植保机械动态特性对工作性能的影响分析

陈延龙

摘 要：植保作業是农作物健康生长的有效保证，现代化的大型植保机械在作业的过程中，容易受到多方因素的影响而降低实际的植保效果。通过分析喷药架的振动和弹性形变对喷药结果的影响，说明了几种降低喷药架动态特性对喷施效果的影响方案，供专业人士参考。

关键词：植保机械;喷药架;动态特性;弹性形变;抑制

中图分类号：S49文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.02.063

农业植保作业的效果由农药效果、喷施工艺以及植保机械共同决定。现阶段我国的农药研制技术已经比较成熟，但是植保机械的技术水平和喷头的研制与发达国家还存在着一定的差距。现阶段的发达国家的植保作业，更多以大型机械化喷施为主，植保机械上所应用的监测技术、电子控制技术以及卫星定位技术十分成熟，不仅使植保机械的工作更为可靠，还有效降低了农药的浪费，并保护了生产环境。

相对而言，我国的农业机械无论在技术层面还是实际作业效果上仍较为粗放。尽管近年来农业机械的推广与普及使大型植保机械的保有量逐渐提高，但我国自主生产的大型植保机械，在技术细节以及实际作业效果上仍存在较大的进步空间。

1 喷药架动态特性对喷药质量的影响分析

现阶段，农业植保的主要作业方式就是喷雾作业，在大型农业植保机械上，农药经过科学配比后，被快速输送到喷药架的每个喷头位置，再完成农药的喷施作业。根据喷药机械类型的不同，其喷药架体展开后的幅宽通常在20～30 m之间，更为先进的进口机械展开幅度还可能在30 m以上，这种宽幅的喷药结构能够在短时间内完成大范围的农药喷施作业，同时降低机械行走对农作物产生的影响。

由于农业生产的环境复杂，地表条件、气候因素、机械性能等众多因素都会对植保机械的作业效果产生影响。由于喷药架体的展幅范围大，农机在行进的过程中会不可避免地受到地形、速度变化等因素影响产生振动和弹性形变，这就使喷药架体产生一定规律的动态特性。由于架体会不可避免的出现垂直方向的振动和成一定角度的摆动，这就破坏了理论上均匀的喷药程度，导致喷头喷出的药液在局部范围内出现缺失或过量的问题，从而达不到所需的植保效果，并在一定程度上增加了农药残留的危害。由于弹性形变的存在，导致喷头与地表面之间出现偏差，这种偏差受到悬臂结构的影响，在喷药架体的最末端影响最大，导致喷药架末端的喷药效果不佳且容易产生漂移。由于植保过程中会出现喷施量不足和漂移的问题，就会出现部分区域的施药浓度达不到预防病虫害的要求，农民只能通过增加喷药量来达到全面预防病虫害的目的，但同时也造成了农药残留的增加。

2 喷药架动态特性的抑制方式

通过田间试验和生产实际证明，喷药架的振动是喷雾量不均匀的主要影响因素之一，由于宽幅的喷药架体的悬臂长度大，在产生较大弹性形变的同时，造成喷雾不均匀的范围也很大。实验证明，在正常的喷雾高度下作业，当喷药架出现0.3 m的振幅就能导致实际喷雾量偏离理论喷雾量高达3倍以上，因此，对喷药架的动态特性产生的影响进行一定的抑制十分必要。

2.1 机械结构的抑制方式

采用主动悬架代替传统的机械结构被动悬架，能够有效降低振动对喷药过程的影响。我国使用的大部分宽幅植保机械，在喷药架与机架之间通常采用被动悬架的连接方式，即在两者之间安装弹簧及其他阻尼装置，用来减少振动对喷药架体的影响，这种方式由于结构简单、生产制造成本低、维修方便而被广泛使用，但由于其减振效果有限，无法满足植保机械的展幅逐渐加宽的需求。因此，采用更先进的主动悬架能够满足更大型喷药机械的使用要求，主动悬架在喷药架和机架之间安装了弹簧、可调阻尼器、传感器、作动器和控制器等原件，通过对喷药架弹性和振动变化量的检测，将相关信号反馈给控制器，由控制器对阻尼系数进行调节，从而保证在不同的地形和振动的条件下，喷药架变形量始终处于最佳状态。

2.2 变量喷药算法的控制方式

当喷药架因振动发生弹性形变时，每个喷头会因在喷药架上未知的不同而产生不同的竖直位移和喷药角度的变化，由于喷药架整体性的缘故，不同振动下对喷头所产生的位移量和角度变化量是呈现一定规律的。在现代化的变量喷药控制方法中，通过调节每个喷头的压力能够实现自由的控制喷药压力和喷药量的技术要求，通过传感器技术对喷药架的振动和弹性形变进行检测，并将有关数据进行换算，进而得到位移和角度变化对喷雾范围产生的影响，在利用变量喷药技术对产生影响的喷头进行逐一的喷药量弥补，以减小喷药架体振动和形变产生的影响。

2.3 人工道路的控制方式

喷药架体振动与形变产生的主要原因就是耕地表面不平导致的，针对大面积的农田建设供农机作业使用的硬化道路，能显著改善农机行进过程中的平稳程度。大型喷药机械在硬化道路上行驶也就避免了路面大幅度振动的产生，从根本上解决了喷药架因振动和位移对喷药效果产生的影响。但是，由于人工道路的造价高，在我国的基础设施建设上还未得到普及，且由于大型喷药机的展幅多种多样，对硬化道路的间隔和适应性要求都比较高，因此，针对植保机械的硬化道路建设存在着一定的难度。