山东理工大学农业工程与食品科学学院 王崇庆 单信和 王相友

引言

我国作为农业大国，耕地面积约20 亿亩，位居世界第四，农作物产量对于我国来说至关重要，但是我国每年因病虫害导致农作物减产高达17%[1]，严重制约着我国农作物产量的提高。在农产品的生长过程中，针对病虫草害的防治是一个非常重要的环节，农药是防治病虫草害的主要手段[2-3]。随着我国耕作方式的不断转变，为了节省人力物力，减少资源浪费，大田作业成了大势所趋，农业生产机械化水平正在不断提高。针对大规模农田的植保作业需求，大型喷杆式喷雾机的应用极大地提高了植保作业的效率[4]。大型喷杆式喷雾机以其喷幅宽、工作效率高等特点逐渐被应用于农业生产之中。

但是，在喷雾机的使用中，为获得最佳喷施效果，避免重喷漏喷的出现，喷杆需与作物保持合适高度。由于农作物不同时期高度不同，喷杆高度还需根据作物高度进行调节。现有升降机构多为手动操作控制液压缸进行高度调节，操作人员在每次作业前还需重新调整喷杆高度，并进行手动调节，且存在高度不准确等问题。

为解决上述问题，本文对原有升降装置进行了改进，增加了限位装置。限位装置设定好角度后，当升降油缸伸长至一定长度即后方喷杆到达指定高度时，液压缸与限位装置可自动锁紧。该装置可以保证喷杆高度保持恒定，降低了工作人员的操作难度，大大地提高了工作效率。

1 工作原理

宽幅喷雾机升降装置主要包括固定架、下升降架、升降连接杆、限位架和升降油缸，如图1 所示。后端通过升降连接杆与喷杆连接架（图2）铰接喷杆连接架上连接有用于喷雾作业的喷杆，前端通过固定架与车身主体连接，将整个升降装置包括后方喷杆固定在宽幅喷雾机车架上。升降装置与喷杆连接架之间由四根连接杆连接，下侧两根连接杆通过方管焊接为一个整体，以此来提升结构的刚度，避免在提升过程中产生变形和结构破坏。连接架上安装有喷杆，用于喷雾作业，受喷雾角的影响，喷杆所在竖直平面需垂直与地面。四根连接杆长度相等，构成四连杆结构，可使后方连接架只在竖直方向产生高度变化，而不会发生角度的偏转，可使连接架始终垂直与地面，使得喷杆能更好地工作。下侧连接杆与固定架主体间装有两个液压油缸，用来控制后方机构的升高与降低，通过两侧升降油缸的伸缩，带动连接杆绕固定架上的铰接点旋转，进一步使后方喷杆的高度进行改变。

图1 升降装置结构简图

由于宽幅喷杆式喷雾机为牵引式，在作业过程中不能单独工作，需由拖拉机牵引工作，并由牵引拖拉机提供液压动力输出。两侧升降油缸与拖拉机液连接，通过手动换向阀门调节升降油缸的伸缩，从而调节后方喷杆的高度。

2 主要部件设计

喷杆连接架结构如图2 所示，连接架主体上两个为一组放置了8 个连接耳板，连接耳板通过焊接的方式与主体连接。上侧两组耳板上方设置有盖板，当升降装置下降到一定高度时起限位作用。连接板与连接杆铰接处进行加厚处理，避免因冲击引起连接板的结构破坏，喷杆通过螺栓与连接架后部连接并固定。

图2 喷杆连接架结构简图

升降油缸采用双作用式油缸，即通过改变压力油的方向改变活塞的移动方向。对该升降油缸进行改进设计，如图3 所示。在油缸末端靠近油缸杆一侧增加了挂板，挂板与套筒焊接为一体，通过套筒上的连接孔利用螺栓使其固定在油缸筒上，油缸挂板与限位架挂板搭配使用。升降油缸与牵引拖拉机液压系统连接，行程为620mm，长度在810～1440mm 之间变化，使得后侧喷杆高度可在480～1640mm 范围内进行调节。

图3 升降油缸结构简图

在升降装置的基础上增加了限位架，如图4 所示，限位架由限位挂板、限位油缸连接板和连接架，连接架和限位挂板上设有安装孔，间隔30mm 均匀布置，通过调节连接螺栓的位置来改变限位架整体的长度，整体长度可在510～600mm 范围内进行调节。限位架宽度与下升降支架内侧宽度一致，通过下方安装孔与下升降支架铰接，同时限位架与下升降支架中部对应设有连接耳板，通过连接耳板在两者之间安装限位油缸，限位油缸接入拖拉机液压系统，并由单独阀门进行控制。油缸伸缩可调节限位架的角度，限位架与下连接支架间的角度调节范围为0～20°。

图4 升降限位架结构简图

在进行作业前的准备工作时，操作限位油缸手动换向阀，调节限位油缸的长度，进一步带动限位架至合适角度，在调节好目标高度后，操作升降手柄使升降油缸伸长，当伸长至合适长度时，升降油缸挂板与限位架挂板接触并啮合，使高度固定。在针对同一时期同一高度的农作物时无需再调节限位架的角度。

3 液压系统

该升降装置液压系统如图5 所示，该装置通过管道接入拖拉机液压系统，由拖拉机提供液压动力，利用拖拉机系统中的溢流阀进行泄压，不再额外设置溢流阀。油路中使用三位四通手动换向阀控制油液方向，换向阀中位为O 型，在无手动操作时换向阀自动回归中位，锁紧回路；当换向阀处于右位时，两侧液压缸同步伸长，使后方整体高度降低；同理，换向阀处于左位时，两侧液压缸同步收缩。同时在升降油路中设置调速阀，控制油液流量，吸收油液流动时的能量，从而调节液压缸动作的速度。液压系统中所用油缸均为定制油缸。升降油缸工作行程为810～1463mm,工作压力为30MPa。

图5 液压系统原理图

3 试验与分析

在原有升降装置的基础上安装好限位架与限位油缸，如图1 所示。控制升降油缸调节后方喷杆提升至目标高度500mm 并固定，然后调节限位油缸至合适角度，使限位架与升降油缸平行，限位架挂板与油缸挂板啮合，锁定限位油缸位置。

限位架调节完成后，进行实际测试。将升降架调节至任意高度后缓慢下落，调节调速阀使液压缸伸长保持在一个合适的速度。稳定后测量喷杆底部实际高度,进行多次试验并记录测量结果（如表1 所示）。

表1 高度限定测试

试验结果表明，受金属弹性形变、加工精度影响，喷杆最终高度略有偏差，但误差始终保持在5%以内，满足实际生产需要。

4 结论

经过多次田间试验和生产考核，该升降装置始终能将实际高度保持在目标高度，误差小于5%。很好地解决了宽幅喷雾机在喷药时高度手动难以调节以及调节精度不高的问题，且该装置内限位高度可调，针对作物不同时期的生长状态，可调节至最适宜高度。该升降装置结构简单，操作方便，可有效降低工作人员作业难度，并可推广至其他农业机械中使用，具有很高的应用价值。