ser derivada e utilizada para gerar um sinal de

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10/11 controle do motor para controlar o disco de controle do fluido 32, de forma que uma redução apropriada na taxa de pulverização ocorre, para compensar a velocidade mais baixa de deslocamento do pulverizador. Por exemplo, supondo-se que o motor 34 seja projetado para avançar o disco de controle do fluxo até o 9o passo, vai se observar que, uma vez que o disco 32 possui vinte ranhuras 104, separadas por vinte redes 106, o motor de passo 34 vai operar, em resposta, para receber os pulsos elétricos consecutivos para, altemadamente, abrir e fechar o trajeto do fluxo para a ponta do bico de pulverização 28, Desta forma, se a velocidade sentida for de 2MPH (3,21 km/h), então, a razão vai ser de 7/1, e a taxa de pulsação do motor de passo vai ser estabelecida, para fazer com que o tempo entre os pulsos consecutivos da corrente de controle sejam tais que o disco 32 seja localizado em uma posição aberta, suprindo um fluido de pulverização para a ponta do bico 28 por um período de tempo que é sete vezes a quantidade de tempo que o disco 32 fica localizado em uma posição fechada, bloqueando o fluido de pulverização da ponta de pulverização do bico 28. Desta forma, com uma velocidade de deslocamento de 1/7 da velocidade máxima desejada de 14MPH (22,53 km/h), a quantidade de tempo que a ponta de pulverização 28 permanece despachando a pulverização é 7 vezes aquela de quando não há pulverização sendo despachada. Além do mais, deve-se observar que o projeto do motor de passo 34 deve ser escolhido de forma que ele possa ser facilmente controlado para operar, de forma a comutar o fluxo de ponta de pulverização 28 a uma taxa que é de até 5 vezes a taxa de 10 hertz do controle de solenoide acima mencionado utilizando PWM, com o benefício concomitante de um melhor coeficiente de pulverização, na variação da direção de deslocamento, o que significa uma deposição da pulverização mais uniforme produzindo resultados mais efetivos a partir da aplicação da pulverização. Também carregados na memória estão os ajustes desejados para as diferentes regiões do campo, conforme providas pelo mapa do campo.

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11/11 [00024] Embora seja descrito um motor de passo 34 girando em apenas uma direção de rotação durante a operação de pulverização, deve-se entender que no caso do membro de controle do fluxo ser um disco contendo apenas uma abertura, um fluxo pulsante pode provocado por meio da comutação da direção de rotação do motor, ou a cada outro tempo, ou com algum outro algoritmo configurado.

[00025] Tendo descrito o modo de realização preferencial, vai ficar claro que várias modificações podem ser feitas sem que se afaste do escopo da invenção, conforme definido pelas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Cabeçote de pulverização (12), adaptado para ser montada ao longo de um braço de pulverização de um pulverizador agrícola, com uma pluralidade de cabeçotes de pulverização semelhantes (12), compreendendo: um corpo de cabeçote de pulverização (14) definindo uma cavidade (90); um membro de controle do fluxo (32) montado na cavidade (90), para rotação ao redor de um eixo fixo, e contendo um arranjo de passagem de fluido, sendo o corpo (14) provido com uma entrada de fluido (16) e uma saída de fluido (110), e sendo o arranjo de passagem de fluido localizado, em relação à entrada de fluido (16) e à saída de fluido (110), de forma que ele estabelece, intermitentemente, um trajeto de fluxo entre a entrada (16) e a saída (110) durante o movimento do membro de controle do fluxo (32); um bico (26) acoplado para receber o fluxo a partir da saída (110); e, um motor de passo (34) acoplado com o membro de controle do fluxo (32) para realizar o movimento do membro de controle do fluxo (32) ao redor do eixo para estabelecer intermitentemente o trajeto do fluxo entre a entrada (16) e a saída (110), onde o membro de controle do fluxo é um disco (32) e o arranjo de passagem do fluido inclui pelo menos uma abertura (104) estendendose através do disco (32), e onde o arranjo da passagem do fluido inclui uma pluralidade de aberturas (104) idênticas, estendendo-se ao longo do disco (32) em locais espaçados angularmente iguais, sendo o espaçamento entre as aberturas (104) adjacentes preenchido por uma rede (106), caracterizado pelo fato de que a rede (106) bloqueia todo o fluxo que ocorre através da saída (110), quando nenhuma das aberturas (104) idênticas estiverem alinhadas com a saída (110).
2. Cabeçote de pulverização de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um conector de bico (24) incluindo uma ponta de pulverização (28)
3. Cabeçote de pulverização de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o motor de passo (34) fica acoplado com o disco de controle do fluxo (32) para realizar a rotação de passo do

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2/2 disco de controle do fluxo (32) em resposta à recepção de uma corrente de controle de pulso, havendo um sistema de controle (10) para o motor de passo (34) incluindo um controlador de motor (40), acoplado para receber um sinal da velocidade em solo de um veículo pulverizador, e para controlar automaticamente o motor de passo (34), para fazer com que o disco de controle (32) seja escalonado, entre as posições aberta e fechada, a uma taxa que compensa o deslocamento do veículo de pulverização, a uma velocidade abaixo da velocidade máxima em solo, de forma a manter uma taxa de aplicação da pulverização constante, a partir da ponta de pulverização (28).
4. Cabeçote de pulverização de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o motor de passo (34) é projetado para fazer com que o disco de controle (32) seja escalonado, altemadamente, entre as posições fechada e aberta, em passos individuais.