2021-日光温室吊蔓作物行间自动喷药机的设计与试验_郭娜.pdf

郭 娜 关 旭 生 须 晖 等 日 光 温 室 吊 蔓 作 物 行 间 自 动 喷 药 机 的 设 计 与 试 验 J 沈 阳 农 业 大 学 学 报 2 0 2 1 5 2 4 4 3 5 4 4 1 沈 阳 农 业 大 学 学 报 2 0 2 1 5 2 4 4 3 5 4 4 1 J o u r n a l o f S h e n y a n g A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y h t t p s y n y c b p t c n k i n e t D O I 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 7 0 0 2 0 2 1 0 4 0 0 7 收 稿 日 期 2 0 2 0 1 1 2 4 基 金 项 目 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 2 0 1 6 Y F D 0 2 0 0 7 0 8 河 南 省 科 技 发 展 计 划 项 目 2 1 2 1 0 2 1 1 0 0 2 6 第 一 作 者 郭 娜 1 9 8 3 女 博 士 讲 师 从 事 设 施 园 艺 精 准 施 药 的 研 究 E m a i l g u o n a s t a c y 1 6 3 c o m 通 信 作 者 李 天 来 1 9 5 5 男 中 国 工 程 院 院 士 博 士 教 授 博 士 生 导 师 从 事 蔬 菜 设 施 栽 培 研 究 E m a i l l t l s y a u e d u c n 日 光 温 室 吊 蔓 作 物 行 间 自 动 喷 药 机 的 设 计 与 试 验 郭 娜 1 a 2 关 旭 生 1 b 须 晖 1 a 田 素 博 1 b 李 天 来 1 a 1 沈 阳 农 业 大 学 a 园 艺 学 院 设 施 园 艺 省 部 共 建 教 育 部 重 点 试 验 室 b 工 程 学 院 沈 阳 1 1 0 1 6 1 2 黄 淮 学 院 智 能 制 造 学 院 河 南 驻 马 店 4 6 3 0 0 0 摘 要 日 光 温 室 番 茄 黄 瓜 等 吊 蔓 栽 培 作 物 植 株 高 密 度 大 现 有 的 植 保 机 械 很 难 进 入 作 物 行 间 施 药 雾 滴 沉 积 分 布 均 匀 性 差 且 日 光 温 室 空 间 狭 小 自 走 式 植 保 机 械 自 动 换 行 转 弯 难 为 解 决 上 述 问 题 设 计 了 一 种 适 用 于 我 国 日 光 温 室 的 吊 蔓 作 物 行 间 自 动 喷 药 机 喷 药 机 由 底 盘 轨 道 车 和 伸 缩 喷 药 臂 组 成 底 盘 轨 道 车 行 驶 在 日 光 温 室 北 侧 通 道 铺 设 的 轨 道 上 利 用 激 光 传 感 器 识 别 到 垄 间 标 志 物 后 固 定 在 喷 药 车 上 的 伸 缩 喷 药 臂 以 剪 叉 机 构 带 动 竖 直 喷 杆 进 入 作 物 行 间 施 药 作 业 完 成 后 喷 药 臂 收 回 到 轨 道 车 上 继 续 行 驶 至 下 一 垄 进 行 施 药 作 业 该 机 具 实 现 了 温 室 无 人 自 主 施 药 作 业 提 高 了 雾 滴 分 布 均 匀 性 解 决 了 自 走 式 植 保 机 械 换 行 转 弯 问 题 另 外 喷 药 臂 快 速 拆 卸 后 轨 道 车 也 可 作 为 运 输 平 台 使 用 另 外 对 轨 道 车 喷 药 臂 等 关 键 部 件 进 行 了 详 细 设 计 计 算 完 成 了 基 于 C A N 总 线 的 控 制 系 统 设 计 设 计 竖 直 喷 杆 雾 滴 收 集 装 置 进 行 了 喷 药 机 的 喷 药 量 分 布 均 匀 性 的 室 内 试 验 研 究 结 果 表 明 竖 直 方 向 上 雾 滴 分 布 变 异 系 数 为 1 7 5 并 对 喷 药 机 性 能 进 行 了 田 间 试 验 研 究 试 验 结 果 表 明 水 平 方 向 上 的 上 中 下 3 层 雾 滴 分 布 变 异 系 数 分 别 为 7 1 2 1 3 不 同 作 业 行 两 侧 作 物 的 竖 直 方 向 上 雾 滴 分 布 变 异 系 数 从 2 2 0 8 该 机 具 能 够 