2019.02
随着农药技术的发展和应用，我国农业取得了巨大成就，但同时农民由于喷洒农药而中毒的事件也逐渐增多，针对这种情况，市面上也出现了多种农药喷洒装置：第一种，利用遥控无人机喷洒方式，针对这种方式，对于农民来说，操纵可靠性和稳定性不高，尤其对于塑料大棚，因为无人机需要很大的空间去飞行，大棚内空间复杂，操作不稳，往往会造成农药的喷洒效果较差，甚至破坏大棚的农作物以及塑料膜；第二，利用高压泵，延长喷杆的长度，这种方式可以减少农民的负重，但对于喷洒者来说仍需要进入棚内，而且有一定概率会吸入有毒气体，不利于安全；第三，利用“滴灌”的原理进行滴喷，这种方式工作复杂，需要的药量大，如果棚的长度过长，就会出现浪费甚至喷洒过多对作物生长不利的现象。针对以上几种情况，我们可以利用遥控小车喷洒农药装置来进行喷洒农药的工作，既有操纵简单的优势，又保证了农民的人身安全，具有很好的发展前景。1 项目研究内容及产品设计1.1 主要研究内容
遥控小车喷洒农药装置主要是由无线遥控小车与喷洒装置相结合，工作原理主要是把遥控小车作为载体，带动喷洒装置在棚内进行喷洒作业，使人和农药进行有效的隔离，保证农民的人身安全。
关键问题如下：
（1）遥控小车的底盘和履带车轮的设计制作；（2）遥控小车的装配和小车与喷洒装置的合理结合，及喷洒方向有效控制；
（3）根据喷洒的农作物种类，根据不同地形确定轮间距及最小离地间隙；
（4）根据不同大棚的宽度设计可调节喷药方式，增加喷洒效率；
（5）选用合适的可以提供足够动力的电机。
1.2 主要结构设计1.
2.1 底盘和履带车轮
经过咨询与资料查询，决定底盘板材选择易于加工且来源广泛的亚克力板（亚克力(ACRYLIC)，俗名特殊处理有机玻璃，具有"塑胶水晶"之美誉，且有极佳的耐候性及良好的表面硬度与光泽，加工可塑性大，可制成各种所需要的形状与产品，符合要求。）同时考虑到田地道路的平坦性较差，参考履带装甲车辆，采用履带推进方式，同时采用发动机及电源前置，农药药箱后置，避免了头重脚轻的
情况，从而提高了小车的平顺性和通过性。
图1 底盘
表1 轮子参数 单位：mm
参数驱动轮小轮后排轮底部轮直径176********孔直径32243232厚度64
64
64
64 表2 车身及履带参数 单位：mm
参数长宽
高车身1120432200履带
1500
80
150
1.2.2 电机及电源选择
根据车身及满载农药的重力，选用250W直流旋变无刷
遥控小车喷洒农药装置的研究
王亚洲，王靖岳，齐家宝，王克强，朱财鑫
（沈阳理工大学汽车与交通学院，辽宁 沈阳 110159）
摘 要：本文从生产实际出发，探究解决了防止药农喷药中毒的遥控小车方案；在利用基本设计参数的基础上，运用CATIA V5等软件对遥控小车进行三维建模及运动仿真分析，保证了遥控小车装置设计的可行性。此遥控小车装置不仅可以实现小车的远程控制功能，还极大的提高了药农喷药的可靠性，高效性及安全性。且此设计方案有着较强的实践指导意义和较高的商业价值，使其具有更加广阔的市场发展空间。
关键词：安全可靠；遥控；创新型；
实用型
基金项目：沈阳理工大学大学生创新训练计划资助项目（编号17qc001）。
作者简介：王亚洲（1996- ），男，山东邹城人，沈阳理工大学，本科学历，研究方向：装甲车辆工程。
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伺服电机，通过齿轮传动，将动力从电机传递到传动轴，再通过锥齿轮传递到驱动履带的驱动轮上。根据电机和药箱水泵型号选择两个N100 12V 100AH蓄电池并联，既能给小车提供足够的动力，又能保证农药喷洒工作顺利进行。1.2.3 供药装置
