王正龍，張　云，梁家明，盧超然

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,呼和浩特　010018)

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毒餌噴撒機(jī)的改進(jìn)設(shè)計與試驗研究

王正龍，張云，梁家明，盧超然

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,呼和浩特010018)

摘要：草原毒餌噴撒機(jī)在滅鼠作業(yè)中，經(jīng)常會出現(xiàn)排毒餌器堵塞及毒餌噴撒分布不均勻的現(xiàn)象。如果此問題不能及時解決，就會嚴(yán)重影響毒餌噴撒機(jī)滅鼠的效果和效率。為了提高毒餌噴撒機(jī)的滅鼠性能，在原毒餌噴撒機(jī)相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種排毒餌器排毒餌的自動控制系統(tǒng)和擺動機(jī)構(gòu)擺動頻率調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制排毒餌器是否排毒餌，根據(jù)毒餌噴撒機(jī)前進(jìn)速度調(diào)節(jié)噴筒擺動的頻率。同時，通過試驗得到一組最佳的毒餌噴撒機(jī)作業(yè)性能參數(shù)，使毒餌噴撒機(jī)在草原滅鼠作業(yè)過程中不出現(xiàn)排毒餌器堵塞且使噴撒毒餌均勻,達(dá)到最佳的使用效果。

關(guān)鍵詞：毒餌噴撒機(jī)；自動控制；均勻性

0引言

近年來，老鼠種群密度極度擴(kuò)張，逐漸演化為鼠害,草原鼠害面積呈現(xiàn)一種加重趨勢。這不僅導(dǎo)致草原畜牧業(yè)生產(chǎn)損失嚴(yán)重，而且還影響草原生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，因此草原地面施藥機(jī)械需求也不斷提高。9DSX-35型毒餌噴撒機(jī)就是在這種需求下生產(chǎn)出來的一款結(jié)構(gòu)性能良好、能夠均勻定量的噴撒顆粒毒餌，可進(jìn)行大面積草原鼠害防治的草原滅鼠機(jī)械。該機(jī)機(jī)動性強(qiáng)，作業(yè)速度快，效率高。

排毒餌器和噴筒擺動機(jī)構(gòu)是毒餌噴撒機(jī)的重要組成部分，其風(fēng)機(jī)傳動系統(tǒng)、排毒餌器的排毒餌傳動系統(tǒng)和噴筒擺動機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)的動力由拖拉機(jī)的動力輸出軸提供。機(jī)組作業(yè)時，由于拖拉機(jī)的作業(yè)速度受地形的影響，人為地調(diào)節(jié)油門的大小，動力輸出軸的轉(zhuǎn)速不均，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著變化，噴筒擺動頻率也在變化。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于2 200r/min時，該機(jī)的風(fēng)送系統(tǒng)不能把毒餌從噴筒噴出，但此時排毒餌器還在排毒餌，造成排毒餌器堵塞；噴筒擺動頻率變化影響毒餌噴撒的均勻性。為此，設(shè)計了排毒餌器的排毒餌自動控制系統(tǒng)和擺動機(jī)構(gòu)擺動頻率的調(diào)節(jié)裝置，較好地解決了毒餌堵塞和毒餌噴撒不均的問題。

1毒餌噴撒機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

改進(jìn)的毒餌噴撒機(jī)主要由機(jī)架、控制系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、擺動機(jī)構(gòu)、噴筒、排毒餌器和蝸輪蝸桿減速器等組成，如圖1所示。拖拉機(jī)的輸出軸通過傳動機(jī)構(gòu)帶動風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動；用直流電機(jī)控制擺動機(jī)構(gòu)的擺動頻率；通過電磁離合器的吸合、分離實現(xiàn)排毒餌器是否排毒餌的功能。

