車載式施藥機控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

古在努·阿布力孜

（新疆阿克蘇市農(nóng)牧業(yè)機械管理局，新疆 阿克蘇 843000）

車載式施藥機控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

古在努·阿布力孜

（新疆阿克蘇市農(nóng)牧業(yè)機械管理局，新疆 阿克蘇 843000）

為了減少或避免藥液對自然環(huán)境以及其他生物的不利影響，必須實現(xiàn)精確施藥。而車載式施藥技術(shù)能夠良好避免施藥過程中藥液對操作人員造成威脅，同時能夠有效提高噴灑藥液的效率，降低藥液對生態(tài)環(huán)境以及非靶向生物的不利影響等指標?；诖?，文章通過研究車載式施藥機控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用，闡述車載式施藥機控制變量的設(shè)計思路，探索能夠降低用藥量、降低環(huán)境威脅以及降低生產(chǎn)成本的方法，具有一定理論指導(dǎo)與應(yīng)用價值。

車載式施藥機；控制系統(tǒng)；精確施藥；應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像處理以及機器監(jiān)控等高科技技術(shù)也逐漸應(yīng)用于現(xiàn)代林業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中。其中，精確施藥是對于植物養(yǎng)護工作最為重要的環(huán)節(jié)之一，其具體是指通過對施藥對象的研究，選取合理的藥液，然后通過計算機控制系統(tǒng)對施藥對象的施藥量，施藥區(qū)域以及施藥時間進行準確分析，最終實現(xiàn)對施藥行為的自動化處理。精確施藥可以實現(xiàn)實時動態(tài)作業(yè)，因此能夠做到真正的精準控制變量的施藥原則，從而避免傳統(tǒng)施藥作業(yè)對環(huán)境、生物等造成的破壞。目前，一些發(fā)達國家對于精確施藥的發(fā)展技術(shù)已經(jīng)臻于成熟，而國內(nèi)關(guān)于這方面的發(fā)展仍有很大不足，因此文章通過研究車載式施藥機控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用，為精確施藥的未來發(fā)展提供一定的理論參考。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

車載式施藥技術(shù)是當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向，其設(shè)備在結(jié)構(gòu)上具有一定的程序性、適應(yīng)性及通用性。文章通過研究一種類型的車載式施藥機，論述車載式施藥機的結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用發(fā)展。該車載式施藥機的主要組成部塊包括移動控制系統(tǒng)、藥液噴灑系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)以及控制電源等，其中最為重要的部塊為移動控制系統(tǒng)及藥液噴灑系統(tǒng)。圖1為車載式施藥機示意圖。

圖1 車載式施藥機結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 施藥機轉(zhuǎn)動部件結(jié)構(gòu)圖

（1）移動系統(tǒng)。目前，車載式施藥機移動系統(tǒng)主要分為車輪式、軌道式以及履帶式等類別，其中應(yīng)用范圍最廣的為車輪式系統(tǒng)。車輪是確保車載施藥機可以隨時移動的部件，其行走部件以及轉(zhuǎn)向部件共同作用完成。行走部件主要是使施藥機具有移動功能，轉(zhuǎn)向部件則可以使施藥機以及施藥噴頭在施藥過程中進行精確轉(zhuǎn)動。在實際設(shè)計中，對于行走部件的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：首先，必須保證施藥機的穩(wěn)定，因此一般車載式施藥機為四輪結(jié)構(gòu)，將前面兩輪作為驅(qū)動輪，后輪設(shè)計為轉(zhuǎn)向輪。其次，應(yīng)當(dāng)注意設(shè)計時應(yīng)將前輪直徑大于后輪直徑，這樣不僅保證了施藥機的承重功能，同時保證施藥機的運行穩(wěn)定性。常見的車載式施藥機轉(zhuǎn)動部件控制系統(tǒng)如圖2所示。從圖2中可以看出，在轉(zhuǎn)動車輪的垂直軸上存在一個搖臂，不同搖臂之間通過連桿進行連接，在連桿上裝載有伺服控制系統(tǒng)，當(dāng)連桿擺動時，將帶動車輪上的搖臂運動，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)動功能。這種轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的優(yōu)點在于其結(jié)構(gòu)簡單，可以比較便捷地進行方向轉(zhuǎn)動，同時操縱靈活，可以通過改變搖臂擺動角度來直接控制施藥機轉(zhuǎn)動角度。

