專利名稱：一種自行走定向靜電噴霧機的制作方法
技術領域：
本發明是一種實用型可移動式靜電噴霧機，針對大棚作業環境下的農作物在農藥使用中的低效率，不僅浪費大量農藥，還使大量農藥流失到環境中，造成人畜中毒、環境污染。此外它還可適用于高速公路、城市的園林綠化。屬于機械設計與制造領域。
背景技術：
隨著農業生產的發展，農業生產中溫室、大棚栽培也在迅速增加，瓜果、蔬菜、花卉、藥用植物等具有經濟價值作物的種植面積不斷擴大，農業生產的過程中為了預防或除去病蟲害對農作物的危害，通常是采用噴灑農藥的方式進行預防和消滅病蟲害，但是在施藥實際中，噴灑出去的農藥只有極少部分能夠到達防治靶標，Metcalf曾估算，從施藥器械噴灑出去的農藥只有25% 50%能沉積在作物葉片上，不足1%沉積在靶標害蟲上，只有不足0.03%的藥劑能起到殺蟲作用。因此化學農藥是高效的，但卻是低效使用。農藥使用中的低效率，不僅浪費大量農藥，還使大量農藥流失到環境中，造成人畜中毒、環境污染。如何提高農藥的有效利用率，降低農藥在非靶標環境中的投放量，是農藥使用技術在21世紀的主要研究內容。減少農業生產中農藥的使用和依賴，減少農藥對環境的污染是現代農業工程技術發展的一個重要目標。我國靜電噴霧技術的研究始于20世紀70年代末。上海首先成立了靜電噴霧實驗協作組，上海明光儀表廠、江蘇太倉靜電設備廠、丹陽電子研究所及北京農業大學等先后研制了手持轉盤式靜電噴霧器；河北邯鄲市機械研究所研究了電場擊碎手持式靜電噴霧器；南京林業大學研制了高射程靜電噴霧機。這些單位與使用部門配合，在多種作物上進行了大量噴灑分布及防治效果實驗，但都沒達到實用推廣階段。江蘇理工大學在建立室內靜電噴霧實驗系統和大量實驗的前提下，研制了轉盤式手持微量靜電噴霧器、車載式靜電噴霧機和拖拉機牽引式風送靜電噴霧機，并進行了大面積田間應用實驗，取得了良好的滅蟲效果。江蘇理工大學對靜電場作用下的液滴霧化展開了較為系統的研究，認為靜電作用可以降低液體表面張力，減少霧化阻力，同時同性電荷間的排斥作用產生與表面張力相反的附加內外壓力差，從而提高霧化程度。南京林業大學對靜電噴霧滅蝗技術的研究，認為靜電噴霧可降低農藥的表面張力，從而提高蝗蟲受藥概率，同時還增強農藥霧滴在蝗蟲及植株上的附著力，延長農藥對蝗蟲的殘效期。
發明內容
本發明設計了一種自行走定向靜電噴霧機，其目的在于提高小田作業的自動化程度，避免盲目、大量噴灑造成的農藥利用率的低下，特別是農藥過度使用中對環境的污染破壞，同時可以降低農藥噴施成本和對環境的最小影響，實現溫室大棚中的生態平衡；；也使農業生產機械化技術更加系列化，適應“高產、優質、高效”農業的農機化技術要求。為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。一種自行走定向靜電噴霧機，其特征在于:由自行走底盤模塊、靜電噴霧系統模塊、整機控制系統模塊組成；自行走底盤模塊采用四輪支撐，后輪為驅動輪，采用直流行走電機驅動，通過鏈傳動傳遞動力，前輪為轉向輪，采用雙桿等速等行程的油缸帶動轉向機構完成轉向；靜電噴霧系統包括藥液儲存輸送裝置、控制系統、靜電噴霧裝置，藥液儲存輸送裝置包括儲藥桶、風機、紅外目標檢測器；靜電噴霧裝置采用曲柄滑塊機構；靜電噴霧系統結構:噴嘴14分別與液壓泵11和風機12相連，液壓泵11與儲藥桶13相連，同時控制系統10分別于紅外線目標檢測器9和液壓泵11相連；紅外線目標檢測器9和噴嘴14放著在曲柄滑塊機構的托盤架15上，托盤架15上下往復運動，紅外線目標檢測器9在行進中檢測出目標的存在將信號傳給控制系統10，控制系統同時啟動輸送藥液的液壓泵11和霧化藥液的風機12泵從儲藥桶13中抽取藥液并且輸送到噴嘴14實現藥液的噴灑，如果沒有目標或目標消失則不開啟和關閉。