基于Solidworks的植保噴施農藥混配裝置設計

劉彬 廖 奔 姚培煜 曾嘉均 廖俊添

摘 要：隨著植保無人機的迅速發展，無人機農藥噴施將成為未來農業中農藥噴施的新常態。農藥混配是農藥噴施過程中的首要工作，農藥混配的質量是保證農藥噴施質量的重要前提。該研究基于Solidworks三維軟件設計了1臺植保噴施農藥混配裝置，以期解決無人機植保噴施過程中對農藥需求量和混配質量的問題。

關鍵詞：農藥;SolidWorks;植保噴施;混配裝置

中圖分類號 S49文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）07-0119-03

Abstract： With the rapid development of UAV plant protection spraying， UAV pesticide spraying will become a new normal in the future agriculture. Pesticide mixing is the primary work in the process of pesticide spraying， and the quality of pesticide mixing is an important guarantee for the quality of pesticide spraying. Based on this， I will design a plant protection spraying pesticide mixing device based on SolidWorks 3D software to solve the problem of pesticide demand and mixing quality in the process of UAV plant protection spraying

Key words： Pesticide; SolidWorks; Plant protection spraying;Mixing device

當前，在我國農業生產過程中，農藥的配制主要是采用預混式，即手工混配。大多數農民主要依靠經驗配制農藥，混配得到藥液的濃度和劑量都不精確，藥液噴施后也無法進行回收利用，不僅造成了一定的經濟損失，而且給環境帶來了很大的污染。自20世紀90年代開始，精準農業在發達國家中興起，我國在農業和環保的投入也正不斷加大，隨著我國農業現代化進程的加快，研發自動化程度更高、混藥精確性更高的技術裝置已成為了精準農業中的重點內容[1]。

針對傳統手工農藥混配濃度和精度不準確的特點，本研究利用Solidworks三維建模軟件設計了1臺植保噴施農藥混配裝置，實現了農藥的自動混配，其采用靜態混合管和反應釜攪拌裝置相結合，分別進行農藥第1、第2級混配，不僅減少了農藥污染[2]，避免了農藥混配過程中對作業人員的健康危害，而且保證了植保噴施中農藥的混配質量。單次最大混配容積達20L。

1 Solidworks三維軟件

Solidworks軟件是達索系統（Dassault Systemes S.A）下的子公司專門負責研發與銷售機械設計軟件的視窗產品。該軟件采用參數化建模技術，能根據產品形狀和特點，快速、方便、精確的繪制其產品的三維數學模型[3]。通過三維數學模型實現產品的零件設計、裝配設計以及工程圖設計等功能，在一定程度上提升了機械產品相關設計人員的工作質量和工作效率，降低了機械產品在市場流通中的風險，從而有效地提升了相關企業的市場占有率和核心競爭力，使企業在激烈的市場競爭中處于有利地位[4]。研究將借助Solidworks強大的三維設計功能，完成植保噴施農藥混配裝置的三維模型設計。

2 植保噴施農藥自動混配裝置Solidworks三維設計

植保噴施農藥混配裝置三維模型設計如圖1所示，主要應用Solidworks軟件完成機架、二級混配機構、藥罐可拆卸機構、農藥輸入機構、鈑金外殼、輸入水泵、輸出水泵、藥粉通道、霍爾流量計、電磁閥、清水輸入口、藥液輸出口等零件的三維設計。通過調用Solidworks設計庫[5]中的電機、軸承、聯軸器以及螺絲等標準件與設計好的零件進行裝配，從而實現植保噴施農藥混配裝置的三維模型設計。

2.1 工作原理 植保噴施農藥混配裝置在將清水輸入口連接至清水后，通過基于stm32的控制器輸入混配參數，如果混配農藥中存在藥粉或顆粒，可直接通過藥粉通道將藥粉或顆粒輸入進二級混配箱。啟動裝置，清水輸入泵開始工作，清水延管道流經農藥輸入機構，農藥輸入機構通過蠕動泵將農藥原液輸入進管道，清水和農藥原液未混合流體進入二級混配機構，當二級混配箱內液體達到控制器設定量時，清水輸入泵停止工作，單向閥反向截至。第一級混配機構利用靜態混合器進行一級混配，第二級混配機構利用反應釜攪拌桿進行二級混配，通過控制器設定的混配時間控制第二級反應釜攪拌電機的攪拌時間，實現藥液的二級均勻混配，農藥混配完成后通過控制器設定輸出藥液量，打開電磁閥和藥液輸出泵，藥液最終經過霍爾流量計輸出。

