[0001]

Technical Field

[0002] Изобретение относится к техническим устройствам, предназначенным для орошения жидкостями и реагентами объектов большой площади и протяженности.

Background Art

[0003] В настоящей заявке техническое решение изобретения далее описывается в применении для химобработки сельхозугодий, но подобная схема может использоваться и в других, в том числе, описанных далее областях применения.

[0004] Предлагаемым техническим решением с высоким уровнем автоматизации обеспечивается: увеличение ширины охвата обрабатываемой площади посевов, чем имеют традиционные системы химобработки и орошения; существенное увеличение производительности на единицу техники; работа на почвах с низкой несущей способностью без повреждения всходов растущих культур и нарушения плодородного слоя; работа на сложном рельефе местности, где растущие культуры расположены на наклонной или непрямолинейной поверхности (в том числе, горы, холмы, чеки, насыпи и т.п.); адресно точные (по необходимости и достаточности) объемы внесения рабочих жидкостей.

Summary of Invention

[0005] Техническое решение комплекса с Подключаемым к наземной технике автоматически летающим опрыскивателем (сокр. - «ЛетО») для химобработки агрокультур состоит из следующих компонентов:

[0006] трубопровода опрыскивателя (5) из гибких шлангов, соединенных между собой и содержащих, помимо труб, также и расположенные на определенном расстоянии друг от друга распылители (6), имеющие электрическое управление распылом жидкостей и его отсечением; [0007] параллельно трубопроводу (5) размещен кабель (8) электропитания (от бортовой сети транспортной платформы) и управления (от системы управления комплексом);

[0008] трубопровод (5) с кабелем (8) и распылителями (6) прикреплен к беспилотным летательным аппаратам (БЛА) вертикального взлета и посадки (4) через периодические расстояния, обеспечиваемые грузоподъемностью применяемых БЛА;

[0009] системы автоматического управления распылением и полетом БЛА с планированием и отслеживанием траектории движения комплекса с пультом управления.

[0010] ЛетО подключается к транспортной платформе (1 ) (управляемой водителем, дистанционно управляемой или беспилотной), по конструкции своего шасси оказывающей минимальное механическое воздействие на подстилающую поверхность и растительность обрабатываемого поля (без нарушения плодородного слоя). В качестве платформы могут применяться, например, пневмоходы различных марок или прицепы к ним, в том числе, уже имеющиеся в агрохозяйстве.

[0011] На такой платформе или на прицепе к ней устанавливаются:

[0012] (2) - расходный бак (или система из нескольких баков) для воды или жидких удобрений (далее - «жидкости», «рабочие жидкости»), насосный агрегат (3) для их нагнетания в трубопровод системы опрыскивания (5);

[0013] для компактной перевозки и перемещения между угодьями для обработки трубопровод укладывается или сматывается на транспортировочные барабаны (7) транспортной платформы, где также для всех БЛА предусмотрены площадки их базирования.

Technical Problem

[0014] Интенсивность землепользования и увеличение роли агропродукции в ВВП развивающихся стран в настоящее время приводит к усилению роли химобработки посевов в повышении их урожайности. Так, в затратах на одну тонну сельскохозяйственной продукции средства защиты растений могут занимать 20-30%, а если год неблагоприятный, то и все 50% затрат на производство урожая культур.

[0015] Глобальное потепление развивается с рекордной скоростью. Все более жаркое лето в разных областях планеты приводит к засухе, которая может продолжаться несколько лет подряд, например, в Калифорнии (США), рекордная за последние 1200 лет сушь длилась с 2011 по 2017 год. Сильная засуха, помимо вреда для агросектора, создает благоприятные условия для распространения огня, что приводит к катастрофическим пожарам в разных частях планеты: в Австралии, США, России и других странах.

[0016] Виду низкой производительности наземных сельскохозяйственных опрыскивателей, в случае необходимости оперативного проведения химобработки большой площади угодий, агропроизводители вынуждены единовременно применять несколько единиц техники с опрыскивателями и прибегать к дорогостоящим услугам сельхозавиации.

Solution to Problem

[0017] Проблема ограничений производительности известного наземного опрыскивателя и ограничений одиночных беспилотных летательных аппаратов, применяющихся для опрыскивания, решается предлагаемым изобретением. Компонентный состав технического решения описан выше.