满 足 日 光 温 室 吊 蔓 作 物 植 保 作 业 要 求 关 键 词 日 光 温 室 吊 蔓 作 物 自 动 喷 药 机 伸 缩 喷 药 臂 轨 道 运 输 车 中 图 分 类 号 S 2 2 4 3 文 章 编 号 1 0 0 0 1 7 0 0 2 0 2 1 0 4 0 4 3 5 0 7 文 献 标 识 码 A 开 放 科 学 资 源 服 务 标 识 码 O S I D Design and Experiment of Automatic Sprayer for High wire Cultivation Plants in Solar Greenhouse G U O N a 1 a 2 G U A N X u s h e n g 1 b X U H u i 1 a T I A N S u b o 1 b L I T i a n l a i 1 a 1 a C o l l e g e o f H o r t i c u l t u r e K e y L a b o r a t o r y o f P r o t e c t e d H o r t i c u l t u r e M i n i s t r y o f E d u c a t i o n b C o l l e g e o f E n g i n e e r i n g S h e n y a n g A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y S h e n y a n g 1 1 0 1 6 1 C h i n a 2 C o l l e g e o f I n t e l l i g e n t M a n u f a c t u r i n g H u a n g h u a i U n i v e r s i t y Z h u m a d i a n H e n a n 4 6 3 0 0 0 C h i n a Abstract T h e s o l a r g r e e n h o u s e a s t h e p e c u l i a r p r o d u c t i o n f a c i l i t y i n t h e n o r t h e r n o f C h i n a d u r i n g w i n t e r i s p a r t i c u l a r l y i m p o r t a n t t o f a r m s e c o n o m i c i n c o m e o f n o r t h e r n a r e a H i g h w i r e c u l t i v a t i o n p l a n t s s u c h a s t o m a t o e s a n d c u c u m b e r s a r e t h e m a i n p r o d u c e d v e g e t a b l e s i n s o l a r g r e e n h o u s e D u e t o t h e p l a n t h e i g h t a n d d e n s i t y t h e d r o p l e t d e p o s i t i o n u n i f o r m i t y o f p l a n t p r o t e c t i o n e q u i p m e n t i s p o o r a n d t h e s e l f p r o p e l l e d p l a n t p r o t e c t i o n e q u i p m e n t i s d i f f i c u l t t o t u r n b e c a u s e t h e n a r r o w s p a c e i n s o l a r g r e e n h o u s e t h u s a n a u t o m a t i c s p r a y e r f o r h i g h w i r e c u l t i v a t e d p l a n t s i n s o l a r g r e e n h o u s e i s d e s i g n e d i n t h i s p a p e r T h e s p r a y e