環(huán)保型煙草噴霧機(jī)的研發(fā)與實(shí)現(xiàn),農(nóng)業(yè)工程論文

環(huán)保型煙草噴霧機(jī)的研發(fā)與實(shí)現(xiàn),農(nóng)業(yè)工程論文煙草作為吸食品，其農(nóng)藥殘留問題已經(jīng)引起世界各國(guó)的重視。煙草是我們國(guó)家重要的經(jīng)濟(jì)作物，病蟲害是影響我們國(guó)家煙草生產(chǎn)的重要因素之一[1-3].病蟲害的防治工作以防為主，主要結(jié)合化學(xué)藥劑綜合進(jìn)行防治。煙草種植經(jīng)過中，從團(tuán)棵期到旺長(zhǎng)期、打頂期及采收期，對(duì)于農(nóng)藥和液態(tài)肥的使用始終貫穿華而不實(shí)。我們國(guó)家現(xiàn)前階段植保機(jī)械發(fā)展水平的相對(duì)落后，直接導(dǎo)致農(nóng)藥有效利用率低、農(nóng)藥殘留超標(biāo)、操作者藥物中毒和環(huán)境污染等一系列問題[4-6].當(dāng)前，對(duì)于烤煙的噴藥主要采取自上而下的噴灑方式。在煙草生長(zhǎng)的團(tuán)棵期到旺長(zhǎng)期中，煙葉低矮，冠層相對(duì)稀疏，適宜采用噴桿噴霧方式作業(yè)；但在煙草打頂期與采收期，煙葉茂密，假如仍采用自上而下的噴藥方式，由于上層煙葉遮擋住中下層煙葉，不僅使中下層煙葉無法獲得均勻的藥液沉積，防治效果大打折扣，而且上層過量噴施的藥液還會(huì)落入土壤中，污染農(nóng)田環(huán)境，并且造成了農(nóng)藥的宏大浪費(fèi)，加大了種植成本，此時(shí)宜采取半封閉式噴霧方式作業(yè)。我們國(guó)家煙葉生產(chǎn)已基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)場(chǎng)式生產(chǎn)和適度規(guī)?；N植方式。農(nóng)藥高效、精量、高利用率、低飄失率的合理組合對(duì)于保證烤煙的產(chǎn)量、降低農(nóng)藥殘留、降低生產(chǎn)成本、提高烤煙品質(zhì)、降低環(huán)境污染至關(guān)重要。因而，針對(duì)傳統(tǒng)噴霧農(nóng)業(yè)機(jī)械藥液噴施功能單一、噴灑質(zhì)量不高、農(nóng)藥利用率低等問題，根據(jù)烤煙各生長(zhǎng)期噴藥生產(chǎn)實(shí)際的特點(diǎn)，發(fā)明一種3行和7行復(fù)用的煙草噴霧機(jī)，以完成煙草在團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期的噴桿式噴霧，在打頂期和采收期進(jìn)行半封閉式噴霧，并實(shí)現(xiàn)殘存余留藥液回收和精到準(zhǔn)確對(duì)靶的農(nóng)藥高效噴施，具有特別重要的推廣應(yīng)用價(jià)值。1整機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)的煙草噴霧機(jī)針對(duì)煙草不同生長(zhǎng)期實(shí)現(xiàn)了3行隧道式和7行復(fù)用精量噴霧，且具備對(duì)靶噴霧和藥液回收功能。該噴霧機(jī)由滑移變形機(jī)構(gòu)、機(jī)架收攏機(jī)構(gòu)、機(jī)架升降裝置、藥液噴灑系統(tǒng)和藥液收集循環(huán)系統(tǒng)組成，如此圖1所示。1.1機(jī)架滑移變形機(jī)構(gòu)機(jī)架滑移變形機(jī)構(gòu)如此圖2所示。側(cè)翼噴架包括滑移框、連接架、側(cè)翼門架和葉片撥動(dòng)板。華而不實(shí)，滑移框由側(cè)梁蓋、側(cè)梁軌道桿、電機(jī)固定座、鏈條固定座和環(huán)桿連接桿構(gòu)成。