电动自平衡两轮遥控植保车喷洒系统设计

时间：2024-05-23

董云哲李君兴史云天于海涛许光明

摘要：针对传统3轮或4轮植保车在转弯过程中对作物的损坏，减小农药对人体的伤害，设计了电动自平衡2轮遥控植保车，本文着重设计了电动自平衡2轮遥控植保车的喷洒系统。并阐述了喷洒系统的各个部件的设计原理，分析确定了各个部件的结构、材料及选型。

关键词：植保机械；自平衡；转矩

中图分类号： S48 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160413001

引言

为了保证粮食产量，使用农药可以从农作物病虫草害口中挽回40%左右的损失。中国作为农业大国，拥有1.2亿hm2基本农田；我国是农药用量第1大国，占世界农药用量的30%。从世界植保技术发展来看，今后相当长时间化学防治依然是防治农作物病、虫、草及鼠害的主要方法，传统人工植保作业越来越不适合我国城镇化建设，农村劳动力急剧减少的步伐，以4轮或3轮车为主地面植保机具在转弯过程中会对作物造成伤害，植保过程中，有些药剂会对驾驶员造成伤害，据报道每年农药中毒人数为10万人。而2轮自平衡遥控植保车，可以实现转弯半径为0，遥控距离为1km，可有效避免传统地面植保作业机械的缺点。本文着重对2轮自平衡遥控植保车喷洒系统进行了设计。

1 2轮自平衡遥控植保车喷洒系统机理

2轮自平衡遥控植保车喷洒系与普通植保喷洒系统的构成基本相同，主要由药泵、药箱、喷杆、喷头、输液管路等部分组成，所不同的是其有遥控控制系统。其工作原理是当进行农药喷洒时，操作者开启上位机的喷洒指令，2轮自平衡遥控植保车上的下位机接到指令后，展开喷杆，喷杆展开后，药泵将药箱中的药液通过输液管路输送到喷杆上的喷头，药液喷洒出去，雾滴在惯性及重力共同作用下，喷施到靶标上。

2 2轮自平衡遥控植保车喷洒系统的整体设计

本喷洒系统包括药泵、药箱、喷杆、喷头、输液管路、固定支架、控制装置等6部分组成，本喷洒系统中以12V电池为本喷洒系统的动力源，在植保车上的车架上固定药箱、喷杆等部件，喷嘴固定在喷杆上。如图1所示：

2.1 药泵的选择

喷洒效果的好坏，药泵起着至关重要的作用，它将电能转化为药液的势能，最后通过喷嘴再将势能转化为动能喷洒出去。为了减轻植保车的载重，本套系统的选材需是轻质，考虑到本系统管路短压力损失小，本系统选用石家庄普兰迪机电设备厂生产的微型直流隔膜泵，其额定电压为12V，压力为10kg，最大流量为4L/min，通过螺栓将其固定在车架上。

2.2 喷头的选型

喷头在喷洒系统中起着核心作用，雾滴的大小、速度及分布情况主要取决于喷头的种类和喷洒参数的设置，通过喷头将药液转化成雾滴，并将其分布到标靶上。目前植保车植保喷头主要有扇形喷头或电动离心喷头，扇形喷头喷雾药液的横向沉积呈正态分布，而且雾滴速度较大，为此采用美国TeeJet1100067扇形喷头，为避免扇形喷嘴喷雾相互干涉，扇形喷嘴的喷口偏离管轴5°。

2.3 喷杆的设计

喷杆是固定喷头和固定输入药管的主要部件，考虑到平衡和运输方便，采用可遥控折叠式喷杆机构，如图2所示：同电机经过蜗轮蜗杆减速器直接带动喷杆转动，进而达到折叠目的。为了减轻电机负载，喷杆材料为铝合金。

图2 喷杆结构图

1.长喷杆 2.喷嘴 3.减速电机 4.电机座 5.轴承 6.连接套

7.连接板8.横梁 9.喷杆座 10.短喷杆 11.限位板

2.4 喷杆减速电机选型

根据结构设计，将长喷杆固定在连接套上，减速电机直接带动其旋转，进行折叠。考虑到喷杆回转的安全性，所以电机应为低转速电机。电机所受最大力矩为：

M最大=（m长喷杆+4m喷头+m管路+m水）×L/2

经计算M最大为1.02kg m，故选用GW4468-10微型蜗轮蜗杆低转速大扭矩24V电机作为喷杆转动驱动电机。

2.5 药箱的设计和安装位置的确定

为了安装和固定方便，将药箱设计成扁箱形，为了使药箱不存积液，将排液口置于药箱最下端，在药箱顶部设有2个注药孔，为了减轻重量，药箱采用聚丙烯注塑成型。

3 调试时注意事项