植保無人機噴霧性能試驗臺試管翻轉機構設計

鄭立彬　董云哲　袁洪印

摘 要：設計了植保無人機噴霧性能試驗臺的翻轉機構，對電機進行了選型設計，同時對試管架軸進行了強度和剛度的校核。

關鍵詞：植保無人機；噴霧試驗臺；地面效應

中圖分類號：V279+2 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171032030

引言

農用旋翼植保無人機具有高效、機動性強、無需專用的機場等諸多優(yōu)點，其特有的下壓風場，使得霧滴穿透力強，同時也可使得作物葉片正反面均可著藥?；诖耍鼛啄陣鴥戎脖o人機發(fā)展速度迅猛。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國從事農用無人機生產和服務的企業(yè)已經超過200家，據(jù)有關專家預測，以農業(yè)植保無人機為主體的農業(yè)航空植保產業(yè)在未來年的年產值將超過200億元[1]。

在植保無人機快速發(fā)展過程中，出現(xiàn)了植保無人機噴灑性能檢測的問題；不同機型對應不同的作業(yè)參數(shù)，田間試驗可以反應植保無人機真實噴施效果，但影響霧滴分布的因素不可控制，很難重復試驗；而受到地面效應的影響，普通噴霧試驗臺無法反應無人機噴霧效果的真實性，所以，植保無人機的操作規(guī)范遲遲未出臺，這也限制了其進一步的發(fā)展。為此，吉林省農業(yè)機械研究院研制了植保無人機噴霧性能試驗臺，以探究不同機型霧滴分布特性。試管翻轉機構是植保無人機噴霧性能試驗臺的主要工作部件之一，本文主要對試管翻轉機構進行了設計。

1 植保無人機噴霧性能試驗臺試管翻轉機構工作原理

試管翻轉機構主要包括試管、試管架、試管架軸、電機等部分組成。試管翻轉機構采用齒輪傳動方式進行翻轉，試管翻轉角度如下圖1所示，以實現(xiàn)接液、測量和倒液的目的。試管翻轉機構的有3個工作位置，測試開始前試管與水平面處于相互垂直狀態(tài)，第1個工作位置是試管向后傾斜15°完成接液；第2個工作位置是試管向前翻轉返回到原來的初始位置，完成數(shù)據(jù)測量；第3個工作位置是試管向后翻轉105°，將液體倒入廢液箱中，完成倒液，測試結束后試管再次返回到原來的初始位置。

2 植保無人機噴霧性能試驗臺試管翻轉機構整體設計

試管翻轉機構是檢測植保無人機噴灑性能的關鍵部件，而噴霧分布均勻性（CV）是判斷噴灑性能的重要指標。測試噴霧分布均勻性時，必須在霧流穩(wěn)定時進行，測試完成后還要便于將試管迅速移開[2]。試管翻轉機構包括試管、試管架、試管架連接板、隔套、卡簧、傳動板、固定塊、位置傳感器、電機、電機圓柱齒輪、試管架軸、試管架軸圓柱齒輪、擋水板、托板、UCP25軸承座和直角件組成。電機作為試管翻轉機構的動力輸出端，電機與電機圓柱齒輪之間采用鍵連接定位，試管架軸與試管架軸圓柱齒輪之間采用卡簧定位，試管架軸與傳動板相連，傳動板固定在試管架上，2側的UCP25軸承座固定在一個平面內，用于支撐試管架軸。在試管架上有試管，固定塊，試管架連接板等部件，試管定位在固定塊上，固定塊連接在試管架上，試管架連接板用于固定試管架，整體圖如圖2，三維實體效果圖如圖3所示。

2.1 電機的選型

電機是控制試管翻轉機構沿試管架軸方向進行翻轉的動力裝置。根據(jù)結構設計，電機經過齒輪傳動方式帶動試管架軸轉動，試管翻轉到指定的工作位置?？紤]到試管翻轉機構的精準定位和穩(wěn)定性，所以電機應為低轉速電機。電機的選擇應為電機所受最大扭矩Mmax。

最大扭矩Mmax=（m試管滿載水+m試管架+m試管架軸+m試管架軸圓柱齒輪+m試管架連接板+m位置傳感器+m傳動板+m隔套+m卡簧+m擋水板+m托板 +m固定塊+m直角件）。

經計算最大扭矩Mmax為13.5N·m，故選用90YN90-2W低轉速大扭矩蝸輪蝸桿減速電機作為試管架軸轉動驅動電機。

2.2 試管架軸的強度和剛度校核

試管架軸材料采用45號鋼，直徑D=25mm，根據(jù)材料力學查表可知材料的許用扭轉切應力[]=40Mpa，軸材料的切變模量G=80Gpa，軸的許用單位長度扭轉角[] 1.5=（°）/m。

2.3 其他部件的選型與設計

2.3.1 試管架

試管架材料采用鋁合金型材，這種型材外表美觀，耐腐蝕，強度較高。

2.3.2 試管

本機構中選用D=45mm，H=250mm的100個試管依靠固定塊定位在試管架上，試管的材料為玻璃，最大可測量流量4L/min的噴頭4支，滿足植保無人機噴灑的要求。

3 調試時注意事項

調試人員在調試前應詳細檢查試管架、直角件及螺栓等部件安裝是否牢固、穩(wěn)定，不能有連接松動的現(xiàn)象發(fā)生。

啟動電源開關，蝸輪蝸桿減速電機轉動開始和結束時，都要保證試管翻轉機構在初始位置（試管豎直狀態(tài)），不然會影響試管接液等重要步驟。

通電過程中，一定要仔細觀察機構運轉狀態(tài)，以便出現(xiàn)各種問題做好應急反應。

4 結論

本文根據(jù)植保無人機噴霧性能試驗臺對試管翻轉機構的要求，對試管翻轉機構的主要部件進行了設計，并對電機的選型條件和試管架軸強度和剛度校核進行了詳細的描述。設計的試管翻轉機構經過安裝調試后功能正常，運行穩(wěn)定，達到了預期的設計要求。

參考文獻

[1]鞏春源，劉鐵軍.無人機農業(yè)植保的現(xiàn)狀分析和產業(yè)發(fā)展[J].農業(yè)開發(fā)與裝備，2016（9）：136-150.

[2]吳小偉.霧化噴頭試驗臺綜合性能測試系統(tǒng)設計研究[D].南京林業(yè)大學，2011.

作者簡介：鄭立彬（1993-），河北張家口人，在讀碩士，研究方向：農業(yè)生產過程機械化；袁洪印（1963-），男，吉林長春人，博士，教授，碩導，研究方向為農業(yè)信息化與智能化。endprint