Підвищення ефективності обприскування сільськогосподарських культур з використанням безпілотного агрегату

Abstract

У магістерській роботі розглянуто шляхи підвищення ефективності обприскування сільськогосподарських культур шляхом застосування безпілотного агрегату на електротязі, оснащеного інтелектуальною системою управління та пристроєм електрозарядки крапель вносимої рідини. Обґрунтовано доцільність використання такого технічного рішення з позицій зниження трудових витрат, підвищення продуктивності технологічного процесу, збільшення врожайності сільськогосподарських культур і покращення екологічних показників виконання хімічних обробок. У роботі розроблено програмно-апаратний комплекс і конструкцію безпілотного агрегату з пристроєм надання електричного заряду краплям робочої рідини, а також визначено та обґрунтовано основні технологічні параметри його роботи. Дослідний зразок безпілотного агрегату загальною масою 180 кг, оснащений акумуляторами ємністю 20 А∙год, забезпечує запас ходу до 45 км на одному заряді та продуктивність обробки до 1,53 га за годину. Пристрій електрозарядки крапель працює з напругою до 20 кВ при живленні від літій-іонних акумуляторів напругою 48 В і забезпечує заряд крапель вносимої рідини до 4,5 мкКл/мл. Експериментальні дослідження підтвердили працездатність і ефективність розробленого безпілотного агрегату. Встановлено, що відхилення від заданого курсу в режимі автоматичного управління в середньому становить 16,6 см при швидкості руху 5–12 км/год, що відповідає агротехнічним вимогам. Найвища ефективність обприскування досягається за напруги електрозарядки крапель 17 кВ та швидкості руху агрегату 7 км/год. Використання електрично заряджених крапель забезпечує підвищену рівномірність осадження робочої рідини на оброблюваній поверхні порівняно з традиційними способами обприскування, що сприяє зменшенню втрат препарату та підвищенню загальної ефективності технологічного процесу.

The master’s thesis examines ways to improve the efficiency of crop spraying through the use of an electrically powered unmanned unit equipped with an intelligent control system and a device for electrically charging the droplets of the applied liquid. The feasibility of implementing this technical solution is substantiated in terms of reducing labor costs, increasing the productivity of the technological process, enhancing crop yields, and improving the environmental performance of chemical treatment operations. The study presents the development of a hardware–software complex and the design of an unmanned unit with a device for imparting an electric charge to the droplets of the working fluid, as well as the determination and justification of its main technological operating parameters. An experimental prototype of the unmanned unit with a total mass of 180 kg, equipped with batteries with a capacity of 20 Ah, provides a range of up to 45 km on a single charge and a treatment capacity of up to 1.53 ha per hour. The droplet electric charging device operates at voltages of up to 20 kV, powered by 48 V lithium-ion batteries, and ensures droplet charging of the applied liquid up to 4.5 μC/mL. Experimental studies confirmed the operability and efficiency of the developed unmanned unit. It was established that the average deviation from the заданий course in automatic control mode is 16.6 cm at a travel speed of 5–12 km/h, which meets agrotechnical requirements. The highest spraying efficiency is achieved at a droplet charging voltage of 17 kV and a unit speed of 7 km/h. The use of electrically charged droplets provides higher uniformity of working fluid deposition over the entire treated surface compared to traditional spraying methods, thereby reducing chemical losses and increasing the overall efficiency of the technological process.