張成茂，李博宸，張玉浩

（臨沂大學(xué)，山東臨沂 276000）

1 噴霧系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)及工作方式

1.1 整體設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的可移動(dòng)雙噴頭噴霧系統(tǒng)植保無(wú)人機(jī)主要由無(wú)人機(jī)本體，無(wú)人機(jī)本體的底部的儲(chǔ)液箱，儲(chǔ)液箱底部的水泵，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和噴灑機(jī)構(gòu)組成。其中旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由舵機(jī)安裝座、舵機(jī)、搖臂安裝座、搖臂組成；噴灑機(jī)構(gòu)由離心噴頭、壓力噴頭、第一管路、第二管路組成。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示

圖1 噴霧系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作方式

1.2.1 通過(guò)舵機(jī)搖臂提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，使得搖臂可以實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到改變噴頭的位置的目的，進(jìn)而能夠增大農(nóng)藥噴灑面積。

1.2.2 離心噴頭和壓力噴頭通過(guò)一個(gè)遙控通道控制，可實(shí)現(xiàn)離心噴頭和壓力噴頭的轉(zhuǎn)換。

1.2.3 通過(guò)對(duì)舵機(jī)的控制可實(shí)現(xiàn)同一搖臂上的離心噴頭和壓力噴頭同步運(yùn)動(dòng)，從而改變噴頭所在的位置，進(jìn)而改變4套噴頭之間的距離，可實(shí)現(xiàn)對(duì)單位面積內(nèi)農(nóng)藥噴灑密度的改變。當(dāng)4套噴頭間距離減小時(shí)，農(nóng)作物單位面積獲得的農(nóng)藥量增加，此時(shí)可以對(duì)農(nóng)藥需求量大的農(nóng)作物進(jìn)行噴灑；當(dāng)4套噴頭間距離變大時(shí)，農(nóng)作物單位面積獲得的農(nóng)藥量減少，此時(shí)可以對(duì)農(nóng)藥需求量小的農(nóng)作物進(jìn)行噴灑。

1.2.4 通過(guò)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)四套離心噴頭和壓力噴頭的同步移動(dòng)，以及移動(dòng)角度的同步。通過(guò)控制系統(tǒng)結(jié)合農(nóng)作物的具體情況還可以完成離心噴頭和壓力噴頭的獨(dú)立工作，實(shí)現(xiàn)二者的工作轉(zhuǎn)換。

2 噴霧系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)

2.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

2.1.1 結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由舵機(jī)安裝座、舵機(jī)、搖臂安裝座、搖臂組成。如圖2所示，其結(jié)構(gòu)是舵機(jī)固定在舵機(jī)安裝坐上，安裝座固定在無(wú)人機(jī)的機(jī)臂末端，旋翼的正下方，搖臂通過(guò)搖臂安裝座上的舵機(jī)搖臂相連接，另一端用同樣的方式固定舵機(jī)與另一個(gè)搖臂，而兩個(gè)舵機(jī)均與無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)相連，通過(guò)無(wú)人機(jī)遙控器控制舵機(jī)搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制兩個(gè)搖臂的旋轉(zhuǎn)。

2.1.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)放置在旋翼正下方有利于無(wú)人機(jī)飛行的平穩(wěn)性，保證最大的噴施效果，同時(shí)還兼顧到藥液噴出后，恰巧位于無(wú)人機(jī)旋翼產(chǎn)生的下洗流場(chǎng)內(nèi)，可以借助下洗流場(chǎng)的作用力，改善藥液的噴施范圍，強(qiáng)化藥液噴出的擴(kuò)散性效果，提高藥液的下落速度，進(jìn)一步提高噴施效率。

