PL224859B1

PL224859B1 - Electronically controlled pneumatic-pressurized atomizer for liquids in the form of a solution or suspension

Info

Publication number: PL224859B1
Application number: PL409320A
Authority: PL
Inventors: Łukasz Gierz; Szymon Gierz
Original assignee: Politechnika Poznańska
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2017-02-28
Also published as: PL409320A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektronicznie sterowany ciśnieniowo - pneumatyczny rozpylacz cieczy w postaci roztworu lub zawiesiny, przeznaczony do precyzyjnej aplikacji pestycydów i innych cieczy roboczych, stosowanych zwłaszcza w ochronie roślin.The subject of the invention is an electronically controlled pressure-pneumatic liquid sprayer in the form of a solution or suspension, intended for precise application of pesticides and other working liquids, especially used in plant protection.

Elektroniczne sterowanie pozwala na precyzyjne, miejscowe dozowanie preparatu chemicznego. Rozpylacz ten jest przeznaczony zwłaszcza do zastosowania w mobilnych zaprawiarkach nabudowanych na sadzarkach do ziemniaków, ale może też znaleźć zastosowanie w precyzyjnych opr yskiwaczach rolniczych, do wykonywania precyzyjnych, zlokalizowanych oprysków, jak również w przemyśle do nanoszenia płynnych powłok i preparatów na powierzchnię produkowanych elementów.Electronic control allows for precise, local dosing of the chemical preparation. This sprayer is designed especially for use in mobile dressing machines mounted on potato planters, but it can also be used in precise agricultural sprayers, for precise, localized spraying, as well as in industry for applying liquid coatings and preparations to the surface of manufactured elements.

Przerywany wypływ cieczy roboczej pozwala na dokładne dozowanie preparatu chemicznego przy stałym optymalnym ciśnieniu zasilania.Intermittent outflow of the working liquid allows for precise dosing of the chemical agent at a constant optimal supply pressure.

W aktualne stosowanych opryskiwaczach rolniczych natężenie wypływu cieczy roboczej (dawk a na 1 m ) jest powiązane z ciśnieniem zasilania, tj. zmniejszenie natężenia przepływu cieczy powoduje spadek ciśnienia w rozpylaczach.In the currently used agricultural sprayers, the spray liquid outflow rate (dose a per 1 m) is related to the supply pressure, i.e. reducing the liquid flow rate causes a pressure drop in the nozzles.

