電動履帶式立式噴桿噴霧機設計與試驗*

盧鑫羽，龔艷，陳曉，王果，劉德江，張曉

(農業農村部南京農業機械化研究所，南京市，210014)

0 引言

設施農業是在環境相對可控條件下，采用工程技術手段進行動植物高效生產的一種現代農業方式。與發達國家相比，我國設施農業起步較晚，但自20世紀90年代以來，隨著我國設施農業技術水平的不斷提升，以及國民對瓜果、蔬菜等農產品數量與品質需求的日益增長，我國設施農業進入高速發展階段[1]。據農業農村部相關數據統計，2018年我國溫室面積達1 963.7 khm2，占全世界的80%，設施園藝年產值達9 800 億元，我國已經成為設施農業大國[2-3]。然而我國每年設施栽培作物因病蟲害導致的減產減收損失率達20%～30%[4-6]，設施溫室常用的病蟲害防治手段仍是噴施化學農藥。

而在目前設施農業的生產過程中，仍存在著機械化水平較低，適用裝備缺乏，勞動力需求大、成本高等問題。目前設施溫室內仍采用背負式手動(電動)噴霧器或擔架(推車)式機動噴霧機，不僅施藥量高、噴霧均勻性差、農藥有效利用率低，且大容量雨淋式的噴霧會造成設施棚室內濕度驟增，極易造成二次病害[7-12]。施藥過程中，因缺乏專業的技術知識和操作規范，密閉的棚室環境中造成操作人員的農藥中毒，威脅人身安全的現象數見不鮮。而且目前設施溫室大棚中瓜菜(西甜瓜、番茄、辣椒等)多采用吊蔓、分行密植，行間距較窄(約為500 mm)，作物生長中后期植株較高且枝繁葉茂，普通植保作業機具通過性較差，難以進入行間進行施藥作業。因此從設施溫室植保作業的施藥技術要求出發，并考慮到機具遠程作業的需求，以農機與農藝融合為目標，本文設計一款電動履帶式立式噴桿噴霧機，并進行相應的樣機試制與田間試驗等工作。

1 整機結構與工作原理

電動履帶式立式噴桿噴霧機主要有底盤、行走系統、噴桿高度調節系統、噴桿平衡系統、噴霧系統、電動控制系統和電控系統組成，其工作原理流程圖如圖1所示。此噴霧機采用自走式遙控作業，通過遙控系統傳遞信號至電動控制系統進而驅動電機帶動減速機驅動履帶輪，進而帶動履帶底盤前進、后退及轉向。噴霧機電池、液泵、電磁閥等安裝在履帶底盤腔體內。藥箱架、控制箱、噴桿高度調節系統等通過螺栓連接與履帶底盤連為一體，噴桿高度調節系統、噴桿安裝座、噴霧系統等通過銷釘、滾珠絲杠、伸縮電機等連接，電動控制系統與遙控系統安裝在控制箱中。

圖1 履帶式立式噴桿噴霧機工作原理流程圖Fig.1 Flow chart of the working principle of the crawler vertical boom sprayer

履帶式立式噴桿噴霧機噴霧系統采用液力霧化原理，以蓄電池為動力源。藥液從藥箱通過輸液管送至液泵，通過隔膜泵將藥液進行加壓，部分藥液通過穩壓閥回流至藥箱帶動藥液進行攪拌混合，部分藥液通過管路進入噴頭進行霧化。該噴霧系統可快速更換噴頭，改變噴霧壓力，調節噴頭間距、噴霧角度、噴霧距離等；并可針對不同生長期作物的施藥需求，進行單側或雙側噴霧，實現精準施藥、對靶施藥的需求。