r c o n s i s t s o f a c h a s s i s r a i l v e h i c l e a n d a t e l e s c o p i c s p r a y a r m T h e r a i l v e h i c l e t h a t a s s e m b l e w i t h t h e s p r a y a r m t r a v e l s a l o n g t h e n o r t h p a s s a g e i n g r e e n h o u s e a D C g e a r e d m o t o r w i t h c h a i n t r a n s m i s s i o n w a s s e l e c t e d t o d r i v e t h e v e h i c l e s w h e e l T h e s c i s s o r s e x p a n s i o n a n d c o n t r a c t i o n m e c h a n i s m w a s u s e d i n t h e t e l e s c o p i c s p r a y a r m t o c a r r y t h e v e r t i c a l b o o m i n t o t h e m i d d l e o f t w o r o w s o f p l a n t s a n e l e c t r i c h u b m o t o r w a s m o u n t e d i n t h e f o r w a r d w h e e l t o d r i v e t h e s p r a y a r m e x p a n d s a s t e p p e r m o t o r w i t h a w i n c h w a s f i x e d t o t h e s p r a y a r m a n d u s e d t o p u l l t h e b o o m b a c k o n t h e r a i l v e h i c l e b y a w i r e r o p e F u r t h e r m o r e t h e s p r a y a r m c a n b e q u i c k l y d i s a s s e m b l e d a n d t h e r a i l v e h i c l e c a n a l s o b e u s e d a s a t r a n s p o r t a t i o n p l a t f o r m T h e d e s i g n d e t a i l s o f t h e v e h i c l e s c i s s o r s m e c h a n i s m a n d s p r a y s y s t e m w e r e g i v e n T h e c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n C A N b u s w a s d e s i g n e d t w o u l t r a s o n i c s e n s o r s w e r e e q u i p p e d i n t h e r a i l v e h i c l e t o i d e n t i f y t h e s t a r t i n g a n d e n d i n g p o i n t s a n d a v o i d o b s t a c l e a r e f l e c t o r w a s m o u n t e d o n t h e n o r t h w a l l t o m a r k t h e s p r a y r o w a n d a l a s e r s e n s o r i n t h e r a i l v e h i c l e w a s u s e d t o r e c o g n i z e i t t w o l i m i t s w i t c h e s w e r e i n s t a l l o n t h e s c i s s o r s m