W opryskiwaczach do ochrony roślin stosuje się głównie rozpylacze ciśnieniowe oraz rozpyl acze ciśnieniowe z pomocniczym strumieniem powietrza o działaniu ciągłym. Nie stosuje się rozpylaczy o działaniu przerywanym, takich, jakie występują w technice motoryzacyjnej w układach wtrysku paliwa, zarówno silników ZI jak i ZS. Coraz częściej stosuje się natomiast rozpylacze z zaworem zwrotnym, uniemożliwiające wypływ cieczy roboczej z rozpylacza (kapanie) po zaniku ciśnienia na skutek zamknięcia dopływu cieczy roboczej do rozpylacza. W niektórych znanych rozwiązaniach stosuje się w tym celu specjalne zawory rozpylacza, sterowane pneumatycznie lub elektrycznie. Takie rozwiązanie przedstawia chociażby amerykański opis patentowy [US 7,066,402 B2]. Nie są one jednak dostatecznie szybkie i precyzyjne, by zapewnić precyzyjne dozowanie cieczy dokładnie na spadające zie mniaki. W precyzyjnej ochronie roślin a szczególnie w urządzeniach do opryskiwania (zaprawiania zaprawą płynną) ziemniaków w trakcie sadzenia występuje potrzeba stosowania rozpylaczy o działaniu przerywanym, sterowanych elektronicznie w ten sposób, by dawka preparatu trafiała dokładnie w ściśle określony punkt, tj. w przypadku zaprawiania na przelatujący obok rozpylacza ziemniak, zaś w innych przypadkach, np. selektywnym zwalczaniu chwastów, czy innych zabiegach precyzyjnych, na konkretną roślinę. Do tego celu potrzebny jest specjalny szybko działający rozpylacz, który nie wytwarza grubych kropel w chwili otwierania i zamykania oraz jest odporny na zanieczyszczenie cząstkami stałymi zawartymi w preparatach sporządzanych w formie zawiesiny, jakie często są stosowane w ochronie roślin, a w szczególności zaprawianiu nasion. Ze względu na to ostatnie wymaganie znane rozwiązania rozpylaczy ciśnieniowych stosowanych w technice motoryzacyjnej są tu nieprzydatne.In crop protection sprayers, mainly pressure sprayers and pressure sprayers with an auxiliary air stream of continuous action are used. Intermittent operation nozzles, such as those used in automotive technology in fuel injection systems of both SI and CI engines, are not used. On the other hand, sprayers with a non-return valve are used more and more often, preventing the spray liquid from flowing out of the sprayer (dripping) after pressure loss due to closing the flow of spraying liquid to the sprayer. In some known solutions, special sprayer valves are used for this purpose, which are operated pneumatically or electrically. Such a solution is presented, for example, in the US patent [US 7,066,402 B2]. However, they are not fast and precise enough to ensure precise dosing of the liquid exactly on the falling green potatoes. In precise protection of plants, and especially in devices for spraying (dressing with liquid mortar) of potatoes, during planting, there is a need to use intermittent, electronically controlled atomizers in such a way that the dose of the preparation hits a precisely defined point, i.e. in the case of dressing on a passing next to the atomizer, potato, and in other cases, e.g. selective weed control or other precision treatments, on a specific plant. For this purpose, a special fast-acting sprayer is needed, which does not produce coarse drops when opening and closing, and is resistant to contamination with solid particles contained in suspension preparations, which are often used in plant protection, and in particular in seed treatment. Due to the latter requirement, the known solutions for pressure atomizers used in automotive technology are not suitable for this.

Nadto znane rozwiązania zaworów sterujących przepływem płynów roboczych dotyczą głównie elektrozaworów stosowanych w przemysłowych urządzeniach pneumatycznych oraz w systemach zasilania silników. W tych urządzeniach precyzyjnie dopasowane elementy zaworów są zwykle zan urzone w medium przepływającym przez zawór, co w przypadku powietrza lub dobrze przefiltrowanego paliwa jest dopuszczalne, nie może jednak być to stosowane w przypadku zawiesin i cieczy działających korozyjnie gdyż powoduje to zablokowanie elementów ruchomych zaworu.Moreover, the known solutions of valves controlling the flow of working fluids mainly concern electrovalves used in industrial pneumatic devices and in engine power systems. In these devices, precisely matched valve elements are usually immersed in the medium flowing through the valve, which is acceptable in the case of air or well-filtered fuel, but it cannot be used in the case of corrosive slurries and liquids, because it causes blockage of the moving parts of the valve.

