车载式喷雾机的设计大学毕设论文

前言我国是农业大国，保证农业的高产、稳产是解决我国占世界7%的土地养活22%的人口的关键，但由于后期病虫害防治一直不能很好的解决，这就直接影响了产量。因此，与农作物的病虫害作斗争是我国农业生产的重要环节。由于化学防治见效快、效率高等特点，仍将是今后防治农业病虫害的主要方式之一。车载式喷药机各种作物的后期病虫害防治的需要。本设计中关键性技术的设计，能够更高效的解决病虫害问题。本设计中对车载式喷药机的各种技术进行设计，进行了一系列的计算与仿真，研究解决了各种技术难点，主要研究关键性技术主要包括以下几个方面：(1)车架整体设计：由于作物多样化，因此在设计中要考虑很多的东西，首先要设计合理的车架高度，其次解决转向系统和轮距调整系统。这样可以使车载式喷药机具有更好的地形适应性;(2)传动系统设计：车载式喷药机的传动主要靠拖拉机的带动，经过各方面的考虑选用皮带轮传动。(3)喷杆整体设计：喷杆做为整机的重要组成部分，在设计方面就要求具有很好的环境适应性，因此本文设计中，就对喷杆的悬挂系统、升降系统、平衡机构和折叠机构进行了一系列的计算设计。所以，车载式喷药机的设计，极大的提高了喷雾的效率，解决了作物后期病虫害问题，实现了产量的增长，同时也促进了经济的发展，在农业机械上占有重要的地位。关键词：车载式喷药机；喷杆系；传动系统目录TOC\o"1-2"\h\u274281绪论 绪论1.1课题研究的目的和意义新疆是我国农作物种植面积最大区域之一。近几年来，我国农业发展迅速，机械水平不断提高，农作物种植面积不断增加[1]。但由于气候变暖，农业生态环境、种植业结构、耕作制度、种植品种、生产方式及生产条件等的改变，一些病虫害或传媒昆虫的生活和流行条件也随之改变，创造了适合某些有害生物积累的生态环境，病虫害的发生呈加重趋势，尤其影响农作物种子的发芽率、净度和饱满度[2]。近年来全国防治农业病虫草害每年需要使用农药120万吨（制剂）左右，防治面积达4亿公顷以上，植物保护工作为农业丰收做出了巨大贡献，起到了保驾护航的作用，但与农药的高速发展相对应的却是农药赖以喷施的农药机械发展水平落后，这直接影响到了农业生物灾害的防控能力。植保施药成为农作物生产过程中必不可少的作业环节[3]。研究表明，农作物因受病虫草害的影响可直接减产10%～20%，植保施药成为有效保证农作物优质、高产和稳产最直接有效的方法之一。常规的施药机械难以适应，而人工施药不仅强度大、效率低，还极易对人身体造成伤害。化学除草杀虫又是其中的核心技术之一[4]。因此，寻求一种能够代替或部分代替人力劳动、作业效率高、质量好、易于操作、价格低廉的机动施药机械，成为现实所需。经过市场调查发现，现阶段市场上的机动施药机价格普遍较高，整体结构复杂，同时还存在一些设计缺陷，农民并不看好。基于上述情况，所以产生了自行设计车载式机动施药机的念头[5]。因此研制出一种小型、高效、安全的防治农作物病虫害的车载式喷药机具有重要的现实意义。1.2国内外车载式喷药机概况及发展现状1.2.1国外发展现状大型化。欧美发达国家大型农场作业面积较大，主要使用大型喷杆打药机进行田间作物植保作业，作业幅宽最大可达42m，要想容量在400~3000L，作业速度可达8~10km/h,配置动力大多在73.5kW以上。