基于三獨立平臺模擬噴桿裝置研究

王浩宇，馬永偉

（1.江蘇大學基礎工程訓練中心，江蘇 鎮江 212013；2.鎮江三鑫金屬工業有限公司，江蘇 鎮江 212011）

基于三獨立平臺模擬噴桿裝置研究

王浩宇1，馬永偉2

（1.江蘇大學基礎工程訓練中心，江蘇 鎮江 212013；2.鎮江三鑫金屬工業有限公司，江蘇 鎮江 212011）

大型噴桿式植保機械在田間作業時，噴桿運動嚴重影響了噴霧分布。懸架系統是控制噴桿動力學行為的關鍵裝置，既要隔離來自車體的高頻擾動，又要使噴桿跟蹤低頻的地面坡度變化，時刻保持與植株冠面層平行。為了研究懸架減振系統對噴桿動力學行為影響機理，綜合考慮車體運動耦合作用、地形坡度變化、摩擦等因素，構建了三獨立運動平臺，通過復合運動的疊加，真實的仿真模擬大型噴霧機噴桿動力學行為，從而為建立科學的數學模型提供了理論基礎，為研究大型噴桿懸架參數優化配置提供理論依據與試驗平臺，有利于大型噴桿動力學特性試驗方法、檢測標準的完善。

模擬噴桿；噴桿運動；擺動；傳動裝置；試驗

我國是農藥使用大國，由于植保機械中的施藥器械和技術落后,農藥的利用率很低,只有10%～30%,與發達國家50%的利用率差距大。改進施藥機械或施藥技術,提高農藥利用率，對于節約成本、保護環境意義重大。隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，人們對環境生態安全和人類健康將更加重視，對能夠提高農藥利用率和降低勞動強度的要求更為強烈。

目前，鑒于我國植保機械發展的現狀，提高施藥器械的綜合性能顯得尤為迫切。而作為施藥器械的核心部件，噴桿的高效精準動作又是改進其性能和提高技術水平的關鍵因素。國內市場上，現有施藥器械的噴桿尺寸小，噴桿動作不精準，尤其復合運動的疊加效應無法顯現，從而造成了藥物噴灑過程的浪費和機械化水平偏低。

基于三獨立平臺模擬噴桿試驗裝置，能夠復合各種運動形式，真實的模擬植保機械噴桿運動狀態，對噴桿的懸掛系統以及高精度、高穩定性的噴桿式噴霧機的研究具有重要意義。

1 三獨立平臺模擬噴桿裝置與工作原理

1.1 基本結構

模擬噴桿運動的試驗裝置如圖1 所示，包括機架4，所述機架的頂部安裝有噴桿部裝1，噴桿部裝1包括加長桿、固定裝置、斜撐和主桿，所述主桿的兩端均通過固定裝置與加長桿固定連接，加長桿與主桿保持同軸，主桿的中部固定有與主桿垂直的撐管，撐管的頂部和主桿的兩端通過斜撐固定連接，主桿的底部偏心處還設有旋轉吊耳，所述機架4上還安裝有用于驅動噴桿部裝1進行復合運動的上下擺動裝置2、左右擺動裝置3、抬升裝置6和傳動裝置5。通過設置的上下擺動裝置、左右擺動裝置、抬升裝置和傳動裝置，能實現噴桿部裝的上下擺動、左右擺動和抬升動作，能模擬出噴桿部件的真實運動。模擬噴桿通過三個獨立平臺的動作，形成繞J軸的轉動，沿J軸的上下移動及在繞鉸接點的轉動。

圖1 三獨立平臺模擬噴桿裝置

1.2 工作原理

當噴桿部裝1需要進行抬升時，啟動抬升裝置6第一伺服電機601，通過同步帶604的傳遞作用，大同步帶輪6帶動傳動主軸606轉動，連接座609同步轉動，由于小軸612置于連接座609的偏心位置處，且與連桿611鉸接，在連接座609轉動時，能實現連桿611的升降運動，所述連桿611的頂端通過銷軸502與下支座501鉸接由于下支座501是固定安裝在傳動裝置安裝板408上的，傳動裝置安裝板408與第一光軸403滑動連接，在連桿611上升時，主軸515和軸承座508同步上升，使得安裝在主軸515上的噴桿部裝1進行上升運動。

當噴桿部裝1需要進行上下擺動時，在第二伺服電機201轉動時，上下擺動裝置主軸205同步轉動，凸輪盤207即可與連桿固定軸209進行轉動。由于連桿固定軸209的端部置于上下擺動裝置連桿208內且與上下擺動裝置連桿208轉動連接，即可實現上下擺動裝置連桿208上下運動，以此實現主桿105的上下擺動。

當噴桿部裝1需要進行左右擺動時，第三伺服電機301帶動左右擺動裝置主軸305轉動，此時圓柱凸輪308同步轉動，連桿凸輪滾子部裝307能在凹槽限定的范圍內實現左右的往復運動，所述連桿凸輪滾子部裝307的頂部固定安裝在左右擺動座512的偏心處，能帶動左右擺動座512進行左右的擺動，進而實現噴桿部裝1的左右擺動。

圖2 噴桿部裝

圖3 上下擺動裝置

圖4 左右擺動裝置

圖5 機架

圖6 傳動裝置

圖7 抬升裝置

2 試驗

為了驗證可靠性，以圖1所示的三獨立平臺模擬噴桿裝置為試驗對象，進行動態響應測試，利用三維模型，測得噴桿繞質心Y軸方向慣量Iy＝28700kg·m2。通過六自由度運動模擬平臺進行噴桿運動試驗，六自由度平臺側傾角運動范圍±5°，頻率0.1～10Hz，垂直瞬時速度1m/s，上下及前后擺動角速度10°/s；垂直最大線加速度1g，擺動角加速度5rad/s2。通過三個獨立平臺復合運動產生繞J軸的瞬態激勵，噴桿傾角響應，試驗數據比模型預測稍有滯后，主要是由于轉動副存在摩擦造成。利用三個獨立平臺復合運動進行頻率分析，運動平臺輸出繞J軸轉角正弦激勵（幅值01rad），激勵頻率在0.1～10Hz范圍內。

3 結語

通過該模擬噴桿運動試驗裝置，噴桿可以分別實現三種獨立運動形式：垂直升降、前后擺動、上下旋轉運動以及三種運動形式的疊加運動，實現了噴桿運動軌跡的多樣性。滿足了為實現噴霧效果而對噴桿運動形式的各種要求，從而到達了噴霧效率的最大化。

通過該模擬噴桿運動試驗裝置，大尺寸噴桿真實模擬出噴桿部件的運動形式，對噴桿的懸掛系統以及高精度、高穩定性的噴桿式噴霧機的研究具有重要意義。

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