側(cè)梁蓋同側(cè)梁軌道桿焊接在一起構(gòu)成框架式構(gòu)造；連接架橫桿和連接架縱桿焊接在一起構(gòu)成框架式構(gòu)造；葉片撥動(dòng)板鉚接在側(cè)架豎桿上；電機(jī)固定座、鏈條固定座和環(huán)桿連接桿焊接在側(cè)梁軌道桿上；連接架通過兩側(cè)的滾輪安頓在滑移框上；滾輪卡放在滑移架的側(cè)梁軌道桿中，實(shí)現(xiàn)側(cè)翼門架水平方向上的運(yùn)動(dòng)。側(cè)翼門架螺栓聯(lián)合于連接架上，變形電動(dòng)推桿一端通過側(cè)架縱桿固定鉸鏈鉸接于側(cè)架縱桿上，鏈條另一端通過側(cè)架豎桿固定鉸鏈鉸接于側(cè)架豎桿上；側(cè)架橫桿通過側(cè)翼門架鉸鏈與和側(cè)架豎桿相鉸接，使側(cè)翼門架能夠?qū)崿F(xiàn)水平狀態(tài)和豎直狀態(tài)的互相轉(zhuǎn)換。1.2機(jī)架收攏機(jī)構(gòu)機(jī)架收攏機(jī)構(gòu)主要包括環(huán)桿架和收攏電動(dòng)推桿，如此圖3所示。環(huán)桿組由環(huán)桿、上環(huán)套和下環(huán)套組成。上環(huán)套焊接在中間架斜桿和中梁上；下環(huán)套焊接在中間架縱桿上；環(huán)桿焊接在環(huán)桿連接桿上，環(huán)桿同軸套入上環(huán)套和下環(huán)套中。收攏電動(dòng)推桿一端通過中梁固定鉸鏈鉸接于中梁上，另一端通過側(cè)梁蓋固定鉸鏈鉸接于側(cè)梁蓋上，進(jìn)而使側(cè)翼噴架繞環(huán)桿組在水平方向上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1.3機(jī)架升降裝置機(jī)架升降裝置其構(gòu)造如此圖4所示。其主要包括固定架、滑移架、中間架和鏈桿機(jī)構(gòu)。固定架螺栓聯(lián)合于自走式龍門架的龍門式固定架上。鏈桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向齒輪固定在滑移架上；鏈條一端通過中間架固定鉸鏈鉸接于中間架上，鏈條另一端繞過轉(zhuǎn)向齒輪連接到電動(dòng)推桿上；電動(dòng)推桿螺栓聯(lián)合于滑移架。中間架通過兩側(cè)的滾輪安頓在滑移架上；滾輪卡放在滑移架的槽型軌道桿中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)中間架豎直方向上的運(yùn)動(dòng)。1.4藥液噴灑裝置藥液噴灑裝置包括藥液箱、噴藥隔膜泵、霧化噴頭組及藥液輸送管道。霧化噴頭組分為噴桿式噴頭組和隧道式噴頭組。藥液箱、霧化噴頭組與噴霧隔膜泵之間通過藥液輸送管連通，噴霧隔膜泵將藥液抽出藥液箱，由藥液輸送管分兩路輸送到各霧化噴頭組：第1路是噴桿式噴頭組，經(jīng)管路開關(guān)將藥液輸送到噴桿式噴頭組的霧化噴頭進(jìn)行藥液噴施；第2路是隧道式噴頭組，經(jīng)管路開關(guān)將藥液輸送到隧道式噴頭組的霧化噴頭進(jìn)行藥液噴施，噴頭的個(gè)數(shù)根據(jù)噴霧覆蓋率確定。1.5藥液收集循環(huán)裝置藥液收集循環(huán)裝置如此圖5所示。藥液收集循環(huán)裝置包括藥液過濾網(wǎng)、藥液回收槽、藥液回收管、回收液位開關(guān)和藥液回收泵。藥液過濾網(wǎng)能夠有效防止植被落葉、亂枝等雜物進(jìn)入藥液回收槽，進(jìn)而保證藥液順利由藥液回收管回流至藥液箱。藥液回收槽鉚接于側(cè)翼門架上；藥液回收管一端連接于藥液回收槽下端流液口，另一端連接于藥液箱流液口。藥液回收泵螺栓連結(jié)于側(cè)翼門架下端，回收液位開關(guān)螺栓連結(jié)于藥液回收槽內(nèi)部。回收液位開關(guān)隨藥液回收槽內(nèi)回收藥液量來控制藥液回收泵，進(jìn)而保證殘存余留藥液的順利回收。2噴霧控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)成分為主、從機(jī)兩個(gè)部分。