基于調查研究獲得的聯棟大棚與日光溫室的建筑尺寸、種植模式與植保需求，確定了電動履帶式立式噴桿噴霧機的主要技術參數如表1所示。

表1 噴霧機主要技術參數Tab.1 Main technical parameters of sprayer

2 主要零部件設計

2.1 行走系統

為節約用地，增加種植面積，目前設施溫室大棚中吊蔓類作物行間距在500 mm左右，大棚預留的作業通道寬度多在800 mm以內，行間未實現路面硬化，已有的大田施藥機具難以適用。因此為適應設施溫室大棚吊蔓作物起壟種植的種植條件，行間地形相對平坦、土質主要為壤土和粘土、溫室相對潮濕的作業環境，要求噴霧機可實現行間施藥作業，底盤與機具具有較小寬度；行走系統及其結構參數應滿足在潮濕土地工作需求，具有較好的爬坡、直線行駛與轉向能力。因此選用轉向性能好、負載質量高、越障能力優越的履帶底盤。綜合各方因素，要求底盤平均對地比壓不超過50 kPa，履帶底盤寬度為500 mm以內，最大爬坡角為20°，滿載質量為130 kg。

因金屬履帶造價較低、通過性強、對地比壓小，后期維護保養方便，易于拆卸與更換，因此采用合金履帶，并在連接軸處選用銅套連接，增強其耐磨性。由于整機采用電力驅動，因此驅動輪采用四驅形式，在履帶底盤前后各安裝一個電機帶動減速機進行底盤驅動，增加其動力輸出，通過控制左右側電機轉速與進行轉向、掉頭等工作。根據經驗，支重輪可有效削弱履帶底盤行走過程中的起伏差，改善行走的平穩性并減少阻力。一般來說，支重輪越多，其對地壓力越均勻，考慮到設計總體需求對地比壓p不超過50 kPa，因此采用每側設計安裝5個支重輪，并每側安放3個托帶輪。根據經驗公式，平均接地比壓為整機質量除以履帶接地面積，此指標為履帶車輛設計總體參數選擇的依據[13]。履帶行走時接地面積、整機質量與平均對地比壓應滿足式(1)。

(1)

式中：A——總接地面積，A=2Lb，m2；

G——機具重力，G=mg，N；

m——機具滿載質量，m=130 kg；

g——重力加速度。

根據履帶噴霧機實際滿載作業工況，取G為1.3 kN，由式(1)得式(2)。

(2)

式中：L——履帶總接地長度，m；

b——履帶寬度，m。

查閱文獻可知，履帶底盤的履帶接地長度L與履帶軌距B0的比值對底盤整體穩定性、轉向性能與功耗損失有較大影響，兩者之間比值若低于1，底盤直線行走能力較差；比值若大于1.7難以轉向，因此綜合考慮到履帶底盤行走能力與轉向能力，一般L/B0≈1.2～1.4，此處履帶底盤履帶接地長度L與軌距B0比值取L/B0=1.2。根據履帶底盤整體設計要求，為保障機具通過性，履帶底盤寬度應小于500 mm，取履帶軌距B0為0.32 m，計算得L=1.2×B0=0.32×1.2=0.384 m。同時，履帶寬度b與履帶總接地長度L應滿足b/L≈0.18～0.22，取b/L=0.2，計算得履帶寬度b=L×0.2=0.076 8 m，查找相關資料并分析后選用履帶寬度b=0.07 m。帶入式(2)計算得2Lb=2×0.384×0.07=0.537 6 m2>0.2 m2，滿足履帶底盤的設計需求。

電動履帶式立式噴桿噴霧機的作業環境多為溫室濕軟土地路面，地面無較大坡度，且履帶底盤行走時不允許同時轉向和行走，因此根據行走裝置直行所需驅動力選擇電機驅動功率，并運用水平路面拐彎時所需驅動力進行校核。電機驅動功率

(3)

式中：N——電機驅動功率，kW；

Q1——直線行走時履帶底盤驅動力，kN；

v1——履帶底盤直線行走時額定行駛速度，取噴霧機最高行進速度為1.5 m/s；

η1——電機傳動效率，η1=0.98；

η2——履帶底盤行走效率，η2=0.95。

底盤驅動力主要受到運行阻力F1、內部阻力F2與慣性力Fi做功，因此得到底盤驅動力

Q1=F1+F2+Fi=(f1+f2)mg+0.02mg

(4)

