两种药液混合系统的对比研究

2014-03-28

杨凌职业技术学院学报 2014年3期

关键词：电动阀时效性液位

(杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100)

在农业生产中，由于病、虫、草害及施肥等原因，需对农作物进行农药、叶面肥喷洒等作业，而喷洒之前需要将农药原液、叶面肥等进行稀释混合，有时是多种液体的混合，药液混合系统是施药机的重要组成部分，混合系统的优略对施药效果、效率有很大的影响。

1 药液混合系统的一般要求

(1)应能满足实时施药的要求，具有较高时效性；

(2)系统应具有一定的控制精度，满足混合比例要求；

(3)混合的均匀性要好；

(4)方案应成本低、易于实现。

2 两种药液混合系统性能分析

2.1 流量法

流量法是对进入混合箱的各液体流量进行控制，使各液体流量之比达到混合比例要求。流量法药液混合系统工作原理如图1所示，使用时首先根据农药使用说明，确定水、药A、药B的混合比例，设混合比例为N1∶N2∶N3，设水流量为Q1，药A流量为Q2，药B流量为Q3，喷头流量为Q。在控制中应满足：

N1∶N2∶N3=Q1∶Q2∶Q3

(1)

Q1+Q2+Q3=Q

(2)

图1 流量法药液混合原理图

这种控制方式下，三种液体在电动阀的控制下同时按比例进入混合箱，然后通过搅拌器搅拌，使其混合均匀，药液在混合箱中停留很短的时间便进入喷头进行喷洒，并随着施药机行驶速度的变化，喷头流量Q随之改变，则控制器随时在调节电动阀1、电动阀2、电动阀3的开度大小以满足式(1)、式(2)，达到药液混合的控制目标。

2.2 液位法

液位法是对进入混合箱各液体的总量进行控制，使各液体总量达到混合比例要求。液位法药液混合系统工作原理如图2所示，它是将药A、药B与水在圆柱型混合器内进行混合，根据农药使用说明，确定水、药A、药B的混合比例，设混合比例为N1∶N2∶N3，三种液体在混合箱中的体积为V1、V2、V3，在混合箱中安装4个液位传感器L1、L2、L3、L4，将L4装在混合箱底部，设L3距L4高度为H1，L2距L3高度为H2，L1距L2高度为H3。

图2 液位法药液混合原理图

由于混合器为圆柱形上下截面相等，则有：

V1∶V2∶V3=H1∶H2∶H3

(3)

当满足混合比例要求时则有：

N1∶N2∶N3=H1∶H2∶H3

(4)

此时，三种液体满足混合比例要求。在控制时先关闭电磁阀F4，打开电磁阀F1，水流入混合箱中，当液位上升到L3时关闭电磁阀F1，此时，水的体积即为V1；打开电磁阀F2，药A流入混合箱中，当液位上升至L2时关闭电磁阀F2，此时，水的体积即为V2；打开电磁阀F3，药B流入混合箱中，当液位上升到L1时关闭电磁阀F3，此时，水的体积即为V3；启动搅拌电机进行三者液体的混合，混合均匀后电磁阀F4打开，混合后的药液进入喷洒箱中等待喷洒，当喷洒箱中液位达到L5时关闭电磁阀F4，当喷洒箱中液位低于L6时打开电磁阀F4，混合好的药液进入喷洒箱；当混合箱中液位达到L4时关闭电磁阀F4，进行下一周期药液的混合。

3 两种方案的性能比较

流量法药液混合控制仅需要一个混合箱即可实现药液的实时混合，即在喷洒的同时进行药液混合，施药的时效性很高，但需要时刻监测喷头的流量，并根据喷头流量大小及时对控制水、药A、药B出口流量的各个电动阀阀门开度大小进行调节，以满足混合比例要求及喷头出口流量变化的要求，控制上为闭环控制，较为复杂，但控制精度较高系统响应也很快、适用范围很广，同时也对流量传感器及电动阀精度要求很高，系统成本较高，另外考虑到混合的均匀性，该控制系统混合箱的体积不能太小，否则三种液体虽然混合比例达到要求但没有经充分混合就进入喷头喷洒，会影响施药效果。

液位法药液混合控制为提高时效性，在不间断施药的同时进行药液混合，需要两个药箱，第一个为混合箱，第二个为喷洒箱，喷洒箱在喷洒的同时，混合箱在进行混合，当混合箱中药液量不足时，将混合箱中混合好的药液及时补给到喷洒箱中，同时，喷洒箱喷洒速度的变化仅会引起喷洒箱液位，不需要进行复杂的控制，但在控制上是通过液位检测来满足混合比例的要求，为开环控制，控制方法较简单，成本也较低，但精度不是很高，可通过减小混合箱截面的方法给与改善，在混合量较大时，也能弥补对精度的要求。

两种混合系统共性之处在于使用较小的混合箱进行混合，真正实现一边混药一边喷洒，需要多少混合多少，时效性很好。