CN102687711B - 静电喷雾式无人直升机施药*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静电喷雾式无人直升机施药***，包括带有起落架的无人直升机、支撑架、蓄电池、高压静电发生器、电动隔膜泵、药箱和两套静电喷雾装置；支撑架与起落架固定，蓄电池、高压静电发生器、电动隔膜泵、药箱固定在支撑架上，静电喷雾装置安装于无人直升机两侧的对称位置上；药箱的出液口接入电动隔膜泵的进液口，电动隔膜泵的出液口通过A三通分别接入两套静电喷雾装置的进液口。本发明提供的***，雾化后的荷电雾滴粒径较小，沉积效果好、分布均匀，尤其是在植物叶片背面也能附着雾滴，保证农药的有效利用率，减少农药的飘移损失量；并且还可以遥控调节喷雾量大小，使***产生的喷雾量可以随着飞行速度的变化而变化。

Description

静电喷雾式无人直升机施药***

技术领域

本发明涉及农用航空植保机械装备技术，尤其涉及一种采用静电喷雾结构进行施药的遥控无人直升机***，以增加雾滴在作物上的附着性，提高施药效率。

背景技术

航空喷洒农药可广泛地用于林业、大田粮食作物的病虫害草防治，特别在突发性灾害来临之际，航空施药防治有着其它任何机具无法替代的方便、快捷作用。而无人遥控直升机具有作业高度低、飘移少、可空中悬停、无需专用起降机场、旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性、防治效果高等诸多优点，并且可以远距离遥控操作，使喷洒作业人员避免了暴露于农药的危险，提高了喷洒作业安全性。以遥控无人直升机作为施药装备载体的超低空低量航空施药已经成为农业植保的趋势。

目前遥控无人直升机施药装备上用的雾化装置主要以离心雾化喷头为主，在3-5米的高空上飞行并喷洒农药，但由于高空气流较大、雾滴粒径较小等原因，易造成农药飘移大、实际落在植株表面上的有效雾滴很少的状况，达不到应有的病虫害防治效果；另外，由于无人遥控直升机在转弯作业或坡度作业时，飞行速度会发生变化，使得这些区域的农药喷洒量过大或过小，造成浪费农药或者农药喷洒量不足。

发明内容

发明目的：为了克服现有无人机施药装置存在的雾滴沉积效果不好、喷量不可变的现状，本发明提供一种采用静电喷雾结构进行施药的遥控无人直升机***，雾化后的荷电雾滴粒径较小，沉积效果好、分布均匀，尤其是在植物叶片背面也能附着雾滴，保证农药的有效利用率，减少农药的飘移损失量；并且还可以设置喷雾量可调结构，使***产生的喷雾量可以随着飞行速度的变化而变化。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

静电喷雾式无人直升机施药***，包括带有起落架的无人直升机、支撑架、蓄电池、高压静电发生器、电动隔膜泵、药箱和两套带有静电喷头的静电喷雾装置；所述支撑架与起落架固定，蓄电池、高压静电发生器、电动隔膜泵、药箱固定在支撑架上，两套静电喷雾装置安装在起落架2上、位于无人直升机两侧的对称位置上；药箱的出液口接入电动隔膜泵的进液口，电动隔膜泵的出液口通过A三通分别接入两套静电喷雾装置的进液口；电动隔膜泵和高压静电发生器的电源接入口接蓄电池，高压静电发生器的静电发生端接静电喷头的高压电极。

上述结构的无人直升机施药***，打破了传统的使用离心雾化式结构，而采用了静电喷雾式结构；具体工作时，来自药箱的药液首先被液力雾化成雾滴，然后雾滴经过高压电极产生的电场区域后被感应上电荷成为荷电雾滴，荷电雾滴在静电力的作用下沿着电力线朝着植物目标运动，到达叶片的正面和背面；保证了药液的有效利用率，减少了飘移损失量。

所述药箱可以选用两个，分别固定在支撑架的两侧，可保持飞机的平衡，每套静电喷雾装置可以设置两个静电喷头。可以选用体积小、喷雾压力可达6Mpa左右的电动隔膜泵作为药液输送的动力；各个部件之间的连接管道的尺寸可能会有所差别，比如与电动隔膜泵相连的管道的管径为6mm，与静电喷头相连的管道的管径为4mm等，需要采用相应的接头进行连接，各段管道之间可以采用塑料快插接头进行相连，由于塑料快插接头有多种系列，可根据需要变换的管径选择不同的塑料快插接头。