式中：f1——履帶底盤滾動阻力系數，查閱資料得濕土路f1=0.08～0.10，取f1=0.09；

f2——零件內部摩擦力，取f2=0.06；

Fi——慣性阻力，N，Fi=(0.01～0.02)mg。

=0.356 kW

由于履帶底盤采用四只電機共同驅動底盤運動，選擇電機儲備系數為2.15，因此電機輸出功率應高于0.766 kW，每個電機驅動功率應高于0.766÷4=0.191 kW，即可滿足履帶噴霧機的行駛需要。經過調研與分析后，選擇DZ050-895型號直流電動機，其轉速為6 000～12 000 r/min，配有雙動力輸出軸，電機功率0.368 kW，額定工作電壓DC12～24 V，此時履帶底盤總功率為1.472 kW。

根據履帶式立式噴桿噴霧機水平路面拐彎時受力，對所選電機總驅動功率進行校核。根據劉海燕[14]的研究，履帶底盤轉彎時底盤主要受到運行阻力F1、內部阻力F2、轉彎阻力Fr與慣性阻力Fi等，其中轉彎阻力

Fr=(0.7～0.9)f3mg

(5)

其中，f3為摩擦系數，與土壤性質和轉彎半徑相關，在實際計算中，f3的取值范圍一般為0.4～0.7，此處選擇0.5。因此底盤驅動力

Q2=(F1+F2+Fi+Fr)v2

=[(f1+f2)mg+0.02mg+

(0.7～0.9)f3mg]v2

(6)

式中：v2——噴霧機轉彎時的速度，取噴霧機轉彎速度為0.5 m/s。

代入計算得

0.5=0.371 kW<1.472 kW

經過水平路面直線行走的功率計算與轉彎時的功率校核，所選電機適用于履帶式立式噴桿噴霧機底盤。

(7)

式中：D——驅動輪直徑，m；

P——履帶節距，m；

n——驅動輪齒數。

查閱資料選擇n=9，代入式(7)計算得驅動輪直徑為D=0.13 m。

與其他齒輪減速機相比，行星齒輪減速機具有結構緊湊、傳動精度高、使用壽命長等特點。且該設計的履帶底盤內部腔體空間有限，因此需要體積較小、結構緊湊的減速機。同時根據電機功率與行駛速度要求，選用傳動效率高、結構緊湊的行星齒輪減速機作為減速機。設減速機的減速比為i，根據式(8)

(8)

式中：n1——電動機轉速，額定轉速為8 000 r/min；

i——傳動比。

求得i=41.02，因此選取的行星齒輪減速機的減速比為41。通過設計計算后，確定選用的行星減速機為PG42行星齒輪減速機，齒圈材料為金屬40Cr，減速比為41，主軸最大承載力矩為196.13 N。完成對履帶式立式噴桿噴霧機底盤與傳動系統的設計、計算與分析后，進行履帶底盤試制加工。試制加工的底盤采用304不銹鋼作為機身，履帶底盤尺寸為0.86 m×0.45 m×0.25 m(長×寬×高)，底盤自重35 kg。

2.2 噴桿噴霧系統

2.2.1 噴頭選型

目前我國設施大棚因地制宜，根據環境存在兩種不同的結構形式。南方多采用普通簡易大棚，一般東西跨度為6～8 m，南北跨度30～60 m，脊高1.5～2 m；北方多采用日光溫室大棚，南北跨度8～10 m，東西跨度80～100 m，脊高2.6～3 m。較之簡易大棚，日光溫室建筑面積大、棚內高度高，因此本設計參考日光溫室大棚的設計尺寸進行噴桿噴霧系統的設計計算。根據實際測量，設施溫室內吊蔓西甜瓜生長中后期株高約為180～220 cm，且作物上中下層葉面積不同，作物壟寬1 m左右，壟間距0.5 m。因此依據作物高度及葉面積選用1 700 mm長度的噴桿，噴桿上安裝四只噴頭，噴頭間距為50 cm，噴霧機雙側同時進行噴霧的施藥方式。根據馬國義等[15]的研究，設施溫室作物施藥量為200 L/hm2，該噴霧機底盤的額定作業速度為1.8～3.6 km/h，單側噴霧幅度為2.2 m，雙側噴幅為4.4 m。

