山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院 王崇慶 單信和 王相友

引言

我國作為農(nóng)業(yè)大國，耕地面積約20 億畝，位居世界第四，農(nóng)作物產(chǎn)量對(duì)于我國來說至關(guān)重要，但是我國每年因病蟲害導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)高達(dá)17%[1]，嚴(yán)重制約著我國農(nóng)作物產(chǎn)量的提高。在農(nóng)產(chǎn)品的生長過程中，針對(duì)病蟲草害的防治是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，農(nóng)藥是防治病蟲草害的主要手段[2-3]。隨著我國耕作方式的不斷轉(zhuǎn)變，為了節(jié)省人力物力，減少資源浪費(fèi)，大田作業(yè)成了大勢所趨，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化水平正在不斷提高。針對(duì)大規(guī)模農(nóng)田的植保作業(yè)需求，大型噴桿式噴霧機(jī)的應(yīng)用極大地提高了植保作業(yè)的效率[4]。大型噴桿式噴霧機(jī)以其噴幅寬、工作效率高等特點(diǎn)逐漸被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中。

但是，在噴霧機(jī)的使用中，為獲得最佳噴施效果，避免重噴漏噴的出現(xiàn)，噴桿需與作物保持合適高度。由于農(nóng)作物不同時(shí)期高度不同，噴桿高度還需根據(jù)作物高度進(jìn)行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有升降機(jī)構(gòu)多為手動(dòng)操作控制液壓缸進(jìn)行高度調(diào)節(jié)，操作人員在每次作業(yè)前還需重新調(diào)整噴桿高度，并進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，且存在高度不準(zhǔn)確等問題。

為解決上述問題，本文對(duì)原有升降裝置進(jìn)行了改進(jìn)，增加了限位裝置。限位裝置設(shè)定好角度后，當(dāng)升降油缸伸長至一定長度即后方噴桿到達(dá)指定高度時(shí)，液壓缸與限位裝置可自動(dòng)鎖緊。該裝置可以保證噴桿高度保持恒定，降低了工作人員的操作難度，大大地提高了工作效率。

1 工作原理

寬幅噴霧機(jī)升降裝置主要包括固定架、下升降架、升降連接桿、限位架和升降油缸，如圖1 所示。后端通過升降連接桿與噴桿連接架（圖2）鉸接噴桿連接架上連接有用于噴霧作業(yè)的噴桿，前端通過固定架與車身主體連接，將整個(gè)升降裝置包括后方噴桿固定在寬幅噴霧機(jī)車架上。升降裝置與噴桿連接架之間由四根連接桿連接，下側(cè)兩根連接桿通過方管焊接為一個(gè)整體，以此來提升結(jié)構(gòu)的剛度，避免在提升過程中產(chǎn)生變形和結(jié)構(gòu)破壞。連接架上安裝有噴桿，用于噴霧作業(yè)，受噴霧角的影響，噴桿所在豎直平面需垂直與地面。四根連接桿長度相等，構(gòu)成四連桿結(jié)構(gòu)，可使后方連接架只在豎直方向產(chǎn)生高度變化，而不會(huì)發(fā)生角度的偏轉(zhuǎn)，可使連接架始終垂直與地面，使得噴桿能更好地工作。下側(cè)連接桿與固定架主體間裝有兩個(gè)液壓油缸，用來控制后方機(jī)構(gòu)的升高與降低，通過兩側(cè)升降油缸的伸縮，帶動(dòng)連接桿繞固定架上的鉸接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步使后方噴桿的高度進(jìn)行改變。

圖1 升降裝置結(jié)構(gòu)簡圖

由于寬幅噴桿式噴霧機(jī)為牽引式，在作業(yè)過程中不能單獨(dú)工作，需由拖拉機(jī)牽引工作，并由牽引拖拉機(jī)提供液壓動(dòng)力輸出。兩側(cè)升降油缸與拖拉機(jī)液連接，通過手動(dòng)換向閥門調(diào)節(jié)升降油缸的伸縮，從而調(diào)節(jié)后方噴桿的高度。

2 主要部件設(shè)計(jì)

噴桿連接架結(jié)構(gòu)如圖2 所示，連接架主體上兩個(gè)為一組放置了8 個(gè)連接耳板，連接耳板通過焊接的方式與主體連接。上側(cè)兩組耳板上方設(shè)置有蓋板，當(dāng)升降裝置下降到一定高度時(shí)起限位作用。連接板與連接桿鉸接處進(jìn)行加厚處理，避免因沖擊引起連接板的結(jié)構(gòu)破壞，噴桿通過螺栓與連接架后部連接并固定。

