智能型噴藥裝置的設計

張金波等

摘要：為消除傳統噴藥裝置效率低、危害大的弊端，設計了一款智能噴藥裝置。介紹噴藥裝置的結構組成及工作原理，論述噴藥過程及控制方法。該機可以最大程度提高工作效率、作業質量和作業安全性，是未來噴藥機械發展的方向。

關鍵詞：噴藥裝置；智能化；設計；信息采集

中圖分類號：S491 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）01-0028-03

目前，我國的果園噴藥機械和噴藥技術相對落后，不僅作業效率低，而且勞動強度大、作業者所受危害大，農藥利用率低且有大量殘留。為消除這些弊端，采用噴藥機器人進行病蟲害防治是必然趨勢。本文設計了一種智能噴藥裝置，用來替代現有的傳統噴藥設備。

1 智能噴藥裝置整體結構

噴藥裝置主要由機架、分水器、電磁閥、儲藥罐、吸藥泵、電壓調節箱、托板、主機、攝像頭組成（如圖1所示）。其中，主機固定在托板上，托板與轉向機構相連接；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、驅動電機等組成。

2 噴藥裝置的組成及工作原理

智能噴藥裝置包括動力部分、控制部分、信息采集部分、轉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直流發電機、控制主機、顯示器、吸藥泵、儲藥罐、分液器、噴藥桿及一字排列的電磁閥等組成，其結構如圖3所示。

2.1.1 發電機 發電機是裝置的動力源，因此發電機的選擇尤為重要。裝置選用220 V直流發電機作為動力源，輸出電壓經電壓調節箱穩壓后，為其它工作部分提供安全穩定的電壓。

2.1.2 控制主機與顯示器 控制主機相當于人體的大腦，對機械的運行起著至關重要的作用。其控制指令依靠人工輸入，并對傳感器采集的信息進行處理。信息采集部分將采集到的地理數據傳輸給主機處理器，經主機數據處理模塊處理后轉換為可識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責噴藥量的控制。吸藥泵通過軟管與儲藥罐引流管相連接，發電機為噴藥泵提供電力驅動的動力，利用電磁閥控制噴頭的開、關，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構，對吸入其中的藥液進行增壓和分流。與儲藥罐相連接的吸藥泵將藥液吸入分液器，經分液器對藥液進行加壓后分流到各個噴頭，并最終完成噴藥作業。

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，中間段固定在機架上。工作時，3段噴藥桿展開呈一直線，其上安裝的噴頭可根據作物的行距進行調節。作業結束后，左右兩段噴藥桿可通過鉸接點折疊并與中間段并排固定在機架上，節省空間。

2.2 驅動及行走部分

噴藥機械的車輪以四驅式為基礎進行設計，為保證車輪在作業時轉向自如，使車輪具有良好的地面適應能力，每個車輪配備一個獨立的驅動電機，并在車輪上端安裝具有一定強度的剛性支撐架，使之與機架連接成一個完整的行走系統。噴藥機械工作時遇到顛簸容易使小車喪失平衡，降低作業效率。為避免此現象，在方鋼與7型車輪支撐架間裝設減震器。當機械駛入凹凸地面時，減震器發揮緩沖減震作用，可保證小車具有穩定性，大幅提高工作效率。

2.3 轉向機構

噴藥機械采用折腰轉向，如圖4所示。通過改變兩伸縮桿的伸縮長度，來推動或收縮轉向部分，從而完成偏轉轉向。伸縮桿一端與從動部分橫梁上的鉸鏈相連接，另一端以銷釘的連接方式與主動部分相連。從動部分與接觸框架剛性連接，而主動部分的上端則與兩對對稱無自由度的自由式輪相接觸，保證整體受力均勻。轉向時，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 機架及外殼

外殼設計采用框架機構模型，框架成矩形，邊角有倒角，以減少應力的集中。整體框架通過螺栓連接，方便拆卸。框架的側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，便于機械的安裝與檢修。整機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械的總質量，以及便于觀察機械內部的工作情況。

2.5 信息采集系統

信息采集系統主要依靠固定在框架上端橫梁正中間的傳感器進行信息采集。外表面有開孔的透明玻璃，增加視野，便于清晰采集信號。傳感器識別農作物并將捕捉到的信號傳遞給電腦主機，經電腦主機的PLC放大變換后，最終以電信號的方式輸送給顯示器，再由顯示器執行相應的指令，根據作物的實際情況控制噴藥量并最終完成藥液噴灑作業。

3 噴藥過程及控制

智能噴藥裝置作業時，左右兩端的噴藥桿由閉合狀態變為展開狀態，傳感器自動捕捉農作物信號后將信號轉化為電信號，由電腦主機發送指令，發電機將動力傳輸給4個驅動電機并驅動車輪轉動行走。而噴藥裝置控制機構則根據主機輸出的指令完成噴藥作業。

傳感器在采集信息時，可根據農作物顏色的深淺判斷作物是否呈現病態并將信息傳輸給主機，再由主機的數據處理模塊對采集到的數據進行處理，并由相應的位置發出指令，由分水器和電磁閥共同調節噴頭的藥量，完成噴藥。

噴藥時，噴頭噴出散網狀藥霧，不但區域廣，而且能噴灑到農作物的大多數枝葉。噴藥結束后，分水器剩余的壓力可將殘余農藥噴盡，并吸取清水洗滌噴頭，起到節約資源、保護噴頭的作用。

作業中需要轉向時，由發電機提供動力并輸送給安裝在底盤的兩個電動伸縮桿，控制折腰轉向。向左轉向時，右側伸縮桿起到推動和增強（下轉第32頁）（上接第29頁）底盤強度的作用，而左側伸縮桿則起到拉動作用，兩個伸縮桿相輔相成完成折腰轉向；右轉向時，各個轉向部件工作方向相反。當噴藥機直線行駛時，兩側伸縮桿只起到加強底盤強度的作用，并且保持直線行駛狀態。

4 結語

噴藥機械設備的智能化是未來農業噴藥作業的發展趨勢，因此，開發出具有自主知識產權的智能化噴藥設備，對推動現代農業進步具有重要的現實意義。

參考文獻

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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