6HW-12B高射程森林病蟲害防治噴霧機(jī)的研制

雒鷹1，山廣茂1，黃國樑2，張楊1，陳玲1，胡旭光2，陳彧橫3

(1.吉林省林業(yè)科學(xué)研究院，長春 130033；2.哈爾濱大東人造板設(shè)備制造有限公司，哈爾濱 150040；

3.吉林省長嶺縣森林病蟲防治檢疫站，吉林 松原131506)

摘要：6HW-12B高射程森林病蟲害防治噴霧機(jī)，是繼6HW30和6HW-12A兩款高射程噴霧機(jī)研制成功之后又一款極具創(chuàng)新意義的新型森林病蟲害防治設(shè)備。本文介紹了該機(jī)型主要研究內(nèi)容：將6HW-12A高射程森林病蟲害防治噴霧機(jī)的操控方式從“電控氣動(dòng)式”升級(jí)為“電控液壓式”；駕駛棚從“簡易駕駛棚”變?yōu)椤叭忾]異形駕駛室”；報(bào)警系統(tǒng)從“玻璃溢位計(jì)”升級(jí)為“電控聲光溢位報(bào)警器”。在總體方案設(shè)計(jì)上，為提高“6HW-12B高射程噴霧機(jī)”的有效射程，還對(duì)主機(jī)和風(fēng)機(jī)的功率進(jìn)行了全面提升，分別從“6HW-12A高射程噴霧機(jī)”的22KW和15KW提高到“6HW-12B高射程噴霧機(jī)”的26KW和22KW。功率的全面提升，使得整機(jī)噴高也從原來的20 m提高到現(xiàn)在的22 m以上，水平射程大于35m，平均霧滴直徑達(dá)到131 μm。6HW-12B高射程噴霧機(jī)的研制成功，使丘陵和平原地區(qū)森林病蟲害防治全面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化成為可能。

關(guān)鍵詞：高射程；噴霧機(jī)；病蟲害防治；操控方式；溢位報(bào)警器

中圖分類號(hào)：S 776.28

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-005X(2015)03-0085-05

Abstract：Following 6HW30 and 6HW-12A，6HW-12B high rage sprayer is another highly successful development of innovative new forest pest control devices.6HW-12B high rage sprayer has been upgraded based on 6HW-12A high rage sprayer.The main development contents of the sprayer are introduced in this paper：the electronic-control pneumatic controlling mode is upgraded to electronic-control hydraulic controlling mode；the simple driving cab is upgraded to “whole closed special-shaped” driving cab；the “glass overflow meter” alarm system is upgraded to “electronically controlled sound and light overflow” alarm system.In terms of the overall design，to improve the effective range of 6HW-12B high rage sprayer，based on 6HW-12A high rage sprayer，the power of the main engine is increased from 15 kW to 22 kW and the power of the fan unit is increased from 22 kW to 26 kW；then the spray height is increased from 20 m to more than 22 m，the horizontal range reached more than 35 m，and the average diameter of droplets reached 131 μm.Therefore，the successful development of 6HW-12B high range sprayer made the modernization of forest pest control in hilly and plains region become possible.

Keywords：high range；sprayer；forest pest control；controlling mode；overflow alarm

收稿日期：2014-11-15

基金項(xiàng)目：吉林省科技廳重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(20130206057NY)

作者簡介：第一雒鷹，學(xué)士，研究員。研究方向：林業(yè)機(jī)械。E-mail：ly13578671811@163.com

Development of 6HW-12B High-Range Sprayerfor Forest Disease and Pest Control

Luo Ying1，Shan Guangmao1，Huang Guoliang2，Zhang Yang1，Chen Ling1，Hu Xuguang2，Chen Yuheng3

(1.Jilin Provincial Academy of Forestry Sciences，Changchun 130033；

2.Harbin Dadong Wood-based Panel Equipment Manufacturing Co.，Ltd.，Harbin 150040；

3.Jilin Province Changling County Forest Pest Control and Quarantine Station，Songyuan 131506，Jilin Province)

引文格式：雒鷹，山廣茂，黃國樑，等.6HW-12B高射程森林病蟲害防治噴霧機(jī)的研制[J].森林工程，2015，31(3)：85-89.