e c h a n i s m t o c o n t r o l t h e e x p a n d r a n g e A d r o p l e t 沈 阳 农 业 大 学 学 报 第 5 2 卷 c o l l e c t i o n d e v i c e s f o r v e r t i c a l b o o m w a s d e s i g n e d a n d t h e u n i f o r m i t y o f s p r a y i n g q u a n t i t y w a s s t u d i e d i n l a b o r a t o r y T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e v a r i a t i o n c o e f f i c i e n t o f s p r a y q u a n t i t y i n t h e v e r t i c a l d i r e c t i o n w a s 1 7 5 T h e f i e l d e x p e r i m e n t w a s c a r r i e d o u t i n a s o l a r g r e e n h o u s e 3 r o w s o f p l a n t s w a s s p r a y e d a u t o m a t i c a l l y a n d t h e w a t e r s e n s i t i v e p a p e r w a s a r r a n g e d i n 3 l a y e r f r o m t o p t o b o t t o m t h e v a r i a t i o n c o e f f i c i e n t o f h o r i z o n t a l d e p o s i t i o n w a s 7 1 2 a n d 1 3 r e s p e c t i v e l y a n d t h e v a r i a t i o n c o e f f i c i e n t o f v e r t i c a l d e p o s i t i o n w a s 2 2 0 8 t h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e s p r a y e r c a n m e e t t h e r e q u i r e m e n t s o f p l a n t p r o t e c t i o n f o r h i g h w i r e p l a n t s i n s o l a r g r e e n h o u s e Key words s o l a r g r e e n h o u s e h i g h w i r e c u l t i v a t i o n p l a n t s a u t o m a t i c s p r a y e r t e l e s c o p i c s p r a y a r m r a i l t r a n s p o r t v e h i c l e 日 光 温 室 是 我 国 北 方 所 特 有 的 设 施 蔬 菜 种 植 主 体 在 解 决 北 方 冬 季 蔬 菜 供 应 促 进 农 民 增 收 等 方 面 发 挥 了 巨 大 作 用 由 于 空 间 密 闭 光 照 不 足 高 温 高 湿 等 因 素 导 致 日 光 温 室 作 物 病 虫 害 频 发 目 前 化 学 农 药 防 治 仍 是 主 要 方 法 但 农 药 过 量 施 用 问 题 严 重 每 亩 农 药 用 量 为 大 田 作 物 的 几 倍 甚 至 十 几 倍 1 我 国 设 施 植 保 机 械 仍 以 背 负 式 或 推 车 式 压 力 植 保 装 备 为 主 2 5 以 常 温 烟 雾 机 和 热 烟 雾 机 为 代 表 的 气 力 式 低 量 施 药 装 备 也 逐 渐 推 广 应 用 6 8 但 存 在 雾 滴 沉 积 分 布 均 匀 性 差 农 药 利 用 率 低 蔬 菜 产 品 农 药 残 留 超 标 环 境 污 染 等 问 题 以 番 茄 黄 瓜 为 代 表 的 吊 蔓 栽 培 模 式 作 物 是 