關(guān)于一種煙葉植保機抑芽劑定株噴灑的控制原理概述

趙冠南，葛朝，冉云亮，朱騏，高海濤

（鄭州容大科技股份有限公司，河南 鄭州 475300）

目前中國煙草抑芽劑施用 全部由人工涂抹完成,工作效率極低,手工涂抹抑芽劑費工時，煙農(nóng)的勞動強度較大，這與高速發(fā)展的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化極度脫節(jié)，且勞動力成本逐年增加，抑芽劑施用工序已成為影制約煙草產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素，煙農(nóng)迫切需要實現(xiàn)煙草抑芽劑施用的機械化作業(yè)；當(dāng)前，人工打頂還是主要的方法，既直接用普通的剪刀將煙草的頂端剪掉，然后噴灑抑芽劑，工序復(fù)雜，勞動強度大，隨意性大，機械化程度低。時間成本和人工成本大幅度增加；減少煙農(nóng)的經(jīng)濟收益。使用煙草植保噴灑是在機煙葉植保機打頂完后跟著一直噴灑抑芽劑，這樣的噴灑雖然能基本保證煙株的抑芽和抑制長高的效果；大幅度減少人工成本和時間成本，但是這種噴灑不僅會造成抑芽劑大量的浪費，還會因為抑芽劑噴灑到煙葉上造成煙葉一定的傷害，會降低煙葉的品質(zhì)，同樣對煙農(nóng)造成一定量的經(jīng)濟損失。所以既能夠?qū)崿F(xiàn)機器噴灑有控制能準(zhǔn)確噴灑在煙株頂端抑芽劑的控制系統(tǒng)具有重要意義。

1 工作結(jié)構(gòu)和控制原理概述

1.1 機械機構(gòu)

定株定量抑芽噴灑系統(tǒng)如圖1所示。

圖1

機械結(jié)構(gòu)主要包含煙株的位置固定桿和煙株位置檢測桿、煙株位置隨動檢測片、噴頭等機械，煙株位置固定桿的主要作用是由于植保打頂機運行時出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，造成抑芽劑噴灑不準(zhǔn)確。打頂作業(yè)完成后，煙株由于慣性出現(xiàn)擺動現(xiàn)象，影響抑芽劑噴灑。隨著煙葉植保機前進同時，去掉頂端的煙株順著煙株位置固定桿滑道定位后移。保證煙株在固定的方向和位置到達煙株位置檢測桿。

隨著煙葉植保車前進煙株后移，煙株位置檢測桿拋物線后上運動，煙株位置檢測桿和煙株位置隨動檢測片是關(guān)聯(lián)裝置，當(dāng)煙株位置檢測桿拋物線向上移動時，關(guān)聯(lián)的煙株位置隨動檢測片以煙株位置隨動檢測片固定軸為中心拋物線向下移動。煙株位置隨動檢測片隨著煙株位置檢測桿運動，煙株位置檢測桿運動到一定的高度時，關(guān)聯(lián)的煙株位置隨動檢測片運動到能讓感應(yīng)開關(guān)檢測到，感應(yīng)開關(guān)發(fā)出信號，抑芽劑開始從噴頭處噴灑，由于噴頭固定在煙株位置檢測桿的正上方，抑芽劑正好噴灑到去除煙頂?shù)臒熤觏敹耍盅縿╅_始從頂端順著煙株流下，這樣滿足了抑芽劑的噴灑農(nóng)藝要求。

隨著植保車前進煙株后移，煙株位置檢測桿拋物線后移高度增加，煙株位置隨動桿拋物線下移，當(dāng)煙株位置檢測桿達到一定高度時，煙株位置隨動檢測片拋物線向下移動離開感應(yīng)開關(guān)的感應(yīng)區(qū)間，信號傳送到控制器，噴頭噴藥停止。

煙葉植保車?yán)^續(xù)前進，煙株繼續(xù)隨動向后移動，煙株位置檢測桿繼續(xù)拋物線向上運動，當(dāng)煙株位置檢測桿達到一定的高度時，煙株位置檢測桿會從煙株的頂端邁過，與煙株脫離，自由滑動到原始位置。至此，一顆去頂煙株的噴灑抑芽劑動作完成。

