Development and evaluation of a wheel-powered sprayer machine for marginal farmers

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Knapsack-type lever-arm sprayers are manually operated by farmers to apply chemicals in the field, which is time-consuming, labor-intensive, and costly. Prolonged use can cause discomfort in the hands, shoulders, and waist of operators, leading to fatigue. This problem can be affordably overcome by some mechanical maneuvers.

AIM: This research aims to develop and evaluate a wheel-operated, knapsack-type sprayer machine suitable for row crops.

METHODS: The machine integrates a lever-operated sprayer with a wheel-driven mechanism, transferring power via a chain and sprocket system. The sprayer’s performance was evaluated in both workshop and field conditions, considering factors such as nozzle discharge, spray angle, coverage area, swath width, and efficiency.

RESULTS: The machine was made to serve at variable heights of crops, and its field efficiency was measured at 88.46%. A break-even analysis indicated 34.13 ha as the minimum acreage that must be sprayed for the sprayer to be profitable. The cost of fabrication (USD 105.93) was found to be affordable by marginal farmers of low- to middle-income countries.

CONCLUSION: The developed wheel-operated sprayer is effective in field conditions, offering improved ease of use and reduced drudgery in pesticide application.

About the authors

Mostafizar Md. Rahman

Bangabandhu Sheikh Mujibur Rahman Agricultural University

Author for correspondence.
Email: mostafizar-age@bsmrau.edu.bd
ORCID iD: 0000-0003-4378-2412

PhD (Environmental Resources), Professor of the Agricultural Engineering Department

Bangladesh, Salna, Gazipur, 1706

Khokon Mohanta

Bangabandhu Sheikh Mujibur Rahman Agricultural University

Email: khokonmohanto@gmail.com
ORCID iD: 0009-0009-3501-2101

MS (Irrigation and Water Management), Research Associate of the Agricultural Engineering Department

Bangladesh, Salna, Gazipur, 1706

Uddin Md. Zamil

Bangabandhu Sheikh Mujibur Rahman Agricultural University

Email: zamil@bsmrau.edu.bd
ORCID iD: 0000-0002-5773-3534

MS (Irrigation and Water Management), Assistant Professor of the Agricultural Engineering Department

Bangladesh, Salna, Gazipur, 1706

Moinul Hosain Md. Oliver

Bangabandhu Sheikh Mujibur Rahman Agricultural University

Email: oliver@bsmrau.edu.bd
ORCID iD: 0000-0001-6395-7684

PhD (Environmental Science), Professor of the Agricultural Engineering Department

Bangladesh, Salna, Gazipur, 1706

References

  1. Matthews G, Bateman R, Miller P. Pesticide application methods. John Wiley & Sons; 2014.
  2. Parnell JR. Agricultural Sprayers Handbook. Agriworld Publishing; 2004.
  3. Angadi R, Rohit lG, Changond S, et al. Cam operated agrochemical pesticide sprayer. International journal of engineering research & technology. 2017;6(1):233–236.
  4. Devi KG, SenthilKumar C, Kishore B, et al. Design of Cost Effective Automated and Semi Automated Pesticide Spraying Robot. Design Engineering. 2021;9:1723–1737.
  5. Kshirsagar S, Dadmal V, Umak P, et al. Design and Development of agriculture sprayer vehicle. International Journal of Current Engineering and Technology. 2016;4:405–408.
  6. Rahman MM, Ali MR, Oliver MMH, et al. Farm mechanization in Bangladesh: A review of the status, roles, policy, and potentials. Journal of Agriculture and Food Research. 2021;6:100225. doi: 10.1016/j.jafr.2021.100225
  7. Panchal RN, Deshmukh N, Shahapure P, et al. Single wheel Operated Pesticide Spraying Machine. International Engineering Research Journal. 2016;2(3):889–892.
  8. Mulatu Y. Fabrication and performance evaluation of ground wheel operated boom sprayer. International Journal of Engineering Science. 2018;6:16–23.
  9. Singh S, Padhee D, Sonwani S, et al. Design, Fabrication and Evaluation of Wheel Operated Sprayer. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. 2020;9(1):1649–1659. doi: /10.20546/ijcmas.2020.901.182
  10. Gomez KA, Gomez AA. Statistical procedure for agricultural research. 2nd Ed., John Wiley and Sons, Inc., New York; 1984.
  11. Višacki VV, Sedlar AD, Gil E, et al. Effects of sprayer boom height and operating pressure on the spray uniformity and distribution model development. Applied Engineering in Agriculture. 2016;32(3):341–346. doi: 10.13031/aea.32.11376
  12. Zhu H, Dorner JW, Rowland DL, et al. Spray penetration into peanut canopies with hydraulic nozzle tips. Biosystems Engineering. 2004;87(3):275–283. doi: 10.1016/j.biosystemseng.2003.11.012
  13. Nuyttens D, Baetens K, De Schampheleire M, et al. Effect of nozzle type, size and pressure on spray droplet characteristics. Biosystems engineering. 2007;97(3):333–345. doi: 10.1016/j.biosystemseng.2007.03.001
  14. Al Heidary M, Douzals JP, Sinfort C, et al. Influence of spray characteristics on potential spray drift of field crop sprayers: A literature review. Crop protection. 2014;63:120–130. doi: 10.1016/j.cropro.2014.05.006
  15. Samuel A, Mingxiong O, Weidong J, et al. Assessing Nozzle Geometry, Spacing and Height Effect on Pesticide Spray Characteristics and Swath from Ground and Aerial Sprayers. European Scientific Journal. 2020;16(30):103–120. doi: 10.19044/esj.2020.v16n30p103
  16. Elwakeel AE, Ahmed SF, Zein Eldin AM, et al. Effect of spraying height, pressure, and nozzle type on flow characteristics of a field sprayer. Al-Azhar Journal of Agricultural Engineering. 2021;1(1):29–38. doi: 10.21608/azeng.2021.209946
  17. Hewitt AJ. Spray drift: impact of requirements to protect the environment. Crop Protection. 2008;19(8–10):623–627. doi: 10.1016/S0261-2194(00)00082-X

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Spray nozzle and its dimensions.

Download (120KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Isometric view of the wheel-powered sprayer machine.

Download (298KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Development of the wheel-powered sprayer machine.

Download (167KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Performance evaluation of the wheel-powered sprayer machine in the workshop and research field.

Download (546KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Measurement of the spraying angle.

Download (27KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Spray overlapping.

Download (95KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Discharge variation with varying boom heights.

Download (71KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Spraying angle variation at different boom heights.

Download (83KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Spraying variation with different boom heights.

Download (74KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Variation of the swath width with different boom heights.

Download (57KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Percentage of missing and overlap areas at different boom heights.

Download (64KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. Break-even analysis of the sprayer machine.

Download (83KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».