机电液一体化。国外大型车载式喷药技术比较先进，多采用机电液一体化技术来控制喷杆作业方位、平衡性和稳定性。可根据传感器监控的数据，使用计算机和电子仪器控制喷雾量和行走速度，大大提高作业效率和施药准确性[6]。智能化。研究应用GPS。激光测距，微电子传感器、机器视觉及卫星遥感技术，形成智能化精准农业管理系统，包括导航、自动驾驶、机器绘图、喷药自动控制和喷头位置自动调节等。安全性高。车载式喷药机自动化程度高，采用密闭式驾驶舱，配备抽风和过滤设备，能净化空气，消除粉尘、霉菌、药液等有害物质，确保驾驶员身体不受农药危害。1.2.2国内发展现状与欧美发达国家相比，我国车载式喷药机的发展还处于起步阶段。（1）技术性能落后。现有嗯药机中80%左右处于发达国家20世纪五六十年代的水平，尤其是年产量高达800~1000万台的各种手动式喷药机，存在着严重的”跑、冒、滴、漏”现象，每台机器在每年的使用过程中军出现故障6次以上。常用机具仍为单管喷药机、压缩式喷药机及背负式喷药机“老三样”产品[7]。（2）系统化程度低。各类机动植保机具喷射部件种类少、型号单一，喷头等重要做也不见系列化程度低，不能满足多种作物病虫害防治需要。一些机具作业性能较差，农药利用率低，浪费严重，农药残留超标，要种污染环境，而且整机重量大，工作效率低，劳动强度大。（3）推广力度小。通过引进和自主研发，目前我国已开发了不少技术性能较好的大中型喷杆和风送喷药机，精变量施药技术的研究也有了很大进展。但由于国家补贴投入力度不够，受农民经济承受能力差等因素的影响，这些新技术新机具大多停留在试验示范阶段，未能推广到农村基层，仅仅在一些大型农场得到应用。1.2.3车载式喷药机发展前景近几年，农村劳动力逐步转移到二、三产业，青壮年劳动力严重断却，迫切需要发展作业效率高、移动灵活方便的新型车载式喷药机械。从农民接受程度来看，价格在1~3万元的车载式喷药机结构比较简单，技术含量不是太高，比较适合农田植保作业。以徐州市为例，按年质保作业量1.67hm2，每年需要添置喷药机3000台以上，车载式喷药机发展空间很大[8]。1.3现有喷药机的种类（1）手动背负式喷药机这种喷雾器结构简单，价格便宜，在我国占据主要地位，整个植保机械市场占有率达到了80％左右，全国多数省市的病虫草害防治工作都依靠它来完成，主要的型号有3WB·16型、552压气型和3WS·16喷雾器等。现在以M316118型喷雾器为例做简单介绍。这种喷雾器结构比较简单，主要由药箱、唧筒、气室、出水管、手柄开关、喷杆、喷头、摇杆和背带组成。其工作原理是人力摇动摇杆，使皮碗在唧筒和气室内反复开启与关闭，逐渐增大气室中的压力(最高0.6Mpa)，在压力作用下，药箱中的药液经过出水管再经过喷杆，最后由喷头以雾剂的形式喷出。这种类型喷雾器制造技术落后，整体质量不高，跑冒滴漏现象十分严重，作业效果不尽人意，也成为农药用量过大、环境污染和农产品农药超标的罪魁祸首之一。（2）机动式植保机械。它主要分为两个类型：机动背负式和机动担架式。我国机动式植保机械大约有二三十种，市场保有量在三百万台左右。背负式植保机械代表机型有WFB.18型，属于超低雾喷药机。