2.2 二級混配機構設計 二級混配機構如圖2所示，主要由靜態混合器、霍爾流量計、單向閥、二級攪拌箱、反應釜攪拌桿、pH傳感器、電機、軸承、電機支架等組成。靜態混合器通過利用螺旋葉片的加入，管內流體在流動工程中產生旋轉、扭曲、分割，使混合性能得到強化。在混配工藝過程中，渦旋擴散、分子擴散同時存在。由于分子擴散速度遠大于渦旋擴散速度，渦旋擴散對混合其主導作用，湍流流動可以看成是由不同尺度不同強度的渦旋運動構成的，湍流強度增加，能有效提高混合器的混合性能[6]。混合過程中，從靜態混合器流出的混合液為第1級混合液，流經霍爾流量計和單向閥進入第2級混配箱，當2級混配箱內液體達到控制器設定量時，清水輸入泵停止工作，單向閥反向截至，控制器按照設定的混配時間啟動電機，反應釜攪拌桿進行攪拌，完成攪拌后pH傳感器檢測最終藥液是否符合混配標準，從而實現農藥的二級混配。

2.3 農藥輸入機構設計 農藥輸入機構如圖3所示，主要由蠕動泵、蠕動泵支架、定制6通輸入接頭等組成。蠕動泵主要由步進電機、連接軸、壓輥子、進樣軟管、軟管卡緊裝置組成，在步進電機的帶動下壓輥子擠壓軟管內液體流動[7]，蠕動泵每次脈動旋轉時能微量定量的輸出液體，在農藥輸入機構過程中，借助蠕動泵的精確性實現農藥的精確輸出，控制器控制的蠕動泵一端與儲藥罐連接，藥液在蠕動泵的劑量輸出控制下，通過定制6通輸入接頭輸入進靜態緩混合器。

2.4 藥罐可拆卸機構設計 藥罐可拆卸機構如圖4所示，主要由儲藥罐、U型卡扣、迷你球閥、藥罐固定支架、液位傳感器等組成。儲藥罐通過U型卡扣固定在藥罐固定支架上，儲藥罐可從U型卡扣中取出，液位傳感器貼于儲藥罐下端，當儲藥罐中藥液低于一定量時，液位傳感器傳遞信號至控制器，控制器發出警報，提醒補充藥液，儲藥罐出口連接有迷你球閥，當需要將儲藥罐取出補充藥液或清洗時，需先關閉迷你球閥，裝置工作時迷你球閥打開。

3 結語

本研究通過應用Solidworks三維設計軟件，實現了植保噴施農藥混配裝置的三維模型設計，在了解植保噴施農藥混配需求的基礎上，結合靜態混合器和攪拌結構實現農藥的二次混配，使藥液混配更均勻。整個混配過程不僅避免了人工操作，節省了大量的人力物力，也避免了農藥混配作業過程中對操作員的身體健康危害，提高了植保噴施的工作效率。

參考文獻

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[2]顧偉，薛新宇，楊林.植保無人機行業現狀和發展建議[J].農業工程，2019（10）：28-33.

[3]李剛.SolidWorks軟件在機械工程中的應用[J].機械管理開發，2018，033（008）：147-149.

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[5]朱春華，葉建華，朱聰玲.利用Solidworks建構企業規范標準庫[J].福建電腦，2009（12）：23-24.

[6]聶欣，路一丁，李萌蔚.一種開槽式靜態混合管[P].中國：CN204602021，2015.

[7]張曉昶，許金，胡鴻志.基于CANopen的蠕動泵設計[J].儀表技術與傳感器，2019（11）：32-36.

（責編：張宏民）