農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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This paper studies a spraying system of agricultural crawler vehicle, which uses wireless remote control to control the walking and spraying of agricultural crawler vehicle. The spray box has large capacity and wide range of spraying. The high pressure plunger pump is used to connect the high pressure pipe connection joint and the stainless steel universal nozzle. The universal joint can adjust the nozzle angle and select different types of nozzle to make the spraying range wider and more comprehensive. On this basis, considering the different distance between fruit trees, the electric push rod can adjust the distance of sprinkler head, spray pesticide in a wide range, and improve the spraying efficiency. Keywords: piston pump; stainless steel universal nozzle; electric push rod 目 錄 1. 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究意義 2 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.4 研究的主要內(nèi)容 7 2. 農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)的動(dòng)力部件 7 2.1 液壓的原理 7 2.2 各種泵的優(yōu)缺點(diǎn) 8 2.2.1 齒輪泵 8 2.2.2 葉片泵 8 2.2.3 柱塞泵 10 2.2.4 螺桿泵 10 3. 農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)的連接部件 11 3.1 高壓管的原理 11 3.2 三通管及二通管 11 4. 農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)的噴灑部件 12 4.1 霧化的原理 12 4.2 噴頭的種類(lèi) 12 4.3 噴頭的使用與維護(hù) 13 5. 電動(dòng)推桿的原理 14 6. 整體設(shè)計(jì)方案 14 6.1 噴灑系統(tǒng)的整體連接方式 14 6.2 噴藥箱的設(shè)計(jì) 15 6.3 水泵的選用 16 6.4 高壓管的選用 16 6.5 噴嘴的選用 17 6.6 一種可旋轉(zhuǎn)底座的設(shè)計(jì) 19 6.7 電動(dòng)推桿的安裝設(shè)計(jì) 19 結(jié) 論 23 參 考 文 獻(xiàn) 24 致 謝 26 農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1. 緒論 1.1 研究背景 我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，擁有20億以上的基本農(nóng)田，每年需要完成大量的農(nóng)業(yè)植保作業(yè)，但隨著當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)城市化發(fā)展程度提高，社會(huì)科技發(fā)展，人們?yōu)榱颂岣呱钏?，改善生活質(zhì)量，很多住在農(nóng)村的年輕人和勞動(dòng)力都選擇了長(zhǎng)期在外務(wù)工，過(guò)于勞累且繁重的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都?jí)涸诶弦惠吶松砩?，時(shí)光荏苒，白駒過(guò)隙，老人的體力慢慢下降，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活心有余而力不足。并且，每年農(nóng)民因農(nóng)藥中毒，農(nóng)藥污染土地，給很多家庭都帶來(lái)不可磨滅的損失。 