摘 要：本文针对部分生长较高，面积大农作物农药喷洒较困难问题，分析现有磁性浮子液位计动化智能化技术，采用理论分析与仿真计算相结合的方式，设计一种新的线上行走磁性浮子液位计，解决某些农药喷洒问题。

 

    引言

    随着科技进步和人类发展，农业作业也越来越科技化，农业机械化程度也在日益提高， 传统的农药喷洒逐渐由人工作向自动化、智能化转变[1]。 对生长较高、面积大的农作物，一般的地面式喷洒车存在前进困难和喷洒范围受阻等问题， 而现有的飞行喷洒无人机，又存在禁飞区和驾驶难度大等问题[2-3]。 本文将针对这一现象，设计一种全新的线上行走磁性浮子液位计，希望能解决以上问题。 

 

    1 工作原理

 

 

    如用线上行走磁性浮子液位计对葡萄地进行喷洒作业前， 需在作物上空铺架 S 型高架线路， 将其悬挂于高架线上工作如图 1。其工作原理如图 2，机器以锂电池为动力源进行作业，由人工上线， 悬挂于高架线路上， 由控制器控制行走轮在架空线路上行走，行走开始同时开启对喷洒系统，对作物进行农药喷洒作业。整条线路喷洒完毕后，行走轮制动并停止喷洒系统，由人工取下喷洒机器。

 

    2 整理设计

    线上行走喷洒机主要分为两个大模块： 行走系统和喷洒系统。 行走系统负责驱动机器前进与停止，如若发生碰撞必须实现机器紧急停止。 喷洒系统负责喷涂作业，对农作物进行喷洒，为保证农药的均匀性与覆盖率，需对其与行走进行同步控制，并具备压力控制功能，保护喷洒系统。 机器整体结构如图 3 所示。

 

 

 

    2.1 行走系统

    线上行走喷洒机采用双轮伺服驱动设计， 确保喷洒机在线上行走的平稳性，驱动电机藏于轮轴内，轮轴固定于机身左右两侧，伺服驱动器放置于机身内部，具体所图 4 所示。 喷洒机前端放置一超声波发生器，接受器放置机身前段。 喷洒机行走时，超声波发生器工作，控制系统检测计算前方是否有障碍物，控制喷洒机制动，以防其跌落[4]。

 

    2.2 喷洒系统

    为确保机器系统稳定性与可控性， 设计一套恒压带液位开关喷洒系统，如图 5 所示。 电机驱动液压泵吸取农药，加压至溢流阀（控制整个喷洒系统压力），流经单向阀（防止农药倒流），在经过两位三通换向阀至喷洒装置，对农作物进行喷洒作业。 其中两位三通换向阀换向信号由电子液位计提供， 当料箱內农药不足时，液位计发出信号使换向阀换向，停止喷洒作业。 喷洒装置放置机体下部。 左右两套喷洒系统对称布置，采用高压泵配合高压雾化喷头，喷洒zui远横向距离可达 3m，具体细节如图 6 所示。

 

 

    3 仿真分析

    3.1 模型简化与网格划分

    对线上行走喷洒机模型进行简化， 并对其进行六面体网格划分，具体如图 7 所示。 喷头和水管等为薄壁结构，可忽略不计算，简化泵、涂料盒与电池为底部支撑杆受压力。

 

 

 

    3.2 仿真计算

    对图 7 网格模型进行静力学仿真计算， 添加轮轴为固定约束，机器自重及底部支撑杆受垂直向下 300N 压力，计算结果如图 8 所示。

 

 

    根据计算结果可知线上行走喷洒机受zui应力位于机架与机身连接处附件，约为 1.78×106Pa，机架材料为 6061 铝合金，在其材料允许应力范围内，但为确保机架合理性，可使用连接座或改变材料机架，对机架进行加强连接，确保机身整体强度可靠性。 

 

    4 结论

    我们从计算可知， 线上行走磁性浮子液位计虽存在为其铺设线路等不足之处，但其结构合理可靠，可以有效解决生长 高、面 积大的农作物的农药喷洒作业问题， 为农作物农药喷洒自动化提出了一个新的解决方案。