Podstawowym celem realizowanym przez wynalazek jest zapewnienie takiej konstrukcji, aby sterowanie wpływem cieczy roboczej, najczęściej fluidu, zawiesiny, zaprawy, z przymocowanego rozpylacza mogło być sterowane elektronicznie i nie wymagało stałego zasilania w energię elektryczną. Przy czym zawór mieszający posiada bardzo małą bezwładność, co pozwala na precyzyjne i stosunkowo szybkie sterowanie procesem opryskiwania (zaprawiania) spadającego sadzeniaka, nasiona bądź innego obiektu, wyłącznie w polu działania dyszy rozpylacza przymocowanej do rozpylacza. Cel zrealizowano poprzez konstrukcję elektronicznie sterowanego rozpylacz cieczy roboczej będącego jednocześnie zaworem odcinającym i oprawą dyszy rozpylacza. Zastosowanie w rozpylaczu ciągłego przepływu sprężonego powietrza przez dyszę rozpylacza, skraca nadto czas powstawania właściwego strumienia cieczy z rozpylacza w momencie otwarcia przepływu cieczy roboczej co przyczynia się do zmniejszenia bezwładności mieszalnika cieczy roboczej. Zastosowana w rozpylaczu cieczy roboczej membrana zabezpiecza trzpień oraz obudowę trzpienia przed dostępem agresywnego środka chemicznego bądź innego medium i przyczynia się do mniejszej awaryjności. Elektroniczne sterowanie natomiast pozwala na precyzyjne uruchamianie zaworu rozpylacza i dokładne dozowanie ilości zastosowanego środka chemicznego.The main object of the invention is to provide such a structure that controlling the influence of the working fluid, most often fluid, slurry, mortar, from the attached sprayer can be controlled electronically and does not require a constant supply of electricity. The mixing valve has a very low inertia, which allows for precise and relatively quick control of the spraying process (dressing) of a falling seed potato, seed or other object, only in the field of operation of the spray nozzle attached to the sprayer. The goal was achieved through the construction of an electronically controlled sprayer of the working liquid which is also a cut-off valve and a holder for the sprayer nozzle. The use of a continuous flow of compressed air through the nozzle of the sprayer in the sprayer also shortens the time of the formation of a proper stream of liquid from the sprayer at the moment of opening the flow of working liquid, which contributes to reducing the inertia of the sprayer mixer. The diaphragm used in the sprayer of the working liquid protects the stem and the stem housing against the access of an aggressive chemical agent or other medium and contributes to a lower failure rate. Electronic control, on the other hand, allows for precise actuation of the sprayer valve and precise dosing of the amount of the chemical agent used.

PL 224 859 B1PL 224 859 B1

Przedmiotem wynalazku jest elektronicznie sterowany ciśnieniowo - pneumatyczny rozpylacz cieczy w postaci roztworu lub zawiesiny zawierający komorę wstępną, komorę mieszania zakończoną dyszą oraz układ sterowania przepływem powietrza. Z komorą wstępną połączony jest system ciśnieniowego doprowadzenia powietrza. Do komory mieszania zakończonej dyszą rozpylacza podłączony jest system ciśnieniowego doprowadzenia cieczy roboczej. Układ sterowania przepływem powietrza między komorą wstępną i komorą mieszania stanowi sterowana elektronicznie za pomocą cewki elektromagnetycznej membrana umieszczona pomiędzy komorami. Korzystnym rozwiązaniem według wynalazku jest kiedy komorę mieszania stanowi wnętrze wkładki miksującej, do której króćcem doprowadzane jest sprężone powietrze. Wkładka miksująca umieszczona jest w korpusie rozpylacza, a korpus rozpylacza posiada uchwyt montażowy. Nadto wkładka miksująca z dyszą rozpylacza zam ocowana jest do korpusu rozpylacza za pomocą docisku dokręconego śrubami. Korzystnym rozwiązaniem według wynalazku jest również kiedy komora wstępna połączona jest z korpusem rozpylacza otworem dozującym korpusu rozpylacza. W tym wariancie nad otworem dozującym korpusu rozpyl acza umieszczona jest membrana. Membranę połączono z mocowaną w korpusie trzpienia za pomocą nakrętki cewką elektroenergetyczną. Wewnątrz cewki umieszczono trzpień i sprężynę napinającą. Do komory wstępnej króćcem doprowadzana jest ciecz robocza. Wyjątkowo korzystnym jest kiedy przestrzeń nad membraną połączona jest kanałem z króćcem zasilającym zawór w sprężone powietrze.The subject of the invention is an electronically controlled pressure-pneumatic liquid sprayer in the form of a solution or a suspension containing a pre-chamber, a mixing chamber ended with a nozzle and an air flow control system. A pressurized air supply system is connected to the pre-chamber. A pressure fluid supply system is connected to the mixing chamber ended with an atomizer nozzle. The air flow control system between the pre-chamber and the mixing chamber is a diaphragm, electronically controlled by means of an electromagnetic coil, placed between the chambers. An advantageous solution according to the invention is when the mixing chamber is the inside of a mixing insert, to which compressed air is supplied through the stub pipe. The mixing insert is placed in the atomizer body, and the atomizer body has a mounting bracket. Moreover, the mixing insert with the atomizer nozzle is attached to the atomizer body by means of a clamp tightened with screws. An advantageous solution according to the invention is also when the pre-chamber is connected to the atomizer body by a dosing opening of the atomizer body. In this variant, a diaphragm is arranged above the metering opening of the atomizer body. The diaphragm was connected to the electric coil mounted in the spindle body with a nut. Inside the coil there is a pin and a tension spring. The working liquid is supplied to the pre-chamber with a connector. It is extremely advantageous when the space above the diaphragm is connected by a channel with the connector supplying the valve with compressed air.

