王海艷　王娜　張玉良　李先寶

摘 要：目前，我國(guó)平原地區(qū)的農(nóng)藥噴灑已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但是對(duì)于地形復(fù)雜的丘陵及山區(qū)，機(jī)械化卻難以推廣，仍以背負(fù)式為主。針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)背負(fù)式噴霧機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，增加速度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其自走功能，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)把手調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用可調(diào)噴桿實(shí)現(xiàn)不同高度植株的噴灑要求。該噴霧機(jī)高效環(huán)保、小巧靈活、一機(jī)多用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠；既可用于農(nóng)村植保又可用于城市綠化；既可用于蔬菜大棚又可用于作物以及果樹、茶園、花園等。

關(guān)鍵詞：農(nóng)用；自走式；噴霧機(jī)

1 概述

近年來(lái)我國(guó)農(nóng)用噴霧器得到較快發(fā)展，由人工加壓式過(guò)渡到電動(dòng)式，但目前仍以背負(fù)式為主，主要存在功能單一、效率低下、農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題。文章設(shè)計(jì)的農(nóng)用自走式高效噴霧機(jī)針對(duì)以上問(wèn)題展開研究，既有小型噴霧器體積小、靈活方便、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又彌補(bǔ)了其效率低、農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低矮作物、大棚蔬菜以及果樹等植株進(jìn)行噴霧，采用電力為能源，既高效環(huán)保又降低了成本。

2 噴霧機(jī)的整體設(shè)計(jì)及工作原理

2.1 整體設(shè)計(jì)

文章設(shè)計(jì)的噴霧機(jī)主要由速度控制系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)、支架等部分組成。

該噴霧機(jī)總質(zhì)量為80kg，長(zhǎng)×寬×高（mm）：800×30×1000，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 工作原理

2.2.1 噴霧機(jī)的自走方面：以電力為能源提供動(dòng)力，其中以通用型48V/14Ah電瓶提供能源。帶輪轂的48V/350W無(wú)刷電機(jī)提供動(dòng)力實(shí)現(xiàn)噴霧機(jī)的自走?？刂破鞯募尤胧沟萌送ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)把手就可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，非常方便。

2.2.2 噴霧機(jī)的噴霧功能：噴霧機(jī)的泵體選用高壓隔膜泵。水泵工作使藥液箱內(nèi)藥液通過(guò)噴頭噴出。

2.2.3 噴桿適應(yīng)不同高度植株：采用可調(diào)噴桿，它由兩部分組成，一部分是固定的，另一部分是活動(dòng)的，兩部分之間通過(guò)螺釘固定。活動(dòng)噴桿可以豎直固定也可以水平固定。通過(guò)固定噴桿上的不同通孔配合以實(shí)現(xiàn)上升與下降，操作方便。另外還有一個(gè)可自由活動(dòng)的噴桿，實(shí)現(xiàn)對(duì)果樹等較高作物的噴藥需求。

3 噴霧機(jī)的系統(tǒng)分析

3.1 速度控制系統(tǒng)

速度控制系統(tǒng)包括電瓶、電機(jī)、控制器、控制把手等，其技術(shù)原理是當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)控制把手時(shí)，改變了霍耳元件周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度，也改變了輸出信號(hào)的強(qiáng)度，通過(guò)導(dǎo)線將信號(hào)傳遞給控制電路脈寬調(diào)制（PWM）電路，進(jìn)而控制脈沖的占空比，使換相電路的功率開關(guān)管輸出電流變化，從而控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。其工作框圖如圖2所示。

3.1.1 電機(jī)的選擇。電機(jī)選擇普通電動(dòng)自行車無(wú)刷直流電機(jī)，主要由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等部分組成，具有可靠性高、無(wú)換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。具體選用48V/350W/16A的無(wú)刷直流電機(jī)，其最高時(shí)速可達(dá)到30km/h，完全能滿足噴霧需求。

