鄭立彬　董云哲　袁洪印

摘 要：設(shè)計(jì)了植保無(wú)人機(jī)噴霧性能試驗(yàn)臺(tái)的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)試管架軸進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度的校核。

關(guān)鍵詞：植保無(wú)人機(jī)；噴霧試驗(yàn)臺(tái)；地面效應(yīng)

中圖分類號(hào)：V279+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171032030

引言

農(nóng)用旋翼植保無(wú)人機(jī)具有高效、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、無(wú)需專用的機(jī)場(chǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，其特有的下壓風(fēng)場(chǎng)，使得霧滴穿透力強(qiáng)，同時(shí)也可使得作物葉片正反面均可著藥?；诖?，近幾年國(guó)內(nèi)植保無(wú)人機(jī)發(fā)展速度迅猛。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)從事農(nóng)用無(wú)人機(jī)生產(chǎn)和服務(wù)的企業(yè)已經(jīng)超過(guò)200家，據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，以農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)為主體的農(nóng)業(yè)航空植保產(chǎn)業(yè)在未來(lái)年的年產(chǎn)值將超過(guò)200億元[1]。

在植保無(wú)人機(jī)快速發(fā)展過(guò)程中，出現(xiàn)了植保無(wú)人機(jī)噴灑性能檢測(cè)的問(wèn)題；不同機(jī)型對(duì)應(yīng)不同的作業(yè)參數(shù)，田間試驗(yàn)可以反應(yīng)植保無(wú)人機(jī)真實(shí)噴施效果，但影響霧滴分布的因素不可控制，很難重復(fù)試驗(yàn)；而受到地面效應(yīng)的影響，普通噴霧試驗(yàn)臺(tái)無(wú)法反應(yīng)無(wú)人機(jī)噴霧效果的真實(shí)性，所以，植保無(wú)人機(jī)的操作規(guī)范遲遲未出臺(tái)，這也限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。為此，吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院研制了植保無(wú)人機(jī)噴霧性能試驗(yàn)臺(tái)，以探究不同機(jī)型霧滴分布特性。試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是植保無(wú)人機(jī)噴霧性能試驗(yàn)臺(tái)的主要工作部件之一，本文主要對(duì)試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 植保無(wú)人機(jī)噴霧性能試驗(yàn)臺(tái)試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作原理

試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要包括試管、試管架、試管架軸、電機(jī)等部分組成。試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng)方式進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，試管翻轉(zhuǎn)角度如下圖1所示，以實(shí)現(xiàn)接液、測(cè)量和倒液的目的。試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的有3個(gè)工作位置，測(cè)試開(kāi)始前試管與水平面處于相互垂直狀態(tài)，第1個(gè)工作位置是試管向后傾斜15°完成接液；第2個(gè)工作位置是試管向前翻轉(zhuǎn)返回到原來(lái)的初始位置，完成數(shù)據(jù)測(cè)量；第3個(gè)工作位置是試管向后翻轉(zhuǎn)105°，將液體倒入廢液箱中，完成倒液，測(cè)試結(jié)束后試管再次返回到原來(lái)的初始位置。

2 植保無(wú)人機(jī)噴霧性能試驗(yàn)臺(tái)試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)

試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是檢測(cè)植保無(wú)人機(jī)噴灑性能的關(guān)鍵部件，而噴霧分布均勻性（CV）是判斷噴灑性能的重要指標(biāo)。測(cè)試噴霧分布均勻性時(shí)，必須在霧流穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行，測(cè)試完成后還要便于將試管迅速移開(kāi)[2]。試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括試管、試管架、試管架連接板、隔套、卡簧、傳動(dòng)板、固定塊、位置傳感器、電機(jī)、電機(jī)圓柱齒輪、試管架軸、試管架軸圓柱齒輪、擋水板、托板、UCP25軸承座和直角件組成。電機(jī)作為試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出端，電機(jī)與電機(jī)圓柱齒輪之間采用鍵連接定位，試管架軸與試管架軸圓柱齒輪之間采用卡簧定位，試管架軸與傳動(dòng)板相連，傳動(dòng)板固定在試管架上，2側(cè)的UCP25軸承座固定在一個(gè)平面內(nèi)，用于支撐試管架軸。在試管架上有試管，固定塊，試管架連接板等部件，試管定位在固定塊上，固定塊連接在試管架上，試管架連接板用于固定試管架，整體圖如圖2，三維實(shí)體效果圖如圖3所示。

