武漢市農(nóng)科院農(nóng)機(jī)所 萬(wàn)勇 陳鴻 張俊峰 杜錚

10YYC-Y125型水產(chǎn)高效噴施船研制

武漢市農(nóng)科院農(nóng)機(jī)所 萬(wàn)勇 陳鴻 張俊峰 杜錚

湖北省是我國(guó)淡水漁業(yè)資源大省，淡水漁業(yè)的發(fā)展正加速朝高度集約化、高度安全化、高度生態(tài)化方向發(fā)展。然而，隨著水產(chǎn)動(dòng)物集約化養(yǎng)殖程度的不斷提高以及養(yǎng)殖環(huán)境的不斷惡化，水產(chǎn)動(dòng)物病害逐漸增多，已成為制約水產(chǎn)發(fā)展的主要瓶頸之一。

《中華人民共和國(guó)漁業(yè)法》第二十條規(guī)定“從事養(yǎng)殖生產(chǎn)應(yīng)當(dāng)保護(hù)水域生態(tài)環(huán)境，科學(xué)確定養(yǎng)殖密度，合理投餌、施肥、使用藥物，不得造成水域的環(huán)境污染”。

湖北省水產(chǎn)局2016年制訂的《關(guān)于加強(qiáng)漁業(yè)生態(tài)文明建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》明確提出要“充分發(fā)揮現(xiàn)代科技對(duì)漁業(yè)生態(tài)文明建設(shè)的引領(lǐng)和支撐作用，全面推進(jìn)生態(tài)健康養(yǎng)殖”。要“規(guī)范用藥、投餌、投肥方式，嚴(yán)格控制漁業(yè)投入品污染；不斷提高水產(chǎn)健康養(yǎng)殖覆蓋率，使池塘健康養(yǎng)殖示范面積達(dá)到70%”。

因此，高效、安全、低成本、無(wú)毒、無(wú)公害地使用魚(yú)用藥物對(duì)我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展具有非常重要意義。

1 項(xiàng)目研究背景

隨著我國(guó)淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，水產(chǎn)動(dòng)物病害、水環(huán)境污染已成為影響我國(guó)淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的主要制約因素。魚(yú)病防治中魚(yú)藥的使用是水產(chǎn)養(yǎng)殖中一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。

根據(jù)大多數(shù)魚(yú)藥的特性，在施藥過(guò)程中需要保證如下幾點(diǎn)：

（1）魚(yú)藥不能與金屬接觸（容器盛裝、管道過(guò)流）。

（2）魚(yú)藥要盡量全池均勻施放。

（3）魚(yú)藥施放時(shí)濃度在安全值范圍內(nèi)。

（4）盡量避免魚(yú)藥和人體直接長(zhǎng)時(shí)間接觸。

傳統(tǒng)的人工施用魚(yú)藥，要完成混藥和人工潑灑。首先在木質(zhì)、陶瓷或塑料容器中加入水，使藥物充分溶解、按比例稀釋?zhuān)儆萌斯⑺幰壕鶆驖姙⒂谒?。?50畝（1hm2=15畝）水面為例，用人工潑灑需要2人2 h，這樣施藥存在工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大和潑灑不均勻等問(wèn)題，在使用藥性較大的魚(yú)藥時(shí)，極易造成人、畜、魚(yú)中毒。

本項(xiàng)目研制的水產(chǎn)高效噴施船特點(diǎn)：（1）以汽油機(jī)水泵為動(dòng)力，水泵高壓水流一部分作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力使船前進(jìn)，另一部分和藥箱的藥液混合；（2）船上裝有混藥劑量調(diào)節(jié)裝置，可以實(shí)現(xiàn)混藥的比例定量精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同魚(yú)藥施放的濃度要求；（3）整機(jī)采用無(wú)線(xiàn)遙控，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制船體轉(zhuǎn)向操作。

2 項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)

2.1 魚(yú)藥船總體方案設(shè)計(jì)

