寬幅噴霧機升降裝置改進設計

山東理工大學農業工程與食品科學學院 王崇慶 單信和 王相友

引言

我國作為農業大國，耕地面積約20 億畝，位居世界第四，農作物產量對于我國來說至關重要，但是我國每年因病蟲害導致農作物減產高達17%[1]，嚴重制約著我國農作物產量的提高。在農產品的生長過程中，針對病蟲草害的防治是一個非常重要的環節，農藥是防治病蟲草害的主要手段[2-3]。隨著我國耕作方式的不斷轉變，為了節省人力物力，減少資源浪費，大田作業成了大勢所趨，農業生產機械化水平正在不斷提高。針對大規模農田的植保作業需求，大型噴桿式噴霧機的應用極大地提高了植保作業的效率[4]。大型噴桿式噴霧機以其噴幅寬、工作效率高等特點逐漸被應用于農業生產之中。

但是，在噴霧機的使用中，為獲得最佳噴施效果，避免重噴漏噴的出現，噴桿需與作物保持合適高度。由于農作物不同時期高度不同，噴桿高度還需根據作物高度進行調節。現有升降機構多為手動操作控制液壓缸進行高度調節，操作人員在每次作業前還需重新調整噴桿高度，并進行手動調節，且存在高度不準確等問題。

為解決上述問題，本文對原有升降裝置進行了改進，增加了限位裝置。限位裝置設定好角度后，當升降油缸伸長至一定長度即后方噴桿到達指定高度時，液壓缸與限位裝置可自動鎖緊。該裝置可以保證噴桿高度保持恒定，降低了工作人員的操作難度，大大地提高了工作效率。

1 工作原理

寬幅噴霧機升降裝置主要包括固定架、下升降架、升降連接桿、限位架和升降油缸，如圖1 所示。后端通過升降連接桿與噴桿連接架（圖2）鉸接噴桿連接架上連接有用于噴霧作業的噴桿，前端通過固定架與車身主體連接，將整個升降裝置包括后方噴桿固定在寬幅噴霧機車架上。升降裝置與噴桿連接架之間由四根連接桿連接，下側兩根連接桿通過方管焊接為一個整體，以此來提升結構的剛度，避免在提升過程中產生變形和結構破壞。連接架上安裝有噴桿，用于噴霧作業，受噴霧角的影響，噴桿所在豎直平面需垂直與地面。四根連接桿長度相等，構成四連桿結構，可使后方連接架只在豎直方向產生高度變化，而不會發生角度的偏轉，可使連接架始終垂直與地面，使得噴桿能更好地工作。下側連接桿與固定架主體間裝有兩個液壓油缸，用來控制后方機構的升高與降低，通過兩側升降油缸的伸縮，帶動連接桿繞固定架上的鉸接點旋轉，進一步使后方噴桿的高度進行改變。

圖1 升降裝置結構簡圖

由于寬幅噴桿式噴霧機為牽引式，在作業過程中不能單獨工作，需由拖拉機牽引工作，并由牽引拖拉機提供液壓動力輸出。兩側升降油缸與拖拉機液連接，通過手動換向閥門調節升降油缸的伸縮，從而調節后方噴桿的高度。

2 主要部件設計

噴桿連接架結構如圖2 所示，連接架主體上兩個為一組放置了8 個連接耳板，連接耳板通過焊接的方式與主體連接。上側兩組耳板上方設置有蓋板，當升降裝置下降到一定高度時起限位作用。連接板與連接桿鉸接處進行加厚處理，避免因沖擊引起連接板的結構破壞，噴桿通過螺栓與連接架后部連接并固定。

圖2 噴桿連接架結構簡圖

升降油缸采用雙作用式油缸，即通過改變壓力油的方向改變活塞的移動方向。對該升降油缸進行改進設計，如圖3 所示。在油缸末端靠近油缸桿一側增加了掛板，掛板與套筒焊接為一體，通過套筒上的連接孔利用螺栓使其固定在油缸筒上，油缸掛板與限位架掛板搭配使用。升降油缸與牽引拖拉機液壓系統連接，行程為620mm，長度在810～1440mm 之間變化，使得后側噴桿高度可在480～1640mm 范圍內進行調節。

圖3 升降油缸結構簡圖

在升降裝置的基礎上增加了限位架，如圖4 所示，限位架由限位掛板、限位油缸連接板和連接架，連接架和限位掛板上設有安裝孔，間隔30mm 均勻布置，通過調節連接螺栓的位置來改變限位架整體的長度，整體長度可在510～600mm 范圍內進行調節。限位架寬度與下升降支架內側寬度一致，通過下方安裝孔與下升降支架鉸接，同時限位架與下升降支架中部對應設有連接耳板，通過連接耳板在兩者之間安裝限位油缸，限位油缸接入拖拉機液壓系統，并由單獨閥門進行控制。油缸伸縮可調節限位架的角度，限位架與下連接支架間的角度調節范圍為0～20°。

圖4 升降限位架結構簡圖

在進行作業前的準備工作時，操作限位油缸手動換向閥，調節限位油缸的長度，進一步帶動限位架至合適角度，在調節好目標高度后，操作升降手柄使升降油缸伸長，當伸長至合適長度時，升降油缸掛板與限位架掛板接觸并嚙合，使高度固定。在針對同一時期同一高度的農作物時無需再調節限位架的角度。

3 液壓系統

該升降裝置液壓系統如圖5 所示，該裝置通過管道接入拖拉機液壓系統，由拖拉機提供液壓動力，利用拖拉機系統中的溢流閥進行泄壓，不再額外設置溢流閥。油路中使用三位四通手動換向閥控制油液方向，換向閥中位為O 型，在無手動操作時換向閥自動回歸中位，鎖緊回路；當換向閥處于右位時，兩側液壓缸同步伸長，使后方整體高度降低；同理，換向閥處于左位時，兩側液壓缸同步收縮。同時在升降油路中設置調速閥，控制油液流量，吸收油液流動時的能量，從而調節液壓缸動作的速度。液壓系統中所用油缸均為定制油缸。升降油缸工作行程為810～1463mm,工作壓力為30MPa。

圖5 液壓系統原理圖

3 試驗與分析

在原有升降裝置的基礎上安裝好限位架與限位油缸，如圖1 所示。控制升降油缸調節后方噴桿提升至目標高度500mm 并固定，然后調節限位油缸至合適角度，使限位架與升降油缸平行，限位架掛板與油缸掛板嚙合，鎖定限位油缸位置。

限位架調節完成后，進行實際測試。將升降架調節至任意高度后緩慢下落，調節調速閥使液壓缸伸長保持在一個合適的速度。穩定后測量噴桿底部實際高度,進行多次試驗并記錄測量結果（如表1 所示）。

表1 高度限定測試

試驗結果表明，受金屬彈性形變、加工精度影響，噴桿最終高度略有偏差，但誤差始終保持在5%以內，滿足實際生產需要。

4 結論

經過多次田間試驗和生產考核，該升降裝置始終能將實際高度保持在目標高度，誤差小于5%。很好地解決了寬幅噴霧機在噴藥時高度手動難以調節以及調節精度不高的問題，且該裝置內限位高度可調，針對作物不同時期的生長狀態，可調節至最適宜高度。該升降裝置結構簡單，操作方便，可有效降低工作人員作業難度，并可推廣至其他農業機械中使用，具有很高的應用價值。