摘 要：本文針對部分生長較高，面積大農作物農藥噴灑較困難問題，分析現有磁性浮子液位計動化智能化技術，采用理論分析與仿真計算相結合的方式，設計一種新的線上行走磁性浮子液位計，解決某些農藥噴灑問題。

 

    引言

    隨著科技進步和人類發展，農業作業也越來越科技化，農業機械化程度也在日益提高， 傳統的農藥噴灑逐漸由人工作向自動化、智能化轉變[1]。 對生長較高、面積大的農作物，一般的地面式噴灑車存在前進困難和噴灑范圍受阻等問題， 而現有的飛行噴灑無人機，又存在禁飛區和駕駛難度大等問題[2-3]。 本文將針對這一現象，設計一種全新的線上行走磁性浮子液位計，希望能解決以上問題。 

 

    1 工作原理

 

 

    如用線上行走磁性浮子液位計對葡萄地進行噴灑作業前， 需在作物上空鋪架 S 型高架線路， 將其懸掛于高架線上工作如圖 1。其工作原理如圖 2，機器以鋰電池為動力源進行作業，由人工上線， 懸掛于高架線路上， 由控制器控制行走輪在架空線路上行走，行走開始同時開啟對噴灑系統，對作物進行農藥噴灑作業。整條線路噴灑完畢后，行走輪制動并停止噴灑系統，由人工取下噴灑機器。

 

    2 整理設計

    線上行走噴灑機主要分為兩個大模塊： 行走系統和噴灑系統。 行走系統負責驅動機器前進與停止，如若發生碰撞必須實現機器緊急停止。 噴灑系統負責噴涂作業，對農作物進行噴灑，為保證農藥的均勻性與覆蓋率，需對其與行走進行同步控制，并具備壓力控制功能，保護噴灑系統。 機器整體結構如圖 3 所示。

 

 

 

    2.1 行走系統

    線上行走噴灑機采用雙輪伺服驅動設計， 確保噴灑機在線上行走的平穩性，驅動電機藏于輪軸內，輪軸固定于機身左右兩側，伺服驅動器放置于機身內部，具體所圖 4 所示。 噴灑機前端放置一超聲波發生器，接受器放置機身前段。 噴灑機行走時，超聲波發生器工作，控制系統檢測計算前方是否有障礙物，控制噴灑機制動，以防其跌落[4]。

 

    2.2 噴灑系統

    為確保機器系統穩定性與可控性， 設計一套恒壓帶液位開關噴灑系統，如圖 5 所示。 電機驅動液壓泵吸取農藥，加壓至溢流閥（控制整個噴灑系統壓力），流經單向閥（防止農藥倒流），在經過兩位三通換向閥至噴灑裝置，對農作物進行噴灑作業。 其中兩位三通換向閥換向信號由電子液位計提供， 當料箱內農藥不足時，液位計發出信號使換向閥換向，停止噴灑作業。 噴灑裝置放置機體下部。 左右兩套噴灑系統對稱布置，采用高壓泵配合高壓霧化噴頭，噴灑zui遠橫向距離可達 3m，具體細節如圖 6 所示。

 

 

    3 仿真分析

    3.1 模型簡化與網格劃分

    對線上行走噴灑機模型進行簡化， 并對其進行六面體網格劃分，具體如圖 7 所示。 噴頭和水管等為薄壁結構，可忽略不計算，簡化泵、涂料盒與電池為底部支撐桿受壓力。

 

 

 

    3.2 仿真計算

    對圖 7 網格模型進行靜力學仿真計算， 添加輪軸為固定約束，機器自重及底部支撐桿受垂直向下 300N 壓力，計算結果如圖 8 所示。

 

 

    根據計算結果可知線上行走噴灑機受zui應力位于機架與機身連接處附件，約為 1.78×106Pa，機架材料為 6061 鋁合金，在其材料允許應力范圍內，但為確保機架合理性，可使用連接座或改變材料機架，對機架進行加強連接，確保機身整體強度可靠性。 

 

    4 結論

    我們從計算可知， 線上行走磁性浮子液位計雖存在為其鋪設線路等不足之處，但其結構合理可靠，可以有效解決生長 高、面 積大的農作物的農藥噴灑作業問題， 為農作物農藥噴灑自動化提出了一個新的解決方案。