ROBOT OPERATION VINICULTURE

Привет!

Мы – любительская группа по творческим интересам, занимающаяся интересными, технологичными проектами. Мы здесь, чтобы набраться и делиться уже имеющимся опытом, а так же заинтересовать присоединиться к нам, для создания проекта вашей мечты. Звучит интересно?

В этом проекте описываются этапы разработки и реализации автономного, мобильного сельскохозяйственного робота с использованием операционной системы (ROS2), а также моделирование узлов робота, создание дизайна и другие этапов. Процесс разработки робота - это комплекс мероприятий, направленных на создание автономного функционирующего робота с определенными характеристиками и возможностями.

ROV (Robot Operation Viniculture)

Автономный, мобильный робот для виноградника - это инновационное решение, которое позволяет автоматизировать процесс ухода за виноградников и увеличить урожайность. В данном проекте мы рассмотрим основные аспекты создания такого робота и его функциональные возможности, а далее приступим к поэтапной разработке и созданию.

Обзор технологии

Автономные роботы для виноградников используют различные технологии, такие как машинное зрение, GPS-навигация, лазерные сканеры (LiDAR) и системы распознавания образов. Эти технологии позволяют роботу автономно перемещаться по винограднику, выполнять различные операции по уходу за растениями и собирать данные о состоянии виноградника.

Основными функциями автономного робота должны быть:

✔ Опрыскивание растений

✔ Внесение удобрений

✔ Мониторинг состояния растений и сбор данных о созревании ягоды

✔ Выявление сорняков и их удаление

✔ Защита от вредителей (ос и птиц)

✘ Обрезка и подвязка (в мечтах)

Этапы создания

Процесс создания автономного робота состоит несколько этапов:

✐ Разработка концепции робота и определение его функциональных возможностей

✐ Проектирование и изготовление механических компонентов робота

✐ Создание программного обеспечения для управления роботом и выполнения им различных операций

✐ Тестирование робота и его отладка

Преимущества использования автономных роботов для виноградников

Использование автономных роботов имеет ряд преимуществ, таких как:

☑ Повышение урожайности за счет автоматизации процессов ухода за растениями.

☑ Уменьшение затрат на ручной труд при использование химических средств защиты растений и прополки

☑ Улучшение качества продукции благодаря точному внесению удобрений и опрыскиванию растений

☑ Возможность мониторинга состояния виноградника в режиме реального времени и принятия оперативных решений

☑ Использованию альтернативных источников энергии

В заключение, создание автономного робота для виноградника является перспективным направлением в области робототехники и сельского хозяйства. Такой робот может значительно повысить эффективность работы на винограднике и улучшить качество продукции.

КОМПОНЕНТНАЯ БАЗА

Электронная компонентная база для ROV включает в себя следующие основные компоненты:

● Микрокомпьютер Raspberry Pi 4 Model B и контроллер Arduino Leonardo, эти компоненты является мозгом робота и отвечает за обработку данных, полученных от датчиков, и принятие решений о действиях;

● Драйвер ODrive v3.6 (ODESC V4.2) для электродвигателей колес;

● Плата усилителя PLC для управления нагрузок.

Датчики играют ключевую роль в обеспечении автономности робота. Они собирают информацию о внешней среде и передают ее процессору или микроконтроллеру для обработки.Основные датчики, которые использованы в ROV, включают:

● Датчики положения и движения (датчик эффекта Холла);

● Камеры и системы компьютерного зрения (камера слежения Intel RealSense T265 и камера глубины Intel RealSense D435);

● Датчики расстояния (лидар Slamtec RPLIDAR A1);

● Контактные датчики (HR08-10N1);

● Датчики окружающей среды (температурные датчики, датчики влажности DHT-22).

Исполнительные механизмы: Эти компоненты преобразуют сигналы от процессора или микроконтроллера в физические действия. Исполнительные механизмы включают в себя:

● Двигатели (сервоприводы DS3230-270, двигатели постоянного тока и шаговые двигатели Nema 35);

● Электродвигатели для колес HHJZ20NT36V1804210896 D (двигатели постоянного тока (BLDC), 36В 350Вт);

● Устройства для взаимодействия с окружающей средой (кнопки, переключатели, потенциометры);

● Компрессор Berkut R20 (72 л/мин) или AVS Turbo KS 900 (90 л/мин);

● Ресивер 24л;

● Блок подготовки воздуха;

● Распределители для пневмоцилиндров(SMC SY5120-5LZD-01);

● Пневмоклапаны(2V025-08 NC DC24V; 3-ходовой 3V1-06 DC24V);

● Пнемоцилинды(Airtac MU20X30, MA25-35);

● Емкостные датчики(GTC-E2K-10N1);

● Форсунки для полива низкого давления, 6 мм;

● Источники света и подсветка(LED адресная светодиодная лента WS2811 (DC 24V) IP67).

Система связи:

● Для связи с внешним миром и управления роботом на расстоянии, автономному мобильному роботу потребуется система связи (Wi-Fi, Bluetooth).

Источник питания:

● Роботу понадобится батарея: 36В, LiFePO4, 32Ач, 3.2В, 12S;

● Зашита для батарее Daly BMS 100А;

● Балансиры для аккумуляторных батарей LiFePO4;

● Понижающий DC-DC преобразователь на 24В, 12В, 5В с 30В на 800Вт;

Компоненты альтернативного источника питания;

● Контроллер заряда солнечной батареи PowMr, 10А;

● Солнечная-панель (ETFE 32-90).

Платформа для разработки:

● Для программирования робота и его компонентов потребуется платформа для разработки ROS2.

Программное обеспечение: Кроме аппаратных компонентов, роботу также потребуется программное обеспечение для обработки данных и принятия решений. Это может включать в себя алгоритмы компьютерного зрения, алгоритмы локализации и навигации, а также средства управления двигателем и исполнительными механизмами.

КОНСТРУКЦИЯ ПОДВЕСКИ (ROCKER-BOGIE)

Конструкция подвески (Rocker-Bogie) для автономного робота предполагает использование двух независимых подвесок, что позволяет улучшить проходимость и стабильность робота на неровных поверхностях.