因此，在現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中，自動(dòng)化、機(jī)械化生產(chǎn)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的要求越來(lái)越高。當(dāng)前，農(nóng)作物病蟲(chóng)害還主要靠人們手動(dòng)噴灑農(nóng)藥，但是現(xiàn)有的農(nóng)藥噴灑方式主要是人工噴灑農(nóng)藥，進(jìn)度不僅緩慢，而且需要消耗大量的人力物力且噴灑范圍不夠精確，并且人工噴灑農(nóng)藥不能夠精確控制噴灑藥量與噴灑的范圍，很容易造成農(nóng)作物產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo)，在人們進(jìn)行生產(chǎn)加工食用時(shí)，嚴(yán)重危害人們的身體健康。還會(huì)造成土壤污染，更容易對(duì)操作人員的生命安全造成危害。 隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥已經(jīng)在廣泛應(yīng)用。無(wú)人機(jī)噴灑大大提高了噴灑效率，但也有一定的不足。在現(xiàn)有社會(huì)科學(xué)技術(shù)中，無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥的裝置固定在無(wú)人機(jī)機(jī)體上，噴灑裝置的噴嘴的方向朝下，無(wú)人機(jī)隨著遙控前進(jìn)或后退。一、但由于果樹(shù)之間會(huì)存在空地，無(wú)人機(jī)在進(jìn)行噴灑時(shí)，會(huì)有很多的農(nóng)藥散落到土地上，造成農(nóng)藥浪費(fèi)且土地污染。二、由于無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥的方向是朝著地面，對(duì)于部分樹(shù)葉茂密的水果和樹(shù)葉，會(huì)遮擋樹(shù)冠底部的樹(shù)葉和水果，使噴灑的農(nóng)藥大量降落到樹(shù)冠底部，且不能降落到樹(shù)冠底部的農(nóng)藥集中會(huì)變成大的液體滴落到土地上，不僅會(huì)使噴灑范圍不全面，而且降落到土地上面的農(nóng)藥會(huì)污染土壤。三、無(wú)人機(jī)高空飛行，而且農(nóng)藥噴灑裝置整體均依靠在一臺(tái)無(wú)人機(jī)上，受重量，范圍等原因，噴藥箱的大小會(huì)受到限制。四、無(wú)人機(jī)在噴灑農(nóng)藥過(guò)程中，因果樹(shù)地形復(fù)雜且果樹(shù)分布均衡不一，很容易造成撞機(jī)，因此需要操作人員在一定距離內(nèi)控制飛行，農(nóng)藥會(huì)少部分涉及到操作人員，對(duì)人體造成傷害。五、無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間短，需要經(jīng)常充電，在進(jìn)行植保作業(yè)過(guò)程中，受地形、天氣等影響，充電不便，影響進(jìn)度。六、無(wú)人機(jī)噴藥，由于無(wú)人機(jī)整體體積相對(duì)較小，攜帶較為方便，方便運(yùn)輸。 受果樹(shù)地形、氣候、土壤等因素的影響，果樹(shù)之間的行間距不同。例如：一些蘋(píng)果樹(shù)生長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng)，樹(shù)冠較大，長(zhǎng)枝量較多，必須提供足夠的空間，才可以正常生長(zhǎng)，此類(lèi)果樹(shù)一般行間距為4-6米；而一些生長(zhǎng)勢(shì)較弱，樹(shù)體矮化，此類(lèi)果樹(shù)一般行間距為4米。具體種植要根據(jù)不同的氣候條件，地形等具體考慮。而現(xiàn)有的打藥車(chē)噴灑范圍固定，不同行間距的果樹(shù)需要消耗不同的時(shí)間來(lái)完成噴灑，噴灑效率低，噴灑范圍局限?，F(xiàn)如今，如何使噴藥效率高，噴灑范圍大，噴灑降落點(diǎn)準(zhǔn)確，噴灑霧化效果好一直是需要研究和解決的問(wèn)題。 1.2 研究意義 為提高農(nóng)藥利用率，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，設(shè)計(jì)一種農(nóng)用履帶車(chē)的噴灑系統(tǒng)，另配置電動(dòng)推桿，擴(kuò)大噴灑范圍。 1.采用遠(yuǎn)程遙控噴灑，實(shí)現(xiàn)了人藥分離，提供了一定的安全性能； 2.配置不銹鋼扇形萬(wàn)向噴頭，底座采用萬(wàn)向節(jié)，通過(guò)配置不同角度的噴頭，調(diào)節(jié)萬(wàn)向節(jié)，實(shí)現(xiàn)多方位噴灑，有效減少了傳統(tǒng)打藥車(chē)的噴灑局限； 3.配置油電混合，增加續(xù)航，減少損耗。 4.配置電動(dòng)推桿，擴(kuò)大噴灑范圍，提高噴灑效率，適用于不同地形。 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的打藥車(chē)： 1.