3.1.2 控制器的選擇?？刂破魇撬俣瓤刂葡到y(tǒng)的核心部件，本設(shè)計(jì)選用無(wú)刷電機(jī)智能控制器。主要由單片機(jī)主控電路、功率管前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路、電子換向器、霍爾信號(hào)檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)把信號(hào)電路、欠電檢測(cè)電路、限流/過(guò)流檢測(cè)電路、剎車信號(hào)電路、限速電路、電源電路等部分組成，其原理框圖如圖3所示。

3.1.3 電瓶及充電器的選擇。電瓶選用48V/14Ah的電瓶既可以為電動(dòng)機(jī)供電也可以為泵體供電。續(xù)航里程可達(dá)50公里，一次充電連續(xù)使用時(shí)間可達(dá)到3個(gè)小時(shí)，完全符合作業(yè)要求。充電器的參數(shù)為：48V-10-14Ah，輸入：～220V 50Hz 120W，輸出：59V 1.8A。

3.2 噴霧系統(tǒng)

噴霧系統(tǒng)主要由隔膜泵、藥液箱、扇形噴頭、噴桿、皮管等部分組成。

3.2.1 泵體。隔膜泵是一種新型輸送機(jī)械，可以輸送各種腐蝕性液體，帶顆粒的液體，高粘度、易揮發(fā)、易燃、劇毒的液體，隔膜泵體積小易于移動(dòng)，安裝簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)，使用壽命長(zhǎng)，可作為移動(dòng)式物料輸送泵。

本設(shè)計(jì)選用小型高壓隔膜泵，其特點(diǎn)是壓力大，可以達(dá)到5-6kg（普通噴霧器的壓力只有1-1.5kg）；耗電量小，只有1.3-1.8A；電機(jī)壽命在5年以上；吸水量可達(dá)1.9L/min；耐腐蝕，使用的大小膜片，由多種進(jìn)口材料合成，具有耐油、耐熱、耐腐蝕、耐化學(xué)品等性能。

3.2.2 藥液箱。藥液箱的選擇要求符合車架尺寸，同時(shí)容量要盡可能大，因此選用25L塑料桶，長(zhǎng)×寬×高（mm）：330×200×460。

3.2.3 噴頭。研究發(fā)現(xiàn)：藥液在噴灑過(guò)程中，會(huì)因?yàn)樗幰旱温㈦S風(fēng)漂移、在作物體表面上彈跳、積聚流失等造成很大的損失。藥滴大不但容易在藥液噴向作物過(guò)程中滴落也容易落在葉面上積聚流失，藥滴太小會(huì)更容易隨風(fēng)漂移。普通噴頭噴出的藥滴直徑有200微米，且多為空心式噴霧，為求均勻要來(lái)回?cái)[動(dòng)使得局部藥液濃度過(guò)大造成浪費(fèi)。采用扇形噴頭，其藥?kù)F呈扇面狀落在植物上，比較均勻且其藥滴直徑比較小，能達(dá)到100微米以下。同時(shí)采用一桿多噴頭，大大提高了噴霧效率。

3.2.4 可調(diào)噴桿。該設(shè)計(jì)中噴桿的高度及角度是可調(diào)的，以滿足不同高度植株噴霧需求，其結(jié)構(gòu)示意如圖4所示。

4 支架設(shè)計(jì)

主體支架尺寸為（長(zhǎng)×寬×高（mm））：800×30×600；寬度滿足一般作物植株間隙，以實(shí)現(xiàn)在農(nóng)田中自走，高度滿足符合人體高度要求，且在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到穩(wěn)定性要求將電瓶及藥液箱盡量下移。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章設(shè)計(jì)的農(nóng)用自走式噴霧機(jī)操作簡(jiǎn)便，體積較小，可以滿足不同地形的植物噴藥需求，適合在廣大農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行推廣。相信通過(guò)該設(shè)計(jì)一定會(huì)吸引更多的人來(lái)關(guān)注我國(guó)植保機(jī)械的發(fā)展，并為其他設(shè)計(jì)者提供更廣闊的設(shè)計(jì)思路來(lái)共同推動(dòng)我國(guó)植保機(jī)械的發(fā)展。

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