本發明的優點在于: (I)自行走定向靜電噴霧機的使用不僅僅局限于在農業生產中使用，也可以適用于園林、綠化等多領域，整機設計中充分考慮了使用的環境條件，動力源的采用蓄電池，實現無線遙控系統控制各項運動，擴大了整機的使用范圍。(2)自行走定向靜電噴霧機能夠通過紅外線目標檢測裝置自動檢測，針對目標定向定靶噴灑藥液，且采用風機與水泵共同作用，細化霧化顆粒，靜電噴頭則實現了二次霧化，提高了藥液使用的效率，避免了環境的污染，使得機器工作時更加環保。(3)自行走定向噴霧機實現人機分離，操作人員通過無遙控系統控制機器的行走、轉向和工作,避免藥液對人員健康的損傷。(4)自行走定向噴霧機在機構設計中，選擇了等速等行程雙桿油缸控制機構的帶動轉向車輪的偏移完成整機的轉向動作，該系統便于實現整車的無線遙控轉向功能。
圖1是前輪轉向裝置主視圖。圖2是后輪驅動裝置主視圖。圖3是目標檢測及噴霧系統簡圖。圖4是靜電噴霧機構的原理圖。圖5是靜電噴霧系統結構圖。圖6是自行走定向靜電噴霧機整機簡圖。
具體實施例方式行走驅動裝置的動力源采用直流變速行走電機1，行走電機I由螺栓固定于底盤上，同時通過鏈條與驅動軸4上的第二鏈輪3相連，驅動輪5通過平鍵與驅動軸鍵槽相聯。如圖1所示。轉向裝置的轉向動作通過無線遙控控制轉向機構完成轉向，選用雙桿等速等行程的油缸帶動轉向橫拉桿將平行移動轉變為車輪繞軸的旋轉運動，實現兩轉向輪的同向同角度偏轉，完成轉向運動。轉向橫拉桿7上端的滑槽與油缸8的雙桿相聯，橫拉桿的下端通過軸承與轉向輪6相連。如圖2所示。靜電噴霧系統根據工作過程和功能其組成包括:藥液儲存輸送裝置、目標檢測及噴霧控制系統、靜電噴霧機夠。目標檢測及噴霧控制系統按圖3所示的技術方案實施，該系統的特征在于:該系統有靜電噴頭14、紅外線監測器9、控制系統10、液壓泵11、風機12、儲藥桶13組成；其中:靜電噴頭14通過管路與液壓泵11、風機12、儲藥桶13直接相連，液壓泵11、風機12的控制開關以及紅外檢測器9與控制系統10直接通過電信號傳輸線連接構成該系統整體。靜電噴霧機夠的主體為噴霧結構，該結構按圖4所示的技術方案實施，根據曲柄滑塊機構的基本原理結合所設計機構的要求設計的噴霧機構，主要有紅外檢測裝置固定支架22、噴霧組件23、靜電發生器24都固定于托架板15上，曲柄17、連桿16通過軸承連接在一起并由常規機械連接固定于機架上構成完整的噴霧機構。藥液儲存輸送裝置由支架經常規機械連接固定于車架上，并通過管路與靜電噴霧機夠相連，進行藥液輸送；目標檢測及噴霧控制系統與靜電噴霧機夠之間通過電信號傳輸線連接，目標檢測裝置將電信號通過傳輸線傳遞到控制系統，控制系統通過傳輸線控制泵