Конструкция подвески Rocker-Bogie (Описание подвески)

Rocker - это передняя подвеска, которая обеспечивает высокую проходимость на неровной местности. Она состоит из двух колес, установленных на одной оси, с возможностью независимого поворота. Это позволяет роботу преодолевать препятствия и сохранять устойчивость.

Bogie - это задняя подвеска, которая стабилизирует робота и обеспечивает его движение по прямой линии. Она включает в себя два колеса, которые установлены на разных осях и движутся параллельно друг другу.

Качающаяся ось (дифференциальный механизм), состоит из двух рычагов и оси, прикрепленной к каркасу робота с помощью шарниров. Тележка, представляющая собой жесткую раму, на которую установлены колеса и ось. Тележка крепится к качающейся оси с помощью тяг и рычагов.

Одним из главных преимуществ подвески Rocker-Bogie является ее способность обеспечивать плавный ход. Благодаря качающемуся колесу подвеска может адаптироваться к различным неровностям. Кроме того, тележка обеспечивает дополнительную устойчивость, что снижает риск опрокидывания.

Однако стоит отметить, что конструкция Rocker-Bogie может быть довольно сложной и требовать дополнительных компонентов для реализации, таких как система управления подвеской и датчики положения колес. Также, она может увеличить вес и стоимость робота.

В целом, Rocker-Bogie подвеска является эффективным решением для создания автономного робота с высокой проходимостью и стабильностью на неровной местности. Ее использование позволяет роботу двигаться по сложной поверхности, сохраняя при этом направление движения и устойчивость.Подвеска эффективна востребована и зарекомендована и применяется в различных видах передвижной технике.

УЗЕЛ ОБРАБОТКИ ВИНОГРАДА

ОПРЫСКИВАНИЕ

Влияние внешних факторов на качество опрыскивания. Высота штанги и ее колебания

Вариация высоты штанги опрыскивателя и его колебания - это один из основных аспектов, определяющих качество обработки, который часто недооценивается. Более того, равномерность распространения жидкости под воздействием ветра имеет свое влияние. Понятно, что учесть все неровности микрорельефа земли, которые влияют на положение форсунок по отношению к зоне обработки, а также оценить степень влияния турбулентности воздушных потоков во время порывов ветра на рабочую жидкость в процессе диспергирования, довольно сложно. Колеблющиеся движения штанги можно разделить на два типа - в горизонтальной плоскости при изменении скорости трактора (их пока невозможно предотвратить) и в вертикальной плоскости - с ними уже возможно бороться, используя системы поддержания высоты штанги (механические и с использованием электронных датчиков высоты штанги).

Влияние скорости движения на качество опрыскивания

На какой максимальной скорости возможно осуществлять процесс опрыскивания? В настоящее время в рекламных буклетах часто упоминается возможность работы опрыскивателей со скоростями до 30 километров в час, и приводятся таблицы для определения расхода жидкости через распылители для таких же скоростей. Однако, эти таблицы основаны на математических моделях, и на практике все оказывается гораздо сложнее. Современное оборудование позволяет установить параметры работы и теоретически позволяет работать со скоростями более 20 километров в час. Но на практике, это труднодостижимо (без правильного подбора форсунок), из-за ограничений связанных с законами физики. По мнению экспертов, максимально допустимая скорость движения опрыскивателя составляет 25 километров в час из-за возникновения турбулентных течений. Официальные рекомендации от производителей форсунок относительно скорости движения опрыскивателей достаточно жесткие: до 5-6 километров в час для щелевых распылителей и до 8-10 километров в час для инжекторных распылителей. В последнее время появились утверждения о возможности работы со скоростями свыше 12 километров в час, но все же больше 16 километров в час не рекомендуется.

При этом при выборе оптимальной скорости необходимо исходить из нескольких факторов:

1. Рекомендуемый расход рабочего раствора, л/га.

2. Давление, которое может обеспечить опрыскиватель.

3. Ветер.

4. Тип форсунки.

Если требуется работать на более высоких скоростях или увеличить объем расходуемой жидкости, можно увеличить давление. Однако, оптимальным решением будет использование форсунок большего размера. Нередко возникает ситуация, когда не хватает опрыскивателей и приходится работать, например, со скоростью 12 км/час, несмотря на то, что это близко к максимально допустимым параметрам. При давлении 3 бара и использовании форсунки 03 размера, мы получим 119 литров на гектар, при использовании форсунки 04 размера - 158 литров на гектар и при использовании форсунки 05 размера - 197 литров на гектар. Выбираем подходящую форсунку (обычно выбор зависит от возможности доставки воды), устанавливаем необходимый объем расходуемой жидкости на компьютере и стараемся поддерживать постоянную скорость. При этом важно помнить, что давление должно быть близко к оптимальному значению, скорость - ниже максимально допустимой, объем расходуемой жидкости - соответствовать рекомендациям производителя пестицида, а размер капель должен быть не менее 250 микрон. Можно использовать параметры, полученные из собственного опыта, однако если они значительно отличаются от рекомендуемых, следует провести дополнительные расчеты.

К чему может привести высокая скорость движения?

К существенным потерям на дрейф и испарение по причине значительной скорости встречного воздушного потока вдобавок к ветровой нагрузке. Например, при рабочей скорости опрыскивателя (8 км/час) капли подвергаются действию потока воздуха со скоростью 2 метра в секунду, а при теоретической скорости 30 км/час – уже 8 метров в секунду. Заметим, что при скоростях ветра свыше 10 метров в секунду работа становится неэффективной. Напомним также, что всем известно о максимальной допустимой скорости ветра при опрыскивании – 5 метров в секунду. Скорость движения в 5 метров в секунду соответствует 18 километрам в час. Иными словами, если опрыскиватель перемещается со скоростью 18 километров в час, то это значит, что капли должны преодолеть сопротивление воздуха эквивалентное ветру в 5 метров в секунду при неподвижном роботе.

Теперь возможны разные варианты:

▶ Ветер встречный, 5 м/с равносилен ветру 10 м/с (фактически для летящих капель рабочего раствора происходит сложение скоростей потоков воздуха за счет скорости ветра и скорости движения) — работать бессмысленно;

▶ Ветер попутный, 5 м/с — идеальный вариант: капли отлично достигают цели (происходит взаимная компенсация потоков воздуха за счет скорости ветра и скорости движения);

▶ Все возможные вариации бокового ветра приносят непредсказуемый эффект.