担架式植保机械代表机型有工农-36，属于多用途机械，主要用于果园防治工作。（3）利用拖拉机做牵引的植保机械。这类植保机械主要用于大田防治工作，主要是应用喷杆式喷药机，分为背负式、悬挂式和自走式高地隙喷药机。背负式喷药机结构简单，成本低，跑冒滴漏现象严重，农药利用率较低，农作物农药残留多。悬挂式喷药机作业面积广，喷雾效果比较好，但是成本较高，不适合小田使用。这类喷药机的整体设计大多是在拖拉机的驾驶后座上焊接一个机架，用于固定药箱，配置一套喷药系统，利用拖拉机后动力输出轴传给液泵动力。自走式高地隙喷药机比较适合农作物间隙较大的场合使用。（4）航空型植保机械。我国很早就有用小型飞机做撤药载体的先例，如2型小型飞机，但是实际生产中应用较少，目前全国航空植保机械保有量不足200架。近年来，我国某些公司也研制出了一些新型航天植保机械，比如在2013年的南京植保展上，华盛中天展出了一款WSZ.1805／2410多旋翼无人植保机，可进行农、林、牧的农药喷洒、弥雾、喷雾等植保作业。该机型采用高效能电池作为电源，配备手动GPS增稳导航飞行控制系统，附带远程视频监测系统，可以根据客户需要增加自主飞行控制、农业病虫测报系统等，实现大面积监视测报功能。它的主要优点是：便于携带，起飞适应性好，操纵简单，使用方便，超低空作业，作业质量高，噪音小，节省劳动力(相比人工提高功效100．200倍)，低量或超低量施药技术，利用气流作用于作物根部，穿透性好，提高农药利用率50倍以上。但是，无人植保机也存在一些问题，由于载重较小，一次飞行只能携带5Kg的农药，飞行时间最多维持20分钟，而且很多地区政策还不够完善。受我国国情约束，航空式植保机械的发展受到了较大限制。整体来看，我国植保机械从无到有，从一到多，确实取得了一定的进步，也有部分公司从行业中脱颖而出，比如中机美诺、华盛中天等，但是，我国目前使用的植保机械数量依旧不能满足农业发展的需要，大面积机械化作业水平仍然不高，手动式小型植保机械在我国依然占据着主要位置[9]。1.4课题研究的主要内容本设计主要内容是车载式喷雾机的总体设计，要解决的关键问题就是全方位喷雾，并能够雾化均匀，实现实时搅拌。具体的解决的思路如下：查找相关资料进行方案的确定，进行机构的构想和可行性分析，最后做出总体设计。2总体方案的设计2.1设计的方案喷药机是一个集机、液为一体的系统，它由机械结构、液压动力系统组成。将喷药机比做人的话，机械结构是它的骨架，液压系统是它的肌肉。因此，喷药机设计的第一步就是设计机械结构。设计机械结构之前，已经明确本次设计的喷药机都有什么功能：（1）主要用于大田农作物的喷药工作，作业面积要大；（2）能够根据农作物不同的行距来调整车轮的位置；（3）能够根据农作物的株高来调整喷头的高度。2.2样机结构及工作原理2.2.1样机结构车载式喷药机主要由药箱，牵引架，支管架，齿轮泵，喷杆喷头，软管，液压等组成。拖拉机2.皮带轮3.齿轮泵4.牵引架5.支撑小臂6.支撑中臂7.药箱8.车轮9.固定架10.喷头11.液压缸12.进料口13.卸荷阀图2-1车载式喷药机装配体2.2.2工作原理将自吸泵安装在拖拉机驾驶座后方，由柴油机带动微型自吸泵工作。