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2月28日,拓攻微课堂有幸邀请到上海拓攻机器人有限公司的产品经理徐文,为大家分享有关植保动力系统在使用过程中的一些基本常识和注意事项。关于当天的分享内容,拓攻农业小编已经帮大家整理成课堂笔记,方便后期大家对相关知识的复习和查阅。学员们不要忘记点击右上角收藏文章哦~

 

多旋翼动力系统是什么?

 

动力系统,顾名思义,就是给无人机提供推升力的系统,通常分为电动和油动两种。动力系统各个部分之间是否匹配,会直接影响到整机的性能和稳定性,所以说动力系统对于无人机而言是至关重要的一环。

 

植保无人机的动力系统和航拍无人机的动力系统有哪些区别呢?

 

§ 植保无人机主要用于喷洒农药,一般都需要挂载10升甚至20升的药水,因此,植保动力系统的第一个特点就是载重和出力较大。

§ 由于植保作业的时间较为集中,作业面积较大以及人力物力成本较高,所以植保动力系统的工作强度相对较大。

§ 植保无人机的工作环境比较恶劣,一般工作在高温、高湿、强腐蚀的环境中。

§ 每一次植保作业之后,我们都需要对植保机的电机表面温度、植保动力系统有无异响等进行排查,否则,会影响植保动力系统的性能,严重的话可能会导致炸机。所以我们的植保动力系统需要及时维修或更换。

 

关于植保动力系统的一些常用参数

 

1电机

在选择电机时,大家都会看到不同的电机有不同的KV值,那这些KV值是什么意思呢?KV值:一般来说,就是输入电压每增加1伏特,无刷电机空转转速增加的转速值,例如100KV、就代表这个电机每增加1伏特,无刷电机空转转速增加100转。因此,一般KV值越高,代表电机的转速越快。


电机的供电常用的有12S、6S等。电机的尺寸:定子或者转子的尺寸,常用的8系列和6系列的电机。


电机的单轴拉力:额定拉力,当然也是和电机的KV值以及桨叶尺寸相匹配。因为植保作业过程中会涉及到大机动的一些操作,因此,最大拉力也是我们选择动力系统一个考虑因素。

 

2电调

§ 供电:常用的有12S、6S等,这个需要和电机供电相匹配

§ 电调持续的最大电流:常用的有60A、80A、100A甚至是120A

§ 电调主要的控制类型:主要分为方波、FOC

 

3桨叶

§ 桨叶的尺寸:比如一个桨叶标有30105的参数,一般是指这个桨叶长30英寸,螺距是10.5英寸   

§ 桨叶类型:直桨、折叠桨

 

4电池

§ 一般无人机上我们使用的是锂电池。植保无人机常用的是6S、12S,这个参数一般是指电芯的数量,6s就是指有6片电芯,12S是指有12片电芯。

§ 容量:常用的有10000mAh、16000mAh、22000mAh等等。

 

植保动力系统如何来选型?

 

某个用户有一个四轴、载重10公斤的植保无人机,那他该如何选择与其相匹配的动力系统呢?

 

首先,我们需要明确自己的需求,尤其是机型和载重。然后确定整机满载重量,就是机架、药箱农药、飞控、电池、电机、电调、桨叶等全部装好,此时整机的重量就是整机满载重量,这是非常关键的。

 

例如,这款植保无人机整机满载重量大约是23kg。根据满载重量选择合适的动力系统,有以下几点是特别需要大家注意的:

 

§ 针对满载有23KG的四轴植保机,可以选择8系列电机,12S供电,单轴额定拉力需要在5~6kg。

§ 100KV电机可以配30英寸桨叶,如果是120KV电机可以配28英寸桨叶。基本还是遵循电机的KV值越小,需要匹配的桨叶越大。

§ 电调的供电需要和电机的供电相一致,也是12S,80A电调。

§ 电池可以配两块6S的16000mAh电池串联成12S,或者直接使用12S电池。

§ 考虑机架的轴距。主要是对30英寸这样大的桨叶,安装后会不会有一些干涉,这也是需要考虑的一点。

§ 电机座安装孔位和尺寸要和电机孔位相一致。因为大家购买了电机之后,机架电机座的孔位如果和电机上的孔位不一致的话,会导致电机装不上的结果,最终不仅会延迟我们装机的效率,也会增加相应的成本。

§ 电机和桨叶安装孔位匹配。电机上安装桨叶的孔位要和桨叶上的孔位相匹配,这也是非常重要的。

 

实测案例分析 | 植保动力系统单机测试案例

 

以我司K5000套装为例,K5000套装主要包括 M80电机+E80HV电调+P30折叠桨。这款动力套装的单机测试数据如下图所示。

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在48V的时候,单轴拉力4KG~6KG之间,其桨效基本维持在8~10这样一个水平,在这个额定拉力区间内的效果是比较好的,其最大拉力可以达到10kg。

 

在44 V的时候,单轴拉力4KG~6KG之间,其桨效基本维持在8~10这样一个水平,在使用过程中,当电压下降到44V之后,还是可以保持较高的效率,维持一个稳定的动力。

关于单机耐久性测试,我们对K5000基本每天测试8~10小时,持续几天的时间,主要是对电机的考验比较大。

其中最关键参数就是桨效,什么是桨效呢?桨效指动力系统当前输出的拉力和输入功率的比值,是衡量动力系统的重要参数,虽然称为桨效,但与电机、电调和桨叶的匹配是有很大的关系。