1.主機(jī)架　2.增速器　3.懸掛架　4.排毒餌器　5.藥箱

2控制系統(tǒng)的設(shè)計

整個毒餌噴撒機(jī)的各個模塊由拖拉機(jī)提供動力和電源，如圖2所示。

圖2　毒餌噴撒機(jī)原理圖

2.1　排毒餌器自動控制系統(tǒng)設(shè)計

原毒餌噴撒機(jī)在作業(yè)過程中，拖拉機(jī)的輸出動力是所有動力的來源，動力通過萬向傳動軸傳到增速器，后分兩路確保毒餌噴撒機(jī)正常工作：一路是通過大帶輪傳動進(jìn)行增速，產(chǎn)生較高的轉(zhuǎn)速經(jīng)聯(lián)軸器傳遞給高壓離心風(fēng)機(jī)；另一路是經(jīng)小帶輪傳動到蝸輪蝸桿減速器進(jìn)行降速再經(jīng)過鏈傳動來帶動排毒餌器的主軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)排毒餌的功能。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)不到2 200r/min時，排毒餌器的出料口出現(xiàn)毒餌堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致毒餌無法正常的噴撒。針對以上問題，在風(fēng)機(jī)的傳動軸旁安裝一個電磁轉(zhuǎn)速傳感器，將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過ZN48型智能雙數(shù)顯計測儀顯示和控制，輸入電壓24V，3、4、5端口接傳感器，輸入風(fēng)機(jī)傳動軸轉(zhuǎn)速信號，7端口接繼電器，輸出PLC控制信號，接線方式如圖3所示；當(dāng)速度傳感器測得風(fēng)機(jī)傳動軸的轉(zhuǎn)速n≥2 200r/min時，排毒餌器的電磁離合器通電吸合，此時排毒餌器排毒餌；風(fēng)機(jī)傳動軸的轉(zhuǎn)速n<2 200r/min時，排毒餌器的電磁離合器斷電分離，此時排毒餌器不排毒餌。

圖3　ZN48方端子接線圖

2.2　噴筒擺動頻率的調(diào)節(jié)控制裝置

擺動機(jī)構(gòu)是毒餌噴撒機(jī)的重要組成部分之一，原毒餌噴撒機(jī)噴筒擺動的動力由拖拉機(jī)的輸出軸經(jīng)過萬向傳動軸、增速器、蝸輪蝸桿減速器、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，在擺動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動下帶動噴筒在水平面內(nèi)做0°~180°擺動，擺角可通過調(diào)節(jié)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄半徑的大小來調(diào)節(jié)。但是，受地形變化的影響，在作業(yè)過程中，拖拉機(jī)動力輸出軸的轉(zhuǎn)速在變化，噴筒擺動的頻率是相當(dāng)不穩(wěn)定的，最終影響毒餌噴撒的均勻性。設(shè)計的擺動頻率調(diào)節(jié)控制裝置徹底使擺動機(jī)構(gòu)脫離拖拉機(jī)的輸出動力，直接由直流電機(jī)帶動噴筒的擺動。其用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制噴筒能在0°~180°之間擺動，噴筒擺動的頻率用調(diào)節(jié)直流電機(jī)電壓的方法來控制，電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)需要用可編程控制器(PLC)來嚴(yán)格控制，控制程序如圖4所示。此設(shè)計能有效地解決噴筒擺動頻率不穩(wěn)定的問題，更能提高毒餌噴撒的均勻性。

(a) 自動啟動模式程序

(b) 正轉(zhuǎn)和停車程序

(c)反轉(zhuǎn)和停止程序

(d) 外部輸出程序

3控制系統(tǒng)工作性能試驗

試驗裝置：高速離心風(fēng)機(jī)傳動系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動，將電機(jī)接到變頻柜上，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而能穩(wěn)定控制高速離心風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。排毒餌器傳動系統(tǒng)同樣也是由電機(jī)提供動力，電機(jī)的輸出軸與蝸輪蝸桿減速器相連，經(jīng)過蝸輪蝸桿減速器減速后將動力用鏈輪傳遞給排毒餌器主軸，但主軸是否轉(zhuǎn)動由控制系統(tǒng)控制電磁離合器來實現(xiàn)，如圖5(a)所示。本次試驗選用的是5.5kW的變頻柜，如圖5(b)所示。