工作时，打开喷药阀，由人工控制喷药速度。当喷药速度较快时，白吸泵喷出的药液全部从喷头喷向农作物，在喷药速度减慢或关闭喷药阀停止工作时，多余的药液压力自然升高，可通过逆止阀回流至药箱。回流压力可根据喷药高度由人工自行调节，喷药间断期间无需停机，提高了作业效率，同时也避免了药液的浪费。工作时，药箱的农药不断供给给泵，然后由软管运送到喷杆中，喷头就会源源不断的喷洒农药。在泵的输出管中插入一个液压阀，当压力达到一定值时，液压阀会打开，由另一根软管连接到药箱，用来搅拌药箱中的农药，避免产生沉淀。另外在喷管中也会有一个回流阀，当发生阻塞或压力达到一定值时，压力阀会打开，将农药送回药箱。3关键部件的设计3.1药箱的设计药箱长为3m，宽为1.4m，高为1.2m.总容积为5m3，加液口直径为0.3m，出液口直径为0.1m，面倒角半径为0.3m。主要用于储存药液，药液的搅拌。为了提高药液箱的耐农药腐蚀能力，药箱采用聚乙烯塑料制作。药箱的上方开有加液口，并设有加液口滤网；药箱的下方设有出液口，并在出液口旁做一沉水槽，以达到自然放干药液的目的。为了保证农用拖拉机的作业协调性，提高其工作效率，药液箱容积设计原则主要有两个方面：一是加满药液后不至于使拖拉机受力失去平衡；二是不给农机手带来不便，不影响喷洒药物的质量。药箱的容积大小可根据所选用拖拉机的具体情况来确定。图3-1药箱3.2牵引架的设计牵引架架是承载整个喷药装置的载体，属于大型的构件，尺寸与整个喷药机的尺寸相互联系。同时由于药箱、支管架、液压处于重要位置，因此它的整个重量分配以及平衡点需要考虑。牵引架上配备的轮胎可以粗调，能够根据不同行间距进行适当的调整，方便农药机的工作。如果牵引架过大将会影响整体的尺寸、重量等，稳定性不好控制，如果机架尺寸太小，那么不但不能满足农药机的任务同时也会影响农药机各个部件的配合，从重量因素上考虑的话，机架过重的话那么整机也会过重，对牵引的要求就会增加。通过数据对比和拖拉机尺寸考：设计牵引架长4.3m，宽2.6m，高1.55m。图3-2牵引架3.3支管架的设计3.3.1支管架液压升降系统喷药机支管架悬挂系统是由液压升降油缸来完成升降的。喷药机支管架升降系统的的作用是达到更精确的喷药高度，提高农药的使用率，减少农药的损失，降低人工劳动强度。该机构中包括活动支架、固定支架和升降液压缸。固定在固定支架上的升降液压缸带动支管架在导轨槽的引导下带动活动支架进行升降，以达到需要的高度。图3-3液压升降系统管支架中小臂长达3.1m，中臂长3.8m，大臂长4.2m。当工作时，整个管支架都打开时，喷药长度可达18m。图3-5管支架装配图4主要部件的设计和计算4.1泵的选用对于喷药机的主要组成部件泵体，在设计中选取了直齿圆锥齿轮泵。。由于直齿圆锥齿轮泵的动力主要由手扶拖拉机或小四轮柴油机带动，故该泵体采用三角皮带传动。从皮带轮方向看，泵的转子为逆时针方向旋转。直齿圆锥齿轮泵具有使用寿命长、密封可靠、耗能低和维修方便等特点。输送温度不超过80℃的清水或物理、化学性质类似于清水的液体，适合农田、桑田、果园以及花卉等作物的喷灌，也可以用于排涝时使用。图4-1泵的安放位置图4-2泵与拖拉机的传动方式4.1.1确定比转数