鋰電背負(fù)式農(nóng)用噴霧器 圖1 鋰電背負(fù)式農(nóng)用噴霧器 人工背負(fù)噴灑，采用鋰電池蓄電池供電，配備隔膜泵，壓力0.15-0.4MPa,凈重3.65kg，容積18-20L。人工背負(fù)打藥便于攜帶，便于清理，但是人工背負(fù)噴灑農(nóng)藥，壓力低，射程近，對(duì)于高大強(qiáng)壯的果樹(shù)無(wú)法全面涉及，且人工噴灑勞動(dòng)量大，大的工作量難以快速完成，人力背負(fù)沉重耗力，噴灑范圍小，有局限，僅適用于小型果樹(shù)及少量的果樹(shù)噴灑。噴嘴使用塑料噴嘴，長(zhǎng)時(shí)間不用可能會(huì)隨時(shí)間而堵塞從而損壞。 2.手推打藥機(jī) 圖2 手推打藥機(jī) 人力手推，7.0HP汽油機(jī)配26型柱塞泵，工作壓力：2.0-3.5MPa，容積200-400L。手推式打藥機(jī)相比人工背負(fù)式噴霧器效率高，噴灑范圍大，不用人力背負(fù)，相對(duì)省力，軟管可以加長(zhǎng)，拖拉使用，工作壓力可達(dá)到3.5MPa，但通過(guò)拉長(zhǎng)軟管調(diào)節(jié)噴灑范圍，會(huì)使霧滴分布不均，不能保證均勻的霧滴霧化。 3.柴油型后置風(fēng)送打藥機(jī) 圖3 柴油型后置風(fēng)送打藥機(jī) 人力駕駛，柴油192電啟動(dòng)，高壓柱塞泵，工作壓力1-3.5MPa，容積300L.人力駕駛風(fēng)送打藥機(jī)，要相比人力背負(fù)噴霧器和人力手推打藥車(chē)更省力，風(fēng)送式霧化效果更好，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)壓力泵將液滴壓送成霧滴，在通過(guò)風(fēng)扇將霧滴輸送到樹(shù)葉，使霧滴的穿透力變強(qiáng)，噴灑效果更佳，噴灑范圍更廣。 4.植保無(wú)人機(jī) 圖4 植保無(wú)人機(jī) 2.4GHz無(wú)線電遠(yuǎn)程控制，配置鋰電池，壓力式噴灑系統(tǒng)，六個(gè)壓力噴頭，壓力泵最大壓力1MPa，藥箱容積6-10L。 國(guó)外現(xiàn)有技術(shù)的打藥車(chē)： 國(guó)外的技術(shù)相對(duì)要先進(jìn)與國(guó)內(nèi)的技術(shù)，在歐美國(guó)家，大多使用大型的，或者中小型的打藥車(chē)進(jìn)行農(nóng)藥的噴灑。在國(guó)外，打藥車(chē)增加了GPS 技術(shù)以及電子技術(shù)，信息技術(shù)等，從而使打藥更佳智能化，更加省力，效率更高，更佳安全。 1.約翰迪爾R4023型自走式噴霧機(jī)[18] 該種型號(hào)的自走式噴霧機(jī)擁有駕駛位，在暴曬的天氣下，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的打藥作業(yè)，使用該種型號(hào)的打藥車(chē)進(jìn)行打藥，可以坐到駕駛室進(jìn)行操作，可以大幅度減少人工的疲勞感，可以提高噴灑效率，駕駛室配置隔音板，不會(huì)有額外的噪音影響駕駛員工作，工作效率高且快速。藥箱容積300L，可以大范圍高效進(jìn)行噴灑作業(yè)。擁有24m長(zhǎng)的超長(zhǎng)噴桿，噴灑范圍大，在相對(duì)窄的地塊，24m的超長(zhǎng)噴桿可以折疊為18m。 圖5 約翰迪爾R4023型自走式噴霧機(jī) 2.凱斯Patriot 3330型噴藥機(jī)[18] 配備駕駛室，該種型號(hào)的噴藥機(jī)配備后置6.7L，6缸的柴油機(jī)，配置不銹鋼的藥箱，藥箱容量可達(dá)3785L，藥箱容量大，噴灑范圍大，噴灑效率高。該噴藥機(jī)全長(zhǎng)8.5m，高3.7m，駕駛室可以操控液泵，自動(dòng)進(jìn)行清洗噴藥箱。 圖6 凱斯Patriot 3330型噴藥機(jī) 3.馬斯奇奧TEMPO型懸掛式噴藥機(jī)[18] 該種型號(hào)的噴藥機(jī)，配備駕駛室，操作簡(jiǎn)單，噴藥箱容積800L,1000L以及1200L三種藥箱可供選擇，配置BP171隔膜泵，配備噴桿清潔系統(tǒng)，噴桿長(zhǎng)度15-18m，適用于大型天地，噴灑效率高，范圍大。 圖7 馬斯奇奧TEMPO型懸掛式噴藥機(jī) 1.4 研究的主要內(nèi)容 本課題研究農(nóng)用履帶車(chē)的噴灑系統(tǒng)。通過(guò)無(wú)線遙控履帶車(chē)的行走與噴灑，實(shí)現(xiàn)人藥分離，噴灑霧化，提高農(nóng)藥利用率與噴灑效率。本文通過(guò)六個(gè)章節(jié)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行介紹： 第一章：介紹農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)的研究背景、意義以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 第二章：介紹農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)的動(dòng)力部件。