              

实测案例分析 | 植保动力系统整机测试案例

1整机满载悬停测试

我们选择一个6轴、10KG的机型,其自重是13 kg,包括了电机、电调、桨叶、电池以及机架,载重是10KG,满载起飞重量是23kg。选择的动力是我司的K3000。关于整机测试的第一个问题就是满载悬停的问题,如下图所示。

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其满载悬停时间:12分钟左右,环境温度15°~20°,这里的环境温度是实际测试的户外温度,因为环境温度对电池的影响还是比较大的,一般来说温度越低,其电池的性能会相对较差。


关于其满载悬停的一个油门输出:如下图所示

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从上图可以看出,基本在50%~55%左右就可以满载悬停了,对于这个机架来说,这个动力还是比较匹配的。其次,我们还可以看出这6轴动力,它们的输出相差都不大,基本误差都在5%以内。


如果在数据中看到其中有2个或多个电机输出相差10%的话,说明整个动力和机架匹配度不是那么好,或者是安装是有些问题的。在这种情况下长期作业飞行,会导致某一两个电机损耗非常严重,会大大减少电机的寿命,从而影响整机的寿命。

 

2整机满载机动测试

为了测试其操控性能和机动性能是否良好,因此我们需要对整机满载机动进行测试,关于油门输出如下图所示。

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从图上看,在60%做大机动是没有什么问题,对于一键救机以及一些急升急降的操作,动力的余量也是绰绰有余的。

 

3植保作业测试

 

整机测试的第三个环节是植保作业,也就是常说的喷洒农药,这也是整机测试中的一个重要环节,油门输出如下图所示。

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从上图可以看出油门输出是从50%的满载悬停到喷完药,大约在40%左右,这款植保机喷洒了两桶药,基本上还是比较符合要求的,整机测试结果说明满载悬停、大机动的操作包括植保作业方面,这套动力系统和整机匹配度还是比较好的。

 

植保动力系统使用过程中的注意事项

 

1植保作业过程中载重问题

 

例如:10L药箱,一般建议作业时候装8L~9L左右比较合适,一组两块6S电池能喷2桶左右的量是比较常态的。如果动力、电池性能很好,可能满载10L,喷洒两到三桶也是可以做到的,低压报警一般设为3.6V比较合适。

 

另外载药起飞时候,油门输出在50%~60%是比较匹配的动力,若大于65%甚70%才能起飞,动力就显得不足,这样就超出了他的额定拉力范围,也超出了他的最佳性能区间,并且对大机动甚至快速救机等操作性能有一定影响。

 

相反,如果满载起飞,油门如果不到40%,那说明动力过剩,桨叶转速过低,飞控控制难度会大大增加,一般会出现抖动,飞不稳等现象。所以根据需求搭配适合的动力是非常重要的。

 

2动力系统寿命的问题

 

正常使用时候(炸鸡等极端情况除外),寿命和电机相关性较大,其中电机的轴承是关键。一般轴承厂家NSK、EZO、NMB等标称1000小时没问题,但在植保应用中是达不到的,刚才也说了,植保作业环境是高温高湿强腐蚀,所以现在统计来看,一般能用到100~200小时算比较正常的水平。

3保养和维护

 

使用一定时间后,很有必要清洗和保养一下,特别是针对可拆卸的电机。拆开后直接用水冲洗就可以,电机里的结构和线圈都是有绝缘处理的,一般不会短路。但是如果电机上即使有拆卸的螺丝,但是厂家说不能拆卸,那就是不支持拆卸清洗,因为自行拆卸会导致电机动平衡失衡,严重影响后期的性能和寿命。

 

总体来说,植保无人机是一个新兴的产业,我们也在积累植保动力系统方面的知识,同时也希望大家可以把你们关于植保动力系统最关心的问题以及实际作业中的经验都和我们分享,也有助于我们为您提供更多的服务。

 

问答环节

ABOUT

主持人:动力系统需要及时更换吗?一般更换的频率是多少?如何确定动力系统是否需要更换?

 

徐老师:及时更换动力系统是有必要的,特别是在作业后电机发热严重、转动不够顺畅,动力系统有异响或噪音过大,甚至于在使用过程中会出现动力系统或整机震动过大等情况,这个时候,需要及时的排查或更换动力系统。

 

另外动力系统使用一般超过200小时之后,需要及时更换配件,否则后面会影响整机性能,炸鸡可能性也大大增加。

 

主持人:针对不可拆卸的动力套装,如何做日常的维护呢?

 

徐老师:如果是不可拆卸的动力套餐,我们建议用户不要自行拆卸,否则会影响其性能。如果是购买我司的动力套装,我们会及时的提供维修或更换等服务。

 

主持人:针对不同的电机如何挑选合适大小的桨叶呢?

 

徐老师:一般来说,电机KV值越小,与其相配的桨叶越大。电机KV值越大,与其相匹配桨叶越小。例如:100KV电机配30英寸左右的桨叶,120KV配28英寸左右的桨叶,170KV配21或22英寸桨叶等等。

 

温馨小贴示

在未来的一年中,拓攻微课堂会不定期的推出线上课程,我们将邀请农药、农机等相关专家入住拓攻微课堂,希望大家多多关注。关于植保动力系统,大家还有什么问题,或者您还想了解无人机其他方面的内容,可以关注“拓攻农业”官方订阅号留言。