丘陵山地果园打药装置设计

鲁 权 石浩全 张文斌

丘陵山地果园打药装置设计

鲁 权1石浩全2张文斌2

（1.宁蒗恒泰农业投资开发有限公司 云南丽江 674300；2.红河学院工学院 云南蒙自 661199）

打药装置是将储药箱的药液通过打药泵输送到作业位置，再通过喷药装置中的喷头将药液均匀喷洒到植物体上。该装置基于果农实际打药作业的实际需求，依据药液配比、药液储存、药液输送、喷洒等工序进行设计与制作，由中控系统、取药箱和喷药单元组成，各部分之间采用药管地下铺设连接，具有药液储存、远程药液精准输送、药液暂存、药液喷洒等功能，有效解决了丘陵山地果园打药难、效率低、劳动强度大等问题，具有较强的作业性。

丘陵山地；半自动化打药装置；远程控制；作业性强

我国是世界上最大的果树种植国家和水果进出口贸易国家[1-2]，2022年全国人均水果消费量达到60 kg/年[3]。为满足这一需求，我国进行了大规模的果树种植。然而，病虫害成为果树种植的最大制约因素。为了更好地预防和消除病虫害，目前采取的有效方式之一是农药喷洒[4]。

目前，我国南方丘陵山地果树种植地形为多坡地与梯地，每排果树的落差在1.0 m～1.5 m。而果树喷药大部分采用传统的人工背药桶打药，人工成本高，劳动强度大，在较大面积的果园打药效率低；少数果园采用大型自动打药机，虽解决了人工成本高、劳动强度大的问题，提高了打药效率，但大型自动打药机较难应用于丘陵山地果园。因此，有必要设计适合丘陵山地果园的打药装置。设计的打药装置不应受地形制约，同时还要兼顾效率（打药效率达到传统打药作业的4倍以上）和低劳动强度两项性能指标，且打药装置具有较强的作业性。

1 打药泵动力选择

中控系统是打药装置的各部件中最重要的部件，而中控系统中的打药泵稳定工作对中控系统起决定性作用，因此打药泵动力选择至关重要。

方案一，柴油机打药泵。柴油机的优点是耐用、效率高、使用范围广，尤其适用于户外无固定电源的场景。但是，目前果树种植遵循绿色环保生产的原则，而柴油机在工作中将大量的有害气体直接排放于果园中，且噪声比较大。

方案二，电机打药泵。电机的优点在于其高效率和绿色环保特性。然而，电机在户外作业中存在安全隐患，如遇潮湿或阴雨天气存在不安全性。

通过对柴油机与电机的优缺点比较，考虑到果园电源供应、生产成本、绿色环保及噪声污染等一系列因素，最终采用电机作为打药泵的驱动动力。

2 打药装置整体结构及工作流程

根据实际地形设计的打药装置主要由中控系统、取药箱和喷药单元等三部分组成，各部分又由不同的部件组成。在材料、尺寸大小、工作压力、工作功率、流速等方面，各部件需要相互匹配。各部件采用分离式设计，在多处设计了快换装置，方便进行管道更换和部件拆卸、组装，其结构如图1所示。

该打药装置的工作流程：（1）在储药箱2中按比例配制药液；（2）启动电源开关，观察打药泵4是否抽取并输送药液；（3）根据不同地块的喷药需求，通过遥控器发射控制指令，操作箱上的信号接收器接收到控制指令后，转换为开关指令控制操作箱13中的电磁阀，以进行远程药液输送开关控制；（4）到相应的取药箱检查药液是否传输到位；（5）将打药杆上的高压喷雾软管与取药口连接；（6）手持打药杆，按动开关进行打药作业。

图1 打药装置结构

1－进水管；2－储药箱；3－自动搅拌与过滤器；4－打药泵；5－打药泵连接脚架；6－皮带盘；7－电动机；8－传动皮带；9－皮带轮；10－回药管；11－输药管；12－地管A；13－操作箱；14－地管B；15－出药管；16－延长管；17－取药口；18－取药箱。

