新型太陽(yáng)能農(nóng)藥噴灑車的研究與設(shè)計(jì)*

段建春，牟世剛，馬超華，楊 潤(rùn)

(德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東德州 253023)

0 引言

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域的自動(dòng)化程度都在不斷提高，尤其是作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的機(jī)械化程度顯現(xiàn)的更為突出。農(nóng)藥噴灑作為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中不可或缺的一部分，但是，現(xiàn)有的農(nóng)藥噴灑裝置存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低等缺點(diǎn)。并且，人們所面臨的環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻，對(duì)于綠色能源的利用已成為新能源領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)。針對(duì)上述問(wèn)題，本項(xiàng)目研制了一種新型太陽(yáng)能農(nóng)藥噴灑車。該噴灑車主要由電動(dòng)機(jī)、底盤(pán)行走系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、噴灑裝置、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)，本機(jī)器集農(nóng)藥配制、混合、噴灑于一體，自動(dòng)化程度高，操作方便、噴灑范圍大，灑液均勻，其目的是省人、省力、省時(shí)，提高噴灑效率和噴灑質(zhì)量。

1 總體設(shè)計(jì)方案

本噴灑車主要由底盤(pán)行走系統(tǒng)、藥液加壓與噴灑系統(tǒng)、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和智能檢測(cè)系統(tǒng)等組成。各個(gè)系統(tǒng)相互配合弄夠?qū)崿F(xiàn)噴灑車的行走、對(duì)藥液的配制并混合、按設(shè)定好的噴灑來(lái)量對(duì)藥液噴灑，探測(cè)藥液的剩余量，同時(shí)還可以通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)對(duì)噴灑車充電。整體效果圖如圖1所示。

1．1 底盤(pán)行走系統(tǒng)

由于考慮到能量轉(zhuǎn)化的原理和制造成本問(wèn)題，本車的整體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈比較簡(jiǎn)單。通過(guò)蓄電池與逆變器連接，將蓄電池的電能交流輸出。逆變器與電動(dòng)機(jī)連接，從而帶動(dòng)了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)輸出軸與一小鏈輪連接，大連輪與車的后橋配合連接，大鏈輪與小鏈輪通過(guò)鏈傳動(dòng)將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為車的整體運(yùn)動(dòng)［1］。

圖1 新型太陽(yáng)能農(nóng)藥噴灑車整體示意圖

1．2 藥液加壓與噴灑系統(tǒng)

藥液加壓系統(tǒng)如圖2所示，該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、泵體等部件構(gòu)成，其工作原理是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)曲柄連桿的連接帶動(dòng)扇齒的往復(fù)擺動(dòng)，而通過(guò)扇齒與齒條活塞的嚙合使齒條活塞進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而能不斷改變小容器內(nèi)的壓強(qiáng)［2］。

具體操作如下:在圖2中，電動(dòng)機(jī)13輸出軸與曲柄7連接，曲柄7與連桿6連接，連桿6與扇齒4連接，扇齒4與齒條活塞5嚙合。當(dāng)電動(dòng)機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿6與扇齒4做循環(huán)往復(fù)的搖擺運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使齒條活塞5做循環(huán)往復(fù)的上下運(yùn)動(dòng)［3］。當(dāng)齒條活塞5向上運(yùn)動(dòng)，反接單向閥9處于截止?fàn)顟B(tài)，正接單向閥10處于流通狀態(tài)，從而使液體吸入小容器8;當(dāng)齒條活塞5向下運(yùn)動(dòng)，反接單向閥9處于流通狀態(tài)，正向單向閥10處于截止?fàn)顟B(tài)，從而液體從小容器中噴出。與反接單向閥10連接的左右兩側(cè)輸出管道則有水平管道12和豎直管道3組成，水平管道12和豎直管道3各有若干個(gè)管接頭，水平管道12與豎直管道3的管接頭連接，噴管2則與水平管道12的管接頭連接。當(dāng)噴灑的左右寬度有要求時(shí)就可以通過(guò)調(diào)節(jié)噴管2與水平管道12上的管接頭的連接來(lái)調(diào)整;當(dāng)噴灑的上下高度有要求時(shí)就可以通過(guò)調(diào)節(jié)豎直管道3與水平管道12上的管接頭的連接來(lái)調(diào)整，而其余用不到管接頭用管螺塞11連接［4］。

