張金波等

摘要：為消除傳統(tǒng)噴藥裝置效率低、危害大的弊端，設(shè)計(jì)了一款智能噴藥裝置。介紹噴藥裝置的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，論述噴藥過程及控制方法。該機(jī)可以最大程度提高工作效率、作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)安全性，是未來噴藥機(jī)械發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：噴藥裝置；智能化；設(shè)計(jì)；信息采集

中圖分類號(hào)：S491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2015）01-0028-03

目前，我國的果園噴藥機(jī)械和噴藥技術(shù)相對(duì)落后，不僅作業(yè)效率低，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)者所受危害大，農(nóng)藥利用率低且有大量殘留。為消除這些弊端，采用噴藥機(jī)器人進(jìn)行病蟲害防治是必然趨勢。本文設(shè)計(jì)了一種智能噴藥裝置，用來替代現(xiàn)有的傳統(tǒng)噴藥設(shè)備。

1 智能噴藥裝置整體結(jié)構(gòu)

噴藥裝置主要由機(jī)架、分水器、電磁閥、儲(chǔ)藥罐、吸藥泵、電壓調(diào)節(jié)箱、托板、主機(jī)、攝像頭組成（如圖1所示）。其中，主機(jī)固定在托板上，托板與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)相連接；可開式外殼通過螺栓固定在托盤上，且其正前端裝有攝像頭，便于捕捉信息；裝置后端帶有噴頭。行走裝置則由車輪組、減震器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成。

2 噴藥裝置的組成及工作原理

智能噴藥裝置包括動(dòng)力部分、控制部分、信息采集部分、轉(zhuǎn)向部分以及噴藥部分等，其組成及工作原理如圖2所示。

2.1 噴藥裝置工作部分組成

噴藥裝置的工作部分即核心部分由輸出電壓為220 V直流發(fā)電機(jī)、控制主機(jī)、顯示器、吸藥泵、儲(chǔ)藥罐、分液器、噴藥桿及一字排列的電磁閥等組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.1.1 發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)是裝置的動(dòng)力源，因此發(fā)電機(jī)的選擇尤為重要。裝置選用220 V直流發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力源，輸出電壓經(jīng)電壓調(diào)節(jié)箱穩(wěn)壓后，為其它工作部分提供安全穩(wěn)定的電壓。

2.1.2 控制主機(jī)與顯示器 控制主機(jī)相當(dāng)于人體的大腦，對(duì)機(jī)械的運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。其控制指令依靠人工輸入，并對(duì)傳感器采集的信息進(jìn)行處理。信息采集部分將采集到的地理數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)處理器，經(jīng)主機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊處理后轉(zhuǎn)換為可識(shí)別的信息輸出到顯示器上。

2.1.3 噴藥控制部分 噴藥控制部分主要負(fù)責(zé)噴藥量的控制。吸藥泵通過軟管與儲(chǔ)藥罐引流管相連接，發(fā)電機(jī)為噴藥泵提供電力驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力，利用電磁閥控制噴頭的開、關(guān)，并精確控制噴頭的噴藥量。

2.1.4 分液器 分液器帶有增壓裝置和分組機(jī)構(gòu)，對(duì)吸入其中的藥液進(jìn)行增壓和分流。與儲(chǔ)藥罐相連接的吸藥泵將藥液吸入分液器，經(jīng)分液器對(duì)藥液進(jìn)行加壓后分流到各個(gè)噴頭，并最終完成噴藥作業(yè)。

2.1.5 噴藥桿 噴藥桿主要用于安裝和支撐噴頭，其尺寸直接決定噴藥裝置的工作效率。噴藥桿分為3段，每兩段之間通過鉸接連接在一起，中間段固定在機(jī)架上。工作時(shí)，3段噴藥桿展開呈一直線，其上安裝的噴頭可根據(jù)作物的行距進(jìn)行調(diào)節(jié)。作業(yè)結(jié)束后，左右兩段噴藥桿可通過鉸接點(diǎn)折疊并與中間段并排固定在機(jī)架上，節(jié)省空間。

2.2 驅(qū)動(dòng)及行走部分

噴藥機(jī)械的車輪以四驅(qū)式為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為保證車輪在作業(yè)時(shí)轉(zhuǎn)向自如，使車輪具有良好的地面適應(yīng)能力，每個(gè)車輪配備一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并在車輪上端安裝具有一定強(qiáng)度的剛性支撐架，使之與機(jī)架連接成一個(gè)完整的行走系統(tǒng)。噴藥機(jī)械工作時(shí)遇到顛簸容易使小車喪失平衡，降低作業(yè)效率。為避免此現(xiàn)象，在方鋼與7型車輪支撐架間裝設(shè)減震器。當(dāng)機(jī)械駛?cè)氚纪沟孛鏁r(shí)，減震器發(fā)揮緩沖減震作用，可保證小車具有穩(wěn)定性，大幅提高工作效率。

