果园双摆弥雾施药系统设计

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1、2014年12月农业机械学报第45卷第12期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．12．018*果园双摆弥雾施药系统设计1121刘继展王芹詹国祥冯上海(1．江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江212013;2．镇江市农业机械技术推广站，镇江212013)摘要:针对现有果园施药装备体积与功耗过大、药液浪费严重等问题，设计了果园双摆弥雾施药系统。通过驱动布置方案和自由度分析，设计了由直流电动机驱动的对称双曲柄机构和驱动点与支点万向节-滑轨多级运动副所构成的平面-空间

2、混合型机构，实现了双弥雾机的摆动扩幅。为方便操纵并避免药液反流等现象的发生，设计了单片机自动控制系统，实现了双摆弥雾施药系统复杂启停动作流程的一键控制。根据果园规格，分别以车身尺寸最小为目标，以弥雾施药对树冠的有效覆盖为约束条件，通过非线性规划确定了曲柄长度、曲柄转动中心高度、支点高度、曲柄中心距、支点中心距等结构参数。进而根据果树施药量和弥雾均匀度要求，以施药作业效率最高为目标，确定了系统行进速度和曲柄转速。该施药系统可实现弥雾半径仅400mm小型弥雾机对高度1500～4300mm和横向5500mm的

3、树冠范围的有效覆盖，并有效保证果树双侧弥雾喷施的均匀度和药量条件，作业效率可达2.33～22.67hm/h，实现了果园机载施药系统的节能节药和小型化，为果园植保提供了新型的施药装备。关键词:果园双摆弥雾施药设计优化中图分类号:S491文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)12-0109-08过小，果农需通过手持摇动来实现对树冠的喷施，且引言需手动完成压油、按键打火、开启油阀与药阀等一系2目前我国水果种植面积已达1200万hm，果树列动作才能完成弥雾机的启动作业，因而无法满足［1－2］每年

4、要喷施农药8～15次，每公顷果园的年施车载机械化喷施作业的需求。本文设计一键启动的［3］药(商品药)量达52.5～82.5kg。目前，国内多果园双摆弥雾式施药系统，以期实现果园机载施药数果园仍然依靠手动喷雾植保作业，落后的施药技系统的节能节药和小型化。术和药械导致农药利用率和作业效率极低，并造成1双摆弥雾施药系统设计［4－10］严重的农业面源污染。发达国家早已实现了果园施药作业的机械化，但多为大型机具，作业空间1.1整机结构及工作原理要求较高，适用于稀疏果园，难以满足我国低矮型果该双摆弥雾施药系统由双弥

5、雾机、药箱、电动［10－13］园的作业需求。当前水果主产区对高效果园机、摆动扩幅装置和自动控制系统组成(图1)。底施药装备的需求日渐迫切，国内研制的大型侧向风盘沿果树行间行进过程中，通过自动控制系统启动［2－5，7，10，14－18］送式喷雾机，大多采用拖拉机悬挂或牵双弥雾机发动机并供给药液，同时驱动摆动扩幅装引配套作业，药液耗量高达20～120L/min，需配备置使两弥雾机的喷管出口做圆周摆动，从而扩大弥庞大药箱和高达数十千瓦的配套动力，能耗与药液雾喷幅，使药液有效扩散弥漫于树冠间，实现对两侧耗量过高

6、且整机质量和尺寸过大。而车载大型轴向大范围树冠的弥雾施药。风送喷雾机则主要面向高大林木的高射程施药作1.2摆动扩幅装置的设计［19］业，亦难以满足果园植保的需要。1.2.1驱动布置方案选择手持式小型轴流弥雾机具有体积小、质量小、功弥雾机的摆动扩幅可由筒口驱动、中部驱动和率小、雾滴细小且分布均匀、射程远等突出优点，广尾部驱动3种驱动点与支点布置方案来实现。其泛应用于果园与田园的病虫害防治中。但是其喷幅中，筒口驱动的驱动机构和摆动支点B的布置占用收稿日期:2014-08-21修回日期:2014-09-23*

7、中国博士后科学基金资助项目(2012M521013)、江苏省农机三新工程资助项目(NJ2012-08)、镇江市农业科技支撑计划资助项目(NY2012029)和江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)作者简介:刘继展，副研究员，博士，主要从事智能农业装备研究，E-mail:liujizhan@163．com110农业机械学报2014年图3摆动扩幅的弥雾机自由度分析Fig．3Analysisofdegreeoffreedomofmistsprayerofswingandexpandingdiameter

8、图1果园双摆弥雾施药系统1．驱动圆2．弥雾机3．筒口轨迹圆4．弥雾圆5．扩幅轨迹Fig．1Orchardsymmetricswingmistsprayingsystem圆6．水平面7．扩幅弥雾圆1．电动机2．药箱3．摆动扩幅装置4．轴流弥雾机5．底盘6．支架供所需自由度并对多余自由度进行约束。过大空间(图2a)，同时喷管强度和喷管上的运动副尾部驱动点A由曲柄驱动时，曲柄末端与弥雾)))安装问题突出;而中部驱动则由于摆动支点B位于机尾部间应实