丘陵山地果園打藥裝置設(shè)計(jì)

魯 權(quán) 石浩全 張文斌

丘陵山地果園打藥裝置設(shè)計(jì)

魯 權(quán)1石浩全2張文斌2

（1.寧蒗恒泰農(nóng)業(yè)投資開發(fā)有限公司 云南麗江 674300；2.紅河學(xué)院工學(xué)院 云南蒙自 661199）

打藥裝置是將儲(chǔ)藥箱的藥液通過打藥泵輸送到作業(yè)位置，再通過噴藥裝置中的噴頭將藥液均勻噴灑到植物體上。該裝置基于果農(nóng)實(shí)際打藥作業(yè)的實(shí)際需求，依據(jù)藥液配比、藥液儲(chǔ)存、藥液輸送、噴灑等工序進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作，由中控系統(tǒng)、取藥箱和噴藥單元組成，各部分之間采用藥管地下鋪設(shè)連接，具有藥液儲(chǔ)存、遠(yuǎn)程藥液精準(zhǔn)輸送、藥液暫存、藥液噴灑等功能，有效解決了丘陵山地果園打藥難、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，具有較強(qiáng)的作業(yè)性。

丘陵山地；半自動(dòng)化打藥裝置；遠(yuǎn)程控制；作業(yè)性強(qiáng)

我國是世界上最大的果樹種植國家和水果進(jìn)出口貿(mào)易國家[1-2]，2022年全國人均水果消費(fèi)量達(dá)到60 kg/年[3]。為滿足這一需求，我國進(jìn)行了大規(guī)模的果樹種植。然而，病蟲害成為果樹種植的最大制約因素。為了更好地預(yù)防和消除病蟲害，目前采取的有效方式之一是農(nóng)藥噴灑[4]。

目前，我國南方丘陵山地果樹種植地形為多坡地與梯地，每排果樹的落差在1.0 m～1.5 m。而果樹噴藥大部分采用傳統(tǒng)的人工背藥桶打藥，人工成本高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，在較大面積的果園打藥效率低；少數(shù)果園采用大型自動(dòng)打藥機(jī)，雖解決了人工成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大的問題，提高了打藥效率，但大型自動(dòng)打藥機(jī)較難應(yīng)用于丘陵山地果園。因此，有必要設(shè)計(jì)適合丘陵山地果園的打藥裝置。設(shè)計(jì)的打藥裝置不應(yīng)受地形制約，同時(shí)還要兼顧效率（打藥效率達(dá)到傳統(tǒng)打藥作業(yè)的4倍以上）和低勞動(dòng)強(qiáng)度兩項(xiàng)性能指標(biāo)，且打藥裝置具有較強(qiáng)的作業(yè)性。

1 打藥泵動(dòng)力選擇

中控系統(tǒng)是打藥裝置的各部件中最重要的部件，而中控系統(tǒng)中的打藥泵穩(wěn)定工作對(duì)中控系統(tǒng)起決定性作用，因此打藥泵動(dòng)力選擇至關(guān)重要。

方案一，柴油機(jī)打藥泵。柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是耐用、效率高、使用范圍廣，尤其適用于戶外無固定電源的場(chǎng)景。但是，目前果樹種植遵循綠色環(huán)保生產(chǎn)的原則，而柴油機(jī)在工作中將大量的有害氣體直接排放于果園中，且噪聲比較大。

方案二，電機(jī)打藥泵。電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于其高效率和綠色環(huán)保特性。然而，電機(jī)在戶外作業(yè)中存在安全隱患，如遇潮濕或陰雨天氣存在不安全性。

通過對(duì)柴油機(jī)與電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)比較，考慮到果園電源供應(yīng)、生產(chǎn)成本、綠色環(huán)保及噪聲污染等一系列因素，最終采用電機(jī)作為打藥泵的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。

2 打藥裝置整體結(jié)構(gòu)及工作流程

根據(jù)實(shí)際地形設(shè)計(jì)的打藥裝置主要由中控系統(tǒng)、取藥箱和噴藥單元等三部分組成，各部分又由不同的部件組成。在材料、尺寸大小、工作壓力、工作功率、流速等方面，各部件需要相互匹配。各部件采用分離式設(shè)計(jì)，在多處設(shè)計(jì)了快換裝置，方便進(jìn)行管道更換和部件拆卸、組裝，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該打藥裝置的工作流程：（1）在儲(chǔ)藥箱2中按比例配制藥液；（2）啟動(dòng)電源開關(guān)，觀察打藥泵4是否抽取并輸送藥液；（3）根據(jù)不同地塊的噴藥需求，通過遙控器發(fā)射控制指令，操作箱上的信號(hào)接收器接收到控制指令后，轉(zhuǎn)換為開關(guān)指令控制操作箱13中的電磁閥，以進(jìn)行遠(yuǎn)程藥液輸送開關(guān)控制；（4）到相應(yīng)的取藥箱檢查藥液是否傳輸?shù)轿唬唬?）將打藥桿上的高壓噴霧軟管與取藥口連接；（6）手持打藥桿，按動(dòng)開關(guān)進(jìn)行打藥作業(yè)。

圖1 打藥裝置結(jié)構(gòu)

1－進(jìn)水管；2－儲(chǔ)藥箱；3－自動(dòng)攪拌與過濾器；4－打藥泵；5－打藥泵連接腳架；6－皮帶盤；7－電動(dòng)機(jī)；8－傳動(dòng)皮帶；9－皮帶輪；10－回藥管；11－輸藥管；12－地管A；13－操作箱；14－地管B；15－出藥管；16－延長管；17－取藥口；18－取藥箱。