包括柱塞泵的原理與選取。 第三章：介紹農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)的連接部件。包括高壓管、三通管、二通管的選取。 第四章：介紹農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)的噴灑部件。包括噴頭的選取。 第五章：介紹農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)噴藥箱的設(shè)計(jì)。 第六章：介紹電動(dòng)推桿的原理。 2. 農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)的動(dòng)力部件 2.1 液壓的原理 液壓傳動(dòng)是一種對(duì)于流體的傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)的主要媒介之一是液體，利用液體壓力控制、傳遞動(dòng)力。 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)： 1、液壓傳動(dòng)體積較小，重量較輕，因此慣性較小，沖擊小。 2、可以平衡和穩(wěn)定地在一個(gè)范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引的速度，調(diào)速范圍大且可以實(shí)現(xiàn)不同程度的無(wú)極調(diào)速。 3、換向簡(jiǎn)單。 4、可以實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。 5、可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。 6、操控簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高。 缺點(diǎn)： 1、液壓系統(tǒng)維護(hù)的要求高，液壓油需要時(shí)常保持清潔。 2、液壓元件制作要求精度高，整體工藝難度大，因此價(jià)格昂貴，成本高。 3、液壓元件難以維修，需要很高的技術(shù)水平才可以實(shí)現(xiàn)。 4、液壓傳動(dòng)對(duì)液壓油的溫度變化和壓力變化較為敏感，液壓油的溫度變化會(huì)影響整體系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。 2.2 各種泵的優(yōu)缺點(diǎn) 2.2.1 齒輪泵 齒輪泵是回轉(zhuǎn)泵的一種，通過(guò)缸體和齒輪嚙合間運(yùn)行形成容積，當(dāng)形成的容積發(fā)生變化和移動(dòng)來(lái)輸送液體。 齒輪泵的主要性能優(yōu)點(diǎn)：它的泵體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)廉價(jià)；它的端蓋和齒輪的各個(gè)齒間槽構(gòu)成了很多的密封工作腔，因此僅能作為定量泵。 缺點(diǎn)：徑向力不均勻、噪聲大、效率較低，易發(fā)生磨損且不易修復(fù)；存在困油現(xiàn)象：因?yàn)橐簤河筒豢梢赃M(jìn)行壓縮從而會(huì)導(dǎo)致外部連接的齒輪產(chǎn)生很大的振動(dòng)和噪音，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行；存在泄露的現(xiàn)象：齒輪泵的泄露相對(duì)會(huì)較大，外齒輪嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)泄漏途徑有三點(diǎn),一為齒輪頂隙，二為側(cè)隙，三為嚙合間隙。其中端面?zhèn)认兜男孤断鄬?duì)較大，在壓力增加時(shí)，前者的撓度不會(huì)改變，而后者的撓度會(huì)變大，容積效率相對(duì)低，因此不適合做高壓泵。 圖8 齒輪泵的原理圖 2.2.2 葉片泵 葉片泵可以分成單作用葉片泵和雙作用葉片泵。 1-轉(zhuǎn)子 2-定子 3-葉片 1-轉(zhuǎn)子 2-定子 3-葉片 圖9 單作用葉片泵的工作原理圖 圖10 雙作用葉片泵的工作原理 葉片泵常見(jiàn)的故障分析如下： 流量不足：當(dāng)葉片泵出現(xiàn)流量不足，可能有以下幾種原因： 頂蓋地方的螺絲發(fā)生松動(dòng)，從而會(huì)使軸向間隙變大，容積效率降低，可以適當(dāng)?shù)臄Q緊螺絲，保證軸向間隙恰到好處；單個(gè)葉片活動(dòng)不夠靈活，可以清洗一下；定子的內(nèi)表面被磨損，葉片與定子的內(nèi)表面不能很好的接觸；配油盤(pán)端面磨損較為嚴(yán)重；葉片與轉(zhuǎn)子裝反。 油液吸不上：可能油液過(guò)低，檢查油液，加注到規(guī)定的油標(biāo)線；油液的黏度大，使葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的活動(dòng)不靈活；配油盤(pán)的端面與殼體內(nèi)部接觸不良，高壓腔與低壓腔相連；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向相反。 