日 光 温 室 种 植 的 主 要 蔬 菜 类 型 其 种 植 规 模 位 居 前 列 9 1 0 其 植 株 高 大 且 冠 层 密 集 雾 滴 很 难 深 入 作 物 冠 层 内 部 5 严 重 影 响 农 药 防 治 效 果 且 施 药 作 业 以 人 工 为 主 劳 动 强 度 大 密 闭 环 境 对 人 员 健 康 伤 害 大 设 施 农 业 强 国 的 温 室 结 构 高 空 间 大 番 茄 黄 瓜 等 作 物 多 以 基 质 栽 培 为 主 作 物 行 间 铺 设 轨 道 或 利 用 加 温 水 管 路 用 于 植 保 机 械 沿 轨 道 行 驶 1 1 1 2 或 采 用 轮 式 或 履 带 式 底 盘 进 入 作 物 行 间 1 3 1 8 压 力 喷 头 固 定 在 竖 直 喷 杆 向 两 侧 作 物 冠 层 施 药 1 1 1 8 我 国 日 光 温 室 吊 蔓 作 物 以 土 壤 栽 培 为 主 作 物 密 集 作 业 空 间 小 植 保 机 械 或 行 驶 在 温 室 北 侧 通 道 配 合 喷 头 摆 动 和 风 机 实 现 雾 滴 的 输 送 1 9 2 0 或 悬 挂 在 作 物 上 方 的 轨 道 上 以 水 平 喷 杆 进 入 作 物 行 间 施 药 2 1 2 3 并 辅 助 传 感 器 识 别 作 物 垄 行 以 实 现 自 主 喷 药 作 业 同 时 以 自 走 底 盘 带 动 竖 直 喷 杆 进 入 吊 蔓 作 物 行 间 的 施 药 方 式 也 逐 渐 成 为 研 究 热 点 2 4 2 7 另 外 国 内 外 学 者 对 基 于 视 觉 激 光 惯 性 导 航 等 的 设 施 温 室 吊 蔓 作 物 植 保 机 械 自 主 行 走 技 术 进 行 了 深 入 研 究 1 2 1 6 2 6 2 9 但 控 制 算 法 比 较 复 杂 系 统 成 本 较 高 还 处 于 应 用 探 索 阶 段 且 温 室 作 物 生 长 较 快 作 物 较 密 集 自 主 导 航 的 适 应 性 受 到 一 定 挑 战 同 时 植 保 机 械 在 日 光 温 室 狭 窄 通 道 的 自 动 换 行 转 向 也 是 难 题 之 一 为 进 一 步 提 高 雾 滴 的 穿 透 性 和 沉 积 分 布 均 匀 性 风 助 施 药 1 7 2 0 对 靶 施 药 1 4 1 5 2 7 静 电 喷 雾 5 6 等 技 术 也 被 应 用 到 温 室 植 保 机 械 中 我 国 日 光 温 室 种 植 番 茄 黄 瓜 等 作 物 时 在 温 室 地 面 上 部 约 2 m 搭 建 水 平 钢 丝 网 以 尼 龙 绳 垂 下 将 作 物 主 蔓 固 定 在 钢 丝 网 上 使 植 株 主 蔓 向 上 直 立 生 长 植 株 高 大 且 冠 层 密 集 对 植 保 机 械 施 药 作 业 提 出 挑 战 针 对 我 国 日 光 温 室 吊 蔓 作 物 的 施 药 作 业 环 境 特 点 本 研 究 设 计 了 一 种 吊 蔓 栽 培 作 物 的 行 间 自 动 喷 药 机 伸 缩 喷 药 臂 带 竖 直 喷 杆 进 入 植 株 行 间 施 药 轨 道 车 带 喷 药 臂 沿 日 光 温 室 靠 北 墙 通 道 行 驶 实 现 换 行 通 过 理 论 研 究 分 析 和 设 计 计 算 完 成 喷 药 机 的 方 案 和 关 键 部 件 设 计 计 算 完 成 喷 药 控 制 系 统 的 软 硬 件 设 计 并 对 雾 滴 沉 积 分 布 进 行 室 内 和 田 间 试 验 1 整 机 结 构 本 研 究 所 设 计 的 日 光 温 室 吊 蔓 作 物 行 间 自 动 喷 药 机 整 机 结 构 如 图 1 主 要 包 括 底 盘 轨 道 车 和 伸 缩 喷 药 臂 两 部 分 角 铁 双 轨 道 铺 设 在 日 光 温 室 的 北 侧 通 道 底 盘 轨 道 车 利 用 直 流 减 速 电 机 通 过 链 条 传 动 带 动 喷 药 机 在 轨 道 上 平 稳 的 前 进 后 退 利 用 激 光 传 感 器 识 别 垄 间 标 志 物 实 现 喷 药 机 的 自 动 换 行 施 药 同 时 拆 卸 伸 缩 喷 药 臂 后 也 可 作 为 运 输 用 同 时 轨 道 车 运 行 方 向 两 侧 装 有 超 声 波 传 感 器 运 输 作 业 时 作 为 避 障 传 感 器 自 动 喷 药 作 业 时 用 于 检 测 喷 