隨著煙葉植保車?yán)^續(xù)前行，抑芽噴灑動作開始重復(fù)工作。保證煙株每一株都能在頂端噴灑到滿足農(nóng)藝要求的抑芽劑。

1.2 抑芽劑噴灑系統(tǒng)

抑芽劑的噴灑系統(tǒng)主要包含抑芽劑的存儲和抑芽劑噴灑兩個主要的過程。

抑芽劑儲存是在抑芽劑噴灑動作開始之前完成抑芽劑在儲藥罐中充足壓力的抑芽劑藥液的儲存，農(nóng)藝要求中，抑芽劑的噴灑的量需要從煙株的頂端順流到煙株的底部，煙葉植保車打頂抑芽的作業(yè)速度一般在3.6km/h左右，煙株的株距一般在0.5m左右，每顆煙株的抑芽時間最長為0.5s，由于人為操作行車速度的不穩(wěn)定性和煙株的非固定性，前后位移搖擺，抑芽時間最少為0.3s，煙株高1.7m，經(jīng)測定煙株的一顆去頂煙株抑芽劑噴灑農(nóng)藝要求在25ml，由于煙葉植保車噴灑抑芽劑過程中損失在5ml，經(jīng)計算泵的流量最小為6L/min在煙草植保車整車12V的控制系統(tǒng)中，市場上12V的泵沒有滿足6L/min的流量和抑芽劑藥液的要求。所以需要儲藥罐增壓噴灑，感應(yīng)開關(guān)信號輸出的時間內(nèi)能噴灑出足量的抑芽劑。抑芽劑的噴灑量大于泵的流量，選擇多泵并聯(lián)工作的狀態(tài)，使流量大于抑芽劑的消耗量。抑芽劑噴灑作業(yè)中，儲藥罐還有保護泵使用壽命和穩(wěn)定噴灑流量的作用，經(jīng)試驗抑芽劑的噴灑壓力區(qū)間是在0.3～0.4MPa，泵的單組或者多組雖然能夠滿足噴灑壓力要求，但是在實應(yīng)用過程中泵會不斷地啟停，造成泵使用壽命減少；并且泵達到額定流量時間一般需要0.2s的時間，多泵組合能在前0.2s內(nèi)達到0.3～0.4MPa要求，后0.1～0.3s會超0.3～0.4MPa壓力運行，造成抑芽劑藥液的浪費；儲藥罐解決了泵頻繁啟停和壓力不穩(wěn)的問題。

抑芽劑儲存過程主要流程如圖2所示。

圖2

抑芽劑的儲存主要包含藥箱、流量計、泵、壓力表、壓力信號器、儲藥罐和水管。其中壓力表和壓力信號器和儲藥罐連接在一起，其余的用水管連接。

抑芽開始工作前，泵開始工作，抑芽劑從抑芽劑藥箱被抽出，流經(jīng)流量計、泵，達到儲藥罐；在壓力未達到設(shè)定值時，泵繼續(xù)工作，儲藥罐中的抑芽劑繼續(xù)增加，壓力增加；到抑芽劑壓力值高于設(shè)定的高壓停止壓力時，壓力信號器斷開發(fā)出信號到控制器，電氣系統(tǒng)控制水泵停止工作，存儲過程完成。

在抑芽劑在噴灑作業(yè)過程中，儲藥罐中抑芽劑不斷減少，壓力不斷下降，當(dāng)壓力值的設(shè)定低壓啟動壓力時，壓力信號器發(fā)出信號，控制器控制泵啟動，再次給儲藥罐存儲抑芽劑；

抑芽劑噴灑過程主要流程如圖3所示。

圖3

抑芽劑的噴灑過程主要作用部件包含儲藥罐、壓力表、壓力信號器、水管、噴頭、電磁水閥。

當(dāng)機械煙株位置檢測機構(gòu)滿足抑芽劑噴灑狀態(tài)時，儲藥罐抑芽劑壓力高于最小壓力設(shè)定值時，電氣控制系統(tǒng)開始運轉(zhuǎn)，電磁水閥打開，抑芽劑由于壓力經(jīng)過水閥和噴頭噴灑出到煙株頂端，單株噴灑流程完成。