(9)

Vm——單位面積施藥量，L/hm2；

vf——機車額定作業速度，km/h；

PF——噴幅，m。

計算得噴頭總流量

(10)

如果使用8個大小相同的噴頭，分布在兩側噴桿。則每個噴頭的流量為5.28÷8=0.66 L/min。需要選用流量大于0.66 L/min的噴頭。目前植保作業中常用的噴頭種類為扇形霧噴頭或圓錐霧噴頭，可根據病蟲害種類的不同進行噴頭的更換和選型。根據德國Lechler公司生產的噴頭進行選型，當噴施殺蟲劑時，選用圓錐霧TR80-02型號噴頭進行施藥作業，其在0.2 MPa壓力下的理論流量為0.65 MPa；當噴施除草劑等時，選用ST110-02型號噴頭，進行施藥。因此選用ST110-02、TR80-02噴頭進行施藥，工作壓力0.2～0.4 MPa，額定流量范圍為0.65～0.92 L/min。

2.2.2 藥箱選型

藥箱具有可在噴霧機作業過程中儲存藥液，為液泵不間斷的輸送藥液以及攪拌藥液防止藥液沉積的功能，在施藥過程中發揮重要作用。若不考慮噴霧機的負載和作業性能，在理論上藥箱的容積越大，噴霧機的工作效率越高，但是由于整機負載的限制以及作業面積的需求，藥箱的設計選型需要采用相關經驗公式并結合實際植保作業需求。根據已有的研究，藥箱的選型取決于液泵的流量、機具單次作業面積、機具行進速度以及噴頭流量等。具體計算過程如下。

2.2.3 液泵選型

通過文獻調研與研究總結，目前植保機械常用的液泵種類包含容積式泵、葉片泵、活塞泵、離心泵、和蠕動泵等等。其中隔膜泵借助隔膜將藥液與活柱和泵體隔開，對活柱和泵體具有一定的保護作用，增加隔膜泵的耐磨損性、耐腐蝕性并增加使用壽命，被廣泛應用到目前的植保機械中。依據噴霧機的設計需求，采用蓄電池對整機進行驅動，因此選用隔膜泵作為本設計的泵體。液泵的選型需綜合考慮泵體的壓力與流量。而在設計中，考慮到液泵在給噴霧系統提供穩定的壓力與流量的同時，兼顧到部分藥液將回流至藥箱，起到壓力調節和對藥箱藥液的攪拌與沖洗作用，防止藥劑在藥箱底部沉淀。由于噴頭的總流量為5.28 L/min，藥箱容量為55 L，因此依據式(11)對液泵流量進行設計計算。因此選擇的液泵理論流量應大于噴頭的總流量。

Qp≥QL+V·k

(11)

式中：Qp——液泵流量，L/min；

QL——噴頭總流量，L/min；

V——藥箱容量，L；

k——液力攪拌系數。

一般地，選用液力攪拌系數為0.1，計算得到液泵流量Qp≥10.68L。因噴頭的額定工作壓力為0.2～0.5 MPa，選用SEAFLO型號高壓智能泵，最大流量為26.5 L/min，額定工作電壓24 V，最大壓力0.6 MPa，液泵壓力可調，最大電流11.2 A，最高功率268.8 W。該隔膜泵采用一端連接藥箱出水口、另一端通過四通管道分別連接至左側、右側噴桿裝置電磁閥以及藥箱回水管路，實現對噴霧機兩側的噴桿輸送藥液以及藥箱回水攪拌。

