一種植保飛機(jī)定向噴灑裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及植保飛機(jī)噴灑領(lǐng)域，具體涉及一種植保飛機(jī)定向噴灑裝置，特別涉及 一種植保飛機(jī)定向噴灑裝置的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 從世界植保技術(shù)發(fā)展來(lái)看，采用植保飛機(jī)噴灑對(duì)地形適應(yīng)能力強(qiáng)，并可調(diào)節(jié)田間 小氣候，是實(shí)現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)的有效方法之一，今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間化學(xué)防治是防治農(nóng)作物病、蟲(chóng)、 草及鼠害的主要方法，傳統(tǒng)人工植保作業(yè)越來(lái)越不適合我國(guó)中國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)，農(nóng)村勞動(dòng)力 急劇減少的步伐，由于不受地理因素及作物長(zhǎng)勢(shì)的制約，航空植保是農(nóng)業(yè)植保的發(fā)展趨勢(shì)， 目前在公知的技術(shù)中植保飛機(jī)都采用懸掛式植保噴灑裝置，其噴灑裝置固定在植保飛機(jī) 上，其噴施角度隨植保飛機(jī)的飛行姿態(tài)變化而變化，在施藥過(guò)程中，由于植保飛機(jī)飛行姿態(tài) 經(jīng)常變化，噴灑裝置無(wú)法實(shí)施定向靶向施藥，這樣造成農(nóng)藥液滴的大量漂移，水量分布不 均，農(nóng)藥利用率低。
[0003] 噴灌正向精準(zhǔn)灌溉方向發(fā)展，利用單片機(jī)控制的灌溉系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)噴灌量和簡(jiǎn)單 噴灌形狀的控制，為適應(yīng)山區(qū)或風(fēng)向?qū)χ脖ｏw機(jī)噴灌作業(yè)的影響，急需一種噴灑裝置可以 根據(jù)飛機(jī)飛行狀態(tài)調(diào)整噴灌方向，并可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)噴灌流量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一個(gè)目的是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種植保飛機(jī)定向噴灑裝置，可隨植保飛機(jī)姿態(tài)變 化改變噴施角度。
[0005] 本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)角度傾斜測(cè)量?jī)x，對(duì)植保飛機(jī)飛行姿態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。
[0006] 本發(fā)明還有一個(gè)目的是通過(guò)一種植保飛機(jī)定向噴灑控制方法，調(diào)節(jié)噴嘴流量，實(shí) 現(xiàn)噴灑角度的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。
[0007] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：
[0008] 一種植保飛機(jī)定向噴灑裝置，包括：
[0009] 噴灑架，其設(shè)置在植保飛機(jī)底部，并設(shè)置聯(lián)排噴嘴，所述聯(lián)排噴嘴還包括上流量調(diào) 節(jié)片和下流量調(diào)節(jié)片，用于調(diào)節(jié)植保飛機(jī)前后傾斜時(shí)聯(lián)排噴嘴流量；
[0010]伸縮連桿，其設(shè)置在所述噴灑架和植保飛機(jī)之間，通過(guò)控制其伸縮長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整噴 灑架左右傾斜角度；
[0011] 轉(zhuǎn)角電機(jī)，其設(shè)置在噴灑架一端，通過(guò)控制所述轉(zhuǎn)角電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度使所述噴灑架 繞自身軸線旋轉(zhuǎn)；以及
[0012] 角度傾斜測(cè)量?jī)x，其設(shè)置在所述噴灑架中間位置，用于檢測(cè)植保飛機(jī)傾斜方向及 傾斜角度；
[0013] 系統(tǒng)控制模塊，其連接所述角度傾斜測(cè)量?jī)x，所述系統(tǒng)模塊用于接收所述角度傾 斜測(cè)量?jī)x檢測(cè)到的角度信號(hào)，控制所述伸縮連桿伸縮長(zhǎng)度和所述聯(lián)排噴嘴流量。
[0014] 優(yōu)選的是，所述的伸縮連桿為螺旋金屬連桿。
[0015] 優(yōu)選的是，所述的伸縮連桿采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0016] 優(yōu)選的是，所述的上流量調(diào)節(jié)片和下流量調(diào)節(jié)片為相同大小并設(shè)置有半圓形通孔 的圓形金屬片。