11、風機12的開關，三者通過機械連接與電信號傳輸線連接成為完整的靜電噴霧系統。如圖5所示。工作原理如下:(一)自動行走底盤設計:底盤的作用作為 支架支撐、連接所有的零部件，底盤的支撐連接作用通過車架及車架上的各零部件的支撐架實現，行走、轉向機構則包含于底盤部件中。整個底盤采用四輪支撐，后輪驅動、前輪轉向。行走驅動機構設計自行走定向靜電噴霧機整機的運動是將行走電機輸出的旋轉運動轉化為直線運動，完成整機的前進或后退。通過無線控制系統發出行走或停止信號給行走電機1，當行走電機I工作時傳遞動力給第一鏈輪2，第一鏈輪2通過鏈將動力傳遞給第二鏈輪3，第二鏈輪3與驅動輪5通過驅動軸4連接，第二鏈輪3旋轉帶動驅動軸4及驅動軸上的驅動輪5一起旋轉實現前進、后退。如圖1所示。轉向裝置的設計自行走定向靜電噴霧機的轉向動作是通過無線遙控控制轉向機構完成轉向的，本機器選用雙桿等速等行程的油缸帶動轉向機構將平行移動轉變為車輪繞軸的旋轉運動，實現兩轉向輪的同向同角度偏轉完成轉向運動。控制轉向系統將轉向信號傳遞到液壓動力包內的電磁元件，控制雙桿等速等行程油缸8活塞的運動導致油缸雙桿作平移動作，油缸雙桿分別與兩轉向桿7連接，帶動轉向桿旋轉運動，轉向桿上的轉向輪6同時旋轉相同角度，實現了轉向輪的轉向動作。如圖2所示。(二)靜電噴霧系統設計靜電噴霧系統根據工作過程和功能其組成包括:藥液儲存輸送裝置、目標檢測、噴霧系統、靜電噴霧機夠。在設計中查閱、參考已有的資料和噴霧機械，決定選用了現有的藥液儲存器。藥液的輸送選用液壓泵將藥液通過管路傳輸到噴霧機構，但是，自行走定向靜電噴霧機為了提高藥液的霧化程度，使霧滴細化，增加霧滴數量，在藥液噴灑中運用風機吹風完成霧化作用。因此，藥液儲存輸送裝置的組成直接選用，包括:儲藥桶直徑X高:497 X 810mm、液壓泵、風機及輸送管路。
目標檢測及噴霧系統自行走定向靜電噴霧機設計要求在行走過程中發現檢測目標，目標存在則控制系統開啟噴霧機構進行藥液噴灑，反之，則關閉或不開啟。本機設計中考慮成本及相關因素影響，決定選擇紅外線檢測目標技術。噴嘴14分別與液壓泵11和風機12相連，液壓泵11與儲藥桶13相連，同時控制系統10分別于紅外檢測裝置9和液壓泵11相連。紅外檢測裝置9在行進中檢測出目標的存在將信號傳給控制系統10，控制系統同時啟動輸送藥液的液壓泵11和霧化藥液的風機12泵從儲藥桶13中抽取藥液并且輸送到噴嘴14實現藥液的噴灑，如果沒有目標或目標消失則不開啟和關閉。如圖3所示。靜電噴霧機構設計靜電噴灑機構包括兩大部分，一是給噴灑的霧滴增加靜電的靜電發生儀器，另外一個實現上下往復運動的機構。靜電發生器在機器的設計中選用現有產品，重點是噴霧的運動機構的選型和設計。 對于靜電噴霧機構結構比較簡單，運行速度不高，要求將旋轉運動轉換為上下的直線運動，在設計中選用了曲柄滑塊機構作為噴灑機構。根據曲柄滑塊機構的基本原理結合所設計機構的要求，靜電噴霧機構的設計如下所述。第三鏈輪通過鏈條與位于它之下的第四鏈輪18相連，第四鏈輪18通過軸與曲柄17下端和軸承座19上端相連，曲柄17上端與連桿16下端通過軸連接在一起。具體設計如下:連接紅外檢測裝置固定支架22固定支撐紅外檢測裝置9、噴霧組件23、靜電發生器24都固定于托架板15上，托架板15隨著運動機構作上下運動。上下運動的實現過程是工作電機通過第三鏈輪將動力傳遞給第四鏈輪18，與第四鏈輪18連接的軸承帶動曲柄17 —起作旋轉運動，曲柄17上端通過連接軸與連桿16下端產生連接，曲柄17旋轉運動帶動連桿16的下端作復合運動，連桿16的上端由于滑槽組件滑槽的限制只能沿著滑槽作上下往復運動，連桿16的上端固定有托板架15，固定托板架隨著連桿16上端的運動而運動，從而實現了目標檢測和噴霧機構的上下往復運動。