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门架式双向仿形农药喷雾机的设计
摘要：近年来，我国农林业发展迅速，各种经济作物的种植面积和生产量逐年增长。这些经济作物生长过程中，都需要喷洒农药来防治病虫害，增加产量。传统果树施药方法为手动式和背负式，消耗大量人力物力，效率低，污染大。为解决这些问题，业界提出了仿形喷雾思想。仿形喷雾机用于果园植物的仿形喷雾能精确对靶，均匀喷施农药，减少农药浪费和环境污染。本文从实现仿形运动的角度出发，设计一种门架式双向仿形农药喷雾机，阐述了仿形喷雾机国内外研究现状和发展趋势，介绍了喷雾机的总体设计、各部分的设计以及零件对应的选型，进行三维设计建模，最后总结了设计过程中的收获与反思。本文设计的喷雾机包括仿形机械部分、仿形喷雾部分、空气辅助部分，主要由仿形推杆和舵机实现仿形动作，能很好的根据果树形貌进行仿形架位置和风机角度的调整，实现精确喷雾，提高农药精确率。
关键词：智能喷雾机；仿形喷雾；变流量；变风量；喷雾特性
1课题研究目的和意义
中国一直是是农林大国，近年来农业种植技术和施药装置正朝着机械化、智能自动化方向发展。我国农业重要的组成部分是果树种植行业，近年来，我国果树种植行业发展迅速，各种经济作物的种植面积和生产量逐年增长，比如橘子、苹果、茶叶等作物。在这些经济作物的生长过程中需要喷洒农药来防治病虫害，增加作物产量。传统的手动或机动喷雾机喷洒农药的果树病虫害防治方法比较落后，效率低、污染严重，不得已喷洒更多的农药实现病虫害防治，大量的农药附着在水果上容易引起农药残留超标，同时作业人员在高温下很容易发生药物中毒。
果园作物需要全面均匀精确的施药，既要防治病虫害，又要减少农药残留，保护环境。所以研究能够根据树冠和株距不相同的特点的果树仿形机构，有效提高农药利用率、降低农药使用量，对果园施药发展极其重要[1]。
仿形对靶技术是实现精确施药的一种新兴技术，它根据探测获得的树木冠层的形貌数据，自动调节喷头组，到达理想的喷雾距离，进行目标喷雾作业，提高了雾滴在树冠内分布的均匀性，提高农药施用效率。
本文主要目的是设计一种门架式双向仿形农药喷雾机，设计喷雾机仿形的机械结构、喷雾系统和空气辅助部分及其控制手段。为了达到施药自动化、高效化的目的，该仿形方法可以对果树形貌进行有效仿形，实现风送式仿形对靶精确喷雾。
2国内外研究概况
2.1国外喷药机研究成果与发展趋势
发达国家从上个世纪六十年代就已经开始研究高效、低污染的施药技术，也研制了一些相对高端的施药设备。20世纪80年代国外就出现了风囊式喷雾机[2]，实现了较高的有效沉积和全方面的喷雾，对于防治果园病虫害已经成为体系，果树种植规模、行距间距都有专业的国家标准，并由法律保护；施药装备具有很强的专业性和现代性；机具的排放、药液的用量等指标也有国际标准[3]。
2.1.1智能化发展
随着现代技术的不断发展，微电子技术、信息技术等许多新型技术现已在发达国家的植保机械中得到了广泛应用，并向着智能化、机电一体化方向快速发展。目前，日本当前主要以生产小型施药机具为主，而欧美发达国家的植保机械以大、中型喷雾机为主，一般可以显示机组的前进速度自动调节单位时间喷洒量，依据施药对象和环境严格控制施药量等。例如，自走式喷杆喷雾机在作业时，可根据不同的作物种类和大小，不同的地况和气候条件自动调节施药量的大小和雾滴直径，控制系统可以于计算机相连实现精准精量喷雾[4]。如美国伊利诺伊大学农业工程系田磊等人开发的“基于机器视觉的西红柿田间自动杂控制系统”和“基于差分GPS的施药系统”；美国加利福尼亚大学戴维斯分校研制的基于视觉传感器对成行作物实施精量喷雾系统等。