2.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

噴藥機(jī)械采用折腰轉(zhuǎn)向，如圖4所示。通過改變兩伸縮桿的伸縮長度，來推動(dòng)或收縮轉(zhuǎn)向部分，從而完成偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向。伸縮桿一端與從動(dòng)部分橫梁上的鉸鏈相連接，另一端以銷釘?shù)倪B接方式與主動(dòng)部分相連。從動(dòng)部分與接觸框架剛性連接，而主動(dòng)部分的上端則與兩對(duì)對(duì)稱無自由度的自由式輪相接觸，保證整體受力均勻。轉(zhuǎn)向時(shí)，自由式輪起到支撐作用，避免造成頭輕腳重的不良影響。

2.4 機(jī)架及外殼

外殼設(shè)計(jì)采用框架機(jī)構(gòu)模型，框架成矩形，邊角有倒角，以減少應(yīng)力的集中。整體框架通過螺栓連接，方便拆卸。框架的側(cè)面均安裝透明的塑性玻璃，且均由合頁連接，能夠在平面開合，便于機(jī)械的安裝與檢修。整機(jī)前部透明玻璃開有圓孔，利于傳感器采集信息；后面玻璃底端開有矩形長槽，有利于電磁閥與分水器連接，上表面則安裝帶有圓弧形狀的白色端蓋，以增加整機(jī)的散熱性能。上端蓋也能開合，方便添加藥液和燃油。采用透明塑性材料的目的是減少機(jī)械的總質(zhì)量，以及便于觀察機(jī)械內(nèi)部的工作情況。

2.5 信息采集系統(tǒng)

信息采集系統(tǒng)主要依靠固定在框架上端橫梁正中間的傳感器進(jìn)行信息采集。外表面有開孔的透明玻璃，增加視野，便于清晰采集信號(hào)。傳感器識(shí)別農(nóng)作物并將捕捉到的信號(hào)傳遞給電腦主機(jī)，經(jīng)電腦主機(jī)的PLC放大變換后，最終以電信號(hào)的方式輸送給顯示器，再由顯示器執(zhí)行相應(yīng)的指令，根據(jù)作物的實(shí)際情況控制噴藥量并最終完成藥液噴灑作業(yè)。

3 噴藥過程及控制

智能噴藥裝置作業(yè)時(shí)，左右兩端的噴藥桿由閉合狀態(tài)變?yōu)檎归_狀態(tài)，傳感器自動(dòng)捕捉農(nóng)作物信號(hào)后將信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，由電腦主機(jī)發(fā)送指令，發(fā)電機(jī)將動(dòng)力傳輸給4個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)并驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)行走。而噴藥裝置控制機(jī)構(gòu)則根據(jù)主機(jī)輸出的指令完成噴藥作業(yè)。

傳感器在采集信息時(shí)，可根據(jù)農(nóng)作物顏色的深淺判斷作物是否呈現(xiàn)病態(tài)并將信息傳輸給主機(jī)，再由主機(jī)的數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并由相應(yīng)的位置發(fā)出指令，由分水器和電磁閥共同調(diào)節(jié)噴頭的藥量，完成噴藥。

噴藥時(shí)，噴頭噴出散網(wǎng)狀藥霧，不但區(qū)域廣，而且能噴灑到農(nóng)作物的大多數(shù)枝葉。噴藥結(jié)束后，分水器剩余的壓力可將殘余農(nóng)藥噴盡，并吸取清水洗滌噴頭，起到節(jié)約資源、保護(hù)噴頭的作用。

作業(yè)中需要轉(zhuǎn)向時(shí)，由發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力并輸送給安裝在底盤的兩個(gè)電動(dòng)伸縮桿，控制折腰轉(zhuǎn)向。向左轉(zhuǎn)向時(shí)，右側(cè)伸縮桿起到推動(dòng)和增強(qiáng)（下轉(zhuǎn)第32頁）（上接第29頁）底盤強(qiáng)度的作用，而左側(cè)伸縮桿則起到拉動(dòng)作用，兩個(gè)伸縮桿相輔相成完成折腰轉(zhuǎn)向；右轉(zhuǎn)向時(shí)，各個(gè)轉(zhuǎn)向部件工作方向相反。當(dāng)噴藥機(jī)直線行駛時(shí)，兩側(cè)伸縮桿只起到加強(qiáng)底盤強(qiáng)度的作用，并且保持直線行駛狀態(tài)。

4 結(jié)語

噴藥機(jī)械設(shè)備的智能化是未來農(nóng)業(yè)噴藥作業(yè)的發(fā)展趨勢，因此，開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能化噴藥設(shè)備，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進(jìn)步具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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Abstract：In order to avoid low efficiency and serious harm of traditional spraying equipment， a intelligent spraying equipment was designed. The structural composition and working principle of intelligent spraying equipment were introduced， the spraying process and control method of its were discussed. This equipment can furthest improve working efficiency， working quality and working operation safety， intelligentize will be development direction for spraying equipment in the future.

Key words： spraying equipment； intelligentize； design； information collection