喷杆喷雾机精量喷雾测试实验台研制

精量喷施技术是大田植保作业的智慧化解决方案,而精量喷雾执行机构及其控制系统田间调试费时费力、可重复性差,且诸多参数无法调整,数据获取困难。针对这一问题,根据大田植保技术要求和喷杆喷雾机性能参数,通过对药液循环系统和喷雾测试系统等进行设计和计算,搭建了精量喷雾测试实验台。实验台主要包括喷雾测试系统、药液循环系统和速度模拟装置,可完成药液流量、压力实时感知和控制,喷杆区段独立控制、作业速度与药液流量的在线模拟与匹配。进行不同压力下实验台喷杆各段控制的喷量一致性及不同施药量、不同模拟速度下实验台的控制精度测试试验,结果表明:精量喷雾试验台动力发生装置可提供的最大压力和流量分别为1.5MPa、65L/min,模拟速度调节范围为0～20km/h,精量喷雾最大误差为1.34%,变异系数最大为0.05,能够满足精量喷雾系统调试和测试的基本要求。研究可为喷杆喷雾机智能变量作业的研究及其精量喷雾系统的设计和优化提供理论依据与技术支持。     

喷杆喷雾机变量控制特性测试系统设计与试验

为精准高效地完成喷杆喷雾机变量喷雾控制系统的控制特性测试,研制一种喷杆喷雾机变量控制特性测试系统,通过网络RTK采集机具行进速度,采用高精度流量与压力传感器获取管路流量和压力,利用CAN总线和无线数传的方式完成数据和指令的传递,通过Android设备进行人机交互完成数据的实时监测,结合数据处理软件完成测试结果的统计分析等功能。数据采集精度试验表明,网络RTK测速平均偏差为-0.02 km/h,流量传感器的平均误差为0.99%,平均重复性为0.31%,瞬时流量示值的平均标准偏差为0.04 L/min;压力传感器平均偏差为0.02 MPa。测试系统验证试验表明,针对某款压力调节式喷杆喷雾机,系统记录加速和减速阶段流量调节的平均滞后时间分别为1.31 s和1.70 s,平均调节偏差时间为0.56 s和1.47 s。研发的系统各项数据能准确反映机具工作状态,满足喷杆喷雾机变量量控制特性测试需求。     

电动履带式立式喷杆喷雾机设计与试验

针对我国设施作物生长中后期的植保机械化难题,采用远程遥控技术与液力雾化技术设计一款适用于设施温室大棚行间行走并进行施药作业的电动履带式立式喷杆喷雾机。该机具主要由底盘、行走系统、喷杆高度调节系统、喷杆平衡系统、喷杆安装座、喷雾系统、电动控制系统和遥控系统等组成,其中控制系统可通过遥控手柄对机具前进方向、喷雾系统调整与作业进行遥控控制。开展实验室与田间喷雾试验,对样机进行性能测试。试验结果表明:喷雾机各喷头流量误差率低于10%、不同喷雾高度之间雾滴粒径变异系数低于15%,喷雾性能良好;雾滴粒径符合最佳生物粒径理论对雾滴粒径的要求。同时由田间试验结果可知,不同冠层沉积量分布与雾滴密度分布较好,沉积量均大于0.3μg/cm~2,雾滴密度均大于25个/cm~2,作物叶片正面的沉积分布与雾滴密度分布均匀性优于叶片背面。电动履带式立式喷杆喷雾机性能良好,可满足设施温室吊蔓甜瓜的行间施药作业,达到农机与农艺结合的目标。     

基于PID控制技术的喷雾机均匀化作业设计

针对喷雾机作业过程喷雾均匀化程度较低的问题,基于PID控制技术对喷雾机均匀化作业进行了设计。该喷雾机为智能喷杆喷雾机,主要组成为转向控制系统、智能平衡控制系统、变量施药系统和显示系统。喷雾机的电机采用PID控制器进行控制,利用PID控制算法—积分分离算法对电机进行闭环调速,保证喷雾机的均匀化作业。为验证喷雾机的作业性能,对其进行平衡和均匀化试验验证,结果表明:其平衡性能和均匀化作业性能良好,能够满足喷雾机的作业要求。     