优选的，该***还包括旁路装置，所述旁路装置的进液口和出液口之间设置有流量调节阀结构；药箱的出液口通过B三通分别接入电动隔膜泵和旁路装置的进液口，旁路装置的出液口接入药箱的进液口。具体的，所述流量调节阀结构包括微型减速直流电动机和直角节流阀，所述微型减速直流电动机的输出轴通过螺纹结构旋入直角节流阀的调节阀口内。另外，所述流量调节阀结构还可以包括限制直角节流阀沿输出轴轴向移动范围的限位结构，所述限位结构包括上限限位器和下限限位器。

所述旁路装置与电动隔膜泵是并联结构，对从药箱流出的药液能够起到旁路分流的作用，当然能够实现分流的结构比较多，本案仅给出一种加以具体说明，对本案提供的方式，由于输出轴和直角节流阀之间是通过螺纹结构连接的，通过微型减速直流电动机可以驱动输出轴转动，由于输出轴仅产生旋转运动而不产生移动，因而驱使直角节流阀产生相对位移，当直角节流阀向微型减速直流电动机方向运动时，流量调节阀口减小，流量也就减小；反之，流量增大；为了防止直角节流阀位移过渡，设计了限位结构，若直角节流阀达到限位位置，迫使输出轴停止转动；限位结构的设计结构也比较多，可以采用传感器进行限位，也可以采用机械开关进行限位，可以根据具体结构进行选择。

该***还包括遥控装置，所述遥控装置包括电动隔膜泵控制通道、高压静电发生器控制通道和流量调节阀结构控制通道，其中流量调节阀结构控制通道包括流量增加控制通道和流量减小控制通道。根据直升机飞行速度的大小，可以通过遥控装置调节旁路流量，从而改变静电喷雾装置的流量。

优选的，所述静电喷雾装置包括输水管、静电喷头、喷杆、挡风板和转动支撑装置，所述输水管的进液口作为静电喷雾装置的进液口，输水管的出水口接静电喷头的进液口；所述转动支撑装置包括固定件、转动件和限定转动件转动范围的限位装置，静电喷头和挡风板固定在喷杆上，喷杆与转动件相固定，固定件与起落架固定。具体的，所述转动支撑装置的转动件包括两个复合轴承和弹簧卡环，固定件包括轴承座和轴承盖；所述两个复合轴承的内圈套装在喷杆上、并通过弹簧卡环固定，外圈固定在轴承座上；所述轴承盖通过螺栓将起落架与轴承座固定。优选的，所述喷杆为碳纤维材质。

所述转动支撑装置用于支撑和固定静电喷头和输水管，喷杆优选通过轴承与起落架形成十字交叉固定结构，保证连接的可靠；在挡风板的作用下，可以使喷杆连同静电喷头随着直升机飞行的方向和速度的变化而转动，目的是调整静电喷头的角度，尽可能使直升机飞行时产生的气流与螺旋桨产生的气流形成的合成气流方向与静电喷头轴线平行，并穿过静电喷头前端的高压电极，达到更好的静电喷雾效果。

优选的，所述静电喷头包括带有溢流阀结构的喷头体、喷嘴体、喷嘴帽、喷孔片和高压电极，在喷嘴体上设置有电极支撑座，高压电极内嵌在电极支撑座内，高压电极的高压电极伸出端与高压静电发生器的静电发生端相连接；所述喷头体的进液口作为静电喷头的进液口，喷头体和喷嘴体之间通过旋拧接头连接，喷嘴帽将喷孔片固定在喷嘴体的口部。采用旋旋拧接头连接喷头体和喷嘴体，可以使连接更便捷、可靠，同时还能够适应不同结构的喷头体和喷嘴体的替代更换；喷孔片的孔径可以根据作业需要进行具体选择，不同喷孔片的孔径可以形成不同粒径的雾滴。