Значит, при работе на таких скоростях никто не сможет предугадать результат. Мы не можем контролировать направление ветра. Постоянно двигаться по ветру также нереально, к тому же направление ветра постоянно меняется. То есть, мы всегда рискуем потерять большую часть рабочего раствора, который сносится в непредсказуемом направлении и оседает где попало: в лесу (ущерб для лесной флоры и фауны), на соседнем поле (непредсказуемые последствия), или в водоёме (ущерб для водных обитателей). Даже если поле очень большое и вы находитесь далеко от его края, часть раствора всё равно испарится. А то, что не испарилось, оседает там, куда дует ветер – возможно, там, где уже была обработка или планируется. В любом случае будет ущерб: финансовый из-за потерь биологической активности и экологический вдобавок. Кроме перечисленных факторов, высокая скорость приводит к усилению колебаний штанги. Это не только ведёт к неравномерности внесения препаратов, но и способно привести к поломке всего опрыскивателя.

Влияние давления в системе опрыскивателя на качество распыла

Значительным аспектом, характеризующим эффективность распыления, является давление внутри опрыскивателя. Данный параметр влияет на ряд ключевых показателей: угол разбрызгивания, размер капель и объем расхода. Изменение давления внутри опрыскивателя существенно воздействует на размер образующихся капель. Колебания угла разбрызгивания в зависимости от уровня давления составляют в среднем ±5%, что позволяет пренебречь этим показателем. Размер капель - это ключевой фактор. По мере увеличения давления размер капель уменьшается, что приводит к увеличению потерь за счет уноса и испарения, однако при этом улучшается покрытие растений. Важно помнить, что для реализации данного эффекта необходимы следующие условия: температура до +25°С, влажность более 60% и слабый ветер. При выборе форсунки нужно учесть, что при разных давлениях они образуют капли разного размера. Визуально оценить качество покрытия можно с помощью водочувствительной бумаги - в месте попадания капли цвет меняется с желтого на синий. Будьте внимательны, встретив эти красивые желто-синие полосы в специализированных журналах. Обычно такие опыты проводятся в идеальных условиях (чаще всего не соответствующих реальным), поэтому полученные результаты могут быть несколько некорректными.

Густота покрытия поверхности и размер капель

В мире сельскохозяйственной науки и практики существует множество предположений и убеждений, которые, на первый взгляд, кажутся вполне логичными и обоснованными. Например, широко распространено мнение, что определенная форсунка производит капли определенного размера, или что для определенной группы растений подходит определенный размер капель. Однако, при ближайшем рассмотрении, эти утверждения оказываются не совсем точными. Каждая форсунка на самом деле образует широкий спектр капель - от самых маленьких до самых больших, разница в размерах которых может достигать десятков раз. Когда говорят о “размере капель”, это обычно означает условный параметр, который делит весь спектр капель на две равные группы по какому-либо параметру: количеству, объему, массе или другому. Но даже этот условный “размер капель” не является строго определенным. Реальный размер капель постоянно меняется в процессе их испарения, что делает невозможным точное предсказание количества и массы капель, попадающих на растение. Таким образом, можно сказать, что задача получения капель строго заданного размера остается актуальной технической проблемой, решение которой до сих пор не найдено. Тем не менее, несмотря на все трудности, ученые и практики продолжают экспериментировать и искать оптимальные решения для обеспечения наиболее эффективного и рационального использования опрыскивания в сельскохозяйственных процессах.

Объект Оптимальный размер капель
1 Летающие насекомые

10–50 микрон — почти не оседают на поверхность, легко сносятся ветром и быстро испаряются. (Капли диаметром менее 30 мкм в дневное время не оседают вообще, а вследствие атмосферной диффузии уносятся восходящими потоками воздуха)

2 Насекомые на поверхности

30–150 микрон — медленно оседают с глубоким проникновением в крону растений. Легко сносятся ветром, быстро испаряются при повышении температуры и понижении влажности

3 Сорняки

100–500 микрон — обладают достаточной укрывистостью и хорошей удерживаемостью на листе. Могут применяться при температуре до +25 °С и влажности не меньше 60 %

Таким образом, согласно теории, идеальный размер капли составляет около 250 микрон. Но капли меньше 200 микрон склонны к быстрому сносу и испарению. В то же время, капли крупнее 500 микрон имеют тенденцию скатываться с листьев при росе. По этой причине на практике используются распылители с средним размером капель от 200 до 450 микрон, создающие поток капель от 10 до 700 микрон с доминированием крупных капель. Исходя из этого, внесение средств защиты растений является результатом постоянного поиска компромисса, максимально соответствующего желаемым условиям. Необходимо стремиться к минимально возможному размеру капель при заданных погодных условиях и характеристиках обрабатываемой территории. Чем больше влажность воздуха и ниже скорость ветра, тем лучше условия для проведения работ. Чем крупнее растение и целевые объекты расположены ниже его верхней части, тем крупнее должен быть размер капель. Можем ли мы применить что-либо из этой теории на практике? В конце концов, никто в поле не измеряет размер капель.

Используя таблицу или калькулятор форсунок, можно определить параметры давления, скорости и расхода жидкости. Вы можете взглянуть на таблицу, где буквами указан размер капель, и понять — оптимален ли размер капель для применяемого препарата.