喷杆喷雾机智能控制系统设计及试验

为提高喷雾均匀性和农药的有效利用率,针对大田作物施药的农艺要求,设计了一种安装于大田常用喷杆喷雾机的喷雾机智能控制系统,并介绍总体方案和工作原理。该系统主要包括变量施药、喷杆高度自动调节等功能,变量施药系统通过变量调节阀调节喷雾流量,通过喷雾量与作业速度自适应控制模型,实现作业过程中药液均匀喷施;喷杆高度调节系统采用超声波传感器检测喷头与作物顶端的距离,根据设定的目标高度,控制电动缸动作,调节喷杆高度。试验表明:变量喷雾控制系统能够根据设定喷量和作业速度的变化准确发出调控指令,控制流量调节阀动作进行流量调节,提高了喷雾作业的均匀性,喷雾精度误差最小为2.24%,能够有效提高喷药作业质量;喷杆高度调节最大误差为5.40%,提高了喷杆与作物顶端距离调整的准确度。     

喷雾性能试验台的设计与研究

主要介绍了喷雾性能试验台测试与控制系统的研究与设计.同时,提出了通过数字图像处理和最小二乘法测量喷雾雾锥角、采用超声波精确测距技术进行喷雾均匀性检测以及应用传感器融合技术获取液泵性能参数的理论和方法.由计算机与PLC系统实现实时监控.本试验台的试验条件满足国家标准要求,能自动完成各种类型的农业植保用液力喷杆式喷雾机喷头及液泵的性能试验.     

喷杆喷雾机射流混药装置试验研究

根据喷杆喷雾机喷雾系统设计了射流混药装置,并对射流混药装置进行了在线混药试验研究。测量两种不同参数的射流混药装置应用于不同的喷雾系统的工作参数和工作状态,结果显示,射流混药装置与喷雾系统存在参数匹配。若匹配不当,射流混药装置出现回流无法实现在线混药。射流混药装置的结构参数与喷雾系统共同决定射流混药装置的工作状态,喷杆喷雾机射流混药装置的结构设计应考虑喷雾系统的流量特性。     

棉花喷雾机“∏”型喷杆喷雾系统试验台架的研究与设计

喷杆顶喷+吊杆侧喷"∏"型组合式喷雾系统的喷杆喷雾机是新疆垦区现行被广泛应用于棉花中后期病虫害防治和催熟脱叶剂喷施的一类机型。目前针对该类喷雾机的改进优化,主要还是依靠经验和户外田间试验。这种通过逐一变换参数进行田间试验的方法,存在着不确定性因素多、可控性及可重复性差的问题。为便于开展相关研究,我们研究和搭建了棉花喷雾机"∏"型喷杆喷雾系统试验台架。本文介绍了棉花喷雾机"∏"型喷杆喷雾系统试验台架的设计思路与要求、结构组成、工作原理和主要部件的选型与设计。     

3WP—650型智能变量喷杆喷雾机的设计与试验

针对中国大田作物病虫害防治存在的智能化程度低、劳动强度大、均匀喷药造成药液浪费和环境污染等问题,采用机电一体化技术和自动控制技术,研制3WP—650型智能变量喷杆喷雾机。该机可以实时监测并通过智能控制系统的人机交互界面显示作业速度、喷雾压力和流量、药液箱液位等参数。样机性能试验表明,在作业状态下,液位测量准确度误差在6%以内;药液不足时报警准确率为100%,能够防止因药液不足发生漏喷;同时能够实现根据机组作业速度变化实时调节的变量喷雾,提高喷量一致性和农药利用率,且变量喷雾下定量喷雾的一致性最大为4.4%,满足设计要求。     

大型自走式喷雾机喷杆研究现状及发展趋势分析

高地隙自走式喷杆喷雾机是田间施药机械的主要机型,而喷杆是实现喷雾稳定作业的关键机构。近年来,为提高高地隙自走式喷雾机喷杆的精准施药水平,喷杆结构不断得到优化,喷杆减振、平衡技术日趋成熟。本文阐述了喷杆的平面、三角形立体和梯形立体等3种桁架结构,分析国内外自走式喷雾机喷杆的主要结构参数以及减振装置和智能控制系统的技术现状,概述了喷杆在减振、平衡和位姿检测方面的主要研究成果。据统计20m以上喷幅的喷雾机仅占比6.79%,10~14.9m喷幅占比73.30%,表明国内以小型喷杆为主,大型喷雾机占比小。分析了国内喷杆存在的主要问题,指出我国喷杆的发展趋势,即优化喷杆结构、加强喷杆系列产品开发、设置多级多点减振机构、提高自平衡控制水平、实现位姿智能监测调整,为我国喷杆进一步的结构优化和性能提升提供了参考。     