[0018] Для обеспечения большего эффекта и максимальной производительности комплекса, помимо одного прицепа (9) или одной транспортной платформы с баком жидкостей, к комплексу могут быть пристыкованы автопоездом дополнительные прицепы с баками (10), соединенные трубопроводами с кабелями питания и управления (11 ) между собой в единую систему. Количество прицепов ограничивается условием обеспечения движения автопоезда с необходимой для режима обработки скоростью, маневренностью и безопасностью. Перекачка жидкости между несколькими прицепами с соединенными баками и расходным баком может осуществляться дополнительными насосами, устанавливаемыми как на транспортной платформе, так и на прицепах (12), и управляемыми автоматически, по мере опорожнения расходного бака на платформе. [0019] Количество БЛА с составе комплекса ограничивается возможностями энергосистемы транспортной платформы и возможностями напорного насоса для обеспечения рабочего режима распыления жидкостей через форсунки опрыскивателя вдоль всего трубопровода. При этом для увеличения напора и компенсации потерь давления в длинном трубопроводе, на его концевых участках могут устанавливаться небольшие электронасосы подпора.

[0020] Отличительной особенностью используемых в комплексе баков для рабочей жидкости является их оснащение датчиками уровня находящейся в них жидкости, информация с датчиков передается в систему управления комплексом.

[0021] Эти прицепы могут заменяться по мере опустошения баков на аналогичные, заполненные рабочими жидкостями, путем подвоза их машиной снабжения, без ухода комплекса с ЛетО с рабочей траектории движения, уменьшая количество промежуточных остановок и возвращений на базу для заправки.

[0022] Пульт системы управления комплексом может быть размещен как на борту транспортной платформы, так и удаленно, в пункте размещения оператора комплекса, с учетом обеспечения беспроводной связи между ними.

[0023] Система управления комплексом обладает следующими функциональными возможностями:

[0024] - планирование траектории движения комплекса по полю (параллельными колеями, расстояние между которыми определяется длиной трубопровода опрыскивателя с БЛА), с расчетом применяемых для обработки жидкостей в необходимом режиме обработки угодий, при этом на информационной панели (дисплее) эта траектория демонстрируется с отметками остановок комплекса по окончании жидкости в расходных баках, когда комплекс будет останавливаться для заправки новым объемом жидкости, или когда прицепы с баками в автопоезде будут меняться. Информация о скором окончании рабочей жидкости передается на базу размещения транспортной машины, для ее опережающей готовности к транспортировке и замене прицепов с опорожнившимися баками, исключая простои комплекса в ожидании их подвоза.

[0025] - иметь возможность автоматического задания режимов работы каждого опрыскивателя в системе по загруженной в систему карте вегетационных индексов растительности обрабатываемого поля или карте состояния почв, полученной ранее от аэро- или космической фотосъемки;

[0026] - индикацию на информационной панели (дисплее) водителю (или оператору) комплекса, какая площадь обработки была произведена и какая еще предстоит с указанным текущим расходом применяемой жидкости, сколько времени и какое расстояние по траектории движения осталось проехать до следующей остановки для заполнения расходных баков;

[0027] - заведение оператором при заправке бака и индикацию в процессе работы типа применяемых для обработки жидкостей, их объем на борту комплекса на момент заправки и их текущий объем во время работы;

[0028] - дистанционную связь между транспортной платформой и пунктом размещения удаленного оператора комплекса.

[0029] Конструкция беспилотных летательных аппаратов обладает следующими отличительными признаками:

[0030] - антикоррозионная защита всех элементов БЛА от применяемых в процессе работы жидкостей;

[0031 ] - наличие на борту каждого БЛА системы управления, позволяющей обеспечивать пилотирование и управление аппаратом в автономном режиме в пределах заданных нагрузок и ограничений; при этом, координирование своего положения относительно конструкции опрыскивателя и транспортировочных площадок на барабане система управления БЛА может обеспечивать автономно и без географической привязки к местности (по загруженной в систему геометрии трубопровода и отслеживаемому положению БЛА в процессе работы);

[0032] - система управления БЛА обеспечивает поддержание постоянства заданных высоты, направления и скорости полета, в зависимости от загруженного в систему рельефа местности и программы их полета по траектории движения комплекса;

[0033] - наличие связи бортовых систем управления БЛА с единой системой управления комплексом, в том числе, в целях развертывания системы в рабочий режим и свертывания ее в транспортировочный режим, а также контроля местоположения БЛА относительно транспортной платформы и транспортировочных барабанов.

