Analysis and classification of cleaning systems for visual sensors in agricultural machinery

Abstract

This study aimed to examine and categorise several different cleaning system options for sensor units on agricultural machinery in order to determine how their performance impacts the potential for application in field operations. The research considers the degree of impact of different types of impurities on the efficiency of cleaning system operation (dust, dirt, crop residues and others, associated with the use of machines and equipment). The authors used monographic and abstract logical research methods to consolidate information on scientific publications about the technical solutions that had already been tried out in experimental setups and practice. The classification includes 4 types of the air pattern and has determined the main characteristics of cleaning systems in this mode. Two design configurations were considered in the description of structural implementation: integrated and external systems. The review results demonstrated the advantages of the integrated configuration due to its protection from external influences and maximum compactness. The operation of cleaning systems was divided into modes with constant and variable pulse duration. The efficiency analysis has shown that all types of modes have different performance depending on the type of pollution. In general, pulsed cleaning modes show better results for dry contamination, and cleaning modes with continuous water supply show higher efficiency in the case of wet contamination. The article also considers combined air-liquid cleaning systems, describes their design and the principle of operation. The study showed that air-based cleaning systems are integrated into machinery more effectively and can utilise existing components already incorporated by engineers for other functions, thereby making such solutions more economically efficient. Depending on the type of contamination, the air-blowing system can readily adjust the operating mode of the airflow to ensure maximum cleaning efficiency. The obtained results may be applied in the development and modernisation of sensor cleaning systems for modern agricultural machinery equipped with automatic and autonomous control elements. Based on scientific findings and independent experimental observations, the study examined which types of cleaning systems may be relevant during the operation of radar sensors in the field and determined the influence of contamination on guidance quality and the overall stability of system performance.

Метою дослідження було проаналізувати та класифікувати варіанти систем очистки датчиків, які встановлюються на сільськогосподарських машинах, якість роботи яких напряму впливає на можливість використання техніки в польових роботах. Проаналізовано вплив різних типів забруднень на ефективність систем очищення датчиків пилом, брудом, пожнивними рештками та іншими матеріалами, які супроводжуються експлуатацією машин та обладнання. Під час дослідження застосовувалися монографічний та абстрактно-логічний методи, що дозволили скомпонувати наукові джерела, в яких описувалися технічні рішення, випробувані в лабораторних та практичних середовищах. Проведено класифікацію систем очищення за формою факела, де описано 4 типів з основними характеристиками. В описі конструктивного виконання було розглянуто два варіанти – інтегрований та зовнішній. Результати огляду показали перевагу інтегрованої конструкції через свою захищеність від зовнішніх впливів та максимальну компактність. Роботу систем очистки було поділено на режими з постійним та змінним часом пульсації. Кожен з режимів має свою ефективність в залежності від типу забруднення. Встановлено, що з сухим забрудненням ефективніше працювати пульсуючим режимом, тоді як з вологим забрудненням – режимом постійної роботи. Також розглядалися комбіновані повітряно-рідинні системи, їх конструктивні особливості з описом принципів роботи. Дослідження показало, що повітряні системи очищення найкраще інтегруються на техніку та можуть використовувати наявні компоненти, які передбачені інженерами для виконання інших задач, що, в свою чергу, робить таке рішення економічно ефективнішим. В залежності від типів забруднень, система обдуву може легко змінювати режим роботи повітряного обдуву та забезпечити максимальну ефективність очистки. Отримані результати можуть бути використані при розробці та модернізації систем очищення датчиків у сучасній сільськогосподарській техніці з елементами автоматичного та автономного керування. Базуючись на наукових та власних дослідах, вивчити які типи систем очистки можуть бути актуальними під час роботи радарних датчиків на полі та визначити вплив забруднень на якість ведення та стабільність роботи системи в цілому.