水稻作为我国重要口粮作物,其生长过程中病虫草害种类多,施药任务重,传统的人工施药方法不仅效率低,还会污染环境、浪费农药、危害农民健康,亟需发展机械化施药装备。现有的自走式喷杆喷雾机为减少补水次数,提高施药效率,常载有庞大的药箱,整个施药机组重量过大,且水田行走轮和土壤接触面积较小。在水稻田间作业,重复走同一作业路径时极易陷车,致使机组无法正常作业,而走不同路径又会导致伤苗率过大。为了解决现有施药机械“下不了田的”的难题,本文结合农艺上关于在水稻田间隔固定距离开一道墒沟进行秋季排涝的新规定,研制了一种在线取水预混药系统,该系统可在水稻田间墒沟内在线取水,并强制过滤,以获得清洁的水用于混药,再通过实时测控液位,定量取药、混药以实现精量混药和水箱容积的大幅减小,从而减轻了水田施药机的总重量。由于水稻田水层较薄,杂草和杂质较多,且机具在行走过程中存在上下颠簸和左右滑移,取水难度大;同时,水浑浊度也影响着喷雾质量。针对这些问题,本文进行了以下内容的研究:(1)考虑到现有自走式喷杆喷雾机的幅宽,以及农艺水田墒沟的新规定,确定了墒沟的规格,设计了在线取水装置,通过试验确定了弹簧、角度传感器、电动推杆、水管、电动球阀、电源转换器和浊度仪的参数需求及型号。(2)分析确定了传感器角度信号阈值,以使取水装置始终位于墒沟中央,保证吸水的稳定和洁净;分析了控制系统的需求,确定了时序控制取水与混药的工作流程,并计算了液位传感器、伺服电机等的关键参数;通过试验确定了施药机最优的工作速度以及电推杆运动范围。(3)分析了浑浊度对施药机喷雾量的影响,设计了旋流除砂器、100目叠式过滤器、120目叠式过滤器组合的3级过滤系统;根据系统需求,自主研发了旋流除砂器,并用ANSYS仿真了其内流场,对其进行了优化设计,田间试验检验了实际的过滤效果。(4)将取水混药系统与12米喷幅的自走式高地隙喷杆喷雾机集成,田间实际的作业效果表明,本文试制的在线取水装置能够实现稻田墒沟仿形、偏移柔性调节、水平驱动控制,喷雾流量和浑浊度满足实际作业需求。就地实时取水与分批预混药结合能将1500L的水箱容积减小至200L以下,系统总质量相对于市场主流机型的混药系统重量减少了56%。因此,研发新型的在线取水预混药系统,集成高地隙自走喷杆喷雾机,减轻水田施药机械自重,解决“下不了水田”的难题,为水稻规模化种植提供适用的机械化施药装备,对支撑我国农业规模化经营的发展,保障国家粮食安全具有重要意义。