基于PWM的电控精量喷嘴体设计与试验

简介

针对现有农田施药系统变量喷雾精准化程度低、喷头不能独立控制等问题,该研究设计了具备流量调节功能的电控精量喷嘴体。根据精量喷雾系统工作需求,基于电磁学理论设计了由电磁线圈、定铁芯、阀芯和复位弹簧组成的电磁吸合机构,实现阀芯的高频往复运动。结合喷嘴体水流通道结构和阀芯往复运动过程,设计了阀芯末端型式和双向通水阀,实现水流的通断控制。采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)信号控制电磁吸合机构的动作状态,改变每个周期内出水通道的开启时间,实现喷头流量的实时调节。设置不同的PWM信号频率和占空比、水泵压力,并采用高速相机测量电控精量喷嘴体在不同压力下单个周期内的喷雾时间,验证所设计的电控精量喷嘴体的工作性能。试验结果表明,当PWM信号频率为20 Hz、系统压力为0.3 MPa时,阀芯可开启的最小占空比为7%,阀芯可关闭的最大占空比为96%;在占空比区间[7%,96%]内,单个周期喷雾时间的平均相对误差为7.5%,相对误差最大值为55.1%;在占空比区间[20%,96%]内,单个周期喷雾时间的平均相对误差为3.1%,相对误差最大值为13.1%。说明该电控精量喷嘴体在占空比[7%,19%]范围内控制效果较差,在占空比[20%,96%]范围内具备良好的控制稳定性和准确性,能够满足精量喷雾的基本要求。