农学试验用喷洒装置的创新优化分析

张 翔

（扬州大学，江苏 扬州 222500）

作为传统的农业大国，农业的发展关系到我国的民生大计以及国民经济建设与发展。为了更好地研究农作物的生长特征，开展农作物的品种改良工作，推动农业的长效健康发展，常常需要开展一些农学试验项目，提高农学试验的过程控制质量对于农学试验的成果输出与研究具有极其重要的作用。

农作物的生长需要良好的水肥条件作为保障，同时为了降低病虫害的影响还需要适时进行喷药，在以往的农学试验过程中农作物的施肥、灌溉以及喷药工作多是通过人工来完成。但是，在人工作业模式下劳动强度较大，工作质量受主观因素的影响较大，作业质量稳定性不佳，不利于农学试验中相关项目的研究与研究成果的输出。因此，在农学试验中，实现由传统人工施肥、灌溉以及喷药作业的模式向自动化作业的转型，具有较强的现实意义。

1 农学试验用自动喷洒装置的结构分析

本文进行创新优化设计的农学试验用自动喷洒装置结构示意图，见图1。该喷洒装置主要由移动架、储液桶、喷洒组件以及履带式移动轨道灯结构组成。移动架下端4个边角处位置与履带式移动轨道间设置有连接板，连接板下部设置有驱动组件，用于实现喷洒装置沿着轨道方向的移动。移动架顶部靠近背面处位置加工的有限位槽形状，用于储液桶的定位与固定，储液桶上方设置有可以拆卸的上盖结构与多个加料口，以供不同需求的加料需求。移动架顶部靠近正面的位置设置有多个不同高度的喷洒组件，作业时可以根据不同生长周期的作物高度选择相应高度的喷洒组件。

图1 农学试验用自动喷洒装置示意图Fig.1 The schematic diagram of automatic spraying device for agronomic experiment

1.1 喷洒组件结构分析

作为重要的执行结构，该喷洒装置中的喷洒组件主要包括支撑杆、安装板、第一喷洒管、电磁阀、水泵、第二喷洒管、第三喷洒管以及喷头等零部件。为了保证喷洒组件的稳定性，该装置中采用了矩形布置的多个支撑杆，分别位于安装板底部；为了适应不同高度的喷洒作业，本文设计的喷洒装饰设置了3 种高度的喷洒管，且3 种高度的喷洒管下方设有电磁阀结构，用于控制喷洒管的打开与关闭。此外，为了提高喷洒作业的均匀性，每个喷洒管上部均设置了多组喷头结构。

1.2 水泵组件结构分析

水泵是驱动喷洒组件实现其功能的动力部件，由于本文设计的喷洒装置有多个喷洒管，因此需要使用管道将水泵分别与第一喷洒管、第二喷洒管以及第三喷洒管连接在一起。同时，为了让储液桶内的农药或者水肥能够进入到后端执行单元的喷洒头，还需要通过管道连接水泵进液口与储液桶。

1.3 驱动组件结构分析

本文设计的喷洒装置驱动组件主要包括从动轮、履带、转轴以及从动轮与双轴电机等零部件。本文设计的喷洒装置采用了双轨道结构，具有2组主动轮结构，主动轮与双轴电机通过联轴器实现连接，采用联轴器可以有效保证双轴电机与主动轮之间的连接可靠性与运转顺畅度。此外，如图1 所示，移动单元中的履带是直接套在主动轮与从动轮上的。喷洒装置驱动组件结构示意图，见图2。

图2 农学试验用喷洒装置驱动组件示意图Fig.2 The schematic diagram of driving assembly of spraying device for agronomic experiment

2 农学试验用喷洒装置的创新优化效果分析

见图3，本文设计的喷洒装置采用了3 种不同高度的第一喷洒管、第二喷洒管以及第三喷洒管结构，进行喷洒作业时通过水泵将储液桶内的液体泵送至3个喷洒管中。结合不同作物高度的不同，打开或者关闭位于3 个喷洒管处的电磁阀，用以实现3 个不同高度喷洒管的控制。与以往的喷洒装置相比，这种设计能够适用不同高度作物或者一种作物不同生长周期不同高度的喷洒作业，同时由于3 组喷洒管配置了独立了电磁阀，因而可以实现相互独立的启闭控制，具有更好的可操作性。

见图3 中的标识5 履带结构所示，本文设计的喷洒装置引入了双轴电机作为动力的驱动组件，地轨与履带之间通过啮合实现连接，在农学试验喷洒作业过程中，双轴电机驱动主动轮，主动轮带动履带滚动，从而实现喷洒装置沿轨道方向的移动。采用双轴电机的驱动方式，可以让喷洒装置进行自主地移动，从而极大地降低了喷洒作业时的人工劳动强度，还可以显著提高喷洒作业的效率与喷洒均匀性。

3 试验用喷洒装置工作原理分析

结合图1、图2、图3 所示的喷洒装置结构示意图，需要进行灌溉、施肥或者喷药作业时，将不同的配料通过上盖201的顶部的主入口203和多组辅料入口202投入储液桶2内，使用时开启水泵305将储液桶2内的液体泵送至第一喷洒管303、第二喷洒管306 和第三喷洒管307 处，根据植物高度开启不同高度的第一喷洒管303、第二喷洒管306 和第三喷洒管307上的电磁阀304，形成单独控制装置，喷洒时通过双轴电机505 带动主动轮504 和履带502 在地轨4 上移动，从而完成长距离行走，减少人力喷洒，提高了工作效率，喷洒更加均匀，因而能够更好的服务于农学试验的成果输出。宏观来看，使用该装置可以促进农业的向上发展，具有一定的推广价值。

图3 喷洒装置移动架与喷洒组件示意图Fig.3 The schematic diagram of moving frame and spraying assembly of spraying device

4 结语

综上所述，农学试验用喷洒装置的性能对于农学试验成果的输出具有较大的影响，本文设计的履带式可移动喷洒装置可以实现均匀的喷洒作业，降低喷洒作业的劳动强度，多个喷洒组件的设计还可以适应不同高度的作物喷洒作业，因而具有更广的使用场景。未来，随着制造技术与控制技术的快速发展，农学试验用喷洒装置还将朝着智能化与功能模块化的方向发展。