3WQX-1300型悬挂式风幕喷杆喷雾机的研制

针对我国农村小规模经营模式,为了克服现有机具的不足,通过风幕式防飘、喷杆姿态调整、液压驱动、液流系统和喷幅标识等技术的集成,开发了防飘性能好、自带液压驱动系统的3WQX-1300型悬挂式风幕喷杆喷雾机。该机对喷雾环境要求低,时效性好,实用性强,有效地减少了农药使用量,降低生产成本,提高防治效果,解决了制约低量喷雾技术推广应用的瓶颈。      

遥控喷杆喷雾机设计与试验

针对大田蔬菜种植病虫害防治需求,利用高地隙四轮转向液压底盘,设计一种遥控喷杆喷雾机。采用PID控制算法设计液压驱动系统和变量施药系统。液压驱动系统通过对比实时采集的实际车速和轮速计算各轮滑转率,以理想滑转率为控制目标进行实时动力分配;变量施药系统根据实时采集的实际车速和预设的目标单位面积施药量换算目标流量,以目标流量为控制目标进行实时喷雾流量调节。在韭菜田进行不同车速下的性能考核试验,结果表明：滑转率最大的车轮为左前轮,滑转率均值为6.14%,能稳定在理想滑转率范围内;滑转率最小的左后轮是轮上载荷最大的车轮,滑转率均值为0.76%,显著小于其他车轮;喷雾作业雾滴沉积率均值为93.4%,变异系数为21.6%,变量施药系统随速调节功能良好,但作业质量随着车速增加而略有下降。该喷雾机可为大田蔬菜种植智能化植保机械的研制提供参考。     

机电式流量阀的模糊控制实现与测试

为在线混药式变量喷雾农药流量检测设计一种机电式流量控制阀和流量控制系统。采用模糊控制算法，依托STC12C5410AD单片机实现对农药流量的模糊控制。对所设计的系统进行静态跟踪测试和动态响应测试，静态跟踪误差为±3.0%；初始流量为1.5 mL/s，目标流量为3.1 mL/s，阶跃响应曲线上升时间为0.35 s，绝对稳态误差为 ±0.1 mL/s，相对稳态误差在±3.2%以内。测试结果表明该流量阀采用模糊控制，其控制性能，超调量、响应时间和稳态误差能达到变量喷雾的要求。     

压力式可变量喷雾技术的研究

通过构建压力式可变量喷杆喷雾系统,进行可变率作业实验研究,并通过对喷头流量和喷杆喷雾模式的测试,对压力式可变率施药技术中喷雾的效率及均匀性进行研究。实验研究发现,扇形喷嘴可以提供最为均匀的喷雾效率,其变化系数小于15%。在进行可变率作业时,沿喷杆不同位置处喷头的喷雾量变化非常小(小于4%)。这种较小的喷雾量变化,为压力式可变率喷雾提高均匀性提供了优良的基本条件。     

Modelling the Effect of Passive Vertical Suspensions on the Dynamic Behaviour of Sprayer Booms

Chemical products for crop protection are usually distributed on the field as liquids by field sprayers. Unwanted horizontal and vertical sprayer boom movements create local under- and over-applications of spray liquid. A non-linear finite element model of a tractor and a mounted sprayer is developed to simulate these unwanted boom vibrations during field operations. Representative disturbance signals at the hitch point of the boom suspension are calculated for a tractor with a mounted sprayer driving over a standardized bumpy track. These disturbances are applied as input excitations to simulate boom movements for several types of suspensions (pendulum, single and double trapezium). Validation experiments with a simple 12 m boom on a hydraulic test rig indicate that this non-linear finite element modelling technique is a promising method for simulating boom movements of field sprayers. Further simulation results show that the modelled suspensions approximately halve the vertical motion of the boom compared with a rigidly mounted boom. Standard deviations of the vertical boom tip movements around the equilibrium position are, respectively, 0·44, 0·25 and 0·27 m for a fixed boom, a boom with pendulum suspension and a boom with trapezium suspension. This proves the effectiveness of existing vertical boom suspensions.