（2）車載噴霧系統(tǒng)。車載式施藥機的噴霧系統(tǒng)一般由噴藥水箱、電動機、水泵、升降結(jié)構(gòu)、噴桿、過濾部件等部分組成。玻璃鋼以其質(zhì)量小，剛度大，能夠有效防止大多數(shù)藥液的腐蝕以及造價低，加工簡單等特點而廣泛應(yīng)用在噴藥水箱的制作工藝中。同時需要注意的是，由于一些噴灑環(huán)境較差，因此必須注意對于藥液傾灑以及震蕩。所以在噴藥水箱內(nèi)部需要添加一些控制板，以避免藥液的翻倒，同時為了合理使用藥液，需要優(yōu)化回收裝置，其一般設(shè)計在噴藥水箱底部，為漏斗結(jié)構(gòu)。升降結(jié)構(gòu)是控制藥液噴灑合理性以及噴灑范圍的重要部件。在升降結(jié)構(gòu)上安裝有噴霧干，通過調(diào)節(jié)升降結(jié)構(gòu)可以控制噴霧桿的高度，從而避免藥液的浪費。升降結(jié)構(gòu)的示意圖如圖3所示。

圖3 升降結(jié)構(gòu)示意圖

2 控制算法

控制系統(tǒng)的作用在于通過對車載式施藥機的各種變量進行計算，從而得到車載式施藥機的移動速度等指標，最終控制噴霧桿的施藥量。其中，移動速度的控制算法為將控制系統(tǒng)所接收的脈沖信號，通過相應(yīng)公式轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣仁噶?。實際的施藥量也可以通過系統(tǒng)所接收的流量脈沖信號進行計算得到。在控制算法中，需要注意算法編寫中應(yīng)盡量將語言變量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模糊子集，從而便于計算機的識別。同時應(yīng)當(dāng)編寫相應(yīng)程序來控制計算規(guī)則，并為計算規(guī)則選取合適的隸屬函數(shù)。對于計算系統(tǒng)的運算應(yīng)當(dāng)具有檢測標準，以確?？刂屏康木_性。

3 效果評價

目前，由于車載式施藥機的動力系統(tǒng)包括車輛動力系統(tǒng)以及施藥動力系統(tǒng)，因此其耗油成本較高。同時由于其沒有完全智能化，因此難以應(yīng)用到一些工作環(huán)境比較惡劣的區(qū)域。但是總體而言，車載式施藥機將人們從傳統(tǒng)的單一施藥模式中解放出來，不僅大大提高了工作效率，節(jié)約了藥液用量，避免了藥液噴灑的過度對于環(huán)境及非靶向性生物的危害，同時其操作簡單，便于廣泛推廣到林業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中使用。

［1］盧秉福，張祖立，朱明，等．農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展關(guān)鍵影響因素的辨識與分析［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24（11）：114-117．

［2］郭克瑤，劉明剛，畢武．2YTF．6型液體施肥施藥自動控制系統(tǒng)設(shè)計［J］．林業(yè)機械與木工設(shè)備，2005，33（8）：21-22．

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［4］史萬蘋，王熙，石莉莉．基于脈寬調(diào)制的變量噴藥技術(shù)噴霧錐角影響研究［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報，2007，19（3）：51-54．

Design and Application of Control System of Vehicle Mounted Spraying Machine

Gu·Nur·Abliz

（Akesu Agricultural Machinery Administration Bureau，Akesu，Xinjiang 843000，China）

In order to reduce or avoid the adverse effects of liquid natural environment and other creatures，it must realize the precision spraying.The vehicle mounted spraying technology can avoid a threat to the operator in the liquid medicine spraying process，and can effectively improve the efficiency of spraying liquid medicine，reducing the pesticide on the ecological environment and non targeted biological adverse effect index.Based on this，this paper expounds the design ideas of control variables of vehicular pesticide spraying machine through the concrete application of control system of vehicle mounted spraying machine，explores the methods of reducing the dosage，environmental threats and production costs，which has a certain theoretical guidance and practical value.

vehicle type spraying machine；control system；precision spraying；application

S49

A

2095-980X（2017）01-0089-01

2016-12-13

古在努·阿布力孜（1970-），女，新疆阿克蘇人，工程師，主要研究方向：機械化作業(yè)。