[0034] Помимо указанной выше комплектации возможна совместная работа ЛетО со штанговым опрыскивателем, размещенным на той же транспортной платформе. В этом случае ЛетО присоединяется к оконечному участку трубопровода штангового опрыскивателя и становится его расширителем охвата, работа при этом осуществляется обеими системами опрыскивания.

Advantageous Effects of Invention

[0035] Настоящее изобретение близко по технической сущности широко распространенной наземной сельскохозяйственной технике со штанговым опрыскивателем, перемещаемом на самой машине или на ее прицепе, где помимо опрыскивателя имеются расходные баки, насосный агрегат и вся необходимая обвязка для работы, но лишено ее недостатков, а именно:

[0036] - ширина охвата ЛетО и скорость перемещения, а значит, производительность - значительно больше, чем у широко применяемой наземной техники (показатель зависит от длины трубопровода ЛетО)

[0037] - ЛетО автоматически следует сложному рельефу и облетает препятствия;

[0038] - ЛетО не оказывает нагрузки на почву - транспортная платформа может буксировать прицепы с дополнительными емкостями с рабочими жидкостями, что может сократить количество остановок на заправку рабочими жидкостями.

[0039] В отличие от летающих опрыскивателей на базе одиночных БЛА, ЛетО имеет следующие преимущества:

[0040] - длительность рабочего хода комплекса с летающим опрыскивателем ЛетО ограничена гораздо большим объемом рабочих жидкостей, находящимся на наземной транспортной платформе, чем имеется на борту одиночного БЛА;

[0041 ] - длительность рабочего хода зависит только от наличия топлива на борту транспортной платформы, с которой ЛетО получает электропитание и не ограничена емкостью электрических аккумуляторных батарей на борту одиночного БЛА;

[0042] - ЛетО обладает широким спектром реализуемых расходов рабочих жидкостей, что обеспечивается многофорсуночной головкой используемых распылителей и производительностью насоса на борту транспортной платформы, в отличие от установленных форсунок одного типа и маломощного насоса на одиночных БЛА;

[0043] - для ЛетО не требуется регистрация и сертификация летной годности, которая необходима для БЛА (с MTOW более 30 кг) или сельхозавиации, не требуется разрешение на использование воздушного пространства, т.к. ЛетО - это интегрированный элемент конструкции наземной техники с непрерывным электропитанием, а не летательный аппарат.

[0044] В отличие от сельхозавиации ЛетО имеет следующие преимущества:

[0045] - не является транспортным средством высокого риска для жизни людей (пилотов);

[0046] - может работать ночью;

[0047] - ввиду режима своей работы на высоте 0,5 м над поверхностью земли или посевов - имеет наименьший дрифт и потери реагентов;

[0048] - комплекс несет больший объем рабочих жидкостей, чем авиация, что обеспечивает большую непрерывность производительной работы.

Brief Description of Drawings

[0049] Сущность изобретения изображена на рис. 1 , где на видах спереди и сбоку схематично показан комплекс с опрыскивателем ЛетО; вид в частично развернутом положении (одна ветка); также показан БЛА в рабочем положении в полете, вид спереди, с участком трубопровода и работающими распылителями. [0050] На рис.1 для большей ясности обобщенно представлены только те элементы, которые необходимы для понимания сущности технического решения, а известные специалистам в данной области вспомогательные детали - не показаны.

[0051] Приведенная схема является только одним из возможных вариантов реализации (осуществления) настоящего изобретения, и объем защиты настоящего изобретения не ограничивается указанным вариантом.

Fig.1

[0052] [Fig.1] Рис.1. Схема изобретения.

[0053] На схеме показаны: Вид спереди и сбоку в транспортировочном положении; Вид в частично развернутом положении (одна ветка); Вид БЛА, несущего участок трубопровода с распылителями и кабелем питания и управления.

