完善现有磁性浮子液位计自动化技术上的缺陷
日期:2019-11-20 来源: 作者:
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。
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