[0017] 優(yōu)選的是，所述的聯(lián)排噴嘴還包括套扣在一起的套筒和外螺紋連接管，其中下流 量調(diào)節(jié)片通過(guò)外螺紋固定在所述外螺紋連接管管口位置，所述套筒中心設(shè)置有空心軸，上 流量調(diào)節(jié)片穿過(guò)空心軸并可繞空心軸軸線旋轉(zhuǎn)。
[0018] 優(yōu)選的是，所述的上流量調(diào)節(jié)片的旋轉(zhuǎn)角度為0°~180°。
[0019] 優(yōu)選的是，所述的角度傾斜測(cè)量?jī)x為慣性陀螺儀。
[0020] 優(yōu)選的是，還包括過(guò)傾保護(hù)裝置，當(dāng)植保飛機(jī)傾角超過(guò)25°時(shí)，關(guān)閉聯(lián)排噴嘴，停 止噴灑作業(yè)。
[0021] 本發(fā)明的目的還可進(jìn)一步由一種植保飛機(jī)定向噴灑控制方法實(shí)現(xiàn)，包括，
[0022] 步驟一：角度傾斜測(cè)量?jī)x測(cè)量飛機(jī)傾斜角度α，判定飛機(jī)傾斜方向；
[0023] 步驟二：當(dāng)飛機(jī)前傾時(shí)，噴灑架繞其軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為α，調(diào)節(jié)上流量調(diào)節(jié)片 繞空心軸旋轉(zhuǎn)，上流量調(diào)節(jié)片和下流量調(diào)節(jié)片中間的扇形開(kāi)孔逐漸變小，其旋轉(zhuǎn)速度為V，
[0024] 當(dāng)飛機(jī)后傾時(shí)，噴灑架繞其軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為-α，調(diào)節(jié)上流量調(diào)節(jié)片繞空心 軸旋轉(zhuǎn)，上下調(diào)節(jié)片中間的扇形開(kāi)孔逐漸變大，其旋轉(zhuǎn)速度為，
[0026] 其中c為糙率系數(shù)，R為流量調(diào)節(jié)片開(kāi)孔半徑，h為植保飛機(jī)施藥高度，Vpl為植保 飛機(jī)飛行速度，Q為施藥或噴灑液體體積；g為重力加速度，η為聯(lián)排噴嘴數(shù)量。
[0027] 優(yōu)選的是，還包括左右傾斜角度調(diào)節(jié)，包括，
[0028] 步驟一：角度傾斜測(cè)量?jī)x測(cè)量飛機(jī)傾斜角度β，判定飛機(jī)傾斜方向；
[0029] 步驟二：當(dāng)飛機(jī)偏向伸縮桿所在位置一側(cè)時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)伸縮連桿收縮，t秒后 停止；
[0030] 當(dāng)飛機(jī)偏向伸縮桿所在位置另一側(cè)時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)伸縮連桿拉伸，t秒后停止；
[0032] 其中，m為噴灑架長(zhǎng)度，w為電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，k為伸縮桿螺距，t。為定向噴灑裝置的響應(yīng) 時(shí)間，P為伸縮連桿對(duì)伺服電機(jī)的方向作用力，r為伸縮連桿直徑，I為伺服電機(jī)軸承與伸縮 連桿之間連接軸的長(zhǎng)度，G連接軸材料的剪切模量，J為連接軸的截面慣性矩。
[0033] 本發(fā)明所述的有益效果
[0034] 1、本發(fā)明所述的植保飛機(jī)定向噴灑裝置在植保飛機(jī)飛行姿態(tài)改變時(shí)，通過(guò)控制聯(lián) 排噴嘴的射程和流量，有效避免了噴灑不均，提高了藥液利用率。
[0035] 2、本發(fā)明所考慮的環(huán)境因素更為全面，包含飛機(jī)飛行角度四個(gè)方向的調(diào)節(jié)，并且 采用速度調(diào)節(jié)方式，準(zhǔn)確及時(shí)，響應(yīng)時(shí)間短。
[0036] 3、本發(fā)明所述的植保飛機(jī)定向噴灑控制方法的控制策略簡(jiǎn)易有效，可有效避免破 地或風(fēng)向因素對(duì)植保噴灌作業(yè)的影響。
[0037] 4、本發(fā)明所述的植保飛機(jī)定向噴灑控制方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便、成本較低?？?用于各種植保飛機(jī)，本系統(tǒng)中模型參數(shù)可針對(duì)不同的情況進(jìn)行靈活調(diào)整，拓寬了模型的適 用面，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)推廣性。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1為本發(fā)明所述的植保飛機(jī)定向噴灑裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 圖2為本發(fā)明所述的聯(lián)排噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖3為本發(fā)明所述的上下流量調(diào)節(jié)片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041] 圖4為本發(fā)明所述的伸縮連桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 圖5為本發(fā)明所述的植保飛機(jī)定向噴灑控制方法流程圖。