药 车 的 起 始 位 置 伸 缩 喷 药 臂 既 要 保 证 喷 杆 能 竖 直 匀 速 稳 定 地 在 吊 蔓 作 物 行 间 移 动 又 要 保 证 收 缩 到 底 盘 轨 道 车 上 方 便 换 行 经 过 对 各 种 伸 缩 方 案 对 比 选 择 可 展 性 好 组 合 方 便 的 剪 叉 机 构 带 动 喷 杆 深 入 作 物 行 间 剪 叉 臂 由 左 右 两 组 平 行 的 多 级 剪 叉 式 可 展 机 构 组 成 各 级 剪 叉 杆 之 间 通 过 剪 叉 轴 形 成 铰 接 头 尾 的 剪 叉 杆 下 部 分 布 通 过 固 定 轴 与 C 型 的 头 部 和 尾 部 滑 道 固 定 在 一 起 剪 叉 杆 上 部 与 滑 轮 相 连 剪 叉 机 构 伸 缩 时 带 动 滑 动 轮 在 滑 道 内 滑 动 尾 部 滑 道 可 直 接 插 入 轨 道 车 机 架 内 的 固 定 槽 内 头 部 滑 道 底 部 通 过 弹 簧 减 振 装 置 与 前 进 轮 相 连 以 避 免 不 平 整 地 面 引 起 喷 杆 振 动 进 而 影 响 施 药 效 果 前 进 轮 内 置 轮 毂 电 机 带 动 剪 叉 臂 展 开 同 时 尾 部 滑 轨 装 有 位 置 可 调 的 上 下 限 位 开 关 可 根 据 不 同 温 室 的 作 业 需 求 控 制 喷 药 臂 的 伸 展 长 度 剪 叉 臂 收 回 到 U 型 的 支 撑 板 过 程 中 前 进 轮 会 短 暂 悬 空 故 增 加 剪 叉 收 回 装 置 喷 药 机 后 视 图 如 图 1 b 在 绞 盘 轮 盘 上 绕 有 钢 丝 绳 钢 丝 绳 一 端 与 剪 叉 伸 缩 机 构 前 端 的 滑 轨 固 定 件 相 连 另 一 端 与 绞 盘 轮 盘 固 定 收 回 电 机 带 动 4 3 6 第 4 期 郭 娜 等 日 光 温 室 吊 蔓 作 物 行 间 自 动 喷 药 机 的 设 计 与 试 验 绞 盘 旋 转 牵 引 前 进 轮 收 回 到 轨 道 车 的 支 撑 板 上 另 外 收 回 装 置 外 壳 与 尾 部 滑 道 固 定 另 一 侧 利 用 可 调 节 锁 扣 与 机 架 快 速 固 定 在 一 起 喷 药 泵 固 定 在 收 回 装 置 上 与 一 侧 滑 道 相 连 药 箱 放 置 在 喷 药 车 上 竖 直 喷 杆 固 定 在 剪 叉 头 部 滑 道 上 扇 形 喷 头 固 定 在 竖 直 喷 杆 上 以 一 定 角 度 向 两 侧 作 物 喷 洒 农 药 1 扶 手 2 超 声 波 传 感 器 左 3 角 铁 双 轨 道 4 控 制 箱 5 支 撑 板 6 前 进 轮 7 喷 头 8 剪 叉 臂 9 收 回 装 置 10 药 箱 11 超 声 波 传 感 器 右 12 绞 盘 13 锁 扣 14 激 光 传 感 器 15 收 回 电 机 16 限 位 开 关 17 尾 部 滑 道 18 头 部 滑 道 1 Handrail 2 Ultrasonic sensor left 3 Angle iron double rail 4 Controller 5 Support plate 6 Forward wheel 7 Nozzle 8 Telescopic spray arm 9 Retracting device 10 Pesticidetank 11 Ultrasonicsensor Right 12 Winch 13 Lockcatch 14 Lasersensor 15 Retractingmotor 16 Limitswitch 17 Tailslide 18 Headslide 图 1 吊 蔓 作 物 行 间 自 动 喷 药 机 结 构 简 图 Figure 1 Structure diagram of automatic sprayer for high wire cultivation plants a 正 视 图Frontview b 后 视 图Rearview 2 关 键 部 件 设 计 计 算 2 1 底 盘 轨 道 车 设 计 计 算 根 据 日 光 温 室 通 道 宽 度 和 运 输 需 求 设 计 底 盘 轨 道 车 尺 寸 1 5 0 0 m m 5 0 0 m m 3 0 0 m m 行 驶 速 度 1 m s 1 载 重 2 0 0 k g 为 减 少 系 统 构 建 成 本 便 于 推 广 底 盘 轨 道 车 