所述高压电极优选采用不锈钢圆管电极，厚度在0.5~0.7mm的不锈钢圆管电极为最优选结构，对不锈钢圆管电极需进行抛光处理，以提高其荷电性能、减少荷电损失、利于静电喷雾的行程；高压静电发生器和高压电极之间宜采用高压导线进行连接，具体的，高压导线与高压电极之间的连接方式采用插式绝缘端子组合方式，即电极伸出端为插式绝缘冷压公端子，而高压导线先固定于插式绝缘冷压母端子上，再将插式绝缘冷压母端子插进公端子上，以方便安装和拆卸；若整个***中，两个相邻静电喷头之间的间距固定，则高压导线和插式绝缘端子可以采用标准化设计。所述静电喷头的材料优选采用赛刚进口再生料，其具有抗化学腐蚀、抗冲击、耐磨、不易变形、耐350℃以上高温的特性，能够大大增强静电喷嘴的可塑性和使用寿命。

有益效果：本发明提供的静电喷雾式无人直升机施药***，雾化后的荷电雾滴粒径较小，沉积效果好、分布均匀，尤其是在植物叶片背面也能附着雾滴，保证农药的有效利用率，减少农药的飘移损失量；并且还可以遥控调节喷雾量大小，使***产生的喷雾量可以随着飞行速度的变化而变化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为流量调节阀结构的结构示意图；

图3为静电喷雾装置的结构示意图；

图4为转动支撑装置的结构示意图；

图5为静电喷头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种静电喷雾式无人直升机施药***，包括无人直升机1、起落架2、支撑架8、蓄电池5、高压静电发生器12、电动隔膜泵9、两个5L药箱3、两套带有两个静电喷头14的静电喷雾装置13、旁路装置10和遥控装置，所述起落架2固定在无人直升机1上，且在起落架2上设置有起落架横杆27。

所述支撑架8采用不锈钢焊接结构，通过卡环、螺栓等结构与起落架2固定，蓄电池5、高压静电发生器12、电动隔膜泵9、药箱3、旁路装置10等主要部件固定在支撑架8上，具体安装时需保证总成结构的平衡，可以将蓄电池5、高压静电发生器12、电动隔膜泵9固定在支撑架8的中间位置，两个药箱3分别固定在支撑架8的两端；两套静电喷雾装置13安装在起落架2上、位于无人直升机1两侧的对称位置上。

所述旁路装置10的进液口和出液口之间设置有流量调节阀结构，其中流量调节阀结构如图2所示包括微型减速直流电动机36、直角节流阀39和限位结构；所述微型减速直流电动机36的输出轴37通过螺纹结构旋入直角节流阀39的调节阀口内，限位结构用于限制直角节流阀39沿输出轴37轴向移动范围，限位结构包括上限限位器38和下限限位器40；所述微型减速直流电动机36设置有一个流量增大控制端42（即电机正转控制端）和一个流量减小控制端41（即电机反转控制端）。电机正转时，输出轴37伸入直角节流阀39的深度变大，直角节流阀的流量减小，这样进入电动隔膜泵9的药液流量增大；电机反转时，输出轴37伸入直角节流阀39的深度变小，直角节流阀的流量增大，这样进入电动隔膜泵9的药液流量减小。

所述静电喷雾装置13如图3所示，包括输水管7、静电喷头14、喷杆20、挡风板18和转动支撑装置21，所述输水管7的进液口作为静电喷雾装置13的进液口，输水管7的出水口接静电喷头14的进液口，静电喷头14和挡风板18固定在喷杆20上；所述转动支撑装置21如图4所示，包括固定件、转动件和限定转动件转动范围的限位装置，其中转动件包括两个复合轴承22和弹簧卡环25，固定件包括轴承座23和轴承盖24；所述两个复合轴承22的内圈套装在喷杆20上、并通过弹簧卡环25固定，外圈固定在轴承座23上；所述轴承盖24通过螺栓26将起落架横杆27与轴承座23固定。

本案中，输水管7的直径为4mm，喷杆20的长度为700mm，直径为10mm，为了减轻其重量，选用碳纤维材料制作喷杆20；两个静电喷头14分别通过D三通19和直角通15接到输水管7上；两个静电喷头14的间距为400mm，挡风板18通过两个固定环17固定在两个静电喷头14之间，挡风板18的侧面面积为600mm²；限位装置采用限位销结构。当无人直升机1在飞行时，由于气流对挡风板18的作用，使得挡风板18带动喷杆20、静电喷头14一起转动，并通过限位销结构限制挡风板18的转角在45°范围内，使气流与静电喷头14的方向平行，让雾滴更好的穿过高压电极产生的电场区域后被感应上电荷，获得更好的荷电效果。转动支撑装置21采用轴承结构过渡，能够使得喷杆20更为灵活的转动；在喷杆20转动设计的基础上，还可以设计喷杆20同时具备水平或垂直收起的结构，这样，在喷雾作业完成后，可以通过喷杆20将静电喷雾装置13收起。