[0043] 圖6為本發(fā)明所述的采用植保飛機(jī)普通噴灑裝置平地噴灑水量分布圖。
[0044] 圖7為本發(fā)明所述的采用植保飛機(jī)定向噴灑裝置平地噴灑水量分布圖。
[0045] 圖8為本發(fā)明所述的采用植保飛機(jī)定向噴灑裝置坡地噴灑水量分布圖。
[0046] 圖9為本發(fā)明所述的采用植保飛機(jī)定向噴灑裝置15°坡地噴灑水量分布。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文 字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0048] 如圖1所示，本發(fā)明提供的植保飛機(jī)定向噴灑裝置包括噴灑架100、角度傾斜測(cè)量 儀200、伸縮連桿300、系統(tǒng)控制模塊400和伺服電機(jī)500,轉(zhuǎn)角電機(jī)600。
[0049] 其中，如圖2所示，噴灑架100設(shè)置在植保飛機(jī)底部，并包含有多個(gè)聯(lián)排噴嘴110， 聯(lián)排噴嘴110還包括套筒111、空心軸112、墊圈113、上流量調(diào)節(jié)片114、下流量調(diào)節(jié)片115、 外螺紋連接管116和并帽117其中套筒111與外螺紋連接管116套扣在一起，外螺紋連接 管116與噴頭立管連接，固定不動(dòng)，套筒111和外螺紋連接管116中芯設(shè)置有空心軸112,上 流量調(diào)節(jié)片114置于套筒111和外螺紋連接管116套扣連接處，其中下流量調(diào)節(jié)片115采 用螺紋連接方式嵌入外螺紋連接管116頂端，因此固定不動(dòng)。
[0050] 如圖3所示，上流量調(diào)節(jié)片114和下流量調(diào)節(jié)片115為相同大小的金屬圓片，其中 新設(shè)置有半圓形定位孔114a和半圓形開(kāi)孔114b，使用時(shí)，下流量調(diào)節(jié)片115靜止不動(dòng)，上 流量調(diào)節(jié)片114繞空心軸112旋轉(zhuǎn)，其中上流量調(diào)節(jié)片114的旋轉(zhuǎn)角度為0°~180°，旋 轉(zhuǎn)過(guò)程中上流量調(diào)節(jié)片114和下流量調(diào)節(jié)片115之間會(huì)產(chǎn)生扇形圓孔，上流量調(diào)節(jié)片114 和下流量調(diào)節(jié)片115之間的相對(duì)位置決定扇形圓孔的大小，當(dāng)上流量調(diào)節(jié)片114和下流量 調(diào)節(jié)片相對(duì)放置，扇形孔徑封閉，液體只能從空心軸流出，當(dāng)上流量調(diào)節(jié)片114和下流量調(diào) 節(jié)片115重合放置，扇形孔徑最大，為半圓形開(kāi)孔114b的面積。
[0051] 角度傾斜測(cè)量?jī)x200,其設(shè)置在噴灑架100中間位置，用于檢測(cè)植保飛機(jī)傾斜方向 及傾斜角度，作為一種優(yōu)選，角度傾斜測(cè)量?jī)x200采用慣性陀螺儀，能提供準(zhǔn)確的方位、水 平、位置、速度和加速度等信號(hào)，響應(yīng)時(shí)間快；
[0052] 如圖4所示，伸縮連桿300,設(shè)置在所述噴灑架100和植保飛機(jī)之間，處于噴灑架的 左側(cè)或者右側(cè)，其設(shè)置有螺旋桿310連接噴灑架100,螺旋桿310采用伺服電機(jī)500驅(qū)動(dòng)。 通過(guò)控制螺旋桿310的伸縮長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整噴灑架左右傾斜角度，當(dāng)植保飛機(jī)向伸縮連桿300 位置傾斜時(shí)，伺服電機(jī)500帶動(dòng)伸縮連桿300收縮，當(dāng)植保飛機(jī)向伸縮連桿300位置的另一 側(cè)傾斜時(shí)，伺服電機(jī)500驅(qū)動(dòng)伸縮連桿300拉伸；
[0053] 系統(tǒng)控制模塊400,其連接角度傾斜測(cè)量?jī)x200,用于記錄慣性陀螺儀檢測(cè)的電信 號(hào)，控制所述伸縮連桿300伸縮長(zhǎng)度和聯(lián)排噴嘴110流量。
[0054] 轉(zhuǎn)角電機(jī)600,其設(shè)置在噴灑架100端口處，其為伺服電機(jī)，當(dāng)植保飛機(jī)前后傾斜 時(shí)，角度傾斜測(cè)量?jī)x200測(cè)得植保飛機(jī)前后傾斜的角度，系統(tǒng)控制模塊400控制轉(zhuǎn)角電機(jī)向 相反方向旋轉(zhuǎn)，噴灑架100上的聯(lián)排噴嘴110噴灑角度始終是垂直向下。
[0055] 在另一實(shí)施例中，還設(shè)置有過(guò)傾保護(hù)裝置，所述過(guò)傾保護(hù)裝置為設(shè)置在聯(lián)排噴嘴 110公共連接位置的截止閥，當(dāng)飛機(jī)傾角超過(guò)25°時(shí)，截止閥關(guān)閉，藥液不再流出，防止植 保飛機(jī)因受風(fēng)向干擾或故障，藥液流出，誤傷人畜。
[0056] -種植保飛機(jī)定向噴灑控制方法，包括，
[0057] S210 :角度傾斜測(cè)量?jī)x200測(cè)量飛機(jī)傾斜角度α，并將測(cè)得的電信號(hào)傳遞給系統(tǒng) 控制模塊400 ;
[0058] S220 :判定飛機(jī)傾