电动风送式葡萄喷药机的设计

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宁夏贺兰山东麓地区光照充足,适合葡萄生长,葡萄酒产业发展迅速,葡萄酒闻名于世界各地,是宁夏的特色优势产业,使葡萄产业形成集约化和规模化,葡萄必须进行机械化大规模种植,从而保证葡萄的供应充足。由于在葡萄种植过程中人工作业占据大部分时间,操作人员需要进行大强度的劳动,工作效率降低,导致了葡萄种植成本增加,经济效益降低;操作人员大多情况下会进行大容量淋雨式喷雾法的喷洒方法,用于减少病虫害带来的危害,施药理念落后。不精确的施药策略对葡萄的品质产生了不良影响且达不到对病虫害防治的目的;宁夏地处我国西北地区,常年多风沙,导致在施药期间药液飘移严重,附着性差,覆盖率低;并且我国在农业机械方面与发达国家之间还存在一定的距离。为了降低操作工人劳动强度,提高效率、提升施药技术、解决雾滴易受气象条件导致飘移严重和机械化程度较低等问题。利用农机和农艺相结合的原则,针对劳动强度大、飘失现象严重开展研究,设计一款葡萄喷药机,完成主要研究工作和成果总结如下:首先使用Solidworks对喷药机整体和其他机构进行设计,并且对零部件进行选型。其中包括利用有限元分析软件Ansys对机架进行静力学分析,保证其可靠性;其次防风系统采用幕布与小型风机组合而成,对影响葡萄喷药的侧向风起到了阻隔作用,从而减少药液飘移。接着运用Fluent软件对喷雾系统进行仿真分析,与实验结果相对比,验证风送系统选择的合理性。最后根据三维设计制造出喷药机,并对其进行静态试验和田间动态试验。(1)根据葡萄园的精准植保农艺要求,用超声波测量距离的原理,将距离信息传送到PLC中,PLC通过判别输入的信号,使伸缩机构可以调节喷雾系统到葡萄叶幕的距离和升降机构调节喷雾系统到地面的高度,遇到没有葡萄植株的间隙可以停止喷雾;采用幕布与小型风机组合的防风机构从而减少药液飘移程度,提高葡萄的覆盖率。(2)利用Fluent软件对喷雾系统进行流体仿真。对喷头、风筒、喷雾系统等分别进行建模和仿真分析,得到系统的云图,可以直观的指导施药方案的实施,也可以为分析田间试验数据提供理论依据,更好的为喷雾系统改进提供参考。根据速度云图可以得出喷雾系统在距离喷头300 mm处的药液速度比直接从喷头喷出后距离喷头300 mm处的药液速度提高了 50%,小型风机使在距离喷头300 mm处的药液速度提高了 8%。(3)在测试防飘移实验中,用质量中心距作为衡量飘移程度的标准。在侧向风风速为0 m/s、1.5 m/s、1.8 m/s、2.5 m/s的四种情况下,分别对七种防飘移方案的质量中心距进行了计算。结果表明:当侧向风的风速从0m/s增加到2.5 m/s时,在七种方案中喷头、风扇、幕布、小型风机四者组合下的质量中心距最小,分别为26.13 mm、55.46 mm、128.16 mm、144.55 mm,即药液在喷洒过程中的防飘移效果最好。(4)在田间动态试验中,通过与的悬挂风送鸭嘴式葡萄喷雾机进行对比,田间对比试验结果表明:悬挂风送鸭嘴式葡萄喷雾机和本文设计的电动风送式葡萄喷药机的工作效率分别为22.50亩/h和15.68亩/h,药液附着率分别为70.00%和78.30%,药液叶面附着点数分别为60.50粒/cm2和55.60粒/cm2,药液叶背附着点数分别为38.20粒/cm2和47.27粒/cm2,满足行业标准和国家标准。即本论文设计的电动风送式葡萄喷药机的综合性能优于常规的葡萄喷雾机。
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