泵的噪聲過(guò)大：濾油器被堵塞，吸油不順暢；吸油的一端發(fā)生漏氣；泵端密封處磨損嚴(yán)重，需要更換油封；泵蓋的螺釘因振動(dòng)而松動(dòng)。 葉片泵的優(yōu)點(diǎn)：葉片泵是一種離心泵，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流量大；體積相對(duì)較小，運(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn)；流量均勻，噪聲??；工作壓力高，容積效率高。 缺點(diǎn)：吸油性能相對(duì)較差，吸油條件高，轉(zhuǎn)速控制范圍?。粚?duì)于油液污染相對(duì)比較敏感，葉片容易受到油液中的雜質(zhì)影響，工作的可靠性能較差；零件的制作精度要求相對(duì)較高，價(jià)格昂貴；葉片泵對(duì)油液的溫度和黏度要求相對(duì)較高，溫度控制不可以高于55℃，粘度要求范圍為17-37mm2/s，如果油液粘度過(guò)大則吸油困難，過(guò)小則泄露相對(duì)嚴(yán)重。 2.2.3柱塞泵 柱塞泵，常常作為水泵使用。在一個(gè)密閉缸體里面，通過(guò)柱塞在缸體內(nèi)部做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，使密閉工作腔的容積和壓力發(fā)生改變，改變工作腔的壓強(qiáng)從而實(shí)現(xiàn)吸油與壓油。 圖11 柱塞泵的工作原理圖 柱塞泵的優(yōu)點(diǎn)：在進(jìn)行工作時(shí)，泄露較少，容積效率較高； 柱塞泵僅僅需要改變柱塞的行程便改變液壓泵的流量，流量調(diào)節(jié)方便。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件加工精度高，價(jià)格昂貴。 2.2.4螺桿泵 螺桿泵由軸、螺旋葉片、外殼組成。螺桿泵液體通過(guò)螺旋式葉片的旋轉(zhuǎn)，沿著軸向螺旋 上升，多應(yīng)用于灌溉、排澇、提升污水等。 圖12 螺桿泵的工作原理圖 螺桿泵的優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，機(jī)械磨損較小；泵體結(jié)構(gòu)為半開(kāi)，可以實(shí)時(shí)觀察泵體內(nèi)部的工作情況；吸入一側(cè)的液體流態(tài)對(duì)水利性能的影響較小，吸水池要求??；結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，制造容易，容易保養(yǎng)。 缺點(diǎn)：尺寸大，占地空間大；螺桿的加工與裝配精度高。 3. 農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)的連接部件 3.1 高壓管的原理 高壓管是一種可以承受壓力的管，主要用來(lái)進(jìn)行液體的輸送。高壓管有高壓軟管、高壓膠管、不銹鋼金屬高壓管等等。 高壓軟管：一種可以承受高壓的可彎曲的，柔性相對(duì)較強(qiáng)的管道。高壓軟管的外表光滑，彎曲的半徑小，不易受油液影響、不易受高溫影響。鋼絲增強(qiáng)聚氨酯軟管：是由鋼絲編織外皮，內(nèi)芯是聚氨酯。不易受油液影響、不易老化。主要應(yīng)用在汽車(chē)行業(yè)，工程機(jī)械等。鋼絲增強(qiáng)尼龍軟管：由鋼絲編織外皮，內(nèi)芯尼龍。耐腐蝕，耐磨損，阻力較小，容易安裝。纖維增強(qiáng)聚氨酯軟管：纖維編織外皮，內(nèi)芯聚氨酯。強(qiáng)度高、模數(shù)高、彈性好，不易撕裂。纖維增強(qiáng)尼龍軟管：纖維編織外皮，內(nèi)芯尼龍。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，小巧，不易漏油，尺寸形式多，種類(lèi)多。 高壓膠管：高壓膠管可分為高壓鋼絲編織液壓膠管、高壓鋼絲纏繞液壓膠管[19]。 兩種的區(qū)別所在：承受的壓力不一樣，相同層數(shù)下，鋼絲纏繞膠管的壓力比鋼絲編織膠管高；制作的工藝有差異，鋼絲編織膠管的鋼絲為網(wǎng)狀，鋼絲纏繞膠管的鋼絲為螺旋狀；層數(shù)有限制，鋼絲編織膠管既可以為單層，也可以為雙層，但是鋼絲纏繞膠管必須為雙層數(shù)，必須一層順時(shí)針纏繞，一層逆時(shí)針纏繞，從而保證纏繞的鋼絲不容易松動(dòng)；價(jià)格不一樣，鋼絲纏繞膠管的價(jià)格要更昂貴，一般情況下，使用鋼絲編織膠管。 不銹鋼金屬高壓管：由外編一層或者多層鋼絲，高壓管兩側(cè)配置接頭的銹鋼波紋管構(gòu)成；優(yōu)點(diǎn)：不易腐蝕，適用于各種情況，高溫低溫均適用，重量較輕，柔軟性好。 3.2 三通管及二通管 三通管是一種有三個(gè)口子的部件，通常為一個(gè)進(jìn)口，兩個(gè)出口，或者兩個(gè)進(jìn)口，一個(gè)出口。