2.3 電動控制系統

電動履帶式立式噴桿噴霧機的電動控制系統主要分為兩個部分，一部分是對于底盤的前進、后退與轉向，另一部分是對噴霧系統的控制。控制系統主要包括信號接收器、遙控器、處理器、傳感器等組成。其中遙控器上左右推桿分別控制履帶底盤左側與右側電機的正轉與反轉，進而實現履帶底盤的加速、減速、轉向與停止。同時可通過遙控器上的按鈕進行噴霧系統的控制，通過控制電磁閥、液泵的開啟與關閉進行施藥作業；通過控制噴桿高度調節系統的電機正反轉，調節噴桿的高度；通過姿態傳感器采集到的信號傳遞至處理器得到噴桿的角度，進而處理器進行處理后作用至伸縮電機，進而控制噴桿姿態，保持噴桿垂直狀態。

3 樣機試驗

3.1 試驗條件

為評估電動履帶式立式噴桿噴霧機的性能與田間噴霧效果，進行電動履帶式立式噴桿噴霧機的性能進行試驗，噴霧機樣機如圖2所示。試驗包括噴霧系統霧化性能測試以及田間試驗。其中噴霧系統霧化性能測試包括施藥量誤差率測定與霧滴粒徑；此部分在農業農村部南京農業機械化研究所檢驗與測試中心的國家植保機械質量監督檢驗中心進行，測試時間為2020年7月26日，室內溫度26.52 ℃，濕度50.4%。自然風速小于0.5 m/s。

圖2 噴霧機樣機Fig.2 Prototype of sprayer

田間試驗包括噴霧機實際沉積量、霧滴密度的測定；此部分于中國農業科學院壽光蔬菜研發中心36#設施溫室大棚中進行試驗，試驗對象為設施吊蔓甜瓜。甜瓜作物平均株高為2.2 m，采用雙行起壟的種植方式，壟寬1 m，壟距0.7 m，株距0.5 m。試驗時間為2021年1月8日，室內平均溫度為27.16 ℃，濕度38.54%，溫室為無自然風狀態。施藥時額定作業速度為1 m/s，噴霧壓力為0.2 MPa，噴頭型號為ST110-02型號噴頭。

3.2 噴霧系統霧化性能測試

噴頭施藥量、霧滴粒徑關乎到藥液是否能均勻的、有效的抵達作物葉片，達到施藥效果，因此需要對噴霧系統的霧化性能進行測試。噴霧系統霧化性能測試主要包括施藥量的誤差率與霧滴粒徑。施藥量誤差率的測定標準為國家標準GB/T 17997—2008《農藥噴霧機(器)田間操作規程及噴灑質量評定》；霧滴粒徑的評價指標為Himel和Uk提出的生物最佳粒徑理論[1]，即不同種類的病蟲害所需的最佳粒徑不同，飛行類昆蟲的生物最佳粒徑為10～50 μm，葉面爬行類害蟲幼蟲的生物最佳粒徑為30～150 μm，對植物病害和雜草的生物最佳粒徑為30～150 μm和100～300 μm。常用的霧滴粒徑表示方式為：體積中值粒徑和數量中值粒徑，本文采用體積中值粒徑Dv50進行噴霧機霧滴粒徑分布規律試驗，并作為評價噴霧機噴霧性能的重要指標。

試驗開始前，在噴霧機中加入試驗介質(清水)，并將機具調至額定工況。首先進行各噴頭施藥量進行檢驗，開啟噴霧機后將壓力依次調至0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa，運用量筒分別采集各個噴頭的實際噴藥量，每次采集時間為60 s，運用秒表進行記時。每組試驗結束后用天平對采集到的藥液進行稱重并記錄至試驗記錄本，兩側噴桿共8只噴頭，需采集TR80-02與ST110-02兩種噴頭的施藥液量，每組試驗重復三次，取其平均值。試驗數據如表2所示。

