農學試驗用噴灑裝置的創新優化分析

張 翔

（揚州大學，江蘇 揚州 222500）

作為傳統的農業大國，農業的發展關系到我國的民生大計以及國民經濟建設與發展。為了更好地研究農作物的生長特征，開展農作物的品種改良工作，推動農業的長效健康發展，常常需要開展一些農學試驗項目，提高農學試驗的過程控制質量對于農學試驗的成果輸出與研究具有極其重要的作用。

農作物的生長需要良好的水肥條件作為保障，同時為了降低病蟲害的影響還需要適時進行噴藥，在以往的農學試驗過程中農作物的施肥、灌溉以及噴藥工作多是通過人工來完成。但是，在人工作業模式下勞動強度較大，工作質量受主觀因素的影響較大，作業質量穩定性不佳，不利于農學試驗中相關項目的研究與研究成果的輸出。因此，在農學試驗中，實現由傳統人工施肥、灌溉以及噴藥作業的模式向自動化作業的轉型，具有較強的現實意義。

1 農學試驗用自動噴灑裝置的結構分析

本文進行創新優化設計的農學試驗用自動噴灑裝置結構示意圖，見圖1。該噴灑裝置主要由移動架、儲液桶、噴灑組件以及履帶式移動軌道燈結構組成。移動架下端4個邊角處位置與履帶式移動軌道間設置有連接板，連接板下部設置有驅動組件，用于實現噴灑裝置沿著軌道方向的移動。移動架頂部靠近背面處位置加工的有限位槽形狀，用于儲液桶的定位與固定，儲液桶上方設置有可以拆卸的上蓋結構與多個加料口，以供不同需求的加料需求。移動架頂部靠近正面的位置設置有多個不同高度的噴灑組件，作業時可以根據不同生長周期的作物高度選擇相應高度的噴灑組件。

圖1 農學試驗用自動噴灑裝置示意圖Fig.1 The schematic diagram of automatic spraying device for agronomic experiment

1.1 噴灑組件結構分析

作為重要的執行結構，該噴灑裝置中的噴灑組件主要包括支撐桿、安裝板、第一噴灑管、電磁閥、水泵、第二噴灑管、第三噴灑管以及噴頭等零部件。為了保證噴灑組件的穩定性，該裝置中采用了矩形布置的多個支撐桿，分別位于安裝板底部；為了適應不同高度的噴灑作業，本文設計的噴灑裝飾設置了3 種高度的噴灑管，且3 種高度的噴灑管下方設有電磁閥結構，用于控制噴灑管的打開與關閉。此外，為了提高噴灑作業的均勻性，每個噴灑管上部均設置了多組噴頭結構。

1.2 水泵組件結構分析

水泵是驅動噴灑組件實現其功能的動力部件，由于本文設計的噴灑裝置有多個噴灑管，因此需要使用管道將水泵分別與第一噴灑管、第二噴灑管以及第三噴灑管連接在一起。同時，為了讓儲液桶內的農藥或者水肥能夠進入到后端執行單元的噴灑頭，還需要通過管道連接水泵進液口與儲液桶。

1.3 驅動組件結構分析

本文設計的噴灑裝置驅動組件主要包括從動輪、履帶、轉軸以及從動輪與雙軸電機等零部件。本文設計的噴灑裝置采用了雙軌道結構，具有2組主動輪結構，主動輪與雙軸電機通過聯軸器實現連接，采用聯軸器可以有效保證雙軸電機與主動輪之間的連接可靠性與運轉順暢度。此外，如圖1 所示，移動單元中的履帶是直接套在主動輪與從動輪上的。噴灑裝置驅動組件結構示意圖，見圖2。

圖2 農學試驗用噴灑裝置驅動組件示意圖Fig.2 The schematic diagram of driving assembly of spraying device for agronomic experiment

2 農學試驗用噴灑裝置的創新優化效果分析

見圖3，本文設計的噴灑裝置采用了3 種不同高度的第一噴灑管、第二噴灑管以及第三噴灑管結構，進行噴灑作業時通過水泵將儲液桶內的液體泵送至3個噴灑管中。結合不同作物高度的不同，打開或者關閉位于3 個噴灑管處的電磁閥，用以實現3 個不同高度噴灑管的控制。與以往的噴灑裝置相比，這種設計能夠適用不同高度作物或者一種作物不同生長周期不同高度的噴灑作業，同時由于3 組噴灑管配置了獨立了電磁閥，因而可以實現相互獨立的啟閉控制，具有更好的可操作性。

見圖3 中的標識5 履帶結構所示，本文設計的噴灑裝置引入了雙軸電機作為動力的驅動組件，地軌與履帶之間通過嚙合實現連接，在農學試驗噴灑作業過程中，雙軸電機驅動主動輪，主動輪帶動履帶滾動，從而實現噴灑裝置沿軌道方向的移動。采用雙軸電機的驅動方式，可以讓噴灑裝置進行自主地移動，從而極大地降低了噴灑作業時的人工勞動強度，還可以顯著提高噴灑作業的效率與噴灑均勻性。

3 試驗用噴灑裝置工作原理分析

結合圖1、圖2、圖3 所示的噴灑裝置結構示意圖，需要進行灌溉、施肥或者噴藥作業時，將不同的配料通過上蓋201的頂部的主入口203和多組輔料入口202投入儲液桶2內，使用時開啟水泵305將儲液桶2內的液體泵送至第一噴灑管303、第二噴灑管306 和第三噴灑管307 處，根據植物高度開啟不同高度的第一噴灑管303、第二噴灑管306 和第三噴灑管307上的電磁閥304，形成單獨控制裝置，噴灑時通過雙軸電機505 帶動主動輪504 和履帶502 在地軌4 上移動，從而完成長距離行走，減少人力噴灑，提高了工作效率，噴灑更加均勻，因而能夠更好的服務于農學試驗的成果輸出。宏觀來看，使用該裝置可以促進農業的向上發展，具有一定的推廣價值。

圖3 噴灑裝置移動架與噴灑組件示意圖Fig.3 The schematic diagram of moving frame and spraying assembly of spraying device

4 結語

綜上所述，農學試驗用噴灑裝置的性能對于農學試驗成果的輸出具有較大的影響，本文設計的履帶式可移動噴灑裝置可以實現均勻的噴灑作業，降低噴灑作業的勞動強度，多個噴灑組件的設計還可以適應不同高度的作物噴灑作業，因而具有更廣的使用場景。未來，隨著制造技術與控制技術的快速發展，農學試驗用噴灑裝置還將朝著智能化與功能模塊化的方向發展。