2.1 中控系统设计

中控系统是整个打药装置的核心，承担药水供给、药液传输及控制等重要任务，因此中控系统的设计将直接影响打药装置的性能和效率。

本设计通过中控系统中的储药箱进行药液配制和储存。电动机作为动力提供装置，将动力传送给打药泵，打药泵中的叶轮转动以进行药液吸入、压缩与排出，通过输药管将药液输给操作箱，操作箱中电磁控制阀根据预设程序对药液进行精确的控制和分配，确保药液能够输送到对应的区域。

2.1.1 打药泵选择

作为中控系统的核心部件，打药泵将储药箱中的药液抽取后输入管道内，以实现对药液的输送。通过对打药泵的实际功率、流量、工作压力的计算，再结合市场中打药泵的性能与型号对比，最终选取型号为LN-89型的三缸柱塞泵。

2.1.2 电动机选择

电动机是中控系统动力供给单元的动力来源，在选择时除了需要考虑作业环境、负载额定功率、负载额定压力和外接电压外，还需要考虑启动、转速、调速、机械特性和安装等要求。通过综合考虑，再结合打药泵的转速、功率、工作压力和外接电源电压等因素后，最终选择单相双道电容电动机。

2.1.3 中控系统动力供给单元设计

中控系统动力供给单元是整个中控系统的核心，将储药箱中的药液抽取后通过打药泵上叶片的转动进行药液的外部输送，实现药液抽取与输送，其组成如图2所示。

图2 中控系统动力供给单元三维结构

1－驱动电机；2－传动皮带；3－皮带轮；4－打药泵；5－固定螺丝；6－连接脚架。

2.1.4 操作箱设计

操作箱是整个中控系统的控制单元，其作用是将打药泵输出的药液根据实际打药地块需求进行精准的远程药液输送控制，其三维结构如图3所示。根据需要可配置多个地管，图中配置了3根地管。

图3 操作箱的三维结构

1－输药管；2－地管A；3－地管B；4－直球阀；5－常闭型电磁阀；6－地管C；7－箱体；8－信号接收器。

2.2 取药箱设计

在打药装置中，取药箱是中转站，既是中控系统传输药液的尽头，也是喷药单元喷洒药液的源头，其三维结构如图4所示。

图4 取药箱三维结构

1－取药箱箱体；2－PE内丝弯头；3－变径转换铜球阀；4－输药地管。

2.3 喷药单元设计

喷药单元三维结构如图5所示，喷药单元将取药箱中的药液通过喷药单元各部件的转换，将药液以雾化的形式均匀喷洒于果树上。

图5 喷药单元三维结构

1－雾化喷头；2－打药杆；3－压力开关；4－铜球阀开关；5－拔插式快换接头。

3 结论

本设计具有以下特点：

（1）不受地形制约、生产成本低、操作简单、使用便利、打药效率高，符合山地果园大规模种植需求。

（2）设有远程遥控，只需通过遥控器就可以实现高效精准地完成远距离药液输送的控制。

本设计充分考虑了丘陵山地果树种植打药作业的实际需求，具有高效、安全、便利的特点，适应现代农业大规模种植的需要，有助于提高丘陵山地果园的经营效益。

[1]赵映,肖宏儒,梅松,等.我国果园机械化生产现状与发展策略[J].中国农业大学学报,2017,22(6):116-127.

[2]中华人民共和国国家统计局.2017中国统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2017.

[3]中华人民共和国国务院办公厅.中国食物与营养发展纲要(2014—2020年)[J].粮食科技与经济,2014,39(4):73-74.

[4]陈魁.丘陵山地果园自动喷雾机的研制[D].重庆:西南大学,2017.

S49

A

2095-1205(2023)11-59-03

10.3969/j.issn.2095-1205.2023.11.18

国家重点研发计划云南高原特色农业提质增效技术集成与示范“宁蒗苹果产业提质增效技术集成与示范”（2021FYD1100407）

鲁权（1988—），男，彝族，云南丽江人，本科，研究方向为果树栽培、农业机械。

张文斌（1981—），男，汉族，云南建水人，博士研究生，教授，研究方向为高原特色农机创新设计。