Istota działania rozpylacza wynika z zastosowania w nim zaworu membranowego odcinającego wypływ cieczy roboczej, którego membrana jest dociskana do otworu dozującego cieczy roboczej przez sprężynę. Membrana ta jest unoszona ciśnieniem cieczy roboczej w momencie otwierania zaworu wskutek wytworzenia przez elektromagnes siły przeciwstawnej do siły sprężyny zamykającej zawór, zaś strumień cieczy roboczej dozowany przez ten zawór jest dalej rozpylany i unoszony pomocniczym strumieniem powietrza dopływającego do komory mieszania, skąd wypływa przez jej otwór wylotowy do przestrzeni zewnętrznej. Celem zmniejszenia siły wymaganej do zamknięcia zaworu, na drugą stronę membrany, nie kontaktującą się z cieczą roboczą, jest doprowadzony gaz z króćca zasilającego zawór w sprężone powietrze. Ciśnienie tego gazu jest zasadniczo równe ciśnieniu cieczy roboczej. Aby zminimalizować czas trwania stanu przejściowego, strumień powietrza nie jest przerywany w trakcie wykonywania oprysku, a zamykany jedynie na czas zatrzymania zabiegu. Zapobiega to powstawaniu grubych kropel w chwili otwierania i zamykania zaworu. Główny element ruchomy zaworu, czyli kotwica elektromagnesu, powinna być możliwie lekka i charakteryzować się krótkim skokiem, aby zminimalizować siły bezwładności powodujące wydłużenie stanów przejściowych podczas zamykania i otwierania zaworu rozpylacza.The essence of the sprayer's operation results from the use of a diaphragm valve which cuts off the outflow of the working liquid, the diaphragm of which is pressed against the spraying liquid dosing opening by a spring. The diaphragm is lifted by the pressure of the working liquid when the valve is opened, due to the electromagnet creating a force opposing the force of the spring closing the valve, and the stream of working liquid dosed by this valve is further atomized and lifted by the auxiliary air stream flowing into the mixing chamber, from where it flows out through its outlet opening to the outside space. In order to reduce the force required to close the valve, compressed air is supplied to the other side of the diaphragm, not in contact with the working fluid, from the valve supply pipe. The pressure of this gas is substantially equal to the pressure of the working fluid. To minimize the duration of the transient, the airflow is not interrupted while spraying, but only closed when the treatment is stopped. This prevents the formation of thick droplets when the valve is opened and closed. The main moving element of the valve, i.e. the solenoid anchor, should be as light as possible and have a short stroke to minimize the inertia forces that extend the transients when closing and opening the sprayer valve.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunkach na których fig. 1, fig. 2 oraz fig. 3 przedstawiają w rzutach korpus elektronicznie sterowanego ciśnieniowo pneumatycznego rozpylacza cieczy wraz z uchwytem mocującym. Fig. 4 przedstawia natomiast przekrój elektronicznie sterowanego ciśnieniowo - pneumatycznego rozpylacza cieczy.The subject of the invention has been shown in the embodiment on the drawings in which Figs. 1, 2 and 3 show plan views of the body of an electronically pressure-controlled pneumatic liquid sprayer with a mounting holder. Fig. 4 instead shows a cross section of an electronically controlled pressure-pneumatic liquid atomizer.

