電動自平衡兩輪遙控植保車噴灑系統設計

董云哲 李君興 史云天 于海濤 許光明

摘 要：針對傳統3輪或4輪植保車在轉彎過程中對作物的損壞，減小農藥對人體的傷害，設計了電動自平衡2輪遙控植保車，本文著重設計了電動自平衡2輪遙控植保車的噴灑系統。并闡述了噴灑系統的各個部件的設計原理，分析確定了各個部件的結構、材料及選型。

關鍵詞：植保機械；自平衡；轉矩

中圖分類號： S48 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160413001

引言

為了保證糧食產量，使用農藥可以從農作物病蟲草害口中挽回40%左右的損失。中國作為農業大國，擁有1.2億hm2基本農田；我國是農藥用量第1大國，占世界農藥用量的30%。從世界植保技術發展來看，今后相當長時間化學防治依然是防治農作物病、蟲、草及鼠害的主要方法，傳統人工植保作業越來越不適合我國城鎮化建設，農村勞動力急劇減少的步伐，以4輪或3輪車為主地面植保機具在轉彎過程中會對作物造成傷害，植保過程中，有些藥劑會對駕駛員造成傷害，據報道每年農藥中毒人數為10萬人。而2輪自平衡遙控植保車，可以實現轉彎半徑為0，遙控距離為1km，可有效避免傳統地面植保作業機械的缺點。本文著重對2輪自平衡遙控植保車噴灑系統進行了設計。

1 2輪自平衡遙控植保車噴灑系統機理

2輪自平衡遙控植保車噴灑系與普通植保噴灑系統的構成基本相同，主要由藥泵、藥箱、噴桿、噴頭、輸液管路等部分組成，所不同的是其有遙控控制系統。其工作原理是當進行農藥噴灑時，操作者開啟上位機的噴灑指令，2輪自平衡遙控植保車上的下位機接到指令后，展開噴桿，噴桿展開后，藥泵將藥箱中的藥液通過輸液管路輸送到噴桿上的噴頭，藥液噴灑出去，霧滴在慣性及重力共同作用下，噴施到靶標上。

2 2輪自平衡遙控植保車噴灑系統的整體設計

本噴灑系統包括藥泵、藥箱、噴桿、噴頭、輸液管路、固定支架、控制裝置等6部分組成，本噴灑系統中以12V電池為本噴灑系統的動力源，在植保車上的車架上固定藥箱、噴桿等部件，噴嘴固定在噴桿上。如圖1所示：

2.1 藥泵的選擇

噴灑效果的好壞，藥泵起著至關重要的作用，它將電能轉化為藥液的勢能，最后通過噴嘴再將勢能轉化為動能噴灑出去。為了減輕植保車的載重，本套系統的選材需是輕質，考慮到本系統管路短壓力損失小，本系統選用石家莊普蘭迪機電設備廠生產的微型直流隔膜泵，其額定電壓為12V，壓力為10kg，最大流量為4L/min，通過螺栓將其固定在車架上。

2.2 噴頭的選型

噴頭在噴灑系統中起著核心作用，霧滴的大小、速度及分布情況主要取決于噴頭的種類和噴灑參數的設置，通過噴頭將藥液轉化成霧滴，并將其分布到標靶上。目前植保車植保噴頭主要有扇形噴頭或電動離心噴頭，扇形噴頭噴霧藥液的橫向沉積呈正態分布，而且霧滴速度較大，為此采用美國TeeJet1100067扇形噴頭，為避免扇形噴嘴噴霧相互干涉，扇形噴嘴的噴口偏離管軸5°。

2.3 噴桿的設計

噴桿是固定噴頭和固定輸入藥管的主要部件，考慮到平衡和運輸方便，采用可遙控折疊式噴桿機構，如圖2所示：同電機經過蝸輪蝸桿減速器直接帶動噴桿轉動，進而達到折疊目的。為了減輕電機負載，噴桿材料為鋁合金。

圖2 噴桿結構圖

1.長噴桿 2.噴嘴 3.減速電機 4.電機座 5.軸承 6.連接套

7.連接板8.橫梁 9.噴桿座 10.短噴桿 11.限位板

2.4 噴桿減速電機選型

根據結構設計，將長噴桿固定在連接套上，減速電機直接帶動其旋轉，進行折疊。考慮到噴桿回轉的安全性，所以電機應為低轉速電機。電機所受最大力矩為：

M最大=（m長噴桿+4m噴頭+m管路+m水）×L/2

經計算M最大為1.02kg m，故選用GW4468-10微型蝸輪蝸桿低轉速大扭矩24V電機作為噴桿轉動驅動電機。

2.5 藥箱的設計和安裝位置的確定

為了安裝和固定方便，將藥箱設計成扁箱形，為了使藥箱不存積液，將排液口置于藥箱最下端，在藥箱頂部設有2個注藥孔，為了減輕重量，藥箱采用聚丙烯注塑成型。

3 調試時注意事項

調試人員在調試前必須熟悉生產機械的結構、操作規程和電氣系統的工作要求。

通電時，先接通上位機既遙控器的電源，將所有手柄回到初始位置后，再開植保車主電源；斷電時 ，順序相反。

通電后 ，注意觀察各種現象，隨時做好急停準備，以防止意外事故發生。如有異常，應立即停止調試 ，待查明原因之后再繼續進行。

4 結論

根據2輪自平衡遙控植保車對噴灑裝置的要求，設計了2輪自平衡遙控植保車噴灑系統，并進行了安裝調試。設計的2輪自平衡遙控植保車噴灑系統各系統功能正常，運行穩定可靠，達到了預期的設計要求，為進一步研究奠定了基礎。

參考文獻

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