電動自平衡兩輪遙控植保車噴灑系統(tǒng)設(shè)計

董云哲 李君興 史云天 于海濤 許光明

摘 要：針對傳統(tǒng)3輪或4輪植保車在轉(zhuǎn)彎過程中對作物的損壞，減小農(nóng)藥對人體的傷害，設(shè)計了電動自平衡2輪遙控植保車，本文著重設(shè)計了電動自平衡2輪遙控植保車的噴灑系統(tǒng)。并闡述了噴灑系統(tǒng)的各個部件的設(shè)計原理，分析確定了各個部件的結(jié)構(gòu)、材料及選型。

關(guān)鍵詞：植保機械；自平衡；轉(zhuǎn)矩

中圖分類號： S48 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160413001

引言

為了保證糧食產(chǎn)量，使用農(nóng)藥可以從農(nóng)作物病蟲草害口中挽回40%左右的損失。中國作為農(nóng)業(yè)大國，擁有1.2億hm2基本農(nóng)田；我國是農(nóng)藥用量第1大國，占世界農(nóng)藥用量的30%。從世界植保技術(shù)發(fā)展來看，今后相當(dāng)長時間化學(xué)防治依然是防治農(nóng)作物病、蟲、草及鼠害的主要方法，傳統(tǒng)人工植保作業(yè)越來越不適合我國城鎮(zhèn)化建設(shè)，農(nóng)村勞動力急劇減少的步伐，以4輪或3輪車為主地面植保機具在轉(zhuǎn)彎過程中會對作物造成傷害，植保過程中，有些藥劑會對駕駛員造成傷害，據(jù)報道每年農(nóng)藥中毒人數(shù)為10萬人。而2輪自平衡遙控植保車，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑為0，遙控距離為1km，可有效避免傳統(tǒng)地面植保作業(yè)機械的缺點。本文著重對2輪自平衡遙控植保車噴灑系統(tǒng)進行了設(shè)計。

1 2輪自平衡遙控植保車噴灑系統(tǒng)機理

2輪自平衡遙控植保車噴灑系與普通植保噴灑系統(tǒng)的構(gòu)成基本相同，主要由藥泵、藥箱、噴桿、噴頭、輸液管路等部分組成，所不同的是其有遙控控制系統(tǒng)。其工作原理是當(dāng)進行農(nóng)藥噴灑時，操作者開啟上位機的噴灑指令，2輪自平衡遙控植保車上的下位機接到指令后，展開噴桿，噴桿展開后，藥泵將藥箱中的藥液通過輸液管路輸送到噴桿上的噴頭，藥液噴灑出去，霧滴在慣性及重力共同作用下，噴施到靶標(biāo)上。

2 2輪自平衡遙控植保車噴灑系統(tǒng)的整體設(shè)計

本噴灑系統(tǒng)包括藥泵、藥箱、噴桿、噴頭、輸液管路、固定支架、控制裝置等6部分組成，本噴灑系統(tǒng)中以12V電池為本噴灑系統(tǒng)的動力源，在植保車上的車架上固定藥箱、噴桿等部件，噴嘴固定在噴桿上。如圖1所示：

2.1 藥泵的選擇

噴灑效果的好壞，藥泵起著至關(guān)重要的作用，它將電能轉(zhuǎn)化為藥液的勢能，最后通過噴嘴再將勢能轉(zhuǎn)化為動能噴灑出去。為了減輕植保車的載重，本套系統(tǒng)的選材需是輕質(zhì)，考慮到本系統(tǒng)管路短壓力損失小，本系統(tǒng)選用石家莊普蘭迪機電設(shè)備廠生產(chǎn)的微型直流隔膜泵，其額定電壓為12V，壓力為10kg，最大流量為4L/min，通過螺栓將其固定在車架上。

2.2 噴頭的選型

噴頭在噴灑系統(tǒng)中起著核心作用，霧滴的大小、速度及分布情況主要取決于噴頭的種類和噴灑參數(shù)的設(shè)置，通過噴頭將藥液轉(zhuǎn)化成霧滴，并將其分布到標(biāo)靶上。目前植保車植保噴頭主要有扇形噴頭或電動離心噴頭，扇形噴頭噴霧藥液的橫向沉積呈正態(tài)分布，而且霧滴速度較大，為此采用美國TeeJet1100067扇形噴頭，為避免扇形噴嘴噴霧相互干涉，扇形噴嘴的噴口偏離管軸5°。

2.3 噴桿的設(shè)計

噴桿是固定噴頭和固定輸入藥管的主要部件，考慮到平衡和運輸方便，采用可遙控折疊式噴桿機構(gòu)，如圖2所示：同電機經(jīng)過蝸輪蝸桿減速器直接帶動噴桿轉(zhuǎn)動，進而達到折疊目的。為了減輕電機負載，噴桿材料為鋁合金。

圖2 噴桿結(jié)構(gòu)圖

1.長噴桿 2.噴嘴 3.減速電機 4.電機座 5.軸承 6.連接套

7.連接板8.橫梁 9.噴桿座 10.短噴桿 11.限位板

2.4 噴桿減速電機選型

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，將長噴桿固定在連接套上，減速電機直接帶動其旋轉(zhuǎn)，進行折疊?？紤]到噴桿回轉(zhuǎn)的安全性，所以電機應(yīng)為低轉(zhuǎn)速電機。電機所受最大力矩為：

M最大=（m長噴桿+4m噴頭+m管路+m水）×L/2

經(jīng)計算M最大為1.02kg m，故選用GW4468-10微型蝸輪蝸桿低轉(zhuǎn)速大扭矩24V電機作為噴桿轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機。

2.5 藥箱的設(shè)計和安裝位置的確定

為了安裝和固定方便，將藥箱設(shè)計成扁箱形，為了使藥箱不存積液，將排液口置于藥箱最下端，在藥箱頂部設(shè)有2個注藥孔，為了減輕重量，藥箱采用聚丙烯注塑成型。

3 調(diào)試時注意事項

調(diào)試人員在調(diào)試前必須熟悉生產(chǎn)機械的結(jié)構(gòu)、操作規(guī)程和電氣系統(tǒng)的工作要求。

通電時，先接通上位機既遙控器的電源，將所有手柄回到初始位置后，再開植保車主電源；斷電時 ，順序相反。

通電后 ，注意觀察各種現(xiàn)象，隨時做好急停準(zhǔn)備，以防止意外事故發(fā)生。如有異常，應(yīng)立即停止調(diào)試 ，待查明原因之后再繼續(xù)進行。

4 結(jié)論

根據(jù)2輪自平衡遙控植保車對噴灑裝置的要求，設(shè)計了2輪自平衡遙控植保車噴灑系統(tǒng)，并進行了安裝調(diào)試。設(shè)計的2輪自平衡遙控植保車噴灑系統(tǒng)各系統(tǒng)功能正常，運行穩(wěn)定可靠，達到了預(yù)期的設(shè)計要求，為進一步研究奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻

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