即二通管是一種有兩個(gè)口子的部件，一個(gè)進(jìn)口一個(gè)出口。二通管和三通管都可以作為連接部件或者用來(lái)改變液體流動(dòng)的方向。 4. 農(nóng)用履帶車(chē)噴灑系統(tǒng)的噴灑部件 4.1 霧化的原理 霧化，實(shí)質(zhì)就是通過(guò)噴嘴噴頭或者使用高速氣流使液體化成很小的液滴，最后變成霧狀被噴射到空氣中。液體霧化的方法通常有：通過(guò)壓力霧化、通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)霧化、超聲波霧化等等。 4.2 噴頭的種類(lèi) 按照藥劑液體霧化的動(dòng)力來(lái)源，可分為壓力噴頭和離心噴頭兩種類(lèi)型。 壓力噴頭：液體在通過(guò)壓力泵產(chǎn)生的高壓下霧化。當(dāng)藥劑在通過(guò)噴頭的時(shí)候，使藥劑在壓力的作用下變成極其細(xì)小的顆粒，實(shí)現(xiàn)藥劑霧化。 優(yōu)點(diǎn)：在高壓泵的作用下，藥劑獲得較高的壓力，產(chǎn)生的霧化小顆粒不易飄散，在天氣干旱的地方不容易蒸發(fā)。 缺點(diǎn)：藥劑霧化不夠均勻且不能通過(guò)無(wú)線遠(yuǎn)程遙控調(diào)節(jié)泵的壓力進(jìn)行改善，壓力噴頭不可以噴灑粉狀藥劑，容易使噴頭堵塞。 離心噴頭：通過(guò)電動(dòng)機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)噴頭進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生離心力將藥液破碎甩出，然后使其在空氣中分散成極其細(xì)小的顆粒，從而實(shí)現(xiàn)藥劑霧化。 優(yōu)點(diǎn)：離心噴頭霧化產(chǎn)生的顆粒較小，霧化均勻，可以精確控制噴灑流量，適用于許多農(nóng)藥品種類(lèi)別。 缺點(diǎn)：由于霧化顆粒相對(duì)較小較均勻，因此容易飄散。電機(jī)轉(zhuǎn)速高影響噴頭電機(jī)的軸承的使用壽命。 按照噴頭材料分類(lèi)： 陶瓷噴頭：抗腐蝕性能優(yōu)，耐腐蝕性能強(qiáng) 不銹鋼噴頭：抗腐蝕性能優(yōu)，耐腐蝕性能強(qiáng) 聚合物噴頭：抗腐蝕性能好，耐腐蝕性能強(qiáng) 黃銅噴頭：抗腐蝕性能差，耐腐蝕性能差 黃銅材質(zhì)的噴頭最易受損，受藥液，水質(zhì)等的影響，會(huì)使黃銅的使用壽命降低。陶瓷與不銹鋼材料使用壽命最長(zhǎng)。 4.3 噴頭的使用與維護(hù) 噴頭是一種精密器件，在實(shí)際運(yùn)用中，受天氣、藥劑等的影響，會(huì)使噴頭受損，噴頭損壞會(huì)影響噴灑效率和噴灑效果，也會(huì)造成藥劑的浪費(fèi)。 影響噴頭的因素： 1.化學(xué)藥劑成分復(fù)雜，會(huì)對(duì)噴頭產(chǎn)生腐蝕； 2.高壓對(duì)噴頭的沖擊作用，會(huì)一定程度地磨損噴孔； 3.空氣中的雜質(zhì)，水的質(zhì)量差，會(huì)堵塞噴孔等。 噴頭的維護(hù)： 每一次植保作業(yè)完成后，需拆卸噴頭進(jìn)行清洗，使用清水清洗噴頭，出去固體殘留，堅(jiān)決杜絕使用別針等堅(jiān)硬物體清理噴孔，避免永久損傷噴頭。 噴頭與農(nóng)藥防治效果之間的關(guān)系： 農(nóng)藥防治效果的好壞與噴頭有直接聯(lián)系，不同的噴頭，不同材質(zhì)，不同型號(hào)的噴頭藥劑霧化效果，霧化顆粒大小不一。 霧滴顆粒直徑可分為：極細(xì)，50微米；非常細(xì)，小于136微米；細(xì)，136-177微米；中等，177-218微米；粗，218-349微米；非常粗，349-428微米；極粗，428-622微米；特別粗，大于622微米。 霧化顆粒直徑與農(nóng)藥防治效果之間的聯(lián)系： 霧化顆粒直徑大小，霧化顆粒飄移等因素影響病蟲(chóng)害防治效果。其中，霧化顆粒直徑大小是植保作業(yè)效果的關(guān)鍵因素之一。 在農(nóng)藥噴灑過(guò)程的時(shí)候，霧化顆粒直徑過(guò)大，在重力的作用下，會(huì)具有較大的動(dòng)能，下降速度快，不易蒸發(fā)，也不易受天氣的影響。但是霧滴過(guò)大會(huì)造成藥液浪費(fèi)，噴灑滲透到土地會(huì)污染環(huán)境。 細(xì)小的霧化顆粒對(duì)農(nóng)作物的覆蓋密度要比粗大霧滴效果好，并且附著性能好，不易產(chǎn)生流失，細(xì)小的霧滴滲透能力較強(qiáng)，噴灑范圍大；但霧滴顆粒過(guò)小，會(huì)容易受天氣等影響，容易發(fā)生飄移造成空氣污染，還會(huì)少量涉及到操作人員身上，給人們安全造成危害[20]。 5. 電動(dòng)推桿的原理 電動(dòng)推桿是通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪減速，帶動(dòng)絲杠與螺母配合，螺母與推桿配合，推動(dòng)推桿直線運(yùn)動(dòng)。 圖13 電動(dòng)推桿 6. 