Русское название Английское название Размер капель
1 С Средние M Medium от 250 до 350 микрон
2 Б Большие C Coarse от 250 до 350 микрон
3 ОБ Очень большие VC Very coarse от 450 до 575 микрон
4 ЭБ Экстремально большие EC Extreme Coarse больше 575 микрон

Оптимальный размер капель (мкм)
для фунгицидов 236–430
для инсектицидов 200–350
для гербицидов 100–500

Температура воздуха, влажность и скорость ветра

Общепринятым является мнение, что наиболее благоприятная рабочая температура для обработки составляет +25 °C (несмотря на то, что для некоторых препаратов, таких как инсектициды из групп антраниламидов, карбаматов и оксадиазинов, эта граница не имеет значения — они весьма эффективны и при более высоких температурах, причем оксадиазины даже более активны при высоких температурах). Однако, мало кто понимает, что на деле, влажность воздуха имеет гораздо большее значение, чем температура. Капля, которая вылетает из форсунки, должна пролететь определенное расстояние до растения (в действительности, это расстояние больше из-за траектории полета, воздействия ветра и различий в высоте растений). В течение этого полета капля может полностью испариться или значительно уменьшиться в размере, и скорость этого испарения главным образом зависит от влажности воздуха - если она ниже 65%, потери за счет испарения могут быть значительными. Если температура окружающей среды выше +25 °C и влажность воздуха низкая, маленькие капли подвергаются сильному испарению. Продолжительность жизни водяной капли и расстояние, которое она пролетит до полного испарения, зависят от размера капли, температуры и влажности воздуха.

На графике показано изменение скорости ветра, температуры, влажности в течение дня. Самое неблагоприятное для опрыскивания время — с 13 до 17 часов из-за высокой температуры, низкой влажности или сильного ветра в это время суток.

Общеизвестно, что обработка при высоких температурах нежелательна, но часто упускают из виду важность показателя влажности воздуха, который часто важнее температуры. Даже при температуре воздуха ниже +25°C, потери от испарения мелких капель при низкой влажности могут быть существенными. Рекомендуется приобрести анемометр с функцией измерения влажности воздуха для более точного понимания влияния погодных условий на качество обработки.

Таким образом, самая высокая эффективность пестицидов утром с 5 до 11 часов, потом она снижается с 11 до 15 часов примерно вдвое, повышается к 17 часам и после 19 приближается по эффективности к утренней, но не достигает ее. Эти закономерности действуют, если температура не превышает +25 °С. Если весь день +30...+35 °С — эффективность будет ниже, чем при оптимальной температуре в любом случае. Мы часто сталкиваемся с такими случаями: при обработке гербицидами озимых получаются отличные результаты, а при обработке яровых — хуже. Хотя яровые были меньше развиты, и сорняки были меньше, чем в озимых. Причина: когда шли обработки озимых, температура в течение дня не повышалась более 20 градусов. При обработке яровых температура была до 30 градусов, и хотя обработки шли вечером, влажность воздуха была низкой, что снизило эффективность обработки. Для практических целей можно пользоваться графиком зависимости условий для опрыскивания от температуры и влажности. Если по погодным условиям вы попадаете в желтую или, тем более, красную зону, — надо попробовать компенсировать эту ситуацию за счет изменения режимов опрыскивания (см. далее) и все же быть готовыми к снижению эффективности применяемых препаратов.

Однако будьте осторожны, этот график лишь характеризует условия опрыскивания с точки зрения испарения капель. При высоких температурах обменные процессы в растениях практически заблокированы, и даже если препарат попадает внутрь растения, эффективность его будет ниже (к сожалению, в ряде случаев возможно проявление токсичности препаратов). Какая погода считается идеальной для опрыскивания? Это температура от +10 до +15 °С (в зависимости от препарата) до +20 °С и влажность 65–90%.

Большая часть территории нашей страны расположена в зоне континентального климата с жарким летом. Оптимальные метеорологические условия для обработки растений - стабильный приземный слой атмосферы при скорости ветра 60% - не всегда доступны. В наших реалиях, когда опрыскиватели работают весь световой день, такие рекомендации трудновыполнимы. Но что делать, если нужно опрыскивать, а погода слишком жаркая или наоборот холодная? Прежде всего, необходимо учитывать температурные ограничения для применения препаратов, которые указаны на упаковке.

Даже в пределах одной группы препаратов требования к температуре до, в момент и после обработки могут существенно отличаться:

► пиретроидные инсектициды нельзя применять при температуре выше +25 °C, так как эффективность пиретроидов снижается;

► инсектициды из групп антраниламидов, оксадиазинов нейтральны по отношению к температуре, т. е. будут одинаково эффективно работать как при оптимальной, так и при повышенной температуре;

► сульфонилмочевинные гербциды на кукурузе рекомендуется применять при температуре +10...+25 °C, а комбинации с дикамбой или 2,4Д — при температуре от +15 до +25 °C;

► сульфонилмочевинные гербициды на зерновых рекомендуется применять при температуре от +5 °C до +25 °C.

При пониженных температурах значительно снижается скорость проявления признаков действия гербицидов, при этом растения, испытывающие стресс от перепада температуры, рекомендуется также обрабатывать биостимуляторами, основанными на водорослях. Это дает растениям возможность справиться с двойной нагрузкой: химической и абиотической.

Для триазоловых фунгицидов оптимальной температурой является +12°C, стробилурины хорошо проявляют себя уже при +10°C. Однако при высоких температурах, превышающих +25°C, внесение стробилуринов не рекомендуется, и следует проявлять особую осторожность при работе с морфолиновыми фунгицидными препаратами, которые могут вызвать ожоги растений.

Часто наблюдается следующая картина: днем температура колеблется в пределах +14…+15°С, ночью опускаясь до +2…+3°С. Температурные показатели ниже +5°C представляют особую опасность для большинства видов препаратов. В таких условиях работы следует избегать (особенно при обработке кукурузы, свеклы, овощей) - необходимо дождаться повышения минимальной суточной температуры.

В ситуациях с высокими дневными температурами рекомендуется отложить процесс опрыскивания (если это возможно) и дождаться снижения температуры. Понижение температуры позволяет возобновить работу в идеальных условиях.