Elektronicznie sterowany ciśnieniowo - pneumatyczny rozpylacz cieczy w postaci roztworu lub zawiesiny w przykładzie realizacji składa się z korpusu rozpylacza 1, który posiada uchwyt montażowy 15 oraz docisk 8 ustalający wkładkę miksującą 12 i dyszę rozpylacza 7. Docisk 8 połączony jest z korpusem rozpylacza 1 śrubami 11. Kolejnym elementem jest cewka elektromagnetyczna 3 wraz z trzpieniem 6 i sprężyna napinającą 4. Cewka zamontowana jest na korpusie trzpienia 13 za pomocą nakrętki 5. Na końcu trzpienia 6 zamontowana jest membrana 2, której zadaniem jest otwieranie i zamykanie przepływu cieczy roboczej, poprzez przesłonięcie otworu dozującego 16 w korpusie rozpylacza 1. W korzystnym przykładzie wykonania rozpylacza według wynalazku przez kanał 14 sprężone powietrze może dostawać się nad membranę 2 zaworu rozpylacza, co powoduje, że siła docisku membrany do otworu dozującego może być mała i niezależna od wahań ciśnienia w układzie zasilania rozpylacza. Do złącz elektrycznych 17 i 18 przez przekaźnik elektroniczny podłączone jest źródło prądu stałego potrzebnego do wzbudzenia cewki elektromagnetycznej 3. Do króćca 9 doprowadzone jest sprężone powietrze, zaś do króćca 10 ciecz robocza o żądanym ciśnieniu. Konstrukcja zaworu pozwala na ciągły wypływ powietrza poprzez wkładkę miksującą 12 i dyszę rozpylacza 7. Po załączeniu napięcia powstają siły elektromagnetyczne podnoszące trzpień 6 wraz z membraną 2 powodując odsłonięcie otworu w korpusie mieszalnika i tym samym przepływ cieczy roboczej do wkładki miksującej 12, gdzie ciecz robocza zostaje zmieszana z powietrzem i dalej wypływa przez dyszę rozpylacza 7. Po odłączeniu napięcia sprężyna 4 dociska trzpień 6 i membranę 2 do korpusu zaworu 1 odcinając dopływ cieczy roboczej.The electronically controlled pressure-pneumatic liquid sprayer in the form of a solution or suspension in the embodiment consists of a sprayer body 1, which has a mounting bracket 15 and a clamp 8 for holding the mixing insert 12 and the spray nozzle 7. The clamp 8 is connected to the sprayer body 1 by screws 11. The next element is the electromagnetic coil 3 with the spindle 6 and the tension spring 4. The coil is mounted on the spindle 13 body by means of a nut 5. At the end of the spindle 6 there is a diaphragm 2, whose task is to open and close the flow of working liquid by covering the dosing opening 16 in the atomizer body 1. In a preferred embodiment of the atomiser according to the invention, compressed air can pass through the duct 14 over the diaphragm 2 of the atomizer valve, which means that the force of pressing the diaphragm against the dispensing opening can be low and independent of pressure fluctuations in the atomizer supply system. A source of direct current is connected via an electronic relay to the electrical connectors 17 and 18, which is needed to excite the electromagnetic coil 3. Compressed air is supplied to the stub 9, and the working fluid at the required pressure is supplied to the stub. The design of the valve allows for a continuous flow of air through the mixing insert 12 and the nozzle of the sprayer 7. After switching on the voltage, electromagnetic forces arise lifting the spindle 6 together with the diaphragm 2, causing the opening in the mixer body to be exposed and thus the working liquid flowing into the mixing insert 12, where the working liquid remains mixed with air and then flows out through the nozzle of the sprayer 7. After disconnecting the tension, the spring 4 presses the spindle 6 and the diaphragm 2 against the valve body 1, cutting off the flow of working liquid.

