植保無人機噴霧性能試驗臺試管翻轉機構設計

鄭立彬　董云哲　袁洪印

摘 要：設計了植保無人機噴霧性能試驗臺的翻轉機構，對電機進行了選型設計，同時對試管架軸進行了強度和剛度的校核。

關鍵詞：植保無人機；噴霧試驗臺；地面效應

中圖分類號：V279+2 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171032030

引言

農用旋翼植保無人機具有高效、機動性強、無需專用的機場等諸多優點，其特有的下壓風場，使得霧滴穿透力強，同時也可使得作物葉片正反面均可著藥。基于此，近幾年國內植保無人機發展速度迅猛。據不完全統計，我國從事農用無人機生產和服務的企業已經超過200家，據有關專家預測，以農業植保無人機為主體的農業航空植保產業在未來年的年產值將超過200億元[1]。

在植保無人機快速發展過程中，出現了植保無人機噴灑性能檢測的問題；不同機型對應不同的作業參數，田間試驗可以反應植保無人機真實噴施效果，但影響霧滴分布的因素不可控制，很難重復試驗；而受到地面效應的影響，普通噴霧試驗臺無法反應無人機噴霧效果的真實性，所以，植保無人機的操作規范遲遲未出臺，這也限制了其進一步的發展。為此，吉林省農業機械研究院研制了植保無人機噴霧性能試驗臺，以探究不同機型霧滴分布特性。試管翻轉機構是植保無人機噴霧性能試驗臺的主要工作部件之一，本文主要對試管翻轉機構進行了設計。

1 植保無人機噴霧性能試驗臺試管翻轉機構工作原理

試管翻轉機構主要包括試管、試管架、試管架軸、電機等部分組成。試管翻轉機構采用齒輪傳動方式進行翻轉，試管翻轉角度如下圖1所示，以實現接液、測量和倒液的目的。試管翻轉機構的有3個工作位置，測試開始前試管與水平面處于相互垂直狀態，第1個工作位置是試管向后傾斜15°完成接液；第2個工作位置是試管向前翻轉返回到原來的初始位置，完成數據測量；第3個工作位置是試管向后翻轉105°，將液體倒入廢液箱中，完成倒液，測試結束后試管再次返回到原來的初始位置。

2 植保無人機噴霧性能試驗臺試管翻轉機構整體設計

試管翻轉機構是檢測植保無人機噴灑性能的關鍵部件，而噴霧分布均勻性（CV）是判斷噴灑性能的重要指標。測試噴霧分布均勻性時，必須在霧流穩定時進行，測試完成后還要便于將試管迅速移開[2]。試管翻轉機構包括試管、試管架、試管架連接板、隔套、卡簧、傳動板、固定塊、位置傳感器、電機、電機圓柱齒輪、試管架軸、試管架軸圓柱齒輪、擋水板、托板、UCP25軸承座和直角件組成。電機作為試管翻轉機構的動力輸出端，電機與電機圓柱齒輪之間采用鍵連接定位，試管架軸與試管架軸圓柱齒輪之間采用卡簧定位，試管架軸與傳動板相連，傳動板固定在試管架上，2側的UCP25軸承座固定在一個平面內，用于支撐試管架軸。在試管架上有試管，固定塊，試管架連接板等部件，試管定位在固定塊上，固定塊連接在試管架上，試管架連接板用于固定試管架，整體圖如圖2，三維實體效果圖如圖3所示。

2.1 電機的選型

電機是控制試管翻轉機構沿試管架軸方向進行翻轉的動力裝置。根據結構設計，電機經過齒輪傳動方式帶動試管架軸轉動，試管翻轉到指定的工作位置。考慮到試管翻轉機構的精準定位和穩定性，所以電機應為低轉速電機。電機的選擇應為電機所受最大扭矩Mmax。

最大扭矩Mmax=（m試管滿載水+m試管架+m試管架軸+m試管架軸圓柱齒輪+m試管架連接板+m位置傳感器+m傳動板+m隔套+m卡簧+m擋水板+m托板 +m固定塊+m直角件）。

經計算最大扭矩Mmax為13.5N·m，故選用90YN90-2W低轉速大扭矩蝸輪蝸桿減速電機作為試管架軸轉動驅動電機。

2.2 試管架軸的強度和剛度校核

試管架軸材料采用45號鋼，直徑D=25mm，根據材料力學查表可知材料的許用扭轉切應力[]=40Mpa，軸材料的切變模量G=80Gpa，軸的許用單位長度扭轉角[] 1.5=（°）/m。

2.3 其他部件的選型與設計

2.3.1 試管架

試管架材料采用鋁合金型材，這種型材外表美觀，耐腐蝕，強度較高。

2.3.2 試管

本機構中選用D=45mm，H=250mm的100個試管依靠固定塊定位在試管架上，試管的材料為玻璃，最大可測量流量4L/min的噴頭4支，滿足植保無人機噴灑的要求。

3 調試時注意事項

調試人員在調試前應詳細檢查試管架、直角件及螺栓等部件安裝是否牢固、穩定，不能有連接松動的現象發生。

啟動電源開關，蝸輪蝸桿減速電機轉動開始和結束時，都要保證試管翻轉機構在初始位置（試管豎直狀態），不然會影響試管接液等重要步驟。

通電過程中，一定要仔細觀察機構運轉狀態，以便出現各種問題做好應急反應。

4 結論

本文根據植保無人機噴霧性能試驗臺對試管翻轉機構的要求，對試管翻轉機構的主要部件進行了設計，并對電機的選型條件和試管架軸強度和剛度校核進行了詳細的描述。設計的試管翻轉機構經過安裝調試后功能正常，運行穩定，達到了預期的設計要求。

參考文獻

[1]鞏春源，劉鐵軍.無人機農業植保的現狀分析和產業發展[J].農業開發與裝備，2016（9）：136-150.

[2]吳小偉.霧化噴頭試驗臺綜合性能測試系統設計研究[D].南京林業大學，2011.

作者簡介：鄭立彬（1993-），河北張家口人，在讀碩士，研究方向：農業生產過程機械化；袁洪印（1963-），男，吉林長春人，博士，教授，碩導，研究方向為農業信息化與智能化。endprint