[0054] Обозначения на схеме: 1 - транспортная платформа, 2 - расходный бак, 3 - насосный агрегат, 4 - БЛА, 5 - трубопровод системы опрыскивания, 6 - распылители, 7 - транспортировочные барабаны, 8 - кабель электропитания и управления, 9 - прицепы, 10 - дополнительные баки, 11 - соединительные трубопроводы с кабелем питания и управления, 12 - дополнительные насосы.

Description of Embodiments

[0055] Технический результат от внедрения изобретения формируется из нескольких факторов:

[0056] - обеспечение максимальной ширины охвата и площади единовременной обработки угодий, сравнимой со стационарными оросительными системами,

[0057] - снижение непроизводительных затрат времени на обслуживание комплекса с опрыскивателем,

[0058] - снижение площади механического воздействия на всходы от колес тяжелой сельскохозяйственной техники,

[0059] - экономия рабочих жидкостей, ввиду точно регулируемого объема внесения удобрений на обрабатываемой площади, [0060] - получение возможности обработки угодий со сложным рельефом местности, где растущие культуры расположены на наклонной или непрямолинейной поверхности (в том числе, горы, холмы, чеки и т.п.).

[0061] Технический результат достигается тем, что расширение охвата площади и скорости опрыскивания и орошения угодий, а также работа со сложным рельефом местности, осуществляется при помощи автоматически летающих БЛА (сети из нескольких БЛА), несущих гибкий трубопровод системы опрыскивания, подключенный к транспортной платформе; снижение времени на обслуживание достигается применением автопоезда с подвозом рабочих жидкостей машиной снабжения, а экономия от точности внесения рабочих жидкостей - применением развитой системы управления комплексом, работающей с картами вегетационных индексов, которая управляет режимами работы распылителей, формирующих адресно точные (по необходимости и достаточности) объемы внесения рабочих жидкостей.

Examples

[0062]

Industrial Applicability

[0063] Изобретение применимо в сельском хозяйстве, в частности, как техническое устройство, предназначенное для орошения и химической обработки (в т.ч. прополки, внесения минеральных удобрений и средств защиты посевов от вредителей) полевых культур и культур, выращиваемых на чеках, плодовых, кустарников, деревьев и др.

[0064] Изобретение также применимо для орошения химическими реагентами в целях ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов.

[0065] Изобретение также может быть использовано для тушения площадных или локальных пожаров, а также мытья окон в высотных зданиях (при этом, устройство может быть смонтировано как стационарная инженерная система здания).

Reference Signs List

[0066]

Reference to Deposited Biological Material [0067]

Sequence Listing Free Text

[0068]

Citation List

[0069]

Patent Literature

[0070] PTL1 : Транспортное средство с опрыскивателем, содержащее; раму с двигателем, трансмиссией, подвеской колес с шинами сверхнизкого давления, кузов и штанговый опрыскиватель, кузов оснащен отсеком, в котором размещены бак опрыскивателя на подрамнике и насос (Патент на полезную модель RU №138934 МПК В60Р 3/00; A01 G 25/09,2014).

[0071] PTL2: Известен летающий опрыскиватель в виде беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки, несущего полезную нагрузку в виде резервуара для жидкости и насадку для распыления жидкости из резервуара (Международная заявка № PCT / CN 2015 / 080528, 01 . 06. 2015 г., патент на изобретение US 2017043870 А1 , 16. 02. 2017);

[0072] PTL3: Известен похожий патент, описывающий транспортное средство с летающими опрыскивателями, содержащее: транспортное средство (трактор с прицепом с большим расходным баком), имеющее переднюю платформу с фронтальным баком, на которой размещаются беспилотные летательные аппараты вертикального взлета и посадки, являющиеся мобильными опрыскивателями, заправка внутренних баков которых происходит периодически при их возврате на платформу, и соединении с размещенным на передней платформе фронтальным баком (Патент на изобретение RU №2712710 МПК А01 М 7/00, B64D 1/18);

[0073] PTL4: Известен также патент, описывающий «Робототехнический комплекс для автоматизированной авиационной химической обработки растений и способ его применения» (Патент на изобретение RU № 2586142 МПК А01 М 7/00).

Non Patent Literature

[0074] NPL1 : io