毒餌噴撒機的改進設計與試驗研究

王正龍，張　云，梁家明，盧超然

(內蒙古農業大學 機電工程學院,呼和浩特　010018)

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毒餌噴撒機的改進設計與試驗研究

王正龍，張云，梁家明，盧超然

(內蒙古農業大學 機電工程學院,呼和浩特010018)

摘要：草原毒餌噴撒機在滅鼠作業中，經常會出現排毒餌器堵塞及毒餌噴撒分布不均勻的現象。如果此問題不能及時解決，就會嚴重影響毒餌噴撒機滅鼠的效果和效率。為了提高毒餌噴撒機的滅鼠性能，在原毒餌噴撒機相關研究的基礎上，設計了一種排毒餌器排毒餌的自動控制系統和擺動機構擺動頻率調節裝置，根據風機的轉速控制排毒餌器是否排毒餌，根據毒餌噴撒機前進速度調節噴筒擺動的頻率。同時，通過試驗得到一組最佳的毒餌噴撒機作業性能參數，使毒餌噴撒機在草原滅鼠作業過程中不出現排毒餌器堵塞且使噴撒毒餌均勻,達到最佳的使用效果。

關鍵詞：毒餌噴撒機；自動控制；均勻性

0引言

近年來，老鼠種群密度極度擴張，逐漸演化為鼠害,草原鼠害面積呈現一種加重趨勢。這不僅導致草原畜牧業生產損失嚴重，而且還影響草原生態系統的可持續發展，因此草原地面施藥機械需求也不斷提高。9DSX-35型毒餌噴撒機就是在這種需求下生產出來的一款結構性能良好、能夠均勻定量的噴撒顆粒毒餌，可進行大面積草原鼠害防治的草原滅鼠機械。該機機動性強，作業速度快，效率高。

排毒餌器和噴筒擺動機構是毒餌噴撒機的重要組成部分，其風機傳動系統、排毒餌器的排毒餌傳動系統和噴筒擺動機構傳動系統的動力由拖拉機的動力輸出軸提供。機組作業時，由于拖拉機的作業速度受地形的影響，人為地調節油門的大小，動力輸出軸的轉速不均，風機的轉速隨著變化，噴筒擺動頻率也在變化。當風機轉速低于2 200r/min時，該機的風送系統不能把毒餌從噴筒噴出，但此時排毒餌器還在排毒餌，造成排毒餌器堵塞；噴筒擺動頻率變化影響毒餌噴撒的均勻性。為此，設計了排毒餌器的排毒餌自動控制系統和擺動機構擺動頻率的調節裝置，較好地解決了毒餌堵塞和毒餌噴撒不均的問題。

1毒餌噴撒機的結構和工作原理

改進的毒餌噴撒機主要由機架、控制系統、風機、傳動機構、擺動機構、噴筒、排毒餌器和蝸輪蝸桿減速器等組成，如圖1所示。拖拉機的輸出軸通過傳動機構帶動風機的轉動；用直流電機控制擺動機構的擺動頻率；通過電磁離合器的吸合、分離實現排毒餌器是否排毒餌的功能。

1.主機架　2.增速器　3.懸掛架　4.排毒餌器　5.藥箱

2控制系統的設計

整個毒餌噴撒機的各個模塊由拖拉機提供動力和電源，如圖2所示。

圖2　毒餌噴撒機原理圖

2.1　排毒餌器自動控制系統設計

原毒餌噴撒機在作業過程中，拖拉機的輸出動力是所有動力的來源，動力通過萬向傳動軸傳到增速器，后分兩路確保毒餌噴撒機正常工作：一路是通過大帶輪傳動進行增速，產生較高的轉速經聯軸器傳遞給高壓離心風機；另一路是經小帶輪傳動到蝸輪蝸桿減速器進行降速再經過鏈傳動來帶動排毒餌器的主軸轉動，從而實現排毒餌的功能。當風機轉速達不到2 200r/min時，排毒餌器的出料口出現毒餌堵塞現象，導致毒餌無法正常的噴撒。針對以上問題，在風機的傳動軸旁安裝一個電磁轉速傳感器，將轉速信號轉化為電信號，經過ZN48型智能雙數顯計測儀顯示和控制，輸入電壓24V，3、4、5端口接傳感器，輸入風機傳動軸轉速信號，7端口接繼電器，輸出PLC控制信號，接線方式如圖3所示；當速度傳感器測得風機傳動軸的轉速n≥2 200r/min時，排毒餌器的電磁離合器通電吸合，此時排毒餌器排毒餌；風機傳動軸的轉速n<2 200r/min時，排毒餌器的電磁離合器斷電分離，此時排毒餌器不排毒餌。

圖3　ZN48方端子接線圖

2.2　噴筒擺動頻率的調節控制裝置

擺動機構是毒餌噴撒機的重要組成部分之一，原毒餌噴撒機噴筒擺動的動力由拖拉機的輸出軸經過萬向傳動軸、增速器、蝸輪蝸桿減速器、曲柄搖桿機構，在擺動機構的轉動下帶動噴筒在水平面內做0°~180°擺動，擺角可通過調節曲柄搖桿機構的曲柄半徑的大小來調節。但是，受地形變化的影響，在作業過程中，拖拉機動力輸出軸的轉速在變化，噴筒擺動的頻率是相當不穩定的，最終影響毒餌噴撒的均勻性。設計的擺動頻率調節控制裝置徹底使擺動機構脫離拖拉機的輸出動力，直接由直流電機帶動噴筒的擺動。其用電機的正反轉來控制噴筒能在0°~180°之間擺動，噴筒擺動的頻率用調節直流電機電壓的方法來控制，電機的啟停、正反轉需要用可編程控制器(PLC)來嚴格控制，控制程序如圖4所示。此設計能有效地解決噴筒擺動頻率不穩定的問題，更能提高毒餌噴撒的均勻性。