試驗原理：控制系統(tǒng)控制兩個部分：一部分是控制擺動機(jī)構(gòu)直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停止，能精確地控制電機(jī)正轉(zhuǎn)5s-停止2s-反轉(zhuǎn)、5s-停止2s…，從而實現(xiàn)擺筒0°~180°擺動，如圖5(c)所示。經(jīng)過試驗的驗證，控制電機(jī)的部分能穩(wěn)定的運(yùn)行。另一部分是控制排毒餌器上離合器分離與吸合的動作，此控制部分起決定性作用的是高速離心風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，將變頻柜的頻率調(diào)到30Hz，和電磁轉(zhuǎn)速傳感器配合測速的磁片貼到風(fēng)機(jī)葉輪上；啟動電機(jī)帶動風(fēng)機(jī)高速轉(zhuǎn)動，用控制系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)速傳感器測量風(fēng)機(jī)的實時轉(zhuǎn)速，此時的轉(zhuǎn)速是1 800r/min左右；接下來慢慢地調(diào)高頻率來提高風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，依此過程重復(fù)下去。當(dāng)頻率提高到37Hz時，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到2 190r/min，此時微調(diào)頻率；當(dāng)頻率為37.2Hz時，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到2 195r/min，此時控制系統(tǒng)作用，繼電器通電，電磁離合器通電吸合，在鏈輪的帶動下，排毒餌器主軸旋轉(zhuǎn)即落料。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于2 195r/min時，傳感器接收轉(zhuǎn)速信號，控制系統(tǒng)使繼電器斷電，電磁離合器分離，排毒餌器主軸停止轉(zhuǎn)動即停止落料。經(jīng)過試驗驗證，控制系統(tǒng)通過風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制電磁離合器的分離、吸合的功能完全正常，能穩(wěn)定地控制排毒餌器的運(yùn)行，完全解決了排毒餌器堵塞問題。

(a)　實驗裝置整體結(jié)構(gòu)

(b)　變頻柜

(c)　控制電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)

經(jīng)過現(xiàn)場毒餌噴撒試驗，調(diào)試變頻柜的頻率，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n≥2 200r/min和n<2 200r/min。試驗表明：當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n≥2 200r/min范圍內(nèi)時，噴幅距離內(nèi)都能均勻噴撒毒餌；當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n<2 200r/min范圍內(nèi)時，噴筒口不噴毒餌，噴幅距離內(nèi)不能均勻噴撒毒餌。同一次作業(yè)中，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n≥2 200r/min和n<2 200r/min同時存在時，n≥2 200r/min噴撒范圍內(nèi)有毒餌，n<2 200r/min噴撒范圍內(nèi)沒有毒餌。經(jīng)試驗測試，控制系統(tǒng)的運(yùn)行正常、合理。

4結(jié)論

1)排毒餌自動控制系統(tǒng)中的PLC根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器實時采集風(fēng)機(jī)傳動軸的轉(zhuǎn)速信號，控制電磁離合器的吸合與分離，達(dá)到風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電磁離合器吸合、分離的同步，解決了排毒餌器堵塞的問題。

2)擺動機(jī)構(gòu)根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)置完成的正反轉(zhuǎn)信號，實現(xiàn)噴筒在水平面內(nèi)做0°~180°擺動，穩(wěn)定了噴筒擺動的頻率，提高了毒餌噴撒的均勻性。

3)安裝了自動控制系統(tǒng)的毒餌噴撒機(jī)，簡化了整機(jī)的結(jié)構(gòu)，提高了整機(jī)的性能及噴撒作業(yè)時穩(wěn)定性。

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Experimental Study and Improved Design on Bait Spraying Machine

Wang Zhenglong, Zhang Yun，Liang Jiaming, Lu Chaoran

(College of Mechanical and Electrical Engineering,Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018,China)

Abstract：During the deratization ,prairie bait spraying machine often has the phenomenon of clogged drain bait and uneven distribution of bait spray.If this problem can not be solved, it will seriously affect the effectiveness and efficiency of the rodent bait spraying machine.In order to improve the performance of rodent bait spraying machine,on the basis of the original bait spraying machine related research,this paper discusses automatic control systems and swing mechanism swing frequency adjusting means of bait discharge for a kind of bait discharge devices.According to the fan speed,bait discharge device is controled whether discharge bait.According to forward speed of bait spraying machine,the frequency of the swing of spray cone is adjusted.And then,a set of best job performance parameters is obtained.At last, prairie bait spraying machine do not have the phenomenon of clogged drain bait and uneven distribution of bait spray during the deratization ,and achieve the best results.

Key words：bait spraying machine; automatic control; uniformity

中圖分類號：S817.8+3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)11-0095-04

通訊作者：張云(1958-)，男，呼和浩特人，教授，碩士生導(dǎo)師，(E- mail) zhangyund1958@163.com。

作者簡介：王正龍(1991-)，男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，碩士研究生，(E-mail)455623314@qq.com。

基金項目：國家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化基金項目(2130106)

收稿日期：2015-10-15