丘陵山地果園打藥裝置設(shè)計

魯 權(quán) 石浩全 張文斌

丘陵山地果園打藥裝置設(shè)計

魯 權(quán)1石浩全2張文斌2

（1.寧蒗恒泰農(nóng)業(yè)投資開發(fā)有限公司 云南麗江 674300；2.紅河學院工學院 云南蒙自 661199）

打藥裝置是將儲藥箱的藥液通過打藥泵輸送到作業(yè)位置，再通過噴藥裝置中的噴頭將藥液均勻噴灑到植物體上。該裝置基于果農(nóng)實際打藥作業(yè)的實際需求，依據(jù)藥液配比、藥液儲存、藥液輸送、噴灑等工序進行設(shè)計與制作，由中控系統(tǒng)、取藥箱和噴藥單元組成，各部分之間采用藥管地下鋪設(shè)連接，具有藥液儲存、遠程藥液精準輸送、藥液暫存、藥液噴灑等功能，有效解決了丘陵山地果園打藥難、效率低、勞動強度大等問題，具有較強的作業(yè)性。

丘陵山地；半自動化打藥裝置；遠程控制；作業(yè)性強

我國是世界上最大的果樹種植國家和水果進出口貿(mào)易國家[1-2]，2022年全國人均水果消費量達到60 kg/年[3]。為滿足這一需求，我國進行了大規(guī)模的果樹種植。然而，病蟲害成為果樹種植的最大制約因素。為了更好地預防和消除病蟲害，目前采取的有效方式之一是農(nóng)藥噴灑[4]。

目前，我國南方丘陵山地果樹種植地形為多坡地與梯地，每排果樹的落差在1.0 m～1.5 m。而果樹噴藥大部分采用傳統(tǒng)的人工背藥桶打藥，人工成本高，勞動強度大，在較大面積的果園打藥效率低；少數(shù)果園采用大型自動打藥機，雖解決了人工成本高、勞動強度大的問題，提高了打藥效率，但大型自動打藥機較難應用于丘陵山地果園。因此，有必要設(shè)計適合丘陵山地果園的打藥裝置。設(shè)計的打藥裝置不應受地形制約，同時還要兼顧效率（打藥效率達到傳統(tǒng)打藥作業(yè)的4倍以上）和低勞動強度兩項性能指標，且打藥裝置具有較強的作業(yè)性。

1 打藥泵動力選擇

中控系統(tǒng)是打藥裝置的各部件中最重要的部件，而中控系統(tǒng)中的打藥泵穩(wěn)定工作對中控系統(tǒng)起決定性作用，因此打藥泵動力選擇至關(guān)重要。

方案一，柴油機打藥泵。柴油機的優(yōu)點是耐用、效率高、使用范圍廣，尤其適用于戶外無固定電源的場景。但是，目前果樹種植遵循綠色環(huán)保生產(chǎn)的原則，而柴油機在工作中將大量的有害氣體直接排放于果園中，且噪聲比較大。

方案二，電機打藥泵。電機的優(yōu)點在于其高效率和綠色環(huán)保特性。然而，電機在戶外作業(yè)中存在安全隱患，如遇潮濕或陰雨天氣存在不安全性。

通過對柴油機與電機的優(yōu)缺點比較，考慮到果園電源供應、生產(chǎn)成本、綠色環(huán)保及噪聲污染等一系列因素，最終采用電機作為打藥泵的驅(qū)動動力。

2 打藥裝置整體結(jié)構(gòu)及工作流程

根據(jù)實際地形設(shè)計的打藥裝置主要由中控系統(tǒng)、取藥箱和噴藥單元等三部分組成，各部分又由不同的部件組成。在材料、尺寸大小、工作壓力、工作功率、流速等方面，各部件需要相互匹配。各部件采用分離式設(shè)計，在多處設(shè)計了快換裝置，方便進行管道更換和部件拆卸、組裝，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該打藥裝置的工作流程：（1）在儲藥箱2中按比例配制藥液；（2）啟動電源開關(guān)，觀察打藥泵4是否抽取并輸送藥液；（3）根據(jù)不同地塊的噴藥需求，通過遙控器發(fā)射控制指令，操作箱上的信號接收器接收到控制指令后，轉(zhuǎn)換為開關(guān)指令控制操作箱13中的電磁閥，以進行遠程藥液輸送開關(guān)控制；（4）到相應的取藥箱檢查藥液是否傳輸?shù)轿?；?）將打藥桿上的高壓噴霧軟管與取藥口連接；（6）手持打藥桿，按動開關(guān)進行打藥作業(yè)。

圖1 打藥裝置結(jié)構(gòu)

1－進水管；2－儲藥箱；3－自動攪拌與過濾器；4－打藥泵；5－打藥泵連接腳架；6－皮帶盤；7－電動機；8－傳動皮帶；9－皮帶輪；10－回藥管；11－輸藥管；12－地管A；13－操作箱；14－地管B；15－出藥管；16－延長管；17－取藥口；18－取藥箱。