2.1.1 工作原理

船體采用玻璃鋼材質(zhì)，以汽油機(jī)水泵作為動(dòng)力，加壓后的一部分水流利用文丘里、混藥裝置與藥箱的魚(yú)藥混合后由船體尾部噴管高速?lài)姵?，?qū)動(dòng)船體前進(jìn)，同時(shí)完成魚(yú)藥的施放；另一部分水流在電磁閥的作用下，由無(wú)線(xiàn)遙控裝置控制，實(shí)現(xiàn)船體轉(zhuǎn)向操作。

魚(yú)藥船整機(jī)包括船體、動(dòng)力裝置、混藥裝置、電氣系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)遙控系統(tǒng)及連接管路、線(xiàn)路等，整機(jī)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 魚(yú)藥船總體結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 技術(shù)原理

2.1.2.1 文丘里原理

文丘里效應(yīng)的原理（圖2）是當(dāng)氣體或液體在文丘里管里面流動(dòng)，在管道的最窄處，動(dòng)態(tài)壓力（速度頭）達(dá)到最大值，靜態(tài)壓力（靜息壓力）達(dá)到最小值。氣體（液體）的速度因?yàn)橛苛鳈M截面積變化的關(guān)系而上升。整個(gè)涌流都要在同一時(shí)間能經(jīng)歷管道縮小過(guò)程，因而壓力也在同一時(shí)間減小，進(jìn)而產(chǎn)生壓力差，這個(gè)壓力給流體提供一個(gè)外在吸力。

圖2 文丘里原理圖

2.1.2.2 定比例混藥原理

該裝置開(kāi)有微孔，工作時(shí)能在文丘里裝置的作用下吸取魚(yú)藥并與文丘里管中水流相融，從而實(shí)現(xiàn)魚(yú)藥與水的定比例混合。

2.2 噴施船動(dòng)力選擇

動(dòng)力裝置為小型汽油機(jī)水泵，通過(guò)螺栓與船體底部機(jī)架連接。

2.3 混藥裝置設(shè)計(jì)

一個(gè)孔能通過(guò)魚(yú)藥并與文丘里裝置的水流混合，從而實(shí)現(xiàn)魚(yú)藥與水的定比例混合；調(diào)整裝置控制旋鈕，使不同的微孔處于工作狀態(tài)，即可達(dá)到魚(yú)藥稀釋、混合的、施放的不同比例要求：

（1）該裝置開(kāi)有4個(gè)不同直徑的微孔，工作狀態(tài)時(shí)只有一個(gè)孔能通過(guò)魚(yú)藥并與文丘里裝置的水流混合，從而實(shí)現(xiàn)魚(yú)藥與水的定比例混合；調(diào)整裝置控制旋鈕，使不同的微孔處于工作狀態(tài)，即可達(dá)到魚(yú)藥稀釋、混合的、施放的不同比例要求。

圖3 混藥裝置結(jié)構(gòu)示意圖

（2）該裝置目前能直接實(shí)現(xiàn)1:100、1:500、1:1 000、1: 2 000 4個(gè)稀釋比例的魚(yú)藥混合，間接實(shí)現(xiàn)多種比例的藥劑混合。

（3）該裝置設(shè)計(jì)裝有旋鈕指示標(biāo)識(shí)，裝置內(nèi)有定位裝置，能精確定位用戶(hù)需要的比例。用戶(hù)在用藥前按照魚(yú)藥的施放稀釋比例要求，轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕到指示的刻度位置即可。

2.4 遙控操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遙控系統(tǒng)包括手持遙控器和無(wú)線(xiàn)接收裝置。無(wú)線(xiàn)接收裝置以MCU微處理器為核心，通過(guò)接收遙控器的信號(hào)實(shí)時(shí)控制電磁閥開(kāi)閉（電磁閥為常閉狀態(tài)），從而控制魚(yú)藥船在水流的作用下改變方向。無(wú)線(xiàn)遙控電氣原理如圖4所示。

