山东理工职业学院 山东济宁 272067
摘要：近年来，我国植保无人机农药喷洒的使用量日益增长，在农作物方面的使用范围越来越广泛，特别是在地面喷雾器难以实现的工作领域具有广阔的开发应用前景。植保无人机低空低容积农药应用与传统手动喷雾操作相比具有更高的效率，成本大大降低，它能够满足高效农业和经济发展的需要。
关键词：植保无人机；喷雾系统；施药技术
前言
近年来，我国植保无人机农药喷洒作业的使用量日益增长，应用的农作物范围也越来越广，尤其在地面喷杆喷雾机难以进地作业地区具有广阔发展应用前景。植保无人机用于低空低量施药作业与传统人力背负喷雾作业相比具有作业效率高，劳动强度小；与有人驾驶大型航空飞机施药相比成本大大降低，并能够满足高效农业经济发展的需求。特别是对于水稻、中后期玉米、丘陵中种植的农经作物等地面机械难以进地进行农药喷雾作业的情况，至目前，我国研发了多种适合于这种不同地区小农户的植保无人机，以应对日益严峻的病虫害防治任务；同时，采用植保无人机进行农药喷施，人机分离、人药分离、高效安全，并能实现生长期全程植保机械化喷雾作业。
1无人机农药喷洒系统喷雾特性及影响因素
1.1无人机农药喷洒系统喷雾特性
在实践中，通过分析可以了解到影响无人机农药喷洒系统的喷雾特性的主要因素就是翻滚、偏转以及振荡等问题。其中翻滚就是在无人机农药喷洒系统中其喷杆绕机体前进方向中的水平轴呈现上下旋转的状态;而偏转则就是在无人机农药喷洒系统中其喷杆系统垂直与整个无人机方向进行旋转的状态；振荡指则是在整个无人机农药喷洒系统中的喷杆在运动过程中基于整个机体的平行方向进行上下摆动的状态。通过对无人机农药喷洒系统的运动分解进行分析可以发现，其主要可以将整个运动分解为垂直方向的运动状态以及水平方向的运动状态，在无人机农药喷洒系统运行过程中无论其基于何种方向运动都会导致整个无人机农药喷洒系统喷雾输出受到不同程度的干扰。对此，在实践中要想提升其整体的喷雾效果，必须要及时调整喷杆的动态以及静态特性，对其进行深入分析，进而实现精准控制。
1.1.1构建无人机农药喷洒系统模型
对悬架与喷杆进行模型设置，保障其两端可以实现折叠以及延伸，要基于新疆昌吉州木垒县中农业状况以及不同的工作状况进行工作模式的选择。
1.1.2构建运动模型
悬架是整个无人机农药喷洒系统的关键内容，主要就是通过两组弹簧阻尼器以及喷杆进行连接；其中一组主在喷杆水平运行的平面上进行设置，其主要的作用就是控制整个喷杆的水平方向运动与操作；而另一组则位于垂直运动的平面之上，其主要就是控制喷杆在竖直方向运行过程中的状态。通过对悬挂模型分析可以了解到，其在弹簧阻尼的支撑之下，可以分为水平以及垂直两个不同方向的矢量运动，针对其不同的平面运动进行运动模型的构建，了解其具体的状况。
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1.2无人机农药喷洒系统喷雾特性影响因素
通过对无人机农药喷洒系统模型的悬架与喷杆进行模型以及运动模型进行分析可以了解到，无人机农药喷洒系统的喷雾特性主要影响因素具体如下：无人机农药喷洒系统的因素有翻滚、偏转及振荡三种问题，在运行过程中喷杆基于弹簧阻尼支撑之下可以分解为水平以及垂直两种类型的矢量运动，在对其进行分析，了解到弹簧阻尼安装的位置以及对于整个无人机的结构性能影响相对较小。而偏转运动则在一定程度上导致喷雾波动问题的出现，相对来说没有翻转运动状况之下稳定。而在喷头速度在接近10的时候，就会导致整个喷雾效果高于预期的标准要求；在整个喷头速度相对较高的时候，就会出现一些不达标区域范围，这样就会导致整个喷雾区域呈现不均匀喷雾的状况，而出现此种问题的主要成因就是因为喷头角度变化、喷头间距设置缺乏均匀性导致的。无人机农药喷洒系统在喷雾之后必须要综合喷雾装置喷雾特性以及喷雾控制中产生的各种影响，综合实际状况进行调整，进而保障喷雾质量。