ФАКТОРЫ ВЛИЯЮЩИЕ НА ОПРЫСКИВАНИЕ

СКОРОСТЬ ВЕТРА

Стандартное ограничение по скорости ветра — 5 м/с. При этой скорости ветра на деревьях колышутся листья и мелкие веточки. Для щелевых распылителей действует жесткое ограничение 3–4 м/с. Для инжекторных, особенно высокого давления, иногда повышают барьер скорости ветра выше 5 м/с — в литературе встречается до 8 м/с. Скорость ветра, о которой мы слышим в сообщениях о погоде, измеряется на метеостанциях на высоте 10 метров. При этом на самом деле постоянной скорости ветра не существует (она постоянно меняется). Нам сообщают среднюю скорость ветра, измеряемую в течение нескольких минут (к тому же не постоянно, а раз в несколько часов). Для практических же целей нас интересует скорость ветра в приземном слое 1–1,5 м. Она может сильно отличаться от скорости ветра на высоте 10 м, особенно из-за неровностей рельефа, грейдеров дорог, лесополос и т. д. При этом ветер может быть и несильным, но порывистым, будет меняться в течение дня. Данные метеостанций или датчиков на кабине опрыскивателя мало информативны, т. к. измерения нужно проводить на высоте растений. Ведь даже влажность воздуха будет меняться в том числе от густоты стояния растений. Поэтому скорость ветра в прогнозе погоды является лишь ориентиром. Ее надо измерять/оценивать непосредственно в поле несколько раз в течение дня при помощи ручного анемометра.

Таблица. Сила ветра у земной поверхности по шкале Бофорта

Скорость, м/с Тип ветра (баллы Бофорта) Опрыскивание, рекомендации
0–0,2 Штиль (0) Использовать средние и крупные капли, более 250 мкм
0,2–1,5 Тихий (1) Использовать средние и крупные капли, более 250 мкм
1,6–3,3 Легкий (2) Использовать средние и крупные капли, более 250 мкм
3,4–5,4 Слабый (3) Высокий риск сноса. Скорость движения до 15 км/ч. Капли не менее 350 мкм
5,5–7,9 Умеренный (4) Не рекомендуется вносить большинство СЗР. Скорость движения до 8 км/ч. Капли не менее 450 мкм
8–10,7 Свежий (5) Не рекомендуется вносить большинство СЗР. Скорость движения до 8 км/ч. Капли не менее 450 мкм

ВОДА

70% от общего использования воды приходится на сельское хозяйство. В развивающихся странах этот показатель достигает 95%. Чтобы предотвратить быстрое истощение водных ресурсов, а также их диффузное и локальное загрязнение, необходимо соблюдать определенные правила. Одно из таких правил - это соблюдение рекомендаций по отношению к расстоянию между местом обработки и водными объектами (от 20 до 2000 м в зависимости от типа объекта). Кроме того, необходимо иметь буферную зону шириной не менее 5 метров и применять комплексные меры для минимизации сноса, стока и смыва рабочего раствора. В свою очередь, сельскохозяйственным производителям необходимо соблюдать рекомендованное расстояние между обрабатываемыми полями и населенными пунктами (300-500 метров в зависимости от типа опрыскивания) во имя социальной ответственности и личной безопасности.

КАЧЕСТВО ВОДЫ

Для приготовления активного раствора следует обязательно использовать качественную воду. Использование воды низкого качества может негативно сказаться на эффективности применения пестицидов и повредить оборудование. Определенные характеристики воды играют роль в ее химической природе. Вода не должна быть окрашенной или содержать ил, жесткой или иметь неподходящий уровень рН. Наличие грунтовых частиц, таких как ил или глина, в грязной воде может привести к адсорбции или связыванию активных ингредиентов препаратов, что уменьшает их эффективность. Особенно это относится к препаратам, содержащим глифосат и дикват. Загрязнение грязной воды может привести к засорению форсунок, фильтров, магистральных трубок, что снижает производительность и срок эксплуатации опрыскивателя. Для сравнения, вода считается грязной, если на дне обычного хозяйственного ведра плохо видна монета номиналом 1 рубль. Жесткость воды определяется высоким содержанием кальция и магния в виде солей. Жесткая вода может вызывать осаждение некоторых химических веществ. Известно, что гербициды глифосаты, 2,4-д аминная соль и мцпа, а также клопиралид подвержены влиянию жесткой воды (более 400 мг/экв. Caco3). Жесткая вода также может оказывать влияние на баланс поверхностно-активных веществ, а следовательно, на увлажнение, эмульгирование и дисперсию.

ПОКАЗАТЕЛЬ PH ВОДЫ

Большинство природных вод имеют показатель pH между 6,5 и 8. Многие пестициды являются чувствительными к щелочному гидролизу (разрушение в щелочной среде pH больше 8). Этот процесс вызывает распад активных ингредиентов препарата, снижая его эффективность. Это является одной из причин, почему не рекомендуется оставлять рабочие смеси для опрыскивания даже на одну ночь. Кислый рН воды также может повлиять на стабильность и физические свойства некоторых химических формуляций. Кроме того, сейчас многие хозяйства проводят обработки средствами защиты растений совместно с листовыми подкормками. Оптимальный уровень рН рабочего раствора, обеспечивающий максимальную эффективность листовых подкормок элементами минерального питания, колеблется в пределах рН от 5,0 до 5,5. Большинство органофосфатов, карбаматов и некоторые пиретроиды и фунгициды чувствительны к щелочному гидролизу. При уровне pH 4–7 период полураспада некоторых органофосфатов составляет от 1/2 до 1 дня. При pH 7,5 и выше период полураспада при рабочей температуре уменьшается до 20 минут. Перечень активных компонентов пестицидов, которые являются очень чувствительными к щелочному гидролизу Инсектициды: паратион-метил, перметрин, имидаклоприд. Фунгициды: тиофанат-метил, беномил, ципродинил, флудиоксонил. Фитогормоны: гиббереллиновая кислота.

РАСТВОРИМЫЕ СОЛИ

Общее количество минеральных веществ, растворенных в воде, как правило, оценивается с помощью измерения электропроводности воды. Электропроводность воды в скважине напрямую зависит от насыщенности солями пород и почвы. В засушливый период уровень солей в водоеме возрастает. Высокий уровень солености воды может привести к засорению оборудования и становится устойчивым к изменениям рН.

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО

В воде часто содержатся различные органические частицы: ил, остатки растений или водорослей, которые засоряют форсунки, магистрали и фильтры опрыскивателей. Такая вода существенно снижает эффективность обработки, так как практически любая органика может связывать часть активных веществ препаратов.

ТЕМПЕРАТУРА ВОДЫ

Использование холодной воды (менее 12-15 градусов Цельсия) может привести к проблемам с быстрым растворением порошков и гранулированных препаратов в рабочем растворе. Это может потребовать больше времени для полного растворения, что может привести к забиванию форсунок и фильтров, или к осаждению части препарата на дне опрыскивателя, что впоследствии может привести к снижению эффективности обработки (уменьшение нормы расхода препарата в начале процесса обработки).