表2 噴頭流量記錄表Tab.2 Nozzle flow record table

測定完各噴頭的實際噴藥量后，運用Brttersize2000S型號百特激光粒度分析儀對噴桿不同高度的霧滴粒徑值進行測量。將噴霧機噴霧距離調整至距激光粒度儀激光線500 mm，將底部噴頭軸線與激光線的交點設定為零點，軸線以下為負，軸線以上為正，每間隔10 cm進行一個點的采樣，最低點為-45 cm，最高處為170 cm，超出最高點與最低點的位置均無有效數據，各采樣點數據如表3所示。試驗現場如圖3所示。

表3 不同噴霧高度的噴頭霧滴粒徑分布Tab.3 Nozzle droplet size distribution of different spray heights

圖3 霧滴粒徑測試現場圖Fig.3 Field diagram of droplet size test

3.3 機具田間對比試驗

圖4為試驗時的布樣點示意圖，沿行走方向布置2個重復，每個重復布置5個布樣點，每個布樣點分上、中、下三層進行布樣(圖5)。

圖4 布樣方案Fig.4 Layout plan

圖5 布樣點示意圖Fig.5 Schematic diagram of layout points

其中濾紙、水敏紙均布置正反兩層，布樣中應保持各層濾紙、水敏紙無遮蓋情況。試驗以誘惑紅溶液作為示蹤劑，按照0.5%的濃度(質量比)加入清水中。噴霧結束后，待水敏紙和濾紙完全干燥后立即回收，將水敏紙進行掃描并保存，濾紙放入密封袋存放。回到實驗室后運用Deposit Scan霧滴分析軟件(美國農業部開發)對水敏紙進行圖像處理，分析霧滴密度。將濾紙樣本放入一定量清水充分浸泡至濾紙上的誘惑紅完全析出，在可見光分光光度計上測定洗出溶液的吸光度值，并按照換算公式換算成洗出溶液中誘惑紅的濃度值(其中，誘惑紅溶液濃度值與對應的吸光度值函數關系預先通過分光光度計測定)，按照式(12)計算各采樣濾紙上的誘惑紅示蹤劑的單位面積沉積量。

(12)

式中：c——單位面積藥液沉積量，μg/cm2；

a——洗出的誘惑紅溶液吸光度值；

f(a)——洗出的誘惑紅溶液中誘惑紅的濃度，μg/mL；

Vw——浸泡濾紙樣本時加入的清水量，mL；

S——圓盤濾紙的面積，cm2；

r——圓盤濾紙半徑，cm。

3.4 試驗結果

由表2可以看出，噴頭的噴藥量隨噴霧壓力升高而不斷增加，同一壓力下兩種噴頭的噴藥量區別很小，各噴頭之間施藥液量也無顯著變化。同一型號不同噴頭之間的流量變異系數較小，均低于10%，滿足國家標準中對噴桿噴霧機各噴頭間流量的差異不得大于流量平均值的10%、各噴頭噴量分布均勻性系數不高于15%的規定。

通過對表3中不同噴霧高度的霧滴粒徑進行分析，ST110-02和TR80-02噴頭軸線附近的霧滴粒徑值最小，隨噴霧高度增加或減小，霧滴粒徑不斷增加，在兩噴頭中間位置出現粒徑峰值。同時發現隨壓力升高霧滴粒徑不斷減小，但各個采樣點之間的霧滴粒徑變異系數均在15%以下，其霧滴粒徑也符合最佳生物粒徑理論中葉面爬行類害蟲幼蟲和植物病害和雜草生物防治的最佳粒徑范圍的要求。因此，采用ST110-02和TR80-02噴頭進行施藥作業可滿足設施溫室中植保作業的霧滴粒徑需求。