2.1 電機(jī)的選型

電機(jī)是控制試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)沿試管架軸方向進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的動(dòng)力裝置。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電機(jī)經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)方式帶動(dòng)試管架軸轉(zhuǎn)動(dòng)，試管翻轉(zhuǎn)到指定的工作位置?？紤]到試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)定位和穩(wěn)定性，所以電機(jī)應(yīng)為低轉(zhuǎn)速電機(jī)。電機(jī)的選擇應(yīng)為電機(jī)所受最大扭矩Mmax。

最大扭矩Mmax=（m試管滿載水+m試管架+m試管架軸+m試管架軸圓柱齒輪+m試管架連接板+m位置傳感器+m傳動(dòng)板+m隔套+m卡簧+m擋水板+m托板 +m固定塊+m直角件）。

經(jīng)計(jì)算最大扭矩Mmax為13.5N·m，故選用90YN90-2W低轉(zhuǎn)速大扭矩蝸輪蝸桿減速電機(jī)作為試管架軸轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

2.2 試管架軸的強(qiáng)度和剛度校核

試管架軸材料采用45號(hào)鋼，直徑D=25mm，根據(jù)材料力學(xué)查表可知材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[]=40Mpa，軸材料的切變模量G=80Gpa，軸的許用單位長(zhǎng)度扭轉(zhuǎn)角[] 1.5=（°）/m。

2.3 其他部件的選型與設(shè)計(jì)

2.3.1 試管架

試管架材料采用鋁合金型材，這種型材外表美觀，耐腐蝕，強(qiáng)度較高。

2.3.2 試管

本機(jī)構(gòu)中選用D=45mm，H=250mm的100個(gè)試管依靠固定塊定位在試管架上，試管的材料為玻璃，最大可測(cè)量流量4L/min的噴頭4支，滿足植保無(wú)人機(jī)噴灑的要求。

3 調(diào)試時(shí)注意事項(xiàng)

調(diào)試人員在調(diào)試前應(yīng)詳細(xì)檢查試管架、直角件及螺栓等部件安裝是否牢固、穩(wěn)定，不能有連接松動(dòng)的現(xiàn)象發(fā)生。

啟動(dòng)電源開(kāi)關(guān)，蝸輪蝸桿減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，都要保證試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在初始位置（試管豎直狀態(tài)），不然會(huì)影響試管接液等重要步驟。

通電過(guò)程中，一定要仔細(xì)觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，以便出現(xiàn)各種問(wèn)題做好應(yīng)急反應(yīng)。

4 結(jié)論

本文根據(jù)植保無(wú)人機(jī)噴霧性能試驗(yàn)臺(tái)對(duì)試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的要求，對(duì)試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主要部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)電機(jī)的選型條件和試管架軸強(qiáng)度和剛度校核進(jìn)行了詳細(xì)的描述。設(shè)計(jì)的試管翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)安裝調(diào)試后功能正常，運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]鞏春源，劉鐵軍.無(wú)人機(jī)農(nóng)業(yè)植保的現(xiàn)狀分析和產(chǎn)業(yè)發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)與裝備，2016（9）：136-150.

[2]吳小偉.霧化噴頭試驗(yàn)臺(tái)綜合性能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D].南京林業(yè)大學(xué)，2011.

作者簡(jiǎn)介：鄭立彬（1993-），河北張家口人，在讀碩士，研究方向：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化；袁洪印（1963-），男，吉林長(zhǎng)春人，博士，教授，碩導(dǎo)，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)信息化與智能化。endprint