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Вода с высоким содержанием солей кальция и магния (жесткая вода) может вызвать проблемы со смешиванием. Это происходит из-за снижения стабильности суспензий и эмульсий. Эффективность глифосата может снижаться при высоком уровне солей кальция, магния и гидрокарбоната натрия в воде. Эту проблему можно решить добавлением препаратов, содержащих сульфат аммония, или использованием продуктов, содержащих буферные добавки. Важно начинать опрыскивание сразу после смешивания, если известно, что вода имеет щелочную реакцию.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ:

Жесткая вода — более 1000 частей на миллион СаСО3 (1000 ppm) Соленая вода — 1500 mS / m NaCl Щелочная вода — рН больше 8,0 Кислая вода — рН меньше 5,0

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСТВОРЕНИЯ ПРЕПАРАТОВ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ БАКОВЫХ СМЕСЕЙ

Для достижения высокой эффективности обработки посевов важно соблюдать правильную последовательность добавления препаратов в бак опрыскивателя:

Залить половину или две трети запланированного объема воды.

Добавить удобрения и микроэлементы.

Добавить сухие или сыпучие препараты в виде ВДГ или СП.

Добавить водные растворы препаратов (КС).

Добавить препараты в виде эмульсий (КЭ, МЭ или MD).

Долить оставшуюся воду до полного бака.

Добавить прилипатели и прочие добавки.

Каждый следующий компонент добавляется только после тщательного перемешивания предыдущего. Твердые формы препаратов добавляются в виде маточного раствора, приготовленного отдельно в отдельной емкости.

СРОК ХРАНЕНИЯ РАБОЧЕГО РАСТВОРА

Обычно рабочий раствор готовится непосредственно перед использованием. Однако, иногда рабочий раствор остается в опрыскивателе на неопределенный срок (например, из-за неожиданных осадков или неисправности оборудования). Все официальные рекомендации гласят, что готовый рабочий раствор должен быть использован сразу или в ближайшее время. Нет никаких официальных гарантий эффективности препарата при хранении раствора более 6-8 часов. Если раствор хранится больше суток, его рекомендуется утилизировать и промыть опрыскиватель перед следующим использованием.

НОРМА РАСХОДА РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

При наземном опрыскивании норма расхода составляет 200-400 литров на гектар. Минимальное значение целесообразно на ранних этапах развития культуры (например, для озимой пшеницы в фазе кущения). Максимальное значение применяется на более поздних этапах (фаза выхода в трубку), когда требуется обильно увлажнить развитые посевы для попадания препарата на нижний ярус. Уменьшение нормы расхода рабочего раствора в этом случае может снизить эффективность препарата.

ВНЕСЕНИЕ УДОБРЕНИЙ

В последнее время наблюдается рост популярности водорастворимых удобрений. Например, это могут быть подкормки микроэлементами в виде растворов. Во-первых, такие удобрения стали популярными из-за своей безопасности. Они не горят, не взрываются и не токсичны, что делает их использование более безопасным. Также для работы с ними не нужно дополнительное оборудование, а растения могут получать питательные вещества напрямую через свои листья.

Однако, использование жидких удобрений иногда замедляется из-за недостатка опыта в их применении. Как оптимально использовать удобрения, чтобы получить от этого максимальную отдачу? На ключевых моментах использования жидких удобрений мы бы и хотели сосредоточиться, ведь если делать это правильно, преимущества таких удобрений значительно превышают недостатки.

Листовые подкормки

Некорневая (листовая) подкормка — это способ доставки питательных веществ в растение путем нанесения на листовую поверхность удобрений в форме раствора или суспензии. В каких случаях она нужна и какие проблемы решает? Корневая система растений не всегда может поглотить необходимые вещества из почвы.

Причин для этого множество:

► высокая плотность, низкая температура, низкая или, наоборот, избыточная влажность грунта, неблагоприятный рН почвенного раствора, его высокая концентрация,

► переход соединений в недоступную форму,

► недостаточная активность корневой системы на ранних стадиях развития или в связи с ее повреждением.

Растения обладают уникальной способностью усваивать различные элементы, включая макро- и микроэлементы, через свою листву. Наиболее быстро они усваивают азот и магний, за ними следуют сера и, наконец, калий, кальций и фосфор, а также различные микроэлементы. Скорость поглощения элементов через листья намного выше, чем их поглощение из почвы. Однако объемы усвоения через листья имеют свои пределы, поэтому подкормки служат прекрасным дополнением к основной пище, но не могут полностью заменить ее.

Усвоение элементов питания при некорневой подкормке
Элемент Процент и скорость усвоения
Азот (N) 80 % спустя 5 часов
Магний (Mg) 20 % спустя 1 час, 50 % спустя 5 часов
Бор (В) 50 % спустя 2 дня
Медь (Сu) 50 % спустя 1–2 дня
Марганец (Мn) 50 % спустя 1–2 дня
Цинк (Zn) 50 % спустя 1 день

Азот прекрасно усваивается через листовую поверхность растений. Наиболее эффективной формой подкормки является амидная (карбамид), которая рекомендуется сочетать с подкормкой серой, магнием и микроэлементами. Амидный азот улучшает проходимость кутикулы листа и облегчает усвоение других питательных веществ.

Через лист растение способно усвоить до 10 килограммов фосфора на гектар – это количество не заменит основного фосфорного питания, но может восполнить его экстренные потребности. Особенно эффективными являются подкормки на ранних стадиях вегетации.

Темпы усвоения калия через лист не высоки, но его адресное введение способствует стимуляции физиологических процессов растения. Имеются также данные об эффективности листового внесения калия для улучшения устойчивости растений к стрессам.

Таким образом, листовые подкормки наиболее эффективны для:

► срочной коррекции дефицита элементов питания,

► стимуляции физиологических процессов,

► восстановления посевов после механических повреждений,

► обеспечения высокой устойчивости растений к болезням,

► снижения пестицидной нагрузки,

► повышения качества урожая.