冠層不同位置的霧滴密度與沉積量分布如表4和表5所示。通過表4我們可以看出，其不同采樣點的霧滴密度均高于25個/cm2，同一位置各采樣點霧滴密度變異系數均低于20%，符合國家標準對于植保機械霧滴密度的要求。對于葉片正面，其葉片上層與中層的霧滴密度數值相當，差距較小，而葉片下層霧滴密度偏低；對于葉片反面，其霧滴密度最高值出現在葉片中層，最低值出現在葉片下層反面。通過表5可以看出，植株上、中、下層作物葉片正面的平均霧滴沉積量均在1.8～2.0 μg/cm2之間，中層沉積量最高，為1.98 μg/cm2；上層次之，為1.92 μg/cm2；下層最低，為1.83 μg/cm2。葉片正面不同采樣位置之間的沉積量差距較小，最下層沉積量約為最上層的92.42%。同一位置各采樣點之間的沉積量變異系數均低于20%，其中上層變異系數最低，為10.37%，中層變異系數為17.8%，下層最高為18.19%。而作物葉片背面的總沉積量明顯低于正面，僅有正面沉積量的15%～25%，同時作物背面沉積量差值略大于正面，最低值(下層反面)約為最高值(上層反面)的55%；其不同采樣點之間的變異系數以及總體變異系數均大于葉片正面，其總沉積量低于葉片正面，葉片正面為5.72 μg/cm2，反面為1.26 μg/cm2。

表4 不同采樣點的霧滴密度表Tab.4 Droplet density table of different sampling points

表5 不同采樣點的霧滴沉積量Tab.5 Amount of droplets deposited at different sampling points

結合表4與表5，可以看出霧滴在作物葉片正面的總沉積量與總霧滴密度數值均高于背面，其中葉片正面總沉積量為5.72 μg/cm2，總霧滴密度為237.7個/cm2，葉片反面總沉積量為1.26 μg/cm2，總霧滴密度為181.5個/cm2。且作物葉片正面霧滴密度與沉積量的變異系數(分別為5.47%和15.45%)均大于葉片反面(分別為5.37%和26.95%)。結果表明電動履帶式立式噴桿噴霧機可在吊蔓作物中取得較好的分布均勻性與穿透性，且其在冠層不同部位(上、中、下部)均可形成有效沉積。

4 結論與展望

本文研制了一款電動履帶式立式噴桿噴霧機。根據前期調研與文獻檢閱，確定了噴霧機的整機設計參數。確定了電動履帶式立式噴桿噴霧機主要有底盤、行走系統、噴桿高度調節系統、噴桿平衡系統、噴桿安裝座、噴霧系統、電動控制系統和遙控系統等組成。對履帶噴霧機的主要零部件進行設計、計算與選型，其中噴霧系統可快速更換噴頭，改變噴霧壓力，調節噴頭間距、噴霧角度、噴霧距離等；并可針對不同生長期作物的施藥需求，進行單側或雙側噴霧，實現精準施藥、對靶施藥的需求。設計結果可滿足目前設施溫室大棚的施藥需求。

對電動履帶式立式噴桿噴霧機進行了樣機性能測試與田間試驗。試驗結果表明：各噴頭之間的流量變異系數較小，數值均低于10%；各個采樣點之間霧滴粒徑的變異系數均在15%以下，其霧滴粒徑大小也符合葉面爬行類害蟲幼蟲和植物病害和雜草生物防治的最佳粒徑范圍，適用于最佳生物粒徑理論；額定工作壓力下霧滴連續、均勻且霧型完整。作物葉片不同冠層位置與葉片正面平均沉積量均高于1.8 μg/cm2，背面均高于0.3 μg/cm2，其變異系數在10%～35%之間，正面沉積量顯著高于背面。不同采樣點的不同位置的冠層霧滴密度的均高于25個/cm2，變異系數均低于20%。結果表明電動履帶式立式噴桿噴霧機可在吊蔓作物中取得較好的分布均勻性與穿透性，且其在冠層不同部位(上、中、下部)均可形成有效沉積。

綜上可知，電動履帶式立式噴桿噴霧機符合設施溫室吊蔓甜瓜植保作業要求，達到了農機與農藝結合的目標。在進一步的試驗中可進一步將冠層與施藥結合起來，改善作物葉片背部沉積，進一步提高沉積分布均勻性和穿透性。