主機(jī)采用臺(tái)達(dá)DVP-SV2系列PLC,搭配臺(tái)達(dá)DOP-B系列7S410人機(jī)界面。主機(jī)通過人機(jī)界面接受控制指令，完成噴霧機(jī)形態(tài)切換和噴霧形式切換；通過RS-232接受從機(jī)指令，控制電磁閥的開和關(guān)來實(shí)現(xiàn)對(duì)靶噴霧。從機(jī)采用意法半導(dǎo)體公司STM32F103VET6單片機(jī)作為核心控制芯片，負(fù)責(zé)采集精到準(zhǔn)確對(duì)靶需要的距離數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)造如此圖6所示。整個(gè)系統(tǒng)由主、從機(jī)兩個(gè)部分組成，詳細(xì)包括：①stm32單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括處理單元機(jī)器外圍擴(kuò)展模塊，通過分析超聲波距離傳感器數(shù)據(jù)對(duì)主機(jī)發(fā)送控制噴霧的指令。②超聲波距離傳感器組，包括若干對(duì)植物傳感器和1個(gè)參考傳感器。③人機(jī)交互界面。主機(jī)由觸摸屏按鍵完成噴霧形態(tài)的切換及噴霧形式的選擇，華而不實(shí)噴霧形態(tài)的切換是由主機(jī)PLC驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿實(shí)現(xiàn)的。PLC接通從機(jī)電源時(shí)，從機(jī)對(duì)距離數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，進(jìn)而進(jìn)行對(duì)吧噴霧。④電磁閥組，包括若干個(gè)電磁閥，電磁閥由PLC驅(qū)動(dòng)，控制噴頭的開啟與閉合。⑤電源模塊，主從機(jī)和電磁閥都采用噴霧機(jī)機(jī)載24V電源進(jìn)行供電。2.2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主機(jī)主程序流程圖如此圖7所示。主機(jī)位于駕駛室，安頓在駕駛員方便操作的位置。開機(jī)后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括人機(jī)界面初始化、I/O初始化及通信端口初始化等；初始化完成后，人機(jī)界面顯示控制系統(tǒng)界面，根據(jù)需要通過人機(jī)界面向主機(jī)發(fā)送噴霧形態(tài)切換的指令；形態(tài)切換完成后，通過人機(jī)界面進(jìn)行噴霧形式的選擇。從機(jī)主程序流程圖如此圖8所示。從機(jī)主要負(fù)責(zé)采集噴桿到地面距離及噴桿到植株冠層距離，測(cè)量數(shù)據(jù)在單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，處理過的數(shù)據(jù)經(jīng)分析后由單片機(jī)做出判定，根據(jù)判定出的能否為靶標(biāo)作物進(jìn)而進(jìn)行噴霧或停止噴霧的決策。超聲波傳感器作物示意圖如此圖9所示。超聲波傳感器采集兩部分距離信號(hào)：一部分是參考傳感器采集噴桿到地面距離；另一部分是對(duì)植物傳感器采集噴桿到植物冠層或噴桿到壟上地面的距離。單片機(jī)將這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理并分析，通過兩部分距離數(shù)據(jù)進(jìn)行比擬，根據(jù)對(duì)植物傳感器的數(shù)據(jù)與參考傳感器數(shù)據(jù)能否有差異，可判定出噴頭將要到達(dá)的位置下方是植物還是壟上地面；然后對(duì)PLC發(fā)送指令，以控制電磁閥的開關(guān)動(dòng)作。