2.1 中控系統(tǒng)設(shè)計

中控系統(tǒng)是整個打藥裝置的核心，承擔藥水供給、藥液傳輸及控制等重要任務，因此中控系統(tǒng)的設(shè)計將直接影響打藥裝置的性能和效率。

本設(shè)計通過中控系統(tǒng)中的儲藥箱進行藥液配制和儲存。電動機作為動力提供裝置，將動力傳送給打藥泵，打藥泵中的葉輪轉(zhuǎn)動以進行藥液吸入、壓縮與排出，通過輸藥管將藥液輸給操作箱，操作箱中電磁控制閥根據(jù)預設(shè)程序?qū)λ幰哼M行精確的控制和分配，確保藥液能夠輸送到對應的區(qū)域。

2.1.1 打藥泵選擇

作為中控系統(tǒng)的核心部件，打藥泵將儲藥箱中的藥液抽取后輸入管道內(nèi)，以實現(xiàn)對藥液的輸送。通過對打藥泵的實際功率、流量、工作壓力的計算，再結(jié)合市場中打藥泵的性能與型號對比，最終選取型號為LN-89型的三缸柱塞泵。

2.1.2 電動機選擇

電動機是中控系統(tǒng)動力供給單元的動力來源，在選擇時除了需要考慮作業(yè)環(huán)境、負載額定功率、負載額定壓力和外接電壓外，還需要考慮啟動、轉(zhuǎn)速、調(diào)速、機械特性和安裝等要求。通過綜合考慮，再結(jié)合打藥泵的轉(zhuǎn)速、功率、工作壓力和外接電源電壓等因素后，最終選擇單相雙道電容電動機。

2.1.3 中控系統(tǒng)動力供給單元設(shè)計

中控系統(tǒng)動力供給單元是整個中控系統(tǒng)的核心，將儲藥箱中的藥液抽取后通過打藥泵上葉片的轉(zhuǎn)動進行藥液的外部輸送，實現(xiàn)藥液抽取與輸送，其組成如圖2所示。

圖2 中控系統(tǒng)動力供給單元三維結(jié)構(gòu)

1－驅(qū)動電機；2－傳動皮帶；3－皮帶輪；4－打藥泵；5－固定螺絲；6－連接腳架。

2.1.4 操作箱設(shè)計

操作箱是整個中控系統(tǒng)的控制單元，其作用是將打藥泵輸出的藥液根據(jù)實際打藥地塊需求進行精準的遠程藥液輸送控制，其三維結(jié)構(gòu)如圖3所示。根據(jù)需要可配置多個地管，圖中配置了3根地管。

圖3 操作箱的三維結(jié)構(gòu)

1－輸藥管；2－地管A；3－地管B；4－直球閥；5－常閉型電磁閥；6－地管C；7－箱體；8－信號接收器。

2.2 取藥箱設(shè)計

在打藥裝置中，取藥箱是中轉(zhuǎn)站，既是中控系統(tǒng)傳輸藥液的盡頭，也是噴藥單元噴灑藥液的源頭，其三維結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 取藥箱三維結(jié)構(gòu)

1－取藥箱箱體；2－PE內(nèi)絲彎頭；3－變徑轉(zhuǎn)換銅球閥；4－輸藥地管。

2.3 噴藥單元設(shè)計

噴藥單元三維結(jié)構(gòu)如圖5所示，噴藥單元將取藥箱中的藥液通過噴藥單元各部件的轉(zhuǎn)換，將藥液以霧化的形式均勻噴灑于果樹上。

圖5 噴藥單元三維結(jié)構(gòu)

1－霧化噴頭；2－打藥桿；3－壓力開關(guān)；4－銅球閥開關(guān)；5－拔插式快換接頭。

3 結(jié)論

本設(shè)計具有以下特點：

（1）不受地形制約、生產(chǎn)成本低、操作簡單、使用便利、打藥效率高，符合山地果園大規(guī)模種植需求。

（2）設(shè)有遠程遙控，只需通過遙控器就可以實現(xiàn)高效精準地完成遠距離藥液輸送的控制。

本設(shè)計充分考慮了丘陵山地果樹種植打藥作業(yè)的實際需求，具有高效、安全、便利的特點，適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大規(guī)模種植的需要，有助于提高丘陵山地果園的經(jīng)營效益。

[1]趙映,肖宏儒,梅松,等.我國果園機械化生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展策略[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報,2017,22(6):116-127.

[2]中華人民共和國國家統(tǒng)計局.2017中國統(tǒng)計年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計出版社,2017.

[3]中華人民共和國國務院辦公廳.中國食物與營養(yǎng)發(fā)展綱要(2014—2020年)[J].糧食科技與經(jīng)濟,2014,39(4):73-74.

[4]陳魁.丘陵山地果園自動噴霧機的研制[D].重慶:西南大學,2017.

S49

A

2095-1205(2023)11-59-03

10.3969/j.issn.2095-1205.2023.11.18

國家重點研發(fā)計劃云南高原特色農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效技術(shù)集成與示范“寧蒗蘋果產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效技術(shù)集成與示范”（2021FYD1100407）

魯權(quán)（1988—），男，彝族，云南麗江人，本科，研究方向為果樹栽培、農(nóng)業(yè)機械。

張文斌（1981—），男，漢族，云南建水人，博士研究生，教授，研究方向為高原特色農(nóng)機創(chuàng)新設(shè)計。