Часто период применения средств защиты растений (СЗР) совпадает с наиболее приемлемым моментом внесения ВРУ, поэтому сложилась практика их совместного внесения. Листовые подкормки удобно и выгодно совмещать с мероприятиями по защите растений. Это дает фермеру ряд весомых преимуществ:

1. сокращение количества проходов техники

2. экономия времени, трудозатрат и денег

3. посевы одновременно получают и питание, и защиту

4. синергетический эффект продуктов — усиление проникновения через лист, снижение стрессового воздействия СЗР на культурные растения.

Однако к использованию баковых смесей нужно подходить аккуратно. При несоблюдении рекомендаций по совместимости продуктов можно:

► навредить растениям, спровоцировав ожоги;

► вывести из строя узлы техники, например, если смесь в итоге образовала осадок;

► снизить или вовсе потерять эффективность препаратов, если выйти за пределы рабочего диапазона рН или не учесть взаимодействие веществ.

При планировании совместных обработок прежде всего лучше ориентироваться на требования к работе с СЗР и уже на них накладывать условия использованию ВРУ. Основные рекомендации зачастую совпадают, но упомянуть основные параметры проведения листовых подкормок всё же стоит.

Условия проведения листовых подкормок водорастворимыми удобрениями

Итак, на что нужно обращать внимание, чтобы обеспечить максимальную эффективность обработки:

► Метеорологические условия и время суток

► Характеристики листьев

► Характеристика применяемого раствора, размер капли

► Характеристики удобрения: растворимость, форма элементов питания в растворе

Благоприятные метеорологические условия и время суток:

▷ Температура воздуха в пределах 12–25 °С, идеально 21 °С

▷ Относительная влажность высокая — более 70 %. В условиях низкой влажности устьица листьев закрыты, а капли раствора высыхают быстрее, чем элементы питания успевают поступить в растение

▷ Скорость ветра низкая — менее 5 км/ч, отсутствие осадков во время обработки и в течение 1–3 суток

▷ Время суток: раннее утро — до 9 часов, поздний вечер — после 18 часов. Возможны обработки в дневное время при высокой облачности.

Характеристики листьев:

1. Вид растения. Определяет форму листьев, толщину кутикулы, наличие воскового налета, положение устьиц.

2. Форма листьев. Может играть определяющую роль для формирования эффективного соприкосновения капель с поверхностью.

3. Расположение листьев. Угол наклона листьев к земле влияет на удержание капель.

4. Текстура поверхности листьев. Гладкая, шероховатая или с ворсинками — все они будут иметь разную степень удержания капель и разную скорость смачивания.

5. Возраст листьев. Старые листья имеют более толстую кутикулу, этот увеличенный барьер уменьшает скорость проникновения удобрений.

6. Состояние растения. Низкая метаболическая активность в связи с заболеванием или абиотическим стрессом приводит к снижению поглощения и передвижения веществ. Конечно, повлиять на форму, расположение и физиологию листьев невозможно, однако можно принять во внимание эти факторы при организации подкормок для обеспечения их максимальной эффективности. Например, большую их часть лучше спланировать и провести на ранних этапах развития растений, когда много молодой листвы. Не стоит проводить обработку, если растения визуально в плохом состоянии, например, потерян тургор. У растений, листья которых расположены горизонтально, устьица в основном находятся на нижней стороне листа, поэтому способ распыления раствора под лист может быть более эффективен. Для этого необходимо специальное оборудование — шланги и насадки.

Характеристики применяемого раствора:

► Поверхностное натяжение раствора. Снижение поверхностного натяжения капли увеличивает площадь покрытия листа и улучшает проникновение через устьица. Важно использовать адъюванты, которые способствуют прилипанию и растеканию капли, увеличивая тем самым смачиваемость и площадь контакта рабочего раствора с поглощающей поверхностью.

► Размер капель при распылении. Необходимо, чтобы капли, от 250 мкм , попадали на лист, хорошо его смачивали, не скатывались и медленно впитывались, высыхание капель рабочей жидкости на растениях должно быть постепенным. Правильный выбор форсунок и скорости движения опрыскивателя играют здесь определяющую роль.

Требования к качеству водорастворимых удобрений:

▷ Отсутствие хлора.

▷ Высокая растворимость, отсутствие нерастворимого осадка.

▷Высокая чистота, отсутствие балластных и фитотоксичных веществ. Позволяет исключить непредвиденные взаимодействия в баковой смеси и вероятность ожога растений (при условии соблюдения других рекомендаций по применению).

▷ pH раствора в диапазоне 5,5–6,5. Влияет на уровень растворимости элементов и их ионную форму, что отражается на скорости проникновения.

▷ Сбалансированный состав с качественными компонентами, обеспечивающий максимальное проникновение через кутикулу и устьица листа. Один и тот же элемент в составе различных соединений будет иметь разную проникающую способность.

СХЕМА-ТАБЛИЦА ОБРАБОТОК ВИНОГРАДА

Приведенная схема-таблица обработок позволяют добиться стабильного контроля болезней и максимизировать потенциал урожайности, а также обеспечить долговременную защиту винограду в период созревания ягоды.

Сроки проведения Название препаратов Назначение
Обработка по спящей почке

Железный купорос, медный купорос (300 г на 10 л)

Плесень, грибы, личинки насекомых

Обработка по 5-му зеленому листу

«Шавит, Хорус, Ордан» (20 грамм на 10 литров воды)

«Оперкот», «Актара», «Конфидор»

«Масай, Энвидорт, Клещивит»

Милдью, Оидиум

Грызущие и сосущие насекомые

Клещ

За 5-7 дней до начала цветения

«Ридомил Голд» (25 грамм на 10 л)

«Тилт»

«Оперкот», «Актара», «Энжио», «Конфидор»

Милдью

Оидиум

Грызущие и сосущие насекомые

Обработка после цветения

Блу Бордо», «Чемпион»

«Тиовит Джет» (40-60 г на 10 л)

Милдью

Оидиум, Клещ

Обработка по гороху

«Танос» (для профилактики 6 г на 10 л, для лечения 10 г на 10 л воды)

«Тилт»

«Свитч» (7-10 г на 10 л воды по гроздям)

«Оперкот», «Актара», «Энжио», «Конфидор»

«Масай, Энвидорт, Клещивит»

Милдью

Оидиум

Гнили

Грызущие и сосущие насекомые

Клещ

Размягчение и окрашивание ягод

«Квадрис» («Квадрис Топ», «Квадрис Макс» 6-10 мл на 10 л воды)

«Топаз» (9-11 мл на 10 литров воды)

«Свитч» (7-10 г на 10 л воды по гроздям)

Милдью, Оидиум

Оидиум, Гнили

Гнили

По созревшей ягоде

«Микосан»

«Актофит»

Милдью, Оидиум, Гнили

Грызущие, Сосущие

Примечание:

1. Опрыскивание железным или медным купоросом, проводят в сухую погоду, препарат легко смывается дождем.