PL 224 859 B1PL 224 859 B1

Głównym przeznaczeniem rozpylacza jest urządzenie do opryskiwania płynną zaprawą ziemniaków w trakcie sadzenia. Zastosowanie przerywanego wypływu cieczy roboczej w miejsce ciągłego pozwala na znaczne oszczędności preparatu chemicznego, który trafia jedynie na przelatujące sadzeniaki i nie jest niepotrzebnie tracony w czasie gdy w strefie roboczej rozpylacza nie ma obiektu opryskiwanego. Pozwala to na znaczne oszczędności środka chemicznego a tym samym zmniejszenie obciążenia środowiska naturalnego toksycznymi preparatami chemicznymi. Zaprawianie ziemniaków w trakcie sadzenia jest stosunkowo nową technika ochrony plantacji ziemniaka przed patogenami, a szczególnie szkodnikami działającymi w części podziemnej rośliny, której nie można chronić preparatami o działaniu powierzchniowym, nanoszonymi na powierzchnię rośliny w czasie jej wegetacji. Preparaty działające systemicznie, mogą zmieniać smak ziemniaków i podlegają długotrwałej karencji. Zabieg zaprawiania sadzeniaków daje wymierne efekty ekonomiczne i zdrowotne. W odróżnieniu od zaprawiania przed sadzeniem, zaprawianie sadzeniaków w trakcie sadzenia nie zwiększa pracochłonności uprawy ziemniaka i nie wymaga zakupu dodatkowych oddzielnych maszyn do jego zaprawiania.The main purpose of the sprayer is a device for spraying liquid potato dressing during planting. The use of an intermittent outflow of the working liquid instead of the continuous one allows for significant savings of the chemical preparation, which goes only to the passing seed potatoes and is not lost unnecessarily when there is no sprayed object in the sprayer's working zone. It allows for significant savings of the chemical agent and thus reducing the burden on the natural environment with toxic chemicals. Dressing potatoes during planting is a relatively new technique to protect potato plantations against pathogens, especially pests acting in the underground part of the plant, which cannot be protected with surface-active preparations applied to the surface of the plant during its vegetation. Systemically acting preparations can change the taste of potatoes and are subject to a long withdrawal period. The treatment of seed potatoes gives measurable economic and health effects. Contrary to pre-planting dressing, seed potato dressing during planting does not increase the labor-intensity of potato cultivation and does not require the purchase of additional separate machines for its dressing.

Claims

1. Electronically controlled pressure-pneumatic liquid sprayer in the form of a solution or a suspension containing a pre-chamber, a mixing chamber with a nozzle and an air flow control system, characterized in that the air flow control system between the pre-chamber (17) and the mixing chamber is a controlled electromagnetic coil ( 3) and a diaphragm (2) placed between the chambers, the preliminary chamber (17) having a pressure fluid supply system, and the mixing chamber to which it is connected to the spray nozzle has a pressurized air supply system.

2. The atomiser according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that the mixing chamber consists of the inside of a mixing insert (12) placed in the atomizer body (1) with a mounting holder (15), to which compressed air is supplied via a spigot (9), the mixing insert (12) and with the atomizer nozzle (7) is fixed to the atomizer body (1) by means of a clamp (8) tightened with screws (11).

3. The atomiser according to claim 1 1 or 2, characterized in that the pre-chamber (17) is connected to the atomizer body (1) by a metering opening of the atomizer body (16), over which a diaphragm (2) is placed, connected to the spindle (13) fixed in the body by means of a nut (5). ) with a power coil (3), inside which a pin (6) and a tension spring (4) are placed, while the working fluid is supplied to the pre-chamber (17) via a connector (10).

4. The atomiser according to claim 1 A gas inlet channel (14) connected to a compressed air supply to the valve (9) is arranged above the diaphragm (2).