所述静电喷头14如图5所示，包括带有溢流阀结构28的喷头体29、喷嘴体32、喷嘴帽35、喷孔片和高压电极34，在喷嘴体32上设置有电极支撑座33，高压电极34内嵌在电极支撑座33内，高压电极34的高压电极伸出端32与高压静电发生器12的静电发生端相连接；所述喷头体29的进液口作为静电喷头14的进液口，喷头体29和喷嘴体32之间通过旋拧接头30连接，喷嘴帽35将喷孔片固定在喷嘴体32的口部。

本案中，喷头体29与溢流阀结构28优选加工为一体结构，溢流阀结构28内安装有弹簧，在一定的压力下才能够打开弹簧进行喷雾，同时还能够防止喷雾后的溢漏，最好能够在喷头体29内设置过滤网，以防堵塞；通过旋拧结构30进行连接，可以提高连接的便捷性和可靠性；喷孔片的孔径大小可以具体选择，以满足雾滴粒径的需求；高压电极34采用圆管电极，采用厚度为0.5~0.7mm的不锈钢制作，与高压电极伸出端32做成一体，高压导线4通过插式绝缘端子组合与高压电极伸出端32连接，达到给高压电极34充电的目的；喷嘴体32优选采用赛刚进口再生料，其具有抗化学腐蚀、抗冲击、耐磨、不易变形、耐350℃以上高温的特性，能够大大增强喷嘴体32的可塑性和使用寿命。本案设计要求：静电喷头的压力为0.1~0.5MPa，流量为0.1~0.6L/min，静电喷头产生的喷雾为超低量喷雾，喷雾粒径为40~120μm。

所述遥控装置包括电动隔膜泵控制通道、高压静电发生器控制通道和流量调节阀结构控制通道，其中流量调节阀结构控制通道包括流量增加控制通道和流量减小控制通道；通过电动隔膜泵控制通道可以控制电动隔膜泵9的启闭，通过高压静电发生器控制通道可以控制高压静电发生器12的启闭，通过流量增加控制通道可以控制微型减速直流电动机36正转，通过流量减小控制通道可以控制微型减速直流电动机36反转。

本案的液路连接为：两个药箱3的出液口通过一个C三通汇聚后，再通过一个B三通分别接入电动隔膜泵9和旁路装置的进液口，电动隔膜泵9的出液口通过A三通11分别接入两套静电喷雾装置13的进液口，旁路装置10的出液口接入药箱3的进液口；在静电喷雾装置13中，药液通过输水管7接入到静电喷头14内。

本案的电路连接为：所述蓄电池5提供12V电压，作为电动隔膜泵9、高压静电发生器12和旁路装置10的电源，高压静电发生器12的静电发生端通过高压导线4采用插式绝缘端子组合方式接高压电极伸出端32。

工作时，无人直升机1处于飞行状态，放平喷杆20，打开蓄电池5的供电开关开关；通过遥控装置的电动隔膜泵控制通道启动电动隔膜泵9，这样来自药箱3的药液经C三通汇聚后，再通过B三通分别接入电动隔膜泵9和旁路装置的进液口，电动隔膜泵9的出液口通过A三通11分别接入两套静电喷雾装置13的进液口，旁路装置10的出液口接入药箱3的进液口；通过高压静电发生器控制通道启动高压静电发生器12，使高压静电发生器12产生的高压静电通过高压导线4传递给高压电极34，使得被液力雾化成雾滴经过高压电极产生的电场区域后被感应上电荷成为荷电雾滴。同时无人直升机1飞行时产生的气流吹动挡风板18，并带动两套静电喷雾装置13的喷杆20、静电喷头14转动，使飞行产生的气流与螺旋桨产生的下旋气流形成的合成气流方向平行于静电喷头14，防止荷电雾滴与高压电极34接触，保证荷电效果。当飞机转弯或处于爬坡状态时，飞行速度减缓，通过流量减小控制通道控制微型减速直流电动机36反转，增大旁路装置10的流量，减小喷雾流量；反之，当飞机增速时，通过流量增加控制通道控制微型减速直流电动机36正转，减小旁路装置10的流量，增大喷雾流量。作业完成时，垂直收起喷杆20。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1. 静电喷雾式无人直升机施药***，其特征在于：该***包括带有起落架（2）的无人直升机（1）、支撑架（8）、蓄电池（5）、高压静电发生器（12）、电动隔膜泵（9）、药箱（3）和两套带有静电喷头（14）的静电喷雾装置（13）；所述支撑架（8）与起落架（2）固定，蓄电池（5）、高压静电发生器（12）、电动隔膜泵（9）、药箱（3）固定在支撑架（8）上，两套静电喷雾装置（13）安装在起落架（2）上、位于无人直升机（1）两侧的对称位置上；药箱（3）的出液口接入电动隔膜泵（9）的进液口，电动隔膜泵（9）的出液口通过A三通（11）分别接入两套静电喷雾装置（13）的进液口；电动隔膜泵（9）和高压静电发生器（12）的电源接入口接蓄电池（5），高压静电发生器（12）的静电发生端接静电喷头（14）的高压电极（34）；