1.3 電氣控制系統(tǒng)

電氣組成部分包含啟動信號、控制器、流量監(jiān)測、壓力感應(yīng)、報警信號、人機交互顯示器。

控制系統(tǒng)如圖4。

圖4

當(dāng)煙草植保機需要噴灑抑芽劑前，抑芽劑存儲過程在；打開人機交互顯示器上啟動指示信號，經(jīng)過控制器開始輸出信號到驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊驅(qū)動水泵開始工作、抑芽劑經(jīng)過流量計和泵。

為了電路的穩(wěn)定工作，設(shè)置了故障提示信息；防止泵故障和抑芽劑噴灑壓力小于設(shè)定噴灑壓力的最小值，報警信息有蜂鳴器和人機交互顯示器共同提示；流量計和泵串聯(lián)狀態(tài)，正常狀態(tài)時泵工作，流量計時時輸出信號；泵停止，流量計停止輸出信號。儲藥工作過程中控制器接受不到流量模塊器輸出的時時信號，說明泵沒有啟動開始工作；控制器作用于顯示器和蜂鳴器，顯示器彈出泵故障提示頁面，蜂鳴器通電開始蜂鳴提示操作人員。在儲藥罐壓力值小于設(shè)定的最小噴藥壓力值時，人機交互顯示器顯示壓力值過小頁面并且作用于控制器，即使煙株位置檢測隨動感應(yīng)片與接近開關(guān)作用發(fā)出感應(yīng)信號進入控制器，邏輯原理作用控制器不能輸出信號控制電磁水閥打開。流量計是否輸出和故障的提示沒有必然的聯(lián)系，流量計的輸出和泵的工作狀態(tài)與壓力值的設(shè)定有關(guān)。當(dāng)壓力值大于設(shè)定的最大壓力時，流量計輸出信號，控制器與人機交互顯示器報故障提示；壓力小于設(shè)定的最小壓力時，流量計不輸出信號，控制器與人機交互顯示器報故障提示。

儲藥罐中抑芽劑的壓力不滿足噴灑設(shè)定值的最大值時，壓力信號時時輸出到控制器，控制器作用于驅(qū)動模塊電路，驅(qū)動模塊電路驅(qū)動泵繼續(xù)工作，當(dāng)壓力信號超過設(shè)定壓力最大值時，控制器斷開驅(qū)動模塊，水泵停止工作。

儲藥罐中抑芽劑的壓力大于設(shè)定的最小壓力值時，即滿足噴灑條件；感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)出煙株位置隨動檢測片的位置，控制器接收到信號輸入，輸出信號使得電磁閥打開，抑芽劑液體噴灑出。

抑芽劑藥液持續(xù)噴灑，當(dāng)壓力值低于設(shè)定的最大壓力值時，控制器不會輸出信號給驅(qū)動模塊；當(dāng)壓力值低于設(shè)定的最小壓力值時，控制器輸出信號，驅(qū)動模塊和泵開始工作。

2 結(jié)語

文中概述了定株噴施抑芽劑的控制過程。文中控制過程中，通過機械，水液、電氣控制結(jié)合實現(xiàn)了機械抑芽劑定株的噴施作業(yè)；該設(shè)計方案解決了人工噴施勞動作業(yè)的效率低，工作時間長等缺點，又解決了機械無法定株噴灑的缺點，該設(shè)計融合了人機效率的優(yōu)點，能大幅度解決現(xiàn)有抑芽劑噴灑的作業(yè)困境，提高抑芽效率。節(jié)省作業(yè)時間，減少作業(yè)成本，間接增加了煙農(nóng)的經(jīng)濟效益。對于煙草的打頂抑芽工作能夠起到很大的作用，提高了打頂抑芽的工作效率和煙葉質(zhì)量，實現(xiàn)了煙草打頂抑芽的自動化和精準(zhǔn)化，也為進一步優(yōu)化該機械的自動化進程提供了良好的基礎(chǔ)。