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

 

    引言

    隨著科技進(jìn)步和人類發(fā)展，農(nóng)業(yè)作業(yè)也越來越科技化，農(nóng)業(yè)機械化程度也在日益提高， 傳統(tǒng)的農(nóng)藥噴灑逐漸由人工作向自動化、智能化轉(zhuǎn)變[1]。 對生長較高、面積大的農(nóng)作物，一般的地面式噴灑車存在前進(jìn)困難和噴灑范圍受阻等問題， 而現(xiàn)有的飛行噴灑無人機，又存在禁飛區(qū)和駕駛難度大等問題[2-3]。 本文將針對這一現(xiàn)象，設(shè)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(jìn)行噴灑作業(yè)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(jìn)行作業(yè)，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(tǒng)，對作物進(jìn)行農(nóng)藥噴灑作業(yè)。整條線路噴灑完畢后，行走輪制動并停止噴灑系統(tǒng)，由人工取下噴灑機器。

 

    2 整理設(shè)計

    線上行走噴灑機主要分為兩個大模塊： 行走系統(tǒng)和噴灑系統(tǒng)。 行走系統(tǒng)負(fù)責(zé)驅(qū)動機器前進(jìn)與停止，如若發(fā)生碰撞必須實現(xiàn)機器緊急停止。 噴灑系統(tǒng)負(fù)責(zé)噴涂作業(yè)，對農(nóng)作物進(jìn)行噴灑，為保證農(nóng)藥的均勻性與覆蓋率，需對其與行走進(jìn)行同步控制，并具備壓力控制功能，保護噴灑系統(tǒng)。 機器整體結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

 

 

 

    2.1 行走系統(tǒng)

    線上行走噴灑機采用雙輪伺服驅(qū)動設(shè)計， 確保噴灑機在線上行走的平穩(wěn)性，驅(qū)動電機藏于輪軸內(nèi)，輪軸固定于機身左右兩側(cè)，伺服驅(qū)動器放置于機身內(nèi)部，具體所圖 4 所示。 噴灑機前端放置一超聲波發(fā)生器，接受器放置機身前段。 噴灑機行走時，超聲波發(fā)生器工作，控制系統(tǒng)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(tǒng)

    為確保機器系統(tǒng)穩(wěn)定性與可控性， 設(shè)計一套恒壓帶液位開關(guān)噴灑系統(tǒng)，如圖 5 所示。 電機驅(qū)動液壓泵吸取農(nóng)藥，加壓至溢流閥（控制整個噴灑系統(tǒng)壓力），流經(jīng)單向閥（防止農(nóng)藥倒流），在經(jīng)過兩位三通換向閥至噴灑裝置，對農(nóng)作物進(jìn)行噴灑作業(yè)。 其中兩位三通換向閥換向信號由電子液位計提供， 當(dāng)料箱內(nèi)農(nóng)藥不足時，液位計發(fā)出信號使換向閥換向，停止噴灑作業(yè)。 噴灑裝置放置機體下部。 左右兩套噴灑系統(tǒng)對稱布置，采用高壓泵配合高壓霧化噴頭，噴灑zui遠(yuǎn)橫向距離可達(dá) 3m，具體細(xì)節(jié)如圖 6 所示。

 

 

    3 仿真分析

    3.1 模型簡化與網(wǎng)格劃分

    對線上行走噴灑機模型進(jìn)行簡化， 并對其進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分，具體如圖 7 所示。 噴頭和水管等為薄壁結(jié)構(gòu)，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(wǎng)格模型進(jìn)行靜力學(xué)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(jié)果如圖 8 所示。

 

 

    根據(jù)計算結(jié)果可知線上行走噴灑機受zui應(yīng)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(yīng)力范圍內(nèi)，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(jìn)行加強連接，確保機身整體強度可靠性。 

 

    4 結(jié)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(shè)線路等不足之處，但其結(jié)構(gòu)合理可靠，可以有效解決生長 高、面 積大的農(nóng)作物的農(nóng)藥噴灑作業(yè)問題， 為農(nóng)作物農(nóng)藥噴灑自動化提出了一個新的解決方案。