所述静电喷头（14）包括带有溢流阀结构（28）的喷头体（29）、喷嘴体（32）、喷嘴帽（35）、喷孔片和高压电极（34），在喷嘴体（32）上设置有电极支撑座（33），高压电极（34）内嵌在电极支撑座（33）内，高压电极（34）的高压电极伸出端（32）与高压静电发生器（12）的静电发生端相连接；所述喷头体（29）的进液口作为静电喷头（14）的进液口，喷头体（29）和喷嘴体（32）之间通过旋拧接头（30）连接，喷嘴帽（35）将喷孔片固定在喷嘴体（32）的口部。

2.根据权利要求1所述的静电喷雾式无人直升机施药***，其特征在于：该***还包括旁路装置（10），所述旁路装置（10）的进液口和出液口之间设置有流量调节阀结构；药箱（3）的出液口通过B三通分别接入电动隔膜泵（9）和旁路装置（10）的进液口，旁路装置（10）的出液口接入药箱（3）的进液口。

3.根据权利要求2所述的静电喷雾式无人直升机施药***，其特征在于：该***还包括遥控装置，所述遥控装置包括电动隔膜泵控制通道、高压静电发生器控制通道和流量调节阀结构控制通道，其中流量调节阀结构控制通道包括流量增加控制通道和流量减小控制通道。

4.根据权利要求2所述的静电喷雾式无人直升机施药***，其特征在于：所述流量调节阀结构包括微型减速直流电动机（36）和直角节流阀（39），所述微型减速直流电动机（36）的输出轴（37）通过螺纹结构旋入直角节流阀（39）的调节阀口内。

5.根据权利要求4所述的静电喷雾式无人直升机施药***，其特征在于：所述流量调节阀结构还包括限制直角节流阀（39）沿输出轴（37）轴向移动范围的限位结构，所述限位结构包括上限限位器（38）和下限限位器（40）。

6.根据权利要求1所述的静电喷雾式无人直升机施药***，其特征在于：所述静电喷雾装置（13）包括输水管（7）、静电喷头（14）、喷杆（20）、挡风板（18）和转动支撑装置（21），所述输水管（7）的进液口作为静电喷雾装置（13）的进液口，输水管（7）的出水口接静电喷头（14）的进液口；所述转动支撑装置（21）包括固定件、转动件和限定转动件转动范围的限位装置，静电喷头（14）和挡风板（18）固定在喷杆（20）上，喷杆（20）与转动件相固定，固定件与起落架（2）固定。

7.根据权利要求6所述的静电喷雾式无人直升机施药***，其特征在于：所述转动支撑装置（21）的转动件包括两个复合轴承（22）和弹簧卡环（25），固定件包括轴承座（23）和轴承盖（24）；所述两个复合轴承（22）的内圈套装在喷杆（20）上、并通过弹簧卡环（25）固定，外圈固定在轴承座（23）上；所述轴承盖（24）通过螺栓（26）将起落架（2）与轴承座（23）固定。

8.根据权利要求6所述的静电喷雾式无人直升机施药***，其特征在于：所述喷杆（20）为碳纤维材质。

9.根据权利要求1所述的静电喷雾式无人直升机施药***，其特征在于：所述药箱（3）为两个，分别固定在支撑架（8）两侧相对称位置；每套静电喷雾装置（13）包括两个静电喷头（14）。

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