关于一种烟叶植保机抑芽剂定株喷洒的控制原理概述

赵冠南，葛朝，冉云亮，朱骐，高海涛

（郑州容大科技股份有限公司，河南 郑州 475300）

目前中国烟草抑芽剂施用 全部由人工涂抹完成,工作效率极低,手工涂抹抑芽剂费工时，烟农的劳动强度较大，这与高速发展的现代农业生产机械化极度脱节，且劳动力成本逐年增加，抑芽剂施用工序已成为影制约烟草产业发展的重要因素，烟农迫切需要实现烟草抑芽剂施用的机械化作业；当前，人工打顶还是主要的方法，既直接用普通的剪刀将烟草的顶端剪掉，然后喷洒抑芽剂，工序复杂，劳动强度大，随意性大，机械化程度低。时间成本和人工成本大幅度增加；减少烟农的经济收益。使用烟草植保喷洒是在机烟叶植保机打顶完后跟着一直喷洒抑芽剂，这样的喷洒虽然能基本保证烟株的抑芽和抑制长高的效果；大幅度减少人工成本和时间成本，但是这种喷洒不仅会造成抑芽剂大量的浪费，还会因为抑芽剂喷洒到烟叶上造成烟叶一定的伤害，会降低烟叶的品质，同样对烟农造成一定量的经济损失。所以既能够实现机器喷洒有控制能准确喷洒在烟株顶端抑芽剂的控制系统具有重要意义。

1 工作结构和控制原理概述

1.1 机械机构

定株定量抑芽喷洒系统如图1所示。

图1

机械结构主要包含烟株的位置固定杆和烟株位置检测杆、烟株位置随动检测片、喷头等机械，烟株位置固定杆的主要作用是由于植保打顶机运行时出现抖动现象，造成抑芽剂喷洒不准确。打顶作业完成后，烟株由于惯性出现摆动现象，影响抑芽剂喷洒。随着烟叶植保机前进同时，去掉顶端的烟株顺着烟株位置固定杆滑道定位后移。保证烟株在固定的方向和位置到达烟株位置检测杆。

随着烟叶植保车前进烟株后移，烟株位置检测杆抛物线后上运动，烟株位置检测杆和烟株位置随动检测片是关联装置，当烟株位置检测杆抛物线向上移动时，关联的烟株位置随动检测片以烟株位置随动检测片固定轴为中心抛物线向下移动。烟株位置随动检测片随着烟株位置检测杆运动，烟株位置检测杆运动到一定的高度时，关联的烟株位置随动检测片运动到能让感应开关检测到，感应开关发出信号，抑芽剂开始从喷头处喷洒，由于喷头固定在烟株位置检测杆的正上方，抑芽剂正好喷洒到去除烟顶的烟株顶端，抑芽剂开始从顶端顺着烟株流下，这样满足了抑芽剂的喷洒农艺要求。

随着植保车前进烟株后移，烟株位置检测杆抛物线后移高度增加，烟株位置随动杆抛物线下移，当烟株位置检测杆达到一定高度时，烟株位置随动检测片抛物线向下移动离开感应开关的感应区间，信号传送到控制器，喷头喷药停止。

烟叶植保车继续前进，烟株继续随动向后移动，烟株位置检测杆继续抛物线向上运动，当烟株位置检测杆达到一定的高度时，烟株位置检测杆会从烟株的顶端迈过，与烟株脱离，自由滑动到原始位置。至此，一颗去顶烟株的喷洒抑芽剂动作完成。

随着烟叶植保车继续前行，抑芽喷洒动作开始重复工作。保证烟株每一株都能在顶端喷洒到满足农艺要求的抑芽剂。

1.2 抑芽剂喷洒系统

抑芽剂的喷洒系统主要包含抑芽剂的存储和抑芽剂喷洒两个主要的过程。

抑芽剂储存是在抑芽剂喷洒动作开始之前完成抑芽剂在储药罐中充足压力的抑芽剂药液的储存，农艺要求中，抑芽剂的喷洒的量需要从烟株的顶端顺流到烟株的底部，烟叶植保车打顶抑芽的作业速度一般在3.6km/h左右，烟株的株距一般在0.5m左右，每颗烟株的抑芽时间最长为0.5s，由于人为操作行车速度的不稳定性和烟株的非固定性，前后位移摇摆，抑芽时间最少为0.3s，烟株高1.7m，经测定烟株的一颗去顶烟株抑芽剂喷洒农艺要求在25ml，由于烟叶植保车喷洒抑芽剂过程中损失在5ml，经计算泵的流量最小为6L/min在烟草植保车整车12V的控制系统中，市场上12V的泵没有满足6L/min的流量和抑芽剂药液的要求。所以需要储药罐增压喷洒，感应开关信号输出的时间内能喷洒出足量的抑芽剂。抑芽剂的喷洒量大于泵的流量，选择多泵并联工作的状态，使流量大于抑芽剂的消耗量。抑芽剂喷洒作业中，储药罐还有保护泵使用寿命和稳定喷洒流量的作用，经试验抑芽剂的喷洒压力区间是在0.3～0.4MPa，泵的单组或者多组虽然能够满足喷洒压力要求，但是在实应用过程中泵会不断地启停，造成泵使用寿命减少；并且泵达到额定流量时间一般需要0.2s的时间，多泵组合能在前0.2s内达到0.3～0.4MPa要求，后0.1～0.3s会超0.3～0.4MPa压力运行，造成抑芽剂药液的浪费；储药罐解决了泵频繁启停和压力不稳的问题。