和 轨 道 选 用 角 铁 为 主 要 搭 建 材 料 为 保 证 两 者 能 紧 密 贴 合 和 承 受 较 大 的 载 荷 轨 道 轮 选 择 V 型 铸 铁 轮 选 择 没 有 弹 性 滑 动 平 均 传 动 比 较 准 确 传 动 效 率 较 高 的 链 传 动 作 为 底 盘 轨 道 车 的 传 动 方 式 直 流 电 动 机 提 供 驱 动 其 功 率P 为 P m g v 0 1 5 2 5 0 9 8 1 0 9 4 3 9 1 W 1 式 中 为 铸 铁 轮 与 角 铁 轨 道 之 间 的 摩 擦 系 数 m 为 底 盘 轨 道 车 与 运 输 重 量 之 和 k g g 为 重 力 加 速 度 m s 2 v 为 轨 道 车 行 驶 速 度 m s 1 为 传 动 效 率 根 据 轨 道 车 运 输 功 率 要 求 选 择 直 流 减 速 电 动 机 功 率 4 2 0 W 转 速 2 0 0 r m i n 1 电 机 输 出 轴 与 小 链 轮 相 连 大 链 轮 与 主 动 轴 相 连 根 据 轨 道 车 运 行 速 度 计 算 得 大 小 链 轮 齿 数 分 别 为 1 7 齿 和 2 5 齿 传 动 比 1 4 7 为 使 传 功 平 稳 结 构 紧 凑 选 用 小 节 距 0 8 B 单 排 链 节 距 1 2 7 m m 中 心 距 2 9 8 m m 2 2 伸 缩 喷 药 臂 设 计 2 2 1 剪 叉 臂 设 计 经 过 对 辽 宁 日 光 温 室 结 构 分 析 3 0 和 学 校 温 室 的 实 际 测 量 最 终 确 定 剪 叉 臂 伸 长 约 8 m 可 满 足 大 部 分 温 室 作 业 要 求 收 缩 到 小 于 0 5 m 便 于 底 盘 轨 道 车 运 输 剪 叉 臂 几 何 关 系 简 图 如 图 2 图 2 中 相 关 量 的 几 何 关 系 为 L n R s i n h r c o s 2 式 中 L 为 剪 叉 伸 缩 机 构 伸 长 距 离 为 剪 叉 杆 与 竖 直 方 向 所 夹 锐 角 r 为 剪 叉 杆 的 短 臂 长 R 为 剪 叉 杆 的 臂 长 且R 2r h 为 首 铰 链 点 到 中 轴 线 的 距 离 n 为 剪 叉 单 元 组 数 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 8 1 7 1 6 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 4 3 7 沈 阳 农 业 大 学 学 报 第 5 2 卷 本 研 究 选 用 2 0 m m 1 0 m m 的 不 锈 钢 方 管 作 为 剪 叉 杆 去 除 收 回 装 置 的 安 装 空 间 2 0 m m 和 头 尾 部 滑 道 宽 度 2 8 m m n 1 0 伸 展 极 限 状 态 下 剪 叉 臂 和 尾 部 滑 道 的 为 夹 角 m a x 5 5 根 据 式 2 确 定 剪 叉 臂 臂 长 1 m 剪 叉 机 构 收 缩 后 宽 度 2 7 7 m m 其 伸 展 长 度 最 大 为 8 1 m 可 调 整 限 位 开 关 来 控 制 其 伸 展 长 度 当 喷 药 臂 处 于 最 大 伸 长 距 离 时 为 剪 叉 伸 缩 机 构 的 极 限 状 态 3 1 伸 缩 机 构 承 受 载 荷Q 最 大 包 括 喷 药 臂 及 管 路 中 药 液 重 量 估 算 约Q 2 0 0 N 设 在 水 平 推 力F 作 用 下 的 虚 位 移 为dL 在 荷 载Q 作 用 下 的 虚 位 移 为dh 式 2 左 右 两 端 对 求 导 得 d L d 2 n r c o s d h d r s i n 3 由 虚 位 移 原 理 得 Q d h 2 F d l 2 0 4 将 式 3 和 式 4 联 立 可 得 F Q t a n 2 n 2 0 0 t a n 5 5 2 1 0 1 4 3 N 5 剪 叉 伸 缩 机 构 在 实 际 运 转 时 还 应 考 虑 剪 叉 杆 之 间 的 摩 擦 力 估 算 收 回 绞 盘 的 输 出 拉 力F p 为 2 0 N 本 研 究 选 用 步 进 电 动 机 带 动 绞 盘 旋 转 已 知 收 回 速 度 设 定 为v 1 m s 1 绞 盘 轴 半 径r w 0 0 3 m 则 步 进 电 动 机 转 速 为 n m 6 0 