2. В период цветения опрыскивание и другие работы на винограднике ЗАПРЕЩЕНЫ.

3. При низком инфекционном фоне обработку №2 или №3 или №4 можно исключить.

4. При использовании в баковых смесях, пользоваться таблицами совместимости фунгицидов, инсектицидов, акарицидов и правилами их разведения, во избежание не желательных реакций.

5. По созревшей ягоде применяют только БИОПРЕПАРАТЫ.

6. Строгое соблюдение сроков ожидания.

КОНСТРУКЦИЯ МОДУЛЯ ОБРАБОТКИ ВИНОГРАДА

Модуль обработки винограда ROV состоит из нескольких основных элементов:

● Емкость (бак);

● Дозатор;

● Мешалка;

● Телескопическая штанга.

Емкость

Емкость для опрыскивания винограда - это специализированный резервуар или бак, предназначенный для приготовления и хранения растворов для обработки виноградников. Такие емкости обычно изготавливаются из прочных и химически стойких материалов, таких как пластик, стекло или нержавеющая сталь. В нашем случае емкость будет изготовляла из монолитного поликарбоната, так как он является одним из наиболее подходящих материалов для изготовления емкостей, используемых в химической промышленности. Он обладает высокой прочностью, устойчивостью к химическим воздействиям и долговечностью, что делает его идеальным выбором для хранения и обработки агрессивных сред. Благодаря своей однородной структуре, монолитный поликарбонат обеспечивает превосходную герметичность и защиту от утечек, что является критическим фактором для безопасности и эффективности работы с химическими компонентами. Размеры и объемы емкостей могут варьироваться в зависимости от размера виноградника и объема используемых растворов, в нашем исполнении емкость будет объёмом на 10 литров.

Мешалка

Мешалка является важным элементом оборудования для перемешивания и смешивания различных химических компонентов баковой смеси. Она обеспечивает качественное и равномерное перемешивание компонентов, что необходимо для получения однородного раствора.

В промышленности используются различные типы мешалок, которые отличаются по конструкции, принципу работы и назначению. Например, существуют механические мешалки, которые обеспечивают перемешивание путем вращения лопастей; магнитные мешалки, использующие магнитное поле для создания движения жидкости; пропеллерные мешалки для смешивания вязких материалов и т.д.

Выбор типа мешалки зависит от характеристик перемешиваемых материалов, таких как вязкость, плотность, температура, а также от требуемой скорости и качества смешивания. Оптимальный подбор мешалки позволяет повысить эффективность процесса перемешивания.

Кроме того, промышленные мешалки могут быть оснащены различными дополнительными функциями, такими как автоматическое управление скоростью вращения, контроль температуры, автоматическая остановка при достижении требуемой однородности смеси и т.п. Это позволяет автоматизировать процесс смешивания и снизить вероятность ошибок, связанных с человеческим фактором.

Конструкция мешалки для ROV еще не разработана, но на основании выше сказанного мы остановимся на механической или магнитной.

Дозатор

Дозатор - это устройство, которое используется для точного дозирования различных компонентов в процессе приготовления баковой смеси для обработки винограда. Он позволяет быстро и эффективно смешивать необходимые ингредиенты в нужных пропорциях, что обеспечивае эффективность обработки по времени и по проходкам.

Процесс приготовления баковой смеси с помощью револьверного дозатора включает в себя следующие этапы:

Определение состава баковой смеси: на основе сезонности и исходя из конкретной ситуации (например, наличие вредителей, болезней или дефицита питательных веществ) составляется список необходимых компонентов, которые будут включены в смесь.

Подготовка компонентов: препараты и другие ингредиенты (например, вода, прилипатель и другие добавки) подготавливаются согласно инструкциям производителя и требованиям технологии.

Загрузка револьверного дозатора: каждый компонент загружают в соответствующие отсеки дозатора в количестве 6 штук, которые расположены по кругу подобно барабану револьвера.

Смешивание компонентов: после загрузки всех необходимых ингредиентов револьверный дозатор приводится в действие в соответствии с программой обработок, и компоненты начинают поочередно добавляться в подготовительную емкость (бак), проходя через отсеки в процессе заполнения и заодно смешиваясь в турбулентном потоке воды.

Телескопическая штанга

Телескопическая штанга, позволяет легко регулировать длину от 700 мм до 1500мм в зависимости от высоты растения. Штанга состоит из трех секций (алюминиевые трубки разного диаметра от 10 мм до 14 мм), которые выдвигаются и задвигаются, что обеспечивает удобство использования.

При выборе штанги стоит обратить внимание на материал, из которого она изготовлена. Наиболее предпочтительными являются штанги из алюминия или нержавеющей стали, так как они легкие, прочные и не подвержены коррозии.

Также важно учесть тип распылителя, который будет использоваться со штангой. Существуют различные типы распылителей, каждый из которых имеет свои особенности и подходит для определенных задач.

Поворот штанги в вертикальное положение осуществляется сервоприводом из линейки DS32-XX.

Телескопическая штанга является удобным и эффективным инструментом для достижения поставленной задачи по опрыскиванию винограда и других растений. Она позволяет обрабатывать большие площади без особых усилий и обеспечивает равномерное распределение раствора.

Запорная арматура и датчики

Запорная арматура — это устройства, которые используются для регулирования или полного перекрытия потока рабочей среды в трубопроводах и других системах. Они широко используются в различных отраслях промышленности, а также в бытовых системах отопления, водоснабжения и газоснабжения.