农用自走式高效喷雾机设计

王海艳　王娜　张玉良　李先宝

摘 要：目前，我国平原地区的农药喷洒已基本实现机械化，但是对于地形复杂的丘陵及山区，机械化却难以推广，仍以背负式为主。针对以上问题，对传统背负式喷雾机进行改进，增加速度控制系统实现其自走功能，通过转动把手调节电机的转速。采用可调喷杆实现不同高度植株的喷洒要求。该喷雾机高效环保、小巧灵活、一机多用、经济实惠；既可用于农村植保又可用于城市绿化；既可用于蔬菜大棚又可用于作物以及果树、茶园、花园等。

关键词：农用；自走式；喷雾机

1 概述

近年来我国农用喷雾器得到较快发展，由人工加压式过渡到电动式，但目前仍以背负式为主，主要存在功能单一、效率低下、农民劳动强度大等问题。文章设计的农用自走式高效喷雾机针对以上问题展开研究，既有小型喷雾器体积小、灵活方便、适用范围广的优点，同时又弥补了其效率低、农民劳动强度大的缺点，可以实现对低矮作物、大棚蔬菜以及果树等植株进行喷雾，采用电力为能源，既高效环保又降低了成本。

2 喷雾机的整体设计及工作原理

2.1 整体设计

文章设计的喷雾机主要由速度控制系统、喷雾系统、支架等部分组成。

该喷雾机总质量为80kg，长×宽×高（mm）：800×30×1000，整体结构如图1所示。

2.2 工作原理

2.2.1 喷雾机的自走方面：以电力为能源提供动力，其中以通用型48V/14Ah电瓶提供能源。带轮毂的48V/350W无刷电机提供动力实现喷雾机的自走。控制器的加入使得人通过转动把手就可以调节电机的转速，非常方便。

2.2.2 喷雾机的喷雾功能：喷雾机的泵体选用高压隔膜泵。水泵工作使药液箱内药液通过喷头喷出。

2.2.3 喷杆适应不同高度植株：采用可調喷杆，它由两部分组成，一部分是固定的，另一部分是活动的，两部分之间通过螺钉固定。活动喷杆可以竖直固定也可以水平固定。通过固定喷杆上的不同通孔配合以实现上升与下降，操作方便。另外还有一个可自由活动的喷杆，实现对果树等较高作物的喷药需求。

3 喷雾机的系统分析

3.1 速度控制系统

速度控制系统包括电瓶、电机、控制器、控制把手等，其技术原理是当转动控制把手时，改变了霍耳元件周围的磁场强度，也改变了输出信号的强度，通过导线将信号传递给控制电路脉宽调制（PWM）电路，进而控制脉冲的占空比，使换相电路的功率开关管输出电流变化，从而控制电动机转速。其工作框图如图2所示。

3.1.1 电机的选择。电机选择普通电动自行车无刷直流电机，主要由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等部分组成，具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点。具体选用48V/350W/16A的无刷直流电机，其最高时速可达到30km/h，完全能满足喷雾需求。

3.1.2 控制器的选择。控制器是速度控制系统的核心部件，本设计选用无刷电机智能控制器。主要由单片机主控电路、功率管前级驱动电路、电子换向器、霍尔信号检测电路、转把信号电路、欠电检测电路、限流/过流检测电路、刹车信号电路、限速电路、电源电路等部分组成，其原理框图如图3所示。

3.1.3 电瓶及充电器的选择。电瓶选用48V/14Ah的电瓶既可以为电动机供电也可以为泵体供电。续航里程可达50公里，一次充电连续使用时间可达到3个小时，完全符合作业要求。充电器的参数为：48V-10-14Ah，输入：～220V 50Hz 120W，输出：59V 1.8A。

3.2 喷雾系统

喷雾系统主要由隔膜泵、药液箱、扇形喷头、喷杆、皮管等部分组成。

3.2.1 泵体。隔膜泵是一种新型输送机械，可以输送各种腐蚀性液体，带颗粒的液体，高粘度、易挥发、易燃、剧毒的液体，隔膜泵体积小易于移动，安装简便经济，使用寿命长，可作为移动式物料输送泵。

本设计选用小型高压隔膜泵，其特点是压力大，可以达到5-6kg（普通喷雾器的压力只有1-1.5kg）；耗电量小，只有1.3-1.8A；电机寿命在5年以上；吸水量可达1.9L/min；耐腐蚀，使用的大小膜片，由多种进口材料合成，具有耐油、耐热、耐腐蚀、耐化学品等性能。

3.2.2 药液箱。药液箱的选择要求符合车架尺寸，同时容量要尽可能大，因此选用25L塑料桶，长×宽×高（mm）：330×200×460。

3.2.3 喷头。研究发现：药液在喷洒过程中，会因为药液滴漏、随风漂移、在作物体表面上弹跳、积聚流失等造成很大的损失。药滴大不但容易在药液喷向作物过程中滴落也容易落在叶面上积聚流失，药滴太小会更容易随风漂移。普通喷头喷出的药滴直径有200微米，且多为空心式喷雾，为求均匀要来回摆动使得局部药液浓度过大造成浪费。采用扇形喷头，其药雾呈扇面状落在植物上，比较均匀且其药滴直径比较小，能达到100微米以下。同时采用一杆多喷头，大大提高了喷雾效率。

3.2.4 可调喷杆。该设计中喷杆的高度及角度是可调的，以满足不同高度植株喷雾需求，其结构示意如图4所示。

4 支架设计

主体支架尺寸为（长×宽×高（mm））：800×30×600；宽度满足一般作物植株间隙，以实现在农田中自走，高度满足符合人体高度要求，且在进行整体设计时考虑到稳定性要求将电瓶及药液箱尽量下移。

5 结束语

文章设计的农用自走式喷雾机操作简便，体积较小，可以满足不同地形的植物喷药需求，适合在广大农村地区进行推广。相信通过该设计一定会吸引更多的人来关注我国植保机械的发展，并为其他设计者提供更广阔的设计思路来共同推动我国植保机械的发展。

参考文献

[1]徐宏凯.我国农用喷雾器的产品改进及市场营销对策[D].重庆：西南大学，2011.

[2]周海燕，刘树民，等.大田蔬菜高地隙自走式喷杆喷雾机的研制[J].农机化研究，2011，6.

[3]贲礼进.电动车无刷电机控制器基本原理及维修要点[J].无线电，2009，3.

[4]刘俊展，王小梦，等.植保机械发展现状及趋势[J].现代农业科技，2010，16.