圖2 噴桿連接架結(jié)構(gòu)簡圖

升降油缸采用雙作用式油缸，即通過改變壓力油的方向改變活塞的移動(dòng)方向。對(duì)該升降油缸進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，如圖3 所示。在油缸末端靠近油缸桿一側(cè)增加了掛板，掛板與套筒焊接為一體，通過套筒上的連接孔利用螺栓使其固定在油缸筒上，油缸掛板與限位架掛板搭配使用。升降油缸與牽引拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)連接，行程為620mm，長度在810～1440mm 之間變化，使得后側(cè)噴桿高度可在480～1640mm 范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖3 升降油缸結(jié)構(gòu)簡圖

在升降裝置的基礎(chǔ)上增加了限位架，如圖4 所示，限位架由限位掛板、限位油缸連接板和連接架，連接架和限位掛板上設(shè)有安裝孔，間隔30mm 均勻布置，通過調(diào)節(jié)連接螺栓的位置來改變限位架整體的長度，整體長度可在510～600mm 范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。限位架寬度與下升降支架內(nèi)側(cè)寬度一致，通過下方安裝孔與下升降支架鉸接，同時(shí)限位架與下升降支架中部對(duì)應(yīng)設(shè)有連接耳板，通過連接耳板在兩者之間安裝限位油缸，限位油缸接入拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)，并由單獨(dú)閥門進(jìn)行控制。油缸伸縮可調(diào)節(jié)限位架的角度，限位架與下連接支架間的角度調(diào)節(jié)范圍為0～20°。

圖4 升降限位架結(jié)構(gòu)簡圖

在進(jìn)行作業(yè)前的準(zhǔn)備工作時(shí)，操作限位油缸手動(dòng)換向閥，調(diào)節(jié)限位油缸的長度，進(jìn)一步帶動(dòng)限位架至合適角度，在調(diào)節(jié)好目標(biāo)高度后，操作升降手柄使升降油缸伸長，當(dāng)伸長至合適長度時(shí)，升降油缸掛板與限位架掛板接觸并嚙合，使高度固定。在針對(duì)同一時(shí)期同一高度的農(nóng)作物時(shí)無需再調(diào)節(jié)限位架的角度。

3 液壓系統(tǒng)

該升降裝置液壓系統(tǒng)如圖5 所示，該裝置通過管道接入拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)，由拖拉機(jī)提供液壓動(dòng)力，利用拖拉機(jī)系統(tǒng)中的溢流閥進(jìn)行泄壓，不再額外設(shè)置溢流閥。油路中使用三位四通手動(dòng)換向閥控制油液方向，換向閥中位為O 型，在無手動(dòng)操作時(shí)換向閥自動(dòng)回歸中位，鎖緊回路；當(dāng)換向閥處于右位時(shí)，兩側(cè)液壓缸同步伸長，使后方整體高度降低；同理，換向閥處于左位時(shí)，兩側(cè)液壓缸同步收縮。同時(shí)在升降油路中設(shè)置調(diào)速閥，控制油液流量，吸收油液流動(dòng)時(shí)的能量，從而調(diào)節(jié)液壓缸動(dòng)作的速度。液壓系統(tǒng)中所用油缸均為定制油缸。升降油缸工作行程為810～1463mm,工作壓力為30MPa。

圖5 液壓系統(tǒng)原理圖

3 試驗(yàn)與分析

在原有升降裝置的基礎(chǔ)上安裝好限位架與限位油缸，如圖1 所示?？刂粕涤透渍{(diào)節(jié)后方噴桿提升至目標(biāo)高度500mm 并固定，然后調(diào)節(jié)限位油缸至合適角度，使限位架與升降油缸平行，限位架掛板與油缸掛板嚙合，鎖定限位油缸位置。

限位架調(diào)節(jié)完成后，進(jìn)行實(shí)際測試。將升降架調(diào)節(jié)至任意高度后緩慢下落，調(diào)節(jié)調(diào)速閥使液壓缸伸長保持在一個(gè)合適的速度。穩(wěn)定后測量噴桿底部實(shí)際高度,進(jìn)行多次試驗(yàn)并記錄測量結(jié)果（如表1 所示）。

表1 高度限定測試

試驗(yàn)結(jié)果表明，受金屬彈性形變、加工精度影響，噴桿最終高度略有偏差，但誤差始終保持在5%以內(nèi)，滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

4 結(jié)論

經(jīng)過多次田間試驗(yàn)和生產(chǎn)考核，該升降裝置始終能將實(shí)際高度保持在目標(biāo)高度，誤差小于5%。很好地解決了寬幅噴霧機(jī)在噴藥時(shí)高度手動(dòng)難以調(diào)節(jié)以及調(diào)節(jié)精度不高的問題，且該裝置內(nèi)限位高度可調(diào)，針對(duì)作物不同時(shí)期的生長狀態(tài)，可調(diào)節(jié)至最適宜高度。該升降裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可有效降低工作人員作業(yè)難度，并可推廣至其他農(nóng)業(yè)機(jī)械中使用，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。