2.1.3 工作原理。由于噴灑系統(tǒng)噴施農(nóng)藥形成的形狀呈傘狀，當(dāng)無(wú)人機(jī)上四套旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)同步轉(zhuǎn)動(dòng)到交叉相對(duì)的兩套旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的連線相互垂直時(shí)，四套噴灑系統(tǒng)的相對(duì)位置距離最小。若相對(duì)兩套噴灑系統(tǒng)的中心點(diǎn)連線的距離S等于噴灑幅面的半徑R的2倍時(shí)，噴灑系統(tǒng)的噴灑幅面在無(wú)人機(jī)中心軸處產(chǎn)生最大交集，則該交集處農(nóng)作物單位面積、單位時(shí)間內(nèi)獲得的藥液的量是最多的，同時(shí)，也是無(wú)人機(jī)完全覆蓋垂直于其的農(nóng)作物的邊界值，意味著此時(shí)的用藥量也是最小的。如圖1所示，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分展開(kāi)效果。

2.2 噴灑機(jī)構(gòu)

2.2.1 結(jié)構(gòu)。噴灑機(jī)構(gòu)由離心噴頭、壓力噴頭、第一管路、第二管路組成。如圖3所示。其結(jié)構(gòu)是離心噴頭和壓力噴頭均固定在下方的搖臂上，其中壓力噴頭固定在搖臂末端，離心噴頭固定在搖臂中間，壓力噴頭和離心噴頭分別接通第一管路和第二管路。如圖1所示，儲(chǔ)液箱底部設(shè)有與儲(chǔ)液箱連通的水泵，水泵通過(guò)第一管路與壓力噴頭連通，且第一管路內(nèi)設(shè)有第一電磁閥；水泵通過(guò)第二管路與所述離心噴頭連通，第二管路內(nèi)設(shè)有第二電磁閥；其中水泵、第一電磁閥、第二電磁閥和離心噴頭均與無(wú)人機(jī)的控制系統(tǒng)連接。

圖2 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

2.2.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)。噴灑機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是離心噴頭霧化效果好但穿透力差，可以對(duì)低密度、對(duì)霧化效果要求高的農(nóng)作物噴灑。壓力噴頭霧化效果差但穿透力好，可以對(duì)高密度、霧化效果要求低的農(nóng)作物噴灑。

2.2.3 工作原理。針對(duì)不同的種類、生長(zhǎng)周期、種植密度的農(nóng)作物，根據(jù)其所需的農(nóng)藥噴灑的霧化效果和滲透程度，通過(guò)無(wú)人機(jī)的控制系統(tǒng)來(lái)控制第一電磁閥和第二電磁閥，以及離心噴頭的離心電機(jī)的工作以此來(lái)控制離心噴頭和壓力噴頭的工作，從而實(shí)現(xiàn)所需的不同噴灑效果。

3 儲(chǔ)液箱安裝位置說(shuō)明

儲(chǔ)液箱呈漏斗狀，出液口位于漏斗的最底端，藥液依靠重力流動(dòng)至出液口，有利于藥液使用的充分，防止留存。另外，儲(chǔ)液箱的中心軸線與無(wú)人機(jī)本體的中心軸線重合。保證儲(chǔ)液箱對(duì)無(wú)人機(jī)的水平重心沒(méi)有影響，有利于噴施的均衡性以及無(wú)人機(jī)本體飛行的安全性，同時(shí)提高旋翼式無(wú)人機(jī)的飛行速度、承重能力和續(xù)航效能。儲(chǔ)液箱位置如圖4所示。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)的植保無(wú)人機(jī)可移動(dòng)雙噴頭噴霧系統(tǒng)能夠很好的解決了現(xiàn)有的植保無(wú)人機(jī)存在的農(nóng)藥噴灑量單一，噴灑范圍小，適用農(nóng)作物單一，噴灑效率低，經(jīng)濟(jì)成本高等問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，該設(shè)計(jì)可以為不同種植密度，不同種類，不同農(nóng)藥需求量的農(nóng)作物進(jìn)行高效、經(jīng)濟(jì)的噴灑作業(yè)。

圖3 噴灑機(jī)構(gòu)

圖4 儲(chǔ)液箱