新型太陽能農藥噴灑車的研究與設計*

段建春，牟世剛，馬超華，楊 潤

(德州學院機電工程學院，山東德州 253023)

0 引言

隨著社會的不斷進步和經濟的不斷發展，各個領域的自動化程度都在不斷提高，尤其是作為傳統農業的機械化程度顯現的更為突出。農藥噴灑作為農業現代化進程中不可或缺的一部分，但是，現有的農藥噴灑裝置存在著勞動強度大，效率低等缺點。并且，人們所面臨的環境問題和能源問題越來越嚴峻，對于綠色能源的利用已成為新能源領域的研發重點。針對上述問題，本項目研制了一種新型太陽能農藥噴灑車。該噴灑車主要由電動機、底盤行走系統、傳動系統、噴灑裝置、太陽能發電系統，傳感器系統，本機器集農藥配制、混合、噴灑于一體，自動化程度高，操作方便、噴灑范圍大，灑液均勻，其目的是省人、省力、省時，提高噴灑效率和噴灑質量。

1 總體設計方案

本噴灑車主要由底盤行走系統、藥液加壓與噴灑系統、太陽能發電系統和智能檢測系統等組成。各個系統相互配合弄夠實現噴灑車的行走、對藥液的配制并混合、按設定好的噴灑來量對藥液噴灑，探測藥液的剩余量，同時還可以通過太陽能發電系統對噴灑車充電。整體效果圖如圖1所示。

1．1 底盤行走系統

由于考慮到能量轉化的原理和制造成本問題，本車的整體運動傳動鏈比較簡單。通過蓄電池與逆變器連接，將蓄電池的電能交流輸出。逆變器與電動機連接，從而帶動了電動機轉動，電機輸出軸與一小鏈輪連接，大連輪與車的后橋配合連接，大鏈輪與小鏈輪通過鏈傳動將電動機的轉動轉化為車的整體運動［1］。

圖1 新型太陽能農藥噴灑車整體示意圖

1．2 藥液加壓與噴灑系統

藥液加壓系統如圖2所示，該系統由電動機、傳動機構、泵體等部件構成，其工作原理是由電動機帶動曲柄的轉動，通過曲柄連桿的連接帶動扇齒的往復擺動，而通過扇齒與齒條活塞的嚙合使齒條活塞進行上下往復運動，從而能不斷改變小容器內的壓強［2］。

具體操作如下:在圖2中，電動機13輸出軸與曲柄7連接，曲柄7與連桿6連接，連桿6與扇齒4連接，扇齒4與齒條活塞5嚙合。當電動機13轉動，連桿6與扇齒4做循環往復的搖擺運動，進而使齒條活塞5做循環往復的上下運動［3］。當齒條活塞5向上運動，反接單向閥9處于截止狀態，正接單向閥10處于流通狀態，從而使液體吸入小容器8;當齒條活塞5向下運動，反接單向閥9處于流通狀態，正向單向閥10處于截止狀態，從而液體從小容器中噴出。與反接單向閥10連接的左右兩側輸出管道則有水平管道12和豎直管道3組成，水平管道12和豎直管道3各有若干個管接頭，水平管道12與豎直管道3的管接頭連接，噴管2則與水平管道12的管接頭連接。當噴灑的左右寬度有要求時就可以通過調節噴管2與水平管道12上的管接頭的連接來調整;當噴灑的上下高度有要求時就可以通過調節豎直管道3與水平管道12上的管接頭的連接來調整，而其余用不到管接頭用管螺塞11連接［4］。

圖2 藥液加壓與噴灑系統

1．3 太陽能發電系統

太陽能噴灑車的能源主要來自于太陽能(同時也可以通過220 V交流電給其充電)，首先是通過車頂的太陽能電池板將太陽能吸收，然以再經過充電控制裝置把太陽能轉化為電能存儲于蓄電池之中，以作為整部車的能源使用。能量轉化原理如圖3所示。

在電源系統中，電源的輸出部分尤為重要。電源控制系統如圖4所示。從圖中可以看出，太陽能電池板轉換的電能一部分經過二極管給負載供電，一部分經過二極管給蓄電池供電。由于太陽能電池板效率、面積等因素影響，所產生的電能不足，因此不涉及對地分流的情況。太陽能電池板給電動車供電部分通過電壓采樣電路對供電總線進行電壓采樣，然后通過誤差放大，滯環控制電路控制MOS管M2通斷，進而控制M1通斷，保證總線電壓穩定在一定得范圍內。

在電動車停車時，太陽能電池板所產生的電能給蓄電池充電，因為不同的蓄電池有不同的最優充電狀態，所以也要進行反饋控制，設計中采用的是通過采樣充電蓄電池的電流來控制蓄電池的充電狀態［5］。

圖3 能量轉化原理

圖4 電源控制系統

1．4 智能檢測系統

智能檢測系統主要包括液位探測器、速度探測器。液位探測器可以對藥液箱中的剩余藥液進行探測;速度探測器可以實時檢測噴灑車的行走速度，以保證噴灑的質量。各探測器將檢測到的信息反饋到顯示器上使操作者清晰的了解噴灑車的運動狀態和工作狀態。

2 工作原理及產品特點

2．1 工作原理

噴灑車藥液箱內裝有攪拌器，可以對藥液充分攪拌，調節噴竿的高度和寬度以達到最佳噴灑質量和噴灑范圍，電動機工作帶動連桿與扇齒做循環往復的搖擺運動進而使齒條活塞做循環往復的上下運動，進而對泵體內的藥液加壓，液體經泵體流出通過噴灑裝置管路到達噴竿并噴出。與此同時，各傳感器將檢測到的數據實時呈現到顯示器上，操作者可以根據數據對噴灑車進行適當的調節。

2．2 產品特點

(1)本新型太陽能農藥噴灑車可以滿足在不同種植面積、不同種植作物之間的農藥噴灑，并且可以通過控制器對壓力吸液泵的夜里精確地控制，可以很好的掌握噴灑的重度。

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