森林災(zāi)害主要是指森林火災(zāi)和森林病蟲災(zāi)害[1-3]，在人們意識(shí)當(dāng)中，森林火災(zāi)始終是排在森林災(zāi)害第一位，然而，隨著人們對(duì)森林防火意識(shí)的日益增強(qiáng)和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)森林防火責(zé)任制強(qiáng)有力的落實(shí)，目前，森林病蟲害所造成的損失已經(jīng)遠(yuǎn)大于森林火災(zāi)所造成的損失[4-6]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“十一五”期間，全國林業(yè)有害生物造成的年均損失總計(jì)為1 101億元，其中年均直接經(jīng)濟(jì)損失為245億元(立木資源年均損失為128億元，非木質(zhì)林產(chǎn)品年均損失為117億元)，生態(tài)服務(wù)價(jià)值年均損失為856億元[7]。經(jīng)濟(jì)林病蟲害的年均發(fā)生面積為65萬hm2，占總發(fā)生面積的5.6%，而造成的經(jīng)濟(jì)損失為117.1億元，占總損失的48%[8]。2006年至2010年林業(yè)有害生物直接經(jīng)濟(jì)損失按病、蟲、鼠兔、有害植物進(jìn)行評(píng)估的結(jié)果為：蟲害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失最大，為179億元，占年均直接經(jīng)濟(jì)損失總值的73.16%；其次是病害，造成的損失為53億元，占總值的21.79%[9]；以吉林省西部地區(qū)為例(吉林省西部地區(qū)常年干旱少雨，是森林病蟲害多發(fā)地區(qū))，該地區(qū)有林地面積僅占全省有林地面積的12.21%，而森林病蟲害受災(zāi)面積卻占全省受災(zāi)面積的40%左右[10]。每年造成的直接損失達(dá)數(shù)億元人民幣。由此可見，加強(qiáng)森林病蟲害的治理已是當(dāng)務(wù)之急。

1研究的主要內(nèi)容

1.1　前期研究基礎(chǔ)

為了有效防控森林病蟲害，吉林省林業(yè)科學(xué)研究院在2003年開始對(duì)平原和丘陵地區(qū)森林病蟲害進(jìn)行了認(rèn)真的研究，總結(jié)了各個(gè)森林病蟲害防治機(jī)械設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)[11-12]，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)研制出第一代“6HW30高射程自行式森林病蟲害型防治噴霧機(jī)”(以下簡稱“30型噴霧機(jī)”)如圖1所示。

圖1　30型噴霧機(jī) Fig.1 Type 30 sprayer

從圖1中可以看出，“30型噴霧機(jī)”雖然實(shí)現(xiàn)了高射程、自行式、單人單機(jī)噴霧防治的功能，但整機(jī)結(jié)構(gòu)臃腫，安全性和穩(wěn)定性均不理想。風(fēng)機(jī)是沿用老舊的“牽引式噴霧機(jī)”的風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)體積大、重量大、噪音大、整體笨重，不利于拆卸和維修。藥水箱布置在駕駛員身后，使本不堪重負(fù)的拖拉機(jī)后部又增加了重量120 kg，加之一些機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得整機(jī)重心位置嚴(yán)重靠后。盡管在拖拉機(jī)最前端加裝了超過100 kg的鑄鐵配重，在整機(jī)重載爬坡時(shí)仍舊是杯水車薪，有時(shí)甚至需要倒車上坡?！?0型噴霧機(jī)”為吉林省林業(yè)科學(xué)研究院研制的第一代樣機(jī)，該機(jī)的操控方式為“手控機(jī)械式”。

在此基礎(chǔ)上，該課題組于2009年又開發(fā)研制出第二代高射程自行式森林病蟲害型防治噴霧機(jī)——“6HW-12A高射程自行式森林病蟲害型防治噴霧機(jī)”(以下簡稱“A型噴霧機(jī)”)如圖2所示。

