雷达识别狼毒草喷药灭除装置

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1、2014年11月农业机械学报第45卷增刊doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．S0．012*雷达识别狼毒草喷药灭除装置赵建柱宗玉峰王枫辰李琨李少雄王国业(中国农业大学工学院，北京100083)摘要:针对狼毒草早期萌发的高度优势和灌丛特性，提出一种狼毒草对靶喷药灭除装置。完成了机架系统、喷药系统、电控系统以及整机结构的设计，基于雷达传感测距技术实现了对狼毒草的自动识别与定点精量施药控制。实地试验结果表明:该装置对狼毒草施药附着率可达87.1%，能有效提高灭除效率和减少农药的使用量，避免由于大量连续喷药引起的环境污染。关键词:狼毒草灭除装置雷达识别定点喷

2、药中图分类号:S451.23;TN959.4文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)S0-0068-05对狼毒草植株的定点喷药。引言作为主要的草原有毒植物种类之一，狼毒草已被视为草原荒漠化的一种灾难性警示。狼毒草的滋生蔓延，严重破坏了草地生态环境，使草地生产力下降，载畜能力降低，已成为制约畜牧业发展的主要因［1－2］素之一。连续喷药灭除是目前对狼毒草治理的主要方式。该方式采用远程风送式喷药机连续喷药，药剂不仅会喷洒到有毒植株上，还会喷洒到正常生长的植被上，不仅浪费药液，还会对草原生态造成破图1整机结构［3－4］坏。Fig．1Overallstructureofdev

3、ice针对狼毒草早期萌发的高度优势、株径大小和1．动力输入轴2．变速箱3．前横梁4．药箱5．滤清器疏密程度等生长特点［5］，本文提出采用雷达技术进6．控制单元7．后横梁8．伸缩套筒9．喷药支架10．电磁阀11．喷头12．雷达探头13．雷达横杆14．支撑侧板15．分流行狼毒草识别，对狼毒草进行对靶喷药，并精确控制阀16．液泵17．胶带轮传动组单株施药量，达到有效灭除、降低用药量、减少环境［6］污染的目标。1.1机架系统机架系统主要由前后横梁、支撑侧板、雷达安装1整机结构及工作原理架、伸缩套筒和喷药支架组成。喷药支架可以沿伸定点喷药式狼毒草灭除装置主要由机架系统、缩套筒前后移动，并可

4、在相应的位置固定，从而改变电控系统和喷药系统组成，其整体结构如图1所示。雷达探头和喷头之间的距离，以适应拖拉机不同的装置通过三点悬挂与拖拉机后置连接，液泵动行驶速度。机架系统三维模型如图2所示。力由拖拉机动力输出轴输入。在作业过程中，雷达1.2喷药及电控系统探头不断发射出超声波，电控系统通过对超声波反喷药系统主要由动力输入轴、变速箱、胶带轮传射信号的识别和处理，判别出植株高度以及密度，并动组、液泵、药箱、滤清器、分流阀、电磁阀和喷头组控制喷药系统开闭。本装置共有6条独立的支路，成。药液在液泵的作用下通过滤清器到达分流阀，［7］每条支路都由单片机单独控制，互不干扰，实现分流阀有6个

5、独立的出口，能保证6个出口的压力收稿日期:2014-06-21修回日期:2014-08-22*“十二五”国家科技支撑计划资助项目(2011BAD20B11)作者简介:赵建柱，副教授，主要从事现代农业装备及车辆地面力学研究，E-mail:zhjzh@cau．edu．cn通讯作者:王国业，教授，博士生导师，主要从事现代农业装备及车辆地面力学研究，E-mail:guoye@cau．edu．cn增刊赵建柱等:雷达识别狼毒草喷药灭除装置69表1雷达测距试验数据Tab．1ＲadarrangingtestdataHs/mmHc/mmer/%Hs/mmHc/mmer/%4004307.51100

6、11201.85005306.0120012201.76006203.3130013302.37007101.4140014201.48008101.3150015402.79009000160016503.1图2机架系统三维模型100010000Fig．23-Dmodelofframesystem2.1.2雷达锥形罩锥角确定相等，系统管路保持工作压力。电控系统主要有信为了限制雷达探测范围，避免无效信号干号采集、信号处理和控制执行3部分，可有效控制喷扰，需安装锥形罩，避免药液多喷和乱喷，提高喷头施药。药的准确性。根据雷达间距、高度和狼毒草平均2自动喷药电控系统设计尺寸，锥形罩锥角

7、确定方法如图4所示。狼毒草植株平均尺寸为:高400mm、株径400mm;图中电控系统结构设计如图3所示，主要由雷达探L为雷达探头间距，根据机架宽度和狼毒草株径，测单元、信号处理单元和喷药执行单元组成。设计为430mm;H为雷达探头距地面的垂直距离，θ为锥形罩锥角大小;设定雷达探测范围交于狼毒草植株高度中点处。由图4计算出的锥形罩锥角表达方程为Lθ=2arctan(1)2(H－200)根据式(1)可确定雷达锥形罩锥角为30°～34°，选择中值32°。图3电控系统结构框图Fig．3S