新疆是我国重要的棉花产地之一。在棉花病虫害防治过程中,由于新疆棉花主要使用矮化密植种植模式,棉花冠层稠密,药液雾滴无法穿透冠层到达棉花中下部,导致药液雾滴分布不均匀,施药效果不佳。为此,本文结合气力辅助施药技术和分行冠内施药技术,设计了棉花分行冠内冠上组合风送式喷杆喷雾机。分行器对棉花起到分行和机械扰动的作用,并可以在棉花冠层内部撑开一个有利于雾滴扩散的空间,再加上冠内冠上组合风送气流对棉花枝叶的扰动和对雾滴的输送,可以进一步提升雾滴扩散范围,改善雾滴沉积分布均匀性。本文给出了喷雾机的总体结构,采用类犁体曲面组成的前部V型导向机构和后部多层导向架的结构方案设计并优化了分行器,采用置换原则和末速度原则设计了喷雾机上、下两排风送系统,实现了棉花分行冠内冠上组合风送施药。在喷雾机风送区域选取合适的测试点,进行了风场风速测试。测试结果表明,整个棉花冠层气流穿透能力较强;棉花行冠层区域气流场风速较大且分布较均匀;棉花中部和下部冠层区域气流速度衰减较慢,有助于棉花冠层内部雾滴的扩散。在仿真棉花上选取了合适的测试叶片,并在其正反两面固定水敏纸,进行了雾量沉积分布试验。试验结果表明,棉花冠层内部的叶片正面实现了65.30%的雾滴平均覆盖率,反面实现了39.83%的雾滴平均覆盖率,分行冠内施药效果良好;棉花上部、中部和下部冠层叶片正面雾滴平均覆盖率最大相差10.25%,反面最大相差11.75%,整个棉花冠层的雾量沉积分布均匀性较好。为避免喷杆倾斜刮伤作物并确保施药效果,喷杆喷雾机工作时,喷杆与冠层之间需要始终保持合适的距离以及近似平行的姿态。为此,本文还设计了一种基于超声波测距的喷杆高度及平衡在线调控系统。该系统使用超声波测距传感器检测喷杆两端实际离地高度,并将其与设定作业高度进行比较,再控制高度调节液压缸的动作,实时调节喷杆的高度及喷杆的平衡。给出了喷杆高度液压调节系统的工作原理及组成,详细介绍了调控系统的硬件选型及工作原理,重点阐述了调控系统的主程序设计、高度信号的采集转换和控制信号的输出转换、对地距离监测信号枝叶遮挡干扰的滤波算法以及喷杆高度及平衡在线调控的方法。对喷杆高度及平衡在线调控系统进行了场地试验和田间试验。场地试验表明,开启在线调控系统后,可以将阶跃激励路面产生的喷杆高度变化值控制在±3cm范围内。田间试验表明,在线调控系统田间工作正常,且对偶尔出现在分行器下方枝叶遮挡干扰的滤除效果良好。