供药装置由一个微型潜水水泵进行工作，同时还可以根据不同长度的喷药装置调整供药装置的进药压力，根据喷药软管的长短，喷送农药的远近，进行调整供药装置的供药压力。选用额定电流为3A、最大流量为6L/m、额定功率为36W的微型潜水泵。1.2.4 喷洒装置
喷洒装置可以根据农作物的高低或者农作物的不同生长期来进行调节，根据不同的需要，选择不同模块的喷洒装置，根据农作物不同的生长周期，不同农作物的生长方式，可以调节喷头所在的位置，无论是竖置还是横置，可高可矮，可长可短，并且每个喷头均可单独控制其开闭状态，从而保证了喷洒的可靠性和高效性以及适应性。1.2.5 转向形式
小车的动力由两个伺服电机提供，分别控制两侧的履带驱动轮前进和后退，当需要转向时，一侧的电机正转，一侧的电机以相反的方向转动，以实现两轮之间的差速，实现小车的转弯、掉头等动作，且用此方法转向实现了在小空间的转弯、掉头等动作，尤其适合在空间狭小的空间内作业。
1.2.6 整体效果
图３ 小车模态分析效果图
通过对小车的运动仿真，小车采用双电机驱动，具有良好的动力性能，能搭载较多的农药水溶液进行喷洒，由于小车的动力装置采用电力驱动，蓄电池为可充电电池，具有良好的经济性，小车采用双电机驱动左右履带相反转动差速转向的方法，转弯半径小，在狭小的空间也可实现转弯掉头等，操纵简单稳定性高，适合农民使用，同时小车的喷洒装置采用模块化组装，可根据不同的农作物，不同的生长周期、生长方式进行喷洒作业，喷洒效率高，适应性强，可靠性稳定，符合设计要求。
沈阳汽车图2 整体效果图
1.2.7 驱动轮弯曲强度分析
通过实体建模以及弯曲强度分析，对遥控小车的驱动轮进行分析。利用ANSYS软件网格划分功能，采用四面体实体网格划分，合理选用网格自动划分与手动划分方式，设置单元材料的属性，材料为20CrMoH，弹性模量为206，泊松比为0.3，屈服极限为885，拉升强度为1200。驱动齿轮在工作时，其受到的载荷主要是弯矩，导致齿根处承受很大的拉伸应力，如果齿轮的弯曲强度达不到要求，就会造成驱动齿轮折断，要保证齿轮在正常工作时不发生折断，就应该保证齿根最大局部应力低于许用应力，要时刻关注齿根部位的应力情况。对驱动齿轮的加载方式采用所受力矩转化其啮合过程中齿顶位置所受作用力，且其作用力为线性分布，在ANSYS中约束驱动轮的所有自由度，将圆周力F=1.04x1044N径向力E=0.376x1044N，轴向力为0 N。用ANSYS解码器进行求解，从图中可知，驱动轮的齿根最大弯曲应力为385MPa，符合驱动轮齿根弯曲应力实际情况。合理.符合要求。2 结论
通过对遥控小车的研究过程，保证了遥控小车喷洒农药装置设计的可行性，遥控小车方案解决了药农在大棚中喷药由于空间密闭而出现中毒的问题。既保证了农民的人身财产安全，又保证了喷洒工作的高效可靠性，进一步促进了我国农业的机械化发展以及对人民财产安全的保护。参考文献：
[1] 李苏红．CATIA V5实体造型与工程图设计[M].北京.科
学出版社，2008.
[2] 齿轮手册编委会.齿轮手册[M].北京：机械工业出版
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[3] 余志生.汽车理论第五版[M].机械工程出版社.1981.[4] 濮良贵，陈国定，吴立言．机械设计第九版[M]. 高等
教育出版社，2006.
[5] 李宏才、闫清东装甲车辆构造与原理[M].北京：北京
理工大学出版社，2016.
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