整體設(shè)計(jì)方案 6.1 噴灑系統(tǒng)的整體連接方式 噴灑系統(tǒng)整體的噴灑方式采用壓送式。通過(guò)無(wú)線遙控器控制噴灑，實(shí)現(xiàn)人藥分離，減少農(nóng)藥對(duì)人體的傷害。 噴灑系統(tǒng)由噴藥箱出水口高壓柱塞泵的進(jìn)水口，通過(guò)高壓管連接噴嘴，噴嘴之間使用高壓管進(jìn)行連接，配置兩個(gè)高壓柱塞泵，帶動(dòng)車(chē)體兩側(cè)的噴嘴噴灑，無(wú)線遙控器通過(guò)控制兩側(cè)柱塞泵來(lái)控制噴嘴的噴灑。 對(duì)于不同地形設(shè)置不同的噴灑連接，在果樹(shù)行間距較小的地塊，設(shè)置一種可旋轉(zhuǎn)的底座安裝噴嘴，底座通過(guò)螺栓，螺母安裝在車(chē)體上；對(duì)于果樹(shù)行間距相對(duì)較大的地塊，為提高噴灑效率，配置電動(dòng)推桿，使用不銹鋼鋼管設(shè)置一種框架體安裝噴嘴，通過(guò)電動(dòng)推桿的伸縮推動(dòng)不銹鋼鋼管運(yùn)動(dòng)，噴嘴安裝設(shè)置在不銹鋼鋼管上面進(jìn)行噴灑，擴(kuò)大噴灑的范圍。 圖14 噴嘴、噴藥箱、高壓柱塞泵的整體連接設(shè)計(jì)圖 6.2 噴藥箱的設(shè)計(jì) 噴藥箱尺寸需適用于車(chē)體框架，長(zhǎng)：0.74m,寬0.54m，高0.51m，整體容積約為200L，噴藥箱設(shè)置兩個(gè)進(jìn)水口，均在進(jìn)水口處設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾殘?jiān)苊舛氯麌娮?。噴藥箱材料選用聚丙烯塑料，耐高溫，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，易成型，易加工，且成本便宜，價(jià)格低廉。 圖15 水箱的設(shè)計(jì) 6.3 水泵的選用 水泵選用高壓柱塞泵，可從市面上購(gòu)買(mǎi)，額定功率1000W。最高壓力：18MPa。在噴藥箱連接泵的進(jìn)出水管處，需要安裝過(guò)濾網(wǎng)，避免有雜物進(jìn)入到泵里面，影響泵的正常工作。 圖16 高壓柱塞泵 高壓柱塞泵的使用與操作：在使用該泵之前，需要先向曲軸箱內(nèi)注入潤(rùn)滑油且潤(rùn)滑油需要達(dá)到油標(biāo)的一半，連接好出水管路，進(jìn)水管路以及過(guò)濾濾網(wǎng)等，需檢查各管路連接是否緊致，是否有松動(dòng)。 高壓柱塞泵的常見(jiàn)故障：1.壓力過(guò)低：供水量不足，可能水質(zhì)質(zhì)量過(guò)差，堵塞過(guò)濾網(wǎng)影響進(jìn)水量；噴嘴被磨損嚴(yán)重，噴嘴孔過(guò)大；出水管處漏水，出水管連接處密封性能差或者出水管磨損嚴(yán)重。2.壓力過(guò)高：出水管處堵塞，或者噴嘴被堵塞，或者噴嘴孔過(guò)小。 6.4 高壓管的選用 高壓管：該高壓管選用液壓膠管，雙層鋼絲編織膠管： 圖17高壓管 該高壓管最高可承受32MPa的壓力。雙層鋼絲編織膠管耐磨耐高壓且使用壽命長(zhǎng)。該膠管由內(nèi)膠層，外膠層以及中間兩層強(qiáng)度高，選用專(zhuān)用的鋼絲編織，耐抗拉性能好的軟管構(gòu)成的增強(qiáng)層。內(nèi)膠層是一種黑色的耐油性能好的合成橡膠，不易受各種油類(lèi)影響，不易溶解，變形。外膠層的外觀是一種布紋面，是一種耐磨損，抵抗油類(lèi)性能好的，不易腐蝕的一種合成橡膠。 6.5 噴嘴的選用 噴嘴選用304不銹鋼萬(wàn)向扇形噴頭，不銹鋼耐熱耐高溫耐腐蝕，工藝性能好。 圖18 扇形噴嘴 考慮到果樹(shù)的高度不同，選用45/01,95/02,65/01三種型號(hào)的噴嘴，噴嘴與萬(wàn)向節(jié)相配合，可以隨意調(diào)整角度，可以適用于不同的地形。45,65,95為噴射角度，01,02為流量代碼，流量代碼代表孔徑大小，孔徑越大，流量越大，相對(duì)壓力較小。果樹(shù)的生長(zhǎng)為中間寬，上頭窄，下頭較寬。角度越小，寬度越窄，射程越遠(yuǎn)。45/01用來(lái)噴灑果樹(shù)最上面，果樹(shù)上面窄，高，選用45、01,01表示流量代碼，流量代碼代表孔徑大小，01孔徑較小，相對(duì)壓力大，噴射距離遠(yuǎn)。65/01用來(lái)噴灑果樹(shù)的最下面，角度較大，覆蓋范圍較大。95/02用來(lái)噴灑果樹(shù)中部，果樹(shù)中部寬，需要選用角度大且流量相對(duì)較大的噴嘴，95度覆蓋范圍較大，02流量大，孔徑較大，相對(duì)壓力較小，射程相對(duì)較低，可以噴灑果樹(shù)中部。噴嘴的安裝方向?yàn)樨Q向，便可以達(dá)到180°的全面覆蓋。 圖19 扇形噴嘴安裝噴灑效果圖 6.6 一種可旋轉(zhuǎn)底座的設(shè)計(jì) 對(duì)于果樹(shù)之間行間距較小的土地，設(shè)計(jì)一種可以旋轉(zhuǎn)的底座，采用該底座固定噴嘴，該底座主要由三部分組成，下底座打孔，配以螺栓、螺母，用來(lái)固定到車(chē)體上面。