轻量化在线分批预混药系统设计与试验

摘要

水稻是我国第一大粮食作物，其生长周期长，在生产过程中需要多次施药，植保任务繁重。当前我国水田植保机械仍以人力背负式施药机械为主，劳动强度大且防治效果差。尽管市场上出现了自走式水田施药机，但是其作业时需要携带较大的药箱，加之水田泥脚深，行驶过程中易陷车。同时，现有水田施药机械混药方式多以人工预混药为主，不仅存在损害操作人员身体健康的潜在风险，而且混药精度不高，对农药浪费严重，不利于农业可持续发展。
　　本文针对水田施药机械作业过程中易陷车的问题，对施药系统进行了轻量化设计：利用水田中的墒沟，施药机组在行进间就地取水，配合轻量化在线分批预混药系统为施药机组提供药液，从而不需一次性携带大面积施药所需药液，减轻混药系统的总质量。轻量化在线分批预混药系统由取水装置、混药装置、取药装置、喷施装置和控制装置等部分组成，以市场上主流的12m喷杆施药机械混药系统的工作参数作为参考，对泵及水箱等部件进行选型。
　　通过对轻量化在线分批预混药系统的功能需求和工作状况的分析，对其控制系统进行了硬件设计，包括控制器、液位传感器、电磁阀、外部输入模块等控制部件的选型，取药装置的设计等，由PLC控制电磁阀的通断时机和脉冲数对混药箱分批定量供水和供药完成水药的高精度混合。通过对各个硬件的重量核算，其总质量远小于市场主流机型混药系统的重量。
　　根据控制系统的工作流程，绘制系统流程图并确定系统软件的总体方案，对系统功能模块进行划分，包括触摸屏人机交换界面的子程序、取水箱取水及反冲洗子程序、混药箱的供水及溢流子程序、取药装置的取药及注药子程序、系统时序控制主程序等，并对液位传感器的信号采集及处理、伺服电机的控制等关键参数进行计算。
　　本文通过对轻量化在线分批预混药系统的设计，搭建了轻量化在线分批预混药系统平台，并进行了混药精度和混药均匀度的试验。试验结果表明：系统实现了在线分批预混药的功能，在设定水药混合比为250:1、700:1、1000:1三个水药混合比下，其实际水药混合比与设定水药混合比误差均小于7%，药液箱内的溶液浓度与理论浓度误差均小于20%。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外施药机械的发展与现状

1.3 国内外在线混药装置的发展现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 水田施药机施药系统的轻量化设计

2.1水田施药机施药系统轻量化设计的设计思想

2.2 水田施药机轻量化在线分批预混药系统的总体设计

2.3 主要作业参数的确定

2.4 就地取水装置的设计

2.5 关键部件选型

2.6 本章小结

第三章 轻量化在线分批预混药控制系统的硬件设计

3.1 控制系统的功能需求分析

3.2 关键部件的选型设计

3.3 轻量化在线分批预混药控制系统的编址

3.4 系统硬件的重量核算

3.5 本章小结

第四章 轻量化在线分批预混药控制系统的软件设计

4.1 控制系统的编程环境及编程工具

4.2 控制系统软件功能需求分析

4.3 软件总体设计方案

4.4 软件设计方法及功能模块划分

4.5 关键参数的计算

4.6 本章小结

第五章 轻量化在线分批预混药系统的试验

5.1 试验平台的搭建

5.2 混药精度试验

5.3 混药均匀性试验

5.4 本章小节

第六章 研究总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 进一步研究与展望

参考文献

在学期间发表的学术论文及其他科研成果

附录：语句程序表