圖2 藥液加壓與噴灑系統(tǒng)

1．3 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)

太陽(yáng)能噴灑車的能源主要來(lái)自于太陽(yáng)能(同時(shí)也可以通過(guò)220 V交流電給其充電)，首先是通過(guò)車頂?shù)奶?yáng)能電池板將太陽(yáng)能吸收，然以再經(jīng)過(guò)充電控制裝置把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)于蓄電池之中，以作為整部車的能源使用。能量轉(zhuǎn)化原理如圖3所示。

在電源系統(tǒng)中，電源的輸出部分尤為重要。電源控制系統(tǒng)如圖4所示。從圖中可以看出，太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換的電能一部分經(jīng)過(guò)二極管給負(fù)載供電，一部分經(jīng)過(guò)二極管給蓄電池供電。由于太陽(yáng)能電池板效率、面積等因素影響，所產(chǎn)生的電能不足，因此不涉及對(duì)地分流的情況。太陽(yáng)能電池板給電動(dòng)車供電部分通過(guò)電壓采樣電路對(duì)供電總線進(jìn)行電壓采樣，然后通過(guò)誤差放大，滯環(huán)控制電路控制MOS管M2通斷，進(jìn)而控制M1通斷，保證總線電壓穩(wěn)定在一定得范圍內(nèi)。

在電動(dòng)車停車時(shí)，太陽(yáng)能電池板所產(chǎn)生的電能給蓄電池充電，因?yàn)椴煌男铍姵赜胁煌淖顑?yōu)充電狀態(tài)，所以也要進(jìn)行反饋控制，設(shè)計(jì)中采用的是通過(guò)采樣充電蓄電池的電流來(lái)控制蓄電池的充電狀態(tài)［5］。

圖3 能量轉(zhuǎn)化原理

圖4 電源控制系統(tǒng)

1．4 智能檢測(cè)系統(tǒng)

智能檢測(cè)系統(tǒng)主要包括液位探測(cè)器、速度探測(cè)器。液位探測(cè)器可以對(duì)藥液箱中的剩余藥液進(jìn)行探測(cè);速度探測(cè)器可以實(shí)時(shí)檢測(cè)噴灑車的行走速度，以保證噴灑的質(zhì)量。各探測(cè)器將檢測(cè)到的信息反饋到顯示器上使操作者清晰的了解噴灑車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和工作狀態(tài)。

2 工作原理及產(chǎn)品特點(diǎn)

2．1 工作原理

噴灑車藥液箱內(nèi)裝有攪拌器，可以對(duì)藥液充分?jǐn)嚢?，調(diào)節(jié)噴竿的高度和寬度以達(dá)到最佳噴灑質(zhì)量和噴灑范圍，電動(dòng)機(jī)工作帶動(dòng)連桿與扇齒做循環(huán)往復(fù)的搖擺運(yùn)動(dòng)進(jìn)而使齒條活塞做循環(huán)往復(fù)的上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)泵體內(nèi)的藥液加壓，液體經(jīng)泵體流出通過(guò)噴灑裝置管路到達(dá)噴竿并噴出。與此同時(shí)，各傳感器將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)到顯示器上，操作者可以根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)噴灑車進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。

2．2 產(chǎn)品特點(diǎn)

(1)本新型太陽(yáng)能農(nóng)藥噴灑車可以滿足在不同種植面積、不同種植作物之間的農(nóng)藥噴灑，并且可以通過(guò)控制器對(duì)壓力吸液泵的夜里精確地控制，可以很好的掌握噴灑的重度。

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