農用自走式高效噴霧機設計

王海艷　王娜　張玉良　李先寶

摘 要：目前，我國平原地區的農藥噴灑已基本實現機械化，但是對于地形復雜的丘陵及山區，機械化卻難以推廣，仍以背負式為主。針對以上問題，對傳統背負式噴霧機進行改進，增加速度控制系統實現其自走功能，通過轉動把手調節電機的轉速。采用可調噴桿實現不同高度植株的噴灑要求。該噴霧機高效環保、小巧靈活、一機多用、經濟實惠；既可用于農村植保又可用于城市綠化；既可用于蔬菜大棚又可用于作物以及果樹、茶園、花園等。

關鍵詞：農用；自走式；噴霧機

1 概述

近年來我國農用噴霧器得到較快發展，由人工加壓式過渡到電動式，但目前仍以背負式為主，主要存在功能單一、效率低下、農民勞動強度大等問題。文章設計的農用自走式高效噴霧機針對以上問題展開研究，既有小型噴霧器體積小、靈活方便、適用范圍廣的優點，同時又彌補了其效率低、農民勞動強度大的缺點，可以實現對低矮作物、大棚蔬菜以及果樹等植株進行噴霧，采用電力為能源，既高效環保又降低了成本。

2 噴霧機的整體設計及工作原理

2.1 整體設計

文章設計的噴霧機主要由速度控制系統、噴霧系統、支架等部分組成。

該噴霧機總質量為80kg，長×寬×高（mm）：800×30×1000，整體結構如圖1所示。

2.2 工作原理

2.2.1 噴霧機的自走方面：以電力為能源提供動力，其中以通用型48V/14Ah電瓶提供能源。帶輪轂的48V/350W無刷電機提供動力實現噴霧機的自走。控制器的加入使得人通過轉動把手就可以調節電機的轉速，非常方便。

2.2.2 噴霧機的噴霧功能：噴霧機的泵體選用高壓隔膜泵。水泵工作使藥液箱內藥液通過噴頭噴出。

2.2.3 噴桿適應不同高度植株：采用可調噴桿，它由兩部分組成，一部分是固定的，另一部分是活動的，兩部分之間通過螺釘固定。活動噴桿可以豎直固定也可以水平固定。通過固定噴桿上的不同通孔配合以實現上升與下降，操作方便。另外還有一個可自由活動的噴桿，實現對果樹等較高作物的噴藥需求。

3 噴霧機的系統分析

3.1 速度控制系統

速度控制系統包括電瓶、電機、控制器、控制把手等，其技術原理是當轉動控制把手時，改變了霍耳元件周圍的磁場強度，也改變了輸出信號的強度，通過導線將信號傳遞給控制電路脈寬調制（PWM）電路，進而控制脈沖的占空比，使換相電路的功率開關管輸出電流變化，從而控制電動機轉速。其工作框圖如圖2所示。

3.1.1 電機的選擇。電機選擇普通電動自行車無刷直流電機，主要由永磁體轉子、多極繞組定子、位置傳感器等部分組成，具有可靠性高、無換向火花、機械噪聲低等優點。具體選用48V/350W/16A的無刷直流電機，其最高時速可達到30km/h，完全能滿足噴霧需求。

3.1.2 控制器的選擇。控制器是速度控制系統的核心部件，本設計選用無刷電機智能控制器。主要由單片機主控電路、功率管前級驅動電路、電子換向器、霍爾信號檢測電路、轉把信號電路、欠電檢測電路、限流/過流檢測電路、剎車信號電路、限速電路、電源電路等部分組成，其原理框圖如圖3所示。

3.1.3 電瓶及充電器的選擇。電瓶選用48V/14Ah的電瓶既可以為電動機供電也可以為泵體供電。續航里程可達50公里，一次充電連續使用時間可達到3個小時，完全符合作業要求。充電器的參數為：48V-10-14Ah，輸入：～220V 50Hz 120W，輸出：59V 1.8A。

3.2 噴霧系統

噴霧系統主要由隔膜泵、藥液箱、扇形噴頭、噴桿、皮管等部分組成。

3.2.1 泵體。隔膜泵是一種新型輸送機械，可以輸送各種腐蝕性液體，帶顆粒的液體，高粘度、易揮發、易燃、劇毒的液體，隔膜泵體積小易于移動，安裝簡便經濟，使用壽命長，可作為移動式物料輸送泵。

本設計選用小型高壓隔膜泵，其特點是壓力大，可以達到5-6kg（普通噴霧器的壓力只有1-1.5kg）；耗電量小，只有1.3-1.8A；電機壽命在5年以上；吸水量可達1.9L/min；耐腐蝕，使用的大小膜片，由多種進口材料合成，具有耐油、耐熱、耐腐蝕、耐化學品等性能。

3.2.2 藥液箱。藥液箱的選擇要求符合車架尺寸，同時容量要盡可能大，因此選用25L塑料桶，長×寬×高（mm）：330×200×460。

3.2.3 噴頭。研究發現：藥液在噴灑過程中，會因為藥液滴漏、隨風漂移、在作物體表面上彈跳、積聚流失等造成很大的損失。藥滴大不但容易在藥液噴向作物過程中滴落也容易落在葉面上積聚流失，藥滴太小會更容易隨風漂移。普通噴頭噴出的藥滴直徑有200微米，且多為空心式噴霧，為求均勻要來回擺動使得局部藥液濃度過大造成浪費。采用扇形噴頭，其藥霧呈扇面狀落在植物上，比較均勻且其藥滴直徑比較小，能達到100微米以下。同時采用一桿多噴頭，大大提高了噴霧效率。

3.2.4 可調噴桿。該設計中噴桿的高度及角度是可調的，以滿足不同高度植株噴霧需求，其結構示意如圖4所示。

4 支架設計

主體支架尺寸為（長×寬×高（mm））：800×30×600；寬度滿足一般作物植株間隙，以實現在農田中自走，高度滿足符合人體高度要求，且在進行整體設計時考慮到穩定性要求將電瓶及藥液箱盡量下移。

5 結束語

文章設計的農用自走式噴霧機操作簡便，體積較小，可以滿足不同地形的植物噴藥需求，適合在廣大農村地區進行推廣。相信通過該設計一定會吸引更多的人來關注我國植保機械的發展，并為其他設計者提供更廣闊的設計思路來共同推動我國植保機械的發展。

參考文獻

[1]徐宏凱.我國農用噴霧器的產品改進及市場營銷對策[D].重慶：西南大學，2011.

[2]周海燕，劉樹民，等.大田蔬菜高地隙自走式噴桿噴霧機的研制[J].農機化研究，2011，6.

[3]賁禮進.電動車無刷電機控制器基本原理及維修要點[J].無線電，2009，3.

[4]劉俊展，王小夢，等.植保機械發展現狀及趨勢[J].現代農業科技，2010，16.