2植保无人机喷雾系统分析
2.1药箱
药箱是植保无人机喷雾系统的一个重要部件。我国植保无人机药箱大多为工程塑料材质，需耐酸碱、耐腐蚀，有桶状、长方体状、三棱柱状和圆锥状等不同形状，容量大小依据无人机平台起飞载荷而定，多为5~20L。目前，对于市场上几乎所有多旋翼无人机，药箱都直接固定于在无人机机身下方，如图-3中所示的大疆MG-1型和天途M6A型。而大部分单旋翼植保无人机，则效仿日本雅马哈无人机，普遍使用双药箱的设计方式，即在主旋翼下方机身两侧对称位置各放置1个药箱，2个药箱通过管路连通保持液面高度一致，使药液形成一个整体。如安阳全丰3WQF120-12型、汉和水星一号型以及广西田园3XY8D型。此外，一些单旋翼无人机采用的则是较独特的U型药箱，一种类似于将两侧的药箱打通、将无人机机身下部嵌入药箱U型槽内的结构，例如高科新农HY-B-15L型和S40型单旋翼电动无人机。
2.2液泵
液泵产生的压力是药液进入管路和雾化的动力来源，目前植保无人机喷雾系统绝大多数都采用早期研发的国产微型电动隔膜泵，图-6所示。微型电动隔膜泵是我国自上个世纪九十年代初发明装配与人力背负式电动喷雾器上的一个产品，生产应用已有20余年的历史，年产量达到5-10万台。微型电动隔膜泵用微型直流电动机（一般电压为5V、12V、24V）做动力驱动装置，驱动内部机械偏心装置做偏心运动，由偏心运动带动内部的隔膜做往复运动。从而对固定容积的泵腔内的液体进行压缩（压缩时进液口关闭，排液口打开形成微正压）、拉伸（压缩时排液口关闭，进液口打开形成负压），在泵进液口处与外界大气压产生压力差，在压力差的作用下，将药液吸入泵腔，再从排液口排出。微型电动隔膜泵的优势在于耐腐蚀、压力高、噪音低，可以用于高粘度药液的吸液和排液，但因其隔膜的脉动作用，导致喷雾压力的脉动而不能实现均匀稳压的喷雾作业。在单旋翼无人机的双药箱设计中，多采用一侧药箱分别连接一个液泵的方式以保证两侧管路压力相同。植保无人机喷雾系统中使用的电动隔膜泵的流量范围在0.5~5.0L之间，压力不超过1Mpa。
2.3雾滴雾化装置
在植保无人机喷雾作业过程中，药液经过无人机雾滴雾化装置-喷头进行雾化而分散，形成具有不同大小的细小的雾滴颗粒，并具有一定宽度的雾滴谱。不管是各种地面喷雾机还是各种航空喷雾机成雾过程中，喷头是农药雾化的核心部件。目前，植保无人机主要采用地面喷雾机装配的液力式喷头和离心雾化喷头2种类型：液力式喷头与传统地面机具上安装的喷头相同，一般根据作物特点选用扇形雾喷头或圆锥雾喷头；而离心雾化喷头大多则是采用上个世纪80年代研发生产的手持电动离心喷雾器的离心喷头，或在此基础上由各无人机生产厂商根据自身机型特点开发而成。
结束语
总之，植保无人机在我国是一个新兴行业并得到了快速发展，在高速发展的同时，深入研究植保无人机低空低量施药技术、培训专业高水平人才的迫切性不容忽视；更好的认知新兴的植保无人机施药技术会有助于优化无人机设计、推广与应用、促进农药的高效安全使用，并可为中国农用植保无人机市场的健康、有序发展作出贡献。
参考文献
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[2]杜文，曹英丽，许童羽，等.无人机喷雾参数对粳稻冠层沉积量的影响及评估[J].农机化研究，2017，39(04)：182-186+191.
论文作者:李梅
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第32期
论文发表时间:2019/3/1
标签：无人机论文; 农药论文; 喷头论文; 药箱论文; 系统论文; 作业论文; 雾滴论文; 《建筑学研究前沿》2018年第32期论文;