上述組件要隨著機器一起先進，必須固定于機器之上，上述組件通過軸承座19、軸承支架20固定于車架21之上，實現了預期設計要求。如圖4所示。靜電噴霧系統的總體設計靜電噴霧系統是由三大部分組合而成，三部分共同作用才能完成藥液的噴灑工作。首先，在靜電噴霧機行走過程中，噴霧機構功過電機25通過第三鏈輪26傳動將動力傳遞第四鏈輪18，第四鏈輪18帶動與之相連的曲柄17，曲柄17帶動連桿16運動，使得機構最終實現托盤架15沿滑道的的上下往復運動，同時，置于托盤架上的紅外線檢測裝置9工作，如果檢測到植物信號后，將信息傳遞到控制泵、風機開關的控制系統，控制系統同時將泵11、風機12打開，實現行進中噴灑藥液作業；當檢測裝置檢測目標已經消失或者沒有目標，則控制系統關閉或則不打開泵、風機。藥液儲存在儲藥桶13內。靜電噴霧系統的結構如圖5所示。(三)自行走定向靜電噴霧機的總體結構設計自行走定向靜電噴霧機除了上述各部分系統，還包括了提供動力源的24v蓄電池27、液壓包28和相關控制元件以及實現無線遙控的整機控制系統，24v蓄電池27、液壓包28都固定在底盤上，液壓包28在24v蓄電池27前方，以上元器件根據需求整機的結構布置通過常規機械連接和電信號傳輸線連 接在一起。整機的結構布置簡圖如圖6所示。
權利要求
1.一種自行走定向靜電噴霧機，其特征在于:由自行走底盤模塊、靜電噴霧系統模塊、整機控制系統模塊組成；自行走底盤模塊采用四輪支撐，后輪為驅動輪，采用直流行走電機驅動，通過鏈傳動傳遞動力，前輪為轉向輪，采用雙桿等速等行程的油缸帶動轉向機構完成轉向；靜電噴霧系統包括藥液儲存輸送裝置、控制系統、靜電噴霧裝置，藥液儲存輸送裝置包括儲藥桶、風機、紅外目標檢測器；靜電噴霧裝置采用曲柄滑塊機構；靜電噴霧系統結構如下:噴嘴(14)分別與液壓泵(11)和風機(12)相連，液壓泵(11)與儲藥桶(13)相連，同時控制系統(10)分別于紅外線目標檢測器(9)和液壓泵(11)相連；紅外線目標檢測器(9)和噴嘴(14)放著在曲柄滑塊機構的托盤架(15)上，托盤架(15)上下往復運動，紅外線目標檢測器(9)在行進中檢測出目標的存在將信號傳給控制系統(10)，控制系統同時啟動輸送藥液的液壓泵(11)和霧化藥液的風機(12)，泵從儲藥桶(13)中抽取藥液并且輸 送到噴嘴(14)實現藥液的噴灑，如果沒有目標或目標消失則不開啟和關閉。
全文摘要
一種自行走定向靜電噴霧機屬于機械設計與制造領域。本發明由自行走底盤模塊、靜電噴霧系統模塊、整機控制系統模塊組成。自行走底盤模塊采用四輪支撐，后輪為驅動輪，采用直流行走電機驅動，通過鏈傳動傳遞動力，前輪為轉向輪，采用雙桿等速等行程的油缸帶動轉向機構完成轉向；靜電噴霧系統是包括藥液儲存輸送裝置、控制系統、靜電噴霧裝置，藥液儲存輸送裝置包括儲藥桶、風機、紅外目標檢測器；靜電噴霧裝置采用曲柄滑塊機構。本發明定向定靶噴灑藥液，避免了環境的污染，提高了藥液使用的效率，實現人機分離，操作人員通過無遙控系統控制機器的行走、轉向和工作，避免藥液對人員健康的損傷。
文檔編號A01M7/00GK103223383SQ20131008466
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月15日 優先權日2013年3月15日
發明者李楊, 薛孝樂, 趙鵬, 王大康 申請人:北京工業大學