3煙草噴霧田間試驗(yàn)為了對(duì)環(huán)保型高地隙煙草噴霧機(jī)的工作性能做出合理評(píng)價(jià)，針對(duì)煙草不同生長(zhǎng)期形態(tài)，對(duì)團(tuán)棵期與旺長(zhǎng)期的煙葉測(cè)試噴桿噴霧性能，對(duì)打頂期和采收期的煙葉測(cè)試隧道式噴霧方性能。測(cè)試地點(diǎn)：諸城市辛興鎮(zhèn)西元煙葉農(nóng)場(chǎng)；測(cè)試煙田面積1.3hm2,南北長(zhǎng)180m,東西寬74m.測(cè)試方式為噴桿式噴霧和隧道式噴霧作業(yè)。測(cè)試方式方法如下：用甲基紫生物染色劑加蒸餾水配制體積分?jǐn)?shù)為0.1%的溶液代替農(nóng)藥作為噴霧液進(jìn)行噴霧試驗(yàn)，并使用半徑為11cm定性濾紙作為霧滴沉積載體[6].每次試驗(yàn)開場(chǎng)前，在每個(gè)采樣點(diǎn)上用回形針固定一張濾紙，用于測(cè)定葉片正反面的霧滴沉積量。行走機(jī)架前進(jìn)速度為0.4m/s〔此速度選擇以噴霧機(jī)田間行走速度為根據(jù)〕,在這個(gè)速度下分別進(jìn)行隧道式噴霧系統(tǒng)與噴桿式噴霧構(gòu)造的模擬田間噴霧作業(yè)。噴霧后，將每個(gè)采樣點(diǎn)的濾紙分別收集至枯燥的密封袋中。將濾紙置于玻璃皿中進(jìn)行無水乙醇洗脫，時(shí)間為3min,最后用分光光度計(jì)測(cè)定洗脫液中甲基紫的吸光度，并根據(jù)轉(zhuǎn)換公式計(jì)算出每個(gè)采樣點(diǎn)的單位面積霧滴沉積量[7].測(cè)試結(jié)果如表1所示。由表1能夠看出：煙草噴霧機(jī)單位噴藥量到達(dá)煙草病蟲害防治要求；十分是在煙草打頂期和采收期的隧道式噴霧作業(yè)中，藥液霧滴霧化和煙葉正反面附著比傳統(tǒng)的噴桿式噴霧效果好，且?guī)缀鯚o煙葉損傷。4結(jié)論1〕該環(huán)保型高地隙煙草噴霧機(jī)針對(duì)煙草不同生長(zhǎng)周期，經(jīng)過噴霧機(jī)構(gòu)調(diào)整后，實(shí)現(xiàn)了3行隧道式和七行噴桿式的噴霧作業(yè)，提高了煙草不同生長(zhǎng)期的藥物噴施效果，在保證作業(yè)效果的同時(shí)提高了噴藥機(jī)的全年作業(yè)利用率。2〕對(duì)靶噴霧裝置和藥液回收裝置的使用有效控制了藥液浪費(fèi)，提高了農(nóng)藥的利用率，減輕了農(nóng)藥對(duì)煙田生態(tài)環(huán)境的影響。3〕對(duì)機(jī)架收攏裝置的使用有效地實(shí)現(xiàn)了機(jī)架工作狀態(tài)與運(yùn)輸狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，方便了機(jī)架的運(yùn)輸，促進(jìn)了煙草生產(chǎn)機(jī)械化的實(shí)現(xiàn)。4〕大田試驗(yàn)驗(yàn)證了該機(jī)在煙草上作業(yè)的有效性。在不同壓力下，隧道式噴霧系統(tǒng)在打頂期和采收期對(duì)上層煙葉正面和下層煙葉正反兩面單位面積霧滴沉積量比普通噴桿式噴霧系統(tǒng)大得多。以下為參考文獻(xiàn)：[1]陳恩明，朱志偉，張曉輝。我們國(guó)家煙草田間生產(chǎn)機(jī)械化現(xiàn)在狀況及發(fā)展對(duì)策[J].農(nóng)機(jī)化研究，2008〔10〕:227-230.[2]林選知，殷壽安，張瑞勤，等。當(dāng)代煙草農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)體系構(gòu)建討論[J].農(nóng)機(jī)化研究，2020,34〔1〕:249-252.[3]何雄奎。改變我們國(guó)家植保機(jī)械和施藥技術(shù)嚴(yán)重落后的現(xiàn)在狀況[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004,20〔