(a) 自動啟動模式程序

(b) 正轉和停車程序

(c)反轉和停止程序

(d) 外部輸出程序

3控制系統工作性能試驗

試驗裝置：高速離心風機傳動系統中，風機由電機驅動，將電機接到變頻柜上，控制電機的轉速，從而能穩定控制高速離心風機的轉速。排毒餌器傳動系統同樣也是由電機提供動力，電機的輸出軸與蝸輪蝸桿減速器相連，經過蝸輪蝸桿減速器減速后將動力用鏈輪傳遞給排毒餌器主軸，但主軸是否轉動由控制系統控制電磁離合器來實現，如圖5(a)所示。本次試驗選用的是5.5kW的變頻柜，如圖5(b)所示。

試驗原理：控制系統控制兩個部分：一部分是控制擺動機構直流電機的正轉、反轉或停止，能精確地控制電機正轉5s-停止2s-反轉、5s-停止2s…，從而實現擺筒0°~180°擺動，如圖5(c)所示。經過試驗的驗證，控制電機的部分能穩定的運行。另一部分是控制排毒餌器上離合器分離與吸合的動作，此控制部分起決定性作用的是高速離心風機的轉速，將變頻柜的頻率調到30Hz，和電磁轉速傳感器配合測速的磁片貼到風機葉輪上；啟動電機帶動風機高速轉動，用控制系統的電磁轉速傳感器測量風機的實時轉速，此時的轉速是1 800r/min左右；接下來慢慢地調高頻率來提高風機的轉速，依此過程重復下去。當頻率提高到37Hz時，風機的轉速達到2 190r/min，此時微調頻率；當頻率為37.2Hz時，風機的轉速達到2 195r/min，此時控制系統作用，繼電器通電，電磁離合器通電吸合，在鏈輪的帶動下，排毒餌器主軸旋轉即落料。當風機轉速低于2 195r/min時，傳感器接收轉速信號，控制系統使繼電器斷電，電磁離合器分離，排毒餌器主軸停止轉動即停止落料。經過試驗驗證，控制系統通過風機的轉速來控制電磁離合器的分離、吸合的功能完全正常，能穩定地控制排毒餌器的運行，完全解決了排毒餌器堵塞問題。

(a)　實驗裝置整體結構

(b)　變頻柜

(c)　控制電路內部結構

經過現場毒餌噴撒試驗，調試變頻柜的頻率，使風機轉速n≥2 200r/min和n<2 200r/min。試驗表明：當風機轉速n≥2 200r/min范圍內時，噴幅距離內都能均勻噴撒毒餌；當風機轉速n<2 200r/min范圍內時，噴筒口不噴毒餌，噴幅距離內不能均勻噴撒毒餌。同一次作業中，當風機轉速n≥2 200r/min和n<2 200r/min同時存在時，n≥2 200r/min噴撒范圍內有毒餌，n<2 200r/min噴撒范圍內沒有毒餌。經試驗測試，控制系統的運行正常、合理。

4結論

1)排毒餌自動控制系統中的PLC根據轉速傳感器實時采集風機傳動軸的轉速信號，控制電磁離合器的吸合與分離，達到風機轉速與電磁離合器吸合、分離的同步，解決了排毒餌器堵塞的問題。

2)擺動機構根據控制系統設置完成的正反轉信號，實現噴筒在水平面內做0°~180°擺動，穩定了噴筒擺動的頻率，提高了毒餌噴撒的均勻性。

3)安裝了自動控制系統的毒餌噴撒機，簡化了整機的結構，提高了整機的性能及噴撒作業時穩定性。

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Experimental Study and Improved Design on Bait Spraying Machine

Wang Zhenglong, Zhang Yun，Liang Jiaming, Lu Chaoran

(College of Mechanical and Electrical Engineering,Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018,China)

Abstract：During the deratization ,prairie bait spraying machine often has the phenomenon of clogged drain bait and uneven distribution of bait spray.If this problem can not be solved, it will seriously affect the effectiveness and efficiency of the rodent bait spraying machine.In order to improve the performance of rodent bait spraying machine,on the basis of the original bait spraying machine related research,this paper discusses automatic control systems and swing mechanism swing frequency adjusting means of bait discharge for a kind of bait discharge devices.According to the fan speed,bait discharge device is controled whether discharge bait.According to forward speed of bait spraying machine,the frequency of the swing of spray cone is adjusted.And then,a set of best job performance parameters is obtained.At last, prairie bait spraying machine do not have the phenomenon of clogged drain bait and uneven distribution of bait spray during the deratization ,and achieve the best results.

Key words：bait spraying machine; automatic control; uniformity

中圖分類號：S817.8+3

文獻標識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)11-0095-04

通訊作者：張云(1958-)，男，呼和浩特人，教授，碩士生導師，(E- mail) zhangyund1958@163.com。

作者簡介：王正龍(1991-)，男，內蒙古鄂爾多斯人，碩士研究生，(E-mail)455623314@qq.com。

基金項目：國家農業科技成果轉化基金項目(2130106)

收稿日期：2015-10-15