计算泵的比转数ns，确定泵的结构方案。公式为

（4-1）式中

Q——单吸叶轮泵的流量，m3/s

H——单级叶轮泵的扬程，m。

则：（4-2）=108.34.1.2确定泵进、出口直径

吸入口直径Ds由进口流速sv(经济流速)决定，（4-3）由于空化要求较高，应取较大的进口直径，以减小流速。

初选vs=2—3.5

m/s

试选

vs=2

m/s

则

（4-4）=72.8mm按标准取DS=70

mm

而出口直径Dd按经验公式Dd＝（0.7～1.0）Ds确定。

对于低扬程泵，取泵出口直径，则取Dd=Ds=50

mm

4.1.3

泵进出口流速

泵进口速度Vs

=（4-5）=2.17m/s泵出口速度Vd（4-6）=4.25m/s4.1.4确定效率和功率1）水力效率：（4-7）=0.854.1.5容积效率：（4-8）=0.974.2液压回路图4-3液压回路4.3喷头的选择喷头在喷雾装置中起着非常关键的作用。喷雾装置通过喷头控制液体的流量，使液体雾化成雾滴，并将雾滴分布在目标的表面上。喷头是喷药机实现喷雾作业的终端件，其选型对喷药机的性能尤为重要。在相同喷药量条件下，药液雾滴越小，雾滴的数目也就越多，覆盖面积越大，并且比较均匀，防治效果越好.可根据以下6点要求来选择喷头：（1）覆盖率，一般小雾滴的覆盖率要高于大雾滴(同等喷雾量)；（2）漂移率，在有风的情况下，大雾滴的抗漂移性能明显好于小雾滴；（3）均匀性，小雾滴的穿透力强于大雾滴，特别是当作物密度较高时，有利于雾滴在作物枝叶各层次上的分布。（4）喷头距工作面的高度应为400mm，此时雾化及扇形状态均好。过低则雾化不良，过高则扇面变形。（5）喷头间距应为500mm，这样可确保喷射的扇形雾面一次重叠覆盖，从而获得理想均匀的雾量分布。（6）所有的喷嘴缝隙应平行错开，与喷杆方向形成5～10°的夹角，以防止扇形雾面重叠时碰撞产生较大雾滴，从而避免药害，确保雾滴大小均匀。所以由此我选用延长范围扇形喷头，而且在此基础上我增加了喷头数量，使它的范围更广。这种喷咀是目前我国所用最多的喷咀，但要求用户使用时选择不同的压力。效果才会更佳。喷头的几种类型：（1）文丘里气吸喷咀（通常我们称之为防飘移喷咀），这种喷咀最大特点是，喷洒药液形状是由充气的大雾滴组成，一般可在五级风范围内均可喷洒。图4-4文丘里气吸喷咀（2）前置喷孔扇形喷咀，这种喷咀一般多用于苗后期，与第一类有相同之处，比第二类飘移量少。图4-5前置喷孔扇形喷咀（3）撞击式扇形喷咀，喷雾形状扇形，与第二类相比喷雾压力的变化对喷雾效果影响更大，防飘移效果较好。图4-6撞击式扇形喷咀延长范围扇形喷头，这种喷咀是目前我国所用最多的喷咀，但要求用户使用时选择不同的压力。效果才会更佳。图4-7延长范围扇形喷头经过参考，我结合的上述喷头的一些优点，并且喷头数量和角度上进行一些改进，使它喷药范围更广。我设计的喷头如图：图4-8短喷头4.4液压缸的选用牵引架重500kg，需要上下移动的距离是0.7m,由于承受的压力比较小，所以选用缸径40mm，行程0.7m的液压缸。图4-9液压缸4.5阀的选用卸荷阀：当拖拉机在田间作业时，可能会造成喷杆件内压力过大，为此设计安装了喷药卸荷阀。在药液压力自然升高时，多余的药液可通过回流阀回流至药箱，避免了药液应压力大遗漏所造成的泄露和浪费。该卸荷阀由壳体、钢珠、弹簧以及旋盖等组成，利用旋盖可以自由调节喷药压力，以适应不同的喷药高度，将喷药溢流阀安装在齿轮泵的出药口端。溢流阀：在泵的输出管中插入一个液压阀，当压力达到一定值时，溢流阀会打开，由另一根软管连接到药箱，用来搅拌药箱中的农药，避免产生沉淀，而且大大的增加了药液的利用率。

总结毕业论文是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的给车载式喷药机的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种管道的安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求，这些本是我工作后才会意识到的问题，通过这次毕业设计让我提前了解了这些知识，这是很珍贵的。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。从不知道毕业论文怎么写，到顺利如期的完成本次毕业设计，这给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，这些我在毕业论文结束语中都提起过。事实上，车载式喷药机上我采用了一些新的技术和设备他们有着很多的优越性但也存在一定的不足，这些不足在一定程度上限制了我们的创造力。这无疑是很让我自身感到遗憾的，可这些不足正是我们去更好的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为祖国的四化服务。车载式喷药机是由农村常见的动力机械通过与泵组合而成，结构紧凑、安装方便、流动性强、使用性能好、作业效率高，很适合农村道路两侧、房前屋后树木及果园喷药之用。该喷药机还可与田园微耕机配套使用，适应大面积作业，是农村植保专业户的理想机具，具有很好的推广前景。致谢非常感谢安静老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给自己的指导，通过这一阶段的努力，我的毕业论文《车载式喷药机》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在本论文的写作过程中，我的导师安静老师倾注了大量的心血，每次遇到难题，我最先做的就是安静老师寻求帮助，而安静老师每次不管忙或闲，总会抽空来