抑芽剂储存过程主要流程如图2所示。

图2

抑芽剂的储存主要包含药箱、流量计、泵、压力表、压力信号器、储药罐和水管。其中压力表和压力信号器和储药罐连接在一起，其余的用水管连接。

抑芽开始工作前，泵开始工作，抑芽剂从抑芽剂药箱被抽出，流经流量计、泵，达到储药罐；在压力未达到设定值时，泵继续工作，储药罐中的抑芽剂继续增加，压力增加；到抑芽剂压力值高于设定的高压停止压力时，压力信号器断开发出信号到控制器，电气系统控制水泵停止工作，存储过程完成。

在抑芽剂在喷洒作业过程中，储药罐中抑芽剂不断减少，压力不断下降，当压力值的设定低压启动压力时，压力信号器发出信号，控制器控制泵启动，再次给储药罐存储抑芽剂；

抑芽剂喷洒过程主要流程如图3所示。

图3

抑芽剂的喷洒过程主要作用部件包含储药罐、压力表、压力信号器、水管、喷头、电磁水阀。

当机械烟株位置检测机构满足抑芽剂喷洒状态时，储药罐抑芽剂压力高于最小压力设定值时，电气控制系统开始运转，电磁水阀打开，抑芽剂由于压力经过水阀和喷头喷洒出到烟株顶端，单株喷洒流程完成。

1.3 电气控制系统

电气组成部分包含启动信号、控制器、流量监测、压力感应、报警信号、人机交互显示器。

控制系统如图4。

图4

当烟草植保机需要喷洒抑芽剂前，抑芽剂存储过程在；打开人机交互显示器上启动指示信号，经过控制器开始输出信号到驱动模块，驱动模块驱动水泵开始工作、抑芽剂经过流量计和泵。

为了电路的稳定工作，设置了故障提示信息；防止泵故障和抑芽剂喷洒压力小于设定喷洒压力的最小值，报警信息有蜂鸣器和人机交互显示器共同提示；流量计和泵串联状态，正常状态时泵工作，流量计时时输出信号；泵停止，流量计停止输出信号。储药工作过程中控制器接受不到流量模块器输出的时时信号，说明泵没有启动开始工作；控制器作用于显示器和蜂鸣器，显示器弹出泵故障提示页面，蜂鸣器通电开始蜂鸣提示操作人员。在储药罐压力值小于设定的最小喷药压力值时，人机交互显示器显示压力值过小页面并且作用于控制器，即使烟株位置检测随动感应片与接近开关作用发出感应信号进入控制器，逻辑原理作用控制器不能输出信号控制电磁水阀打开。流量计是否输出和故障的提示没有必然的联系，流量计的输出和泵的工作状态与压力值的设定有关。当压力值大于设定的最大压力时，流量计输出信号，控制器与人机交互显示器报故障提示；压力小于设定的最小压力时，流量计不输出信号，控制器与人机交互显示器报故障提示。

储药罐中抑芽剂的压力不满足喷洒设定值的最大值时，压力信号时时输出到控制器，控制器作用于驱动模块电路，驱动模块电路驱动泵继续工作，当压力信号超过设定压力最大值时，控制器断开驱动模块，水泵停止工作。

储药罐中抑芽剂的压力大于设定的最小压力值时，即满足喷洒条件；感应开关感应出烟株位置随动检测片的位置，控制器接收到信号输入，输出信号使得电磁阀打开，抑芽剂液体喷洒出。

抑芽剂药液持续喷洒，当压力值低于设定的最大压力值时，控制器不会输出信号给驱动模块；当压力值低于设定的最小压力值时，控制器输出信号，驱动模块和泵开始工作。

2 结语

文中概述了定株喷施抑芽剂的控制过程。文中控制过程中，通过机械，水液、电气控制结合实现了机械抑芽剂定株的喷施作业；该设计方案解决了人工喷施劳动作业的效率低，工作时间长等缺点，又解决了机械无法定株喷洒的缺点，该设计融合了人机效率的优点，能大幅度解决现有抑芽剂喷洒的作业困境，提高抑芽效率。节省作业时间，减少作业成本，间接增加了烟农的经济效益。对于烟草的打顶抑芽工作能够起到很大的作用，提高了打顶抑芽的工作效率和烟叶质量，实现了烟草打顶抑芽的自动化和精准化，也为进一步优化该机械的自动化进程提供了良好的基础。