董云哲 李君興 史云天 于海濤 許光明

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)3輪或4輪植保車(chē)在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中對(duì)作物的損壞，減小農(nóng)藥對(duì)人體的傷害，設(shè)計(jì)了電動(dòng)自平衡2輪遙控植保車(chē)，本文著重設(shè)計(jì)了電動(dòng)自平衡2輪遙控植保車(chē)的噴灑系統(tǒng)。并闡述了噴灑系統(tǒng)的各個(gè)部件的設(shè)計(jì)原理，分析確定了各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)、材料及選型。

關(guān)鍵詞：植保機(jī)械；自平衡；轉(zhuǎn)矩

中圖分類(lèi)號(hào)： S48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160413001

引言

為了保證糧食產(chǎn)量，使用農(nóng)藥可以從農(nóng)作物病蟲(chóng)草害口中挽回40%左右的損失。中國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，擁有1.2億hm2基本農(nóng)田；我國(guó)是農(nóng)藥用量第1大國(guó)，占世界農(nóng)藥用量的30%。從世界植保技術(shù)發(fā)展來(lái)看，今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間化學(xué)防治依然是防治農(nóng)作物病、蟲(chóng)、草及鼠害的主要方法，傳統(tǒng)人工植保作業(yè)越來(lái)越不適合我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)，農(nóng)村勞動(dòng)力急劇減少的步伐，以4輪或3輪車(chē)為主地面植保機(jī)具在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中會(huì)對(duì)作物造成傷害，植保過(guò)程中，有些藥劑會(huì)對(duì)駕駛員造成傷害，據(jù)報(bào)道每年農(nóng)藥中毒人數(shù)為10萬(wàn)人。而2輪自平衡遙控植保車(chē)，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑為0，遙控距離為1km，可有效避免傳統(tǒng)地面植保作業(yè)機(jī)械的缺點(diǎn)。本文著重對(duì)2輪自平衡遙控植保車(chē)噴灑系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 2輪自平衡遙控植保車(chē)噴灑系統(tǒng)機(jī)理

2輪自平衡遙控植保車(chē)噴灑系與普通植保噴灑系統(tǒng)的構(gòu)成基本相同，主要由藥泵、藥箱、噴桿、噴頭、輸液管路等部分組成，所不同的是其有遙控控制系統(tǒng)。其工作原理是當(dāng)進(jìn)行農(nóng)藥噴灑時(shí)，操作者開(kāi)啟上位機(jī)的噴灑指令，2輪自平衡遙控植保車(chē)上的下位機(jī)接到指令后，展開(kāi)噴桿，噴桿展開(kāi)后，藥泵將藥箱中的藥液通過(guò)輸液管路輸送到噴桿上的噴頭，藥液噴灑出去，霧滴在慣性及重力共同作用下，噴施到靶標(biāo)上。

2 2輪自平衡遙控植保車(chē)噴灑系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

本噴灑系統(tǒng)包括藥泵、藥箱、噴桿、噴頭、輸液管路、固定支架、控制裝置等6部分組成，本噴灑系統(tǒng)中以12V電池為本噴灑系統(tǒng)的動(dòng)力源，在植保車(chē)上的車(chē)架上固定藥箱、噴桿等部件，噴嘴固定在噴桿上。如圖1所示：

2.1 藥泵的選擇

噴灑效果的好壞，藥泵起著至關(guān)重要的作用，它將電能轉(zhuǎn)化為藥液的勢(shì)能，最后通過(guò)噴嘴再將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能?chē)姙⒊鋈?。為了減輕植保車(chē)的載重，本套系統(tǒng)的選材需是輕質(zhì)，考慮到本系統(tǒng)管路短壓力損失小，本系統(tǒng)選用石家莊普蘭迪機(jī)電設(shè)備廠生產(chǎn)的微型直流隔膜泵，其額定電壓為12V，壓力為10kg，最大流量為4L/min，通過(guò)螺栓將其固定在車(chē)架上。

2.2 噴頭的選型

噴頭在噴灑系統(tǒng)中起著核心作用，霧滴的大小、速度及分布情況主要取決于噴頭的種類(lèi)和噴灑參數(shù)的設(shè)置，通過(guò)噴頭將藥液轉(zhuǎn)化成霧滴，并將其分布到標(biāo)靶上。目前植保車(chē)植保噴頭主要有扇形噴頭或電動(dòng)離心噴頭，扇形噴頭噴霧藥液的橫向沉積呈正態(tài)分布，而且霧滴速度較大，為此采用美國(guó)TeeJet1100067扇形噴頭，為避免扇形噴嘴噴霧相互干涉，扇形噴嘴的噴口偏離管軸5°。

2.3 噴桿的設(shè)計(jì)

噴桿是固定噴頭和固定輸入藥管的主要部件，考慮到平衡和運(yùn)輸方便，采用可遙控折疊式噴桿機(jī)構(gòu)，如圖2所示：同電機(jī)經(jīng)過(guò)蝸輪蝸桿減速器直接帶動(dòng)噴桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到折疊目的。為了減輕電機(jī)負(fù)載，噴桿材料為鋁合金。

圖2 噴桿結(jié)構(gòu)圖

1.長(zhǎng)噴桿 2.噴嘴 3.減速電機(jī) 4.電機(jī)座 5.軸承 6.連接套

7.連接板8.橫梁 9.噴桿座 10.短噴桿 11.限位板

2.4 噴桿減速電機(jī)選型

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將長(zhǎng)噴桿固定在連接套上，減速電機(jī)直接帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行折疊?？紤]到噴桿回轉(zhuǎn)的安全性，所以電機(jī)應(yīng)為低轉(zhuǎn)速電機(jī)。電機(jī)所受最大力矩為：

M最大=（m長(zhǎng)噴桿+4m噴頭+m管路+m水）×L/2

經(jīng)計(jì)算M最大為1.02kg m，故選用GW4468-10微型蝸輪蝸桿低轉(zhuǎn)速大扭矩24V電機(jī)作為噴桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

2.5 藥箱的設(shè)計(jì)和安裝位置的確定

為了安裝和固定方便，將藥箱設(shè)計(jì)成扁箱形，為了使藥箱不存積液，將排液口置于藥箱最下端，在藥箱頂部設(shè)有2個(gè)注藥孔，為了減輕重量，藥箱采用聚丙烯注塑成型。

3 調(diào)試時(shí)注意事項(xiàng)

調(diào)試人員在調(diào)試前必須熟悉生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、操作規(guī)程和電氣系統(tǒng)的工作要求。

通電時(shí)，先接通上位機(jī)既遙控器的電源，將所有手柄回到初始位置后，再開(kāi)植保車(chē)主電源；斷電時(shí) ，順序相反。

通電后 ，注意觀察各種現(xiàn)象，隨時(shí)做好急停準(zhǔn)備，以防止意外事故發(fā)生。如有異常，應(yīng)立即停止調(diào)試 ，待查明原因之后再繼續(xù)進(jìn)行。

4 結(jié)論

根據(jù)2輪自平衡遙控植保車(chē)對(duì)噴灑裝置的要求，設(shè)計(jì)了2輪自平衡遙控植保車(chē)噴灑系統(tǒng)，并進(jìn)行了安裝調(diào)試。設(shè)計(jì)的2輪自平衡遙控植保車(chē)噴灑系統(tǒng)各系統(tǒng)功能正常，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，為進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。

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