圖4 無(wú)線(xiàn)遙控電氣原理圖

遙控控制器的外形如圖5所示：工作時(shí)點(diǎn)擊1、2觸點(diǎn)按鍵，即可操控電磁閥的開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)魚(yú)藥船的轉(zhuǎn)向控制。

圖5 遙控發(fā)射機(jī)

圖6 接收機(jī)、電池與電磁閥

圖6所示的是接收機(jī)以及接收機(jī)電源裝置所組成的接收控制系統(tǒng)，其中接收機(jī)是用來(lái)接收從發(fā)射機(jī)傳來(lái)的指令信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、解碼等處理后，控制電磁閥開(kāi)啟動(dòng)作。接收機(jī)和電磁閥由鋰電池供電。

3 項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 解決的關(guān)鍵技術(shù)

（1）藥液與水的定比例混合稀釋。采用自主研發(fā)的魚(yú)藥混合裝置，能定比例自動(dòng)將池塘水與魚(yú)藥混合，定量準(zhǔn)確，安全性、可靠性高。

（2）噴施船驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向與藥液施放集成。采用一套水泵作動(dòng)力，利用高壓、高速水流既驅(qū)動(dòng)船體前行及轉(zhuǎn)向，又完成魚(yú)藥施放，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，保證了生產(chǎn)安全，提高了工作效率及魚(yú)藥施放的均勻性。

（3）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)操控。利用手持遙控器無(wú)線(xiàn)連接船載遙控裝置控制轉(zhuǎn)向電磁閥開(kāi)閉，可隨時(shí)調(diào)整船體行進(jìn)路線(xiàn)及方向，操作簡(jiǎn)單，使用方便，自動(dòng)化程度高，極大減輕了魚(yú)藥施放的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

（1）研制藥液混合裝置，實(shí)現(xiàn)魚(yú)藥的定比例自動(dòng)混合稀釋、施放，促推水產(chǎn)養(yǎng)殖的科學(xué)、安全施藥，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)健康養(yǎng)殖持續(xù)發(fā)展。

（2）研制的遙控魚(yú)藥噴施船，一套動(dòng)力，多重功效，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，工作可靠。

（3）項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，積極開(kāi)展農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝結(jié)合、多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新，不斷與水產(chǎn)專(zhuān)家聯(lián)系溝通，保證了產(chǎn)品能直接面向市場(chǎng)，服務(wù)水產(chǎn)養(yǎng)殖。

4 研制結(jié)論

“10YYC-Y125型水產(chǎn)高效噴施船”以汽油機(jī)水泵為動(dòng)力，船上裝有混藥劑量調(diào)節(jié)裝置，可以實(shí)現(xiàn)混藥的比例定量精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同魚(yú)藥施放的濃度要求。

整機(jī)采用無(wú)線(xiàn)遙控，能實(shí)現(xiàn)船體遠(yuǎn)程控制操作，具有安全、高效、施藥均勻、比例準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)人工節(jié)省成本40%以上。

水產(chǎn)高效噴施船研制歷時(shí)3年，經(jīng)過(guò)不斷的試驗(yàn)、改進(jìn)，目前的機(jī)具能滿(mǎn)足大部分水溶性液態(tài)魚(yú)藥的施放。盛裝魚(yú)藥的藥箱和混合裝置均采用塑料材質(zhì)，保證魚(yú)藥的性能不受影響；利用無(wú)線(xiàn)電遙控技術(shù)控制魚(yú)藥船的運(yùn)行，操作簡(jiǎn)單、使用方便，自動(dòng)化程度高，是一款理想的魚(yú)藥施放機(jī)具。

主要性能參數(shù)：

外形尺寸（L×W×H） 1328×500×560（mm） 重量 30 kg行駛速度 1～1.5 m/s 轉(zhuǎn)彎半徑 2～2.5 m配套動(dòng)力（汽油機(jī)水泵） 1.25 kW 遙控距離 200 m工作效率 45畝/h 續(xù)航時(shí)間 1.0 h

2017-06-08）