v 2 r w 6 0 1 2 3 1 4 0 0 3 3 1 8 5 r m i n 1 6 经 过 设 计 计 算 32 后 本 研 究 选 择Kinco 步 进 电 动 机 为 收 回 电 机 型 号2S56Q 02976 其 保 持 转 矩1 5N m 2 2 2 喷 药 系 统 设 计 喷 药 系 统 结 构 如 图 3 通 过 调 压 阀 可 以 调 节 回 流 药 箱 的 流 量 间 接 调 节 喷 头 压 力 喷 药 主 管 路 固 定 在 剪 叉 连 接 杆 在 剪 叉 臂 前 端 根 据 其 安 装 高 度 分 成 3 路 相 同 高 度 喷 头 为 一 组 可 根 据 作 物 不 同 苗 期 选 择 不 同 喷 头 开 闭 喷 头 选 用 力 成 插 管 式 防 滴 喷 头 固 定 在 竖 直 喷 杆 上 最 下 面 喷 头 距 离 地 面 5 0 0 m m 喷 头 间 距 5 0 0 m m 夹 角 可 调 喷 嘴 选 用 美 国 T e e j e t 公 司 的 X R 1 1 0 0 1 扇 形 喷 嘴 喷 雾 角 1 1 0 喷 雾 压 力 0 2 0 4 M P a 药 泵 选 用 直 流 隔 膜 泵 最 大 压 力 1 2 M P a 流 量 1 2 L m i n 1 满 足 喷 头 最 大 流 量 要 求 喷 药 机 的 单 行 喷 雾 量Q 为 Q q n L p 6 0 v s 7 式 中 q 为 单 个 喷 头 的 流 量 L m i n 1 n 为 喷 头 个 数 L p 为 作 物 行 长 度 m v s 为 喷 杆 运 行 速 度 m s 1 假 设 两 侧 喷 头 全 开 工 作 压 力 0 3 M P a 则 单 个 喷 头 流 量 0 3 9 L m i n 1 喷 杆 运 行 速 度 1 0 m s 1 则 单 行 喷 药 量 0 1 9 5 L 以 沈 阳 农 业 大 学 后 山 基 地 温 室 为 例 棚 内 共 种 植 1 2 0 行 番 茄 则 整 个 日 光 温 室 总 施 药 量 为 Q a l l q m 0 1 9 5 1 2 0 2 3 4 L 8 故 本 研 究 选 用 药 箱 容 量 为 3 7 L 可 实 现 单 个 温 室 的 一 次 喷 药 要 求 雾 滴 沉 积 分 布 均 匀 性 是 衡 量 喷 雾 质 量 的 重 要 指 标 受 喷 头 类 型 喷 头 与 冠 层 距 离 喷 雾 间 距 等 多 种 因 素 影 响 本 研 究 所 选 用 的 1 1 0 扇 形 喷 头 在 间 距 5 0 0 m m 距 作 物 冠 层 高 度 5 0 0 m m 时 分 布 均 匀 性 最 佳 设 喷 头 与 作 物 冠 层 的 距 离 为d 利 用 三 角 函 数 计 算 喷 头 与 作 物 冠 层 平 面 的 角 度 为 1 药 箱 2 过 滤 器 3 药 泵 4 压 力 表 5 开 关 阀 6 喷 头 7 调 压 阀 1 P e s t i c i d e t a n k 2 F i l t e r 3 P u m p 4 P r e s s u r e g a u g e 5 O n o f f v a l v e 6 N o z z l e 7 P r e s s u r e r e g u l a t i n g v a l v e 图3 喷 药 系 统 结 构 图 Figure 3 Structure diagram of spraying system 图2 剪 叉 臂 几 何 关 系 简 图 Figure 2 Geometric diagram of scissors mechanism 4 3 8 第 4 期 郭 娜 等 日 光 温 室 吊 蔓 作 物 行 间 自 动 喷 药 机 的 设 计 与 试 验 a r c s i n d 5 0 0 9 根 据 实 际 测 量 学 校 温 室 内d 4 0 0 m m 则 喷 头 最 佳 角 度 为 5 3 同 时 喷 药 系 统 的 工 作 压 力 喷 嘴 喷 杆 行 驶 速 度 喷 头 的 角 度 可 根 据 不 同 病 虫 害 需 求 和 作 物 间 距 利 用 式 7 式 9 重 新 配 置 3 控 制 系 统 设 计 喷 药 机 控 制 系 统 采 用 C A N 总 线 构 建 分 布 式 控 制 系 统 图 4 分 别 控 制 底 盘 轨 道 车 和 喷 药 臂 便 于 后 续