2.1 中控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中控系統(tǒng)是整個(gè)打藥裝置的核心，承擔(dān)藥水供給、藥液傳輸及控制等重要任務(wù)，因此中控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將直接影響打藥裝置的性能和效率。

本設(shè)計(jì)通過中控系統(tǒng)中的儲(chǔ)藥箱進(jìn)行藥液配制和儲(chǔ)存。電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力提供裝置，將動(dòng)力傳送給打藥泵，打藥泵中的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)以進(jìn)行藥液吸入、壓縮與排出，通過輸藥管將藥液輸給操作箱，操作箱中電磁控制閥根據(jù)預(yù)設(shè)程序?qū)λ幰哼M(jìn)行精確的控制和分配，確保藥液能夠輸送到對(duì)應(yīng)的區(qū)域。

2.1.1 打藥泵選擇

作為中控系統(tǒng)的核心部件，打藥泵將儲(chǔ)藥箱中的藥液抽取后輸入管道內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)藥液的輸送。通過對(duì)打藥泵的實(shí)際功率、流量、工作壓力的計(jì)算，再結(jié)合市場(chǎng)中打藥泵的性能與型號(hào)對(duì)比，最終選取型號(hào)為LN-89型的三缸柱塞泵。

2.1.2 電動(dòng)機(jī)選擇

電動(dòng)機(jī)是中控系統(tǒng)動(dòng)力供給單元的動(dòng)力來源，在選擇時(shí)除了需要考慮作業(yè)環(huán)境、負(fù)載額定功率、負(fù)載額定壓力和外接電壓外，還需要考慮啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速、調(diào)速、機(jī)械特性和安裝等要求。通過綜合考慮，再結(jié)合打藥泵的轉(zhuǎn)速、功率、工作壓力和外接電源電壓等因素后，最終選擇單相雙道電容電動(dòng)機(jī)。

2.1.3 中控系統(tǒng)動(dòng)力供給單元設(shè)計(jì)

中控系統(tǒng)動(dòng)力供給單元是整個(gè)中控系統(tǒng)的核心，將儲(chǔ)藥箱中的藥液抽取后通過打藥泵上葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行藥液的外部輸送，實(shí)現(xiàn)藥液抽取與輸送，其組成如圖2所示。

圖2 中控系統(tǒng)動(dòng)力供給單元三維結(jié)構(gòu)

1－驅(qū)動(dòng)電機(jī)；2－傳動(dòng)皮帶；3－皮帶輪；4－打藥泵；5－固定螺絲；6－連接腳架。

2.1.4 操作箱設(shè)計(jì)

操作箱是整個(gè)中控系統(tǒng)的控制單元，其作用是將打藥泵輸出的藥液根據(jù)實(shí)際打藥地塊需求進(jìn)行精準(zhǔn)的遠(yuǎn)程藥液輸送控制，其三維結(jié)構(gòu)如圖3所示。根據(jù)需要可配置多個(gè)地管，圖中配置了3根地管。

圖3 操作箱的三維結(jié)構(gòu)

1－輸藥管；2－地管A；3－地管B；4－直球閥；5－常閉型電磁閥；6－地管C；7－箱體；8－信號(hào)接收器。

2.2 取藥箱設(shè)計(jì)

在打藥裝置中，取藥箱是中轉(zhuǎn)站，既是中控系統(tǒng)傳輸藥液的盡頭，也是噴藥單元噴灑藥液的源頭，其三維結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 取藥箱三維結(jié)構(gòu)

1－取藥箱箱體；2－PE內(nèi)絲彎頭；3－變徑轉(zhuǎn)換銅球閥；4－輸藥地管。

2.3 噴藥單元設(shè)計(jì)

噴藥單元三維結(jié)構(gòu)如圖5所示，噴藥單元將取藥箱中的藥液通過噴藥單元各部件的轉(zhuǎn)換，將藥液以霧化的形式均勻噴灑于果樹上。

圖5 噴藥單元三維結(jié)構(gòu)

1－霧化噴頭；2－打藥桿；3－壓力開關(guān)；4－銅球閥開關(guān)；5－拔插式快換接頭。

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：

（1）不受地形制約、生產(chǎn)成本低、操作簡單、使用便利、打藥效率高，符合山地果園大規(guī)模種植需求。

（2）設(shè)有遠(yuǎn)程遙控，只需通過遙控器就可以實(shí)現(xiàn)高效精準(zhǔn)地完成遠(yuǎn)距離藥液輸送的控制。

本設(shè)計(jì)充分考慮了丘陵山地果樹種植打藥作業(yè)的實(shí)際需求，具有高效、安全、便利的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大規(guī)模種植的需要，有助于提高丘陵山地果園的經(jīng)營效益。

[1]趙映,肖宏儒,梅松,等.我國果園機(jī)械化生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展策略[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,22(6):116-127.

[2]中華人民共和國國家統(tǒng)計(jì)局.2017中國統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計(jì)出版社,2017.

[3]中華人民共和國國務(wù)院辦公廳.中國食物與營養(yǎng)發(fā)展綱要(2014—2020年)[J].糧食科技與經(jīng)濟(jì),2014,39(4):73-74.

[4]陳魁.丘陵山地果園自動(dòng)噴霧機(jī)的研制[D].重慶:西南大學(xué),2017.

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2095-1205(2023)11-59-03

10.3969/j.issn.2095-1205.2023.11.18

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃云南高原特色農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效技術(shù)集成與示范“寧蒗蘋果產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效技術(shù)集成與示范”（2021FYD1100407）

魯權(quán)（1988—），男，彝族，云南麗江人，本科，研究方向?yàn)楣麡湓耘唷⑥r(nóng)業(yè)機(jī)械。

張文斌（1981—），男，漢族，云南建水人，博士研究生，教授，研究方向?yàn)楦咴厣r(nóng)機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。