上底座與下底座之間使用螺栓、螺母連接，上底座側(cè)面設(shè)置弧度，可以旋轉(zhuǎn)，以便噴灑范圍的全面。上底座上方配置螺桿，使用螺母進(jìn)行固定，螺桿用來(lái)連接噴嘴以及高壓管，螺桿可以伸縮，螺桿在外的長(zhǎng)度決定了噴嘴的高度。 圖20 一種可旋轉(zhuǎn)底座 圖21 底座與噴嘴的安裝設(shè)計(jì) 6.7 電動(dòng)推桿的安裝設(shè)計(jì) 對(duì)于果樹(shù)之間行間距較大的地方，設(shè)置電動(dòng)推桿，選用型號(hào)為XDHA48-600的電動(dòng)推桿，配置直流48V電壓，工作行程600mm,最大推力500N,工作速度20mm/s。 使用如下圖所示一種可以隨意旋轉(zhuǎn)的雙向夾子，用來(lái)連接噴嘴與不銹鋼鋼管。 圖22 可旋轉(zhuǎn)的夾子 設(shè)置底架安裝推桿，底架設(shè)計(jì)如下圖： 圖23 底架設(shè)計(jì)圖 底架長(zhǎng)1165mm,寬670mm,，下底座用來(lái)固定在車(chē)體上面，中間焊接框架，在上面焊接帶有圓孔的鐵片，鐵片之間有圓孔，用來(lái)固定不銹鋼鋼管，四周固定四根不銹鋼鋼管，加之中間焊接框架，構(gòu)成一個(gè)長(zhǎng)方體的框架，可以額外放置水袋，增加農(nóng)用履帶車(chē)的噴灑范圍，整體的噴灑效果提高。不銹鋼剛管之間用不銹鋼鋼片加之螺釘螺母連接。不銹鋼鋼片及螺釘螺母如下圖所示： 圖24 雙向固定鐵片 焊接框架兩側(cè)分別焊接兩根45mm長(zhǎng)的不銹鋼鋼管，用來(lái)固定電動(dòng)推桿，電動(dòng)推桿的固定需位于兩鋼管的中間位置，從而使電動(dòng)推桿在推動(dòng)時(shí)，電動(dòng)推桿兩邊受力均勻，橫向推出。 電動(dòng)推桿的固定使用焊接工藝以及螺栓螺母固定。 圖25 單向固定鐵片 電動(dòng)推桿通過(guò)兩根可以進(jìn)行相套的不銹鋼鋼管，細(xì)桿可以在粗桿內(nèi)穿梭，粗桿用來(lái)放置細(xì)桿，兩根細(xì)桿之間連接第三根粗桿，通過(guò)不銹鋼片與螺釘螺母配合進(jìn)行固定，第三根粗桿上面安裝噴嘴，電動(dòng)推桿通過(guò)推動(dòng)第三根粗桿進(jìn)行噴灑范圍的橫向擴(kuò)寬，提高了農(nóng)用履帶車(chē)的噴灑效率，擴(kuò)大了噴灑范圍。 圖26 電動(dòng)推桿的安裝 結(jié) 論 本課題研究農(nóng)用履帶車(chē)的噴灑系統(tǒng)，使用無(wú)線遙控器配置接收器控制高壓柱塞泵工作從而控制噴頭的噴灑，實(shí)現(xiàn)人藥分離。通過(guò)調(diào)節(jié)噴頭底座的角度，選用不同噴頭型號(hào)完成全面的果樹(shù)噴灑，選用高壓柱塞泵配置304不銹鋼扇形萬(wàn)向噴頭，使噴頭產(chǎn)生霧滴，霧化效果好，節(jié)省農(nóng)藥，噴灑效率高。配置電動(dòng)推桿擴(kuò)寬農(nóng)用履帶車(chē)的整體噴灑范圍，適用于不同地形，提高了噴灑效率。安裝電動(dòng)推桿設(shè)置安裝架子，可放置水袋，提高了噴灑效率。 本課題研究主題在于整個(gè)系統(tǒng)的完整配合，高壓柱塞泵的最大壓力為18MPa，配置高壓管的工作壓力為32MPa，避免高壓管炸裂，選用304不銹鋼萬(wàn)向扇形噴嘴，選用45/01,65/01，95/02三種型號(hào)的噴嘴，完成果樹(shù)整體的噴灑，減少了無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥不能?chē)姙⒌綐?shù)冠底部的缺陷。 然而在本次設(shè)計(jì)中，由于自己對(duì)許多地方的理解不足以及了解不夠全面，知識(shí)缺乏，還留有許多問(wèn)題： 1.對(duì)高壓管整體制造材料、過(guò)程了解不夠全面，并不能確定該高壓管就是最適合于該噴灑系統(tǒng)。 2.對(duì)各種材料了解不夠全面，三通管，二通管以及噴頭的材料性質(zhì)了解不夠。 3.對(duì)高壓柱塞泵的了解不全，高壓柱塞泵產(chǎn)生故障的原因分析不全。 4.無(wú)線遙控知識(shí)缺少，電動(dòng)推桿通過(guò)無(wú)線遙控器控制，對(duì)繼電器，電路知識(shí)缺少。 參 考 文 獻(xiàn) [1]. 董康，陳華才，鄭永明，劉琛，徐永民.植保無(wú)人機(jī)離心噴頭的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].中國(guó)計(jì)量大學(xué)學(xué)報(bào).2018（03） [2]. 馬良，趙晨亮，楊熙.一種植保無(wú)人機(jī)噴灑系統(tǒng)[P].成都. 202020713557.7. 2021-02-26 [3]. 陳章，彭斌，肖錠鋒.用于無(wú)人飛行器的噴灑系統(tǒng)和具有其的無(wú)人飛行器[P].北京.202021995898.8.2021.04-06. 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