圖2　A型噴霧機(jī) Fig.2 Type A sprayer

由圖2可以看出，“A型噴霧機(jī)”比“30型噴霧機(jī)”有了重大改進(jìn)。首先將最影響整機(jī)重心的藥箱從后部移到兩側(cè)大驅(qū)動(dòng)輪上方。然后，對(duì)風(fēng)機(jī)加以重新選型，使得新型風(fēng)機(jī)的重量僅為“30型噴霧機(jī)”風(fēng)機(jī)重量的四分之一，而且，風(fēng)機(jī)蝸殼的厚度也從原來的500 mm減小到150 mm。最后，操控系統(tǒng)也從“30型噴霧機(jī)”的“手控機(jī)械式”升級(jí)為“電控氣動(dòng)式”?！癆型噴霧機(jī)”經(jīng)過3 a實(shí)際生產(chǎn)使用又發(fā)現(xiàn)諸多弊端，課題組遂提出“6HW-12B高射程自行式森林病蟲害防治噴霧機(jī)(以下簡稱”B型噴霧機(jī)“)的研制”課題。

“B型噴霧機(jī)”課題是吉林省林業(yè)科學(xué)研究院承擔(dān)的吉林省科技廳重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。該項(xiàng)目是繼“30型噴霧機(jī)”和“A型噴霧機(jī)”研制成功后又一極具創(chuàng)新意義的新型森林病蟲害防治設(shè)備?！癇型噴霧機(jī)”一方面秉承了“30型噴霧機(jī)”和“A型噴霧機(jī)”的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，同時(shí)在整機(jī)的適用性、安全性和科技含量方面取得重大突破。2013年6月26日，中華人民共和國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局正式授予該項(xiàng)目國家發(fā)明專利(專利號(hào)：200910218129.9)。

1.2　“B型噴霧機(jī)”研究主要內(nèi)容

(1)霧化噴高系統(tǒng)：此系統(tǒng)既要保證從噴霧機(jī)噴射出的藥液充分霧化，同時(shí)又要保證超過“A型噴霧機(jī)”所達(dá)到的高度。

(2)噴霧機(jī)噴頭水平180°角范圍內(nèi)即停設(shè)計(jì)：該項(xiàng)設(shè)計(jì)要保證實(shí)現(xiàn)噴霧機(jī)噴頭可在水平180°角范圍內(nèi)任意位置牢固停止(此前研制的“A型噴霧機(jī)”不能實(shí)現(xiàn)此動(dòng)作)，這對(duì)實(shí)際生產(chǎn)使用有著極其重大的意義。

(3)全封閉異形駕駛室設(shè)計(jì)：鑒于該機(jī)的專業(yè)性，導(dǎo)致必須對(duì)駕駛室進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)。如果采用原車自帶駕駛室，不僅加大了整機(jī)成本，而且后部機(jī)械傳動(dòng)部分和藥水箱也無法布置。由于采用全封閉駕駛室，駕駛員在觀察噴霧機(jī)噴頭擺動(dòng)角度時(shí)視線會(huì)受到影響，因此，在駕駛室內(nèi)設(shè)置天窗用以輔助觀察噴霧機(jī)噴頭擺動(dòng)角度。全封閉的駕駛室雖然解決了農(nóng)藥對(duì)駕駛員人身安全的危害，但在夏季病蟲害防治作業(yè)時(shí)駕駛室內(nèi)溫度會(huì)達(dá)到40℃以上。如何解決駕駛室內(nèi)溫度過高，同時(shí)還要防止霧化的農(nóng)藥大量飄入駕駛室，這也是此項(xiàng)課題研究的主要內(nèi)容之一。駕駛室的結(jié)構(gòu)形狀根據(jù)噴霧機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸，后期進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)計(jì)加工。

(4)溢位聲控報(bào)警技術(shù)的應(yīng)用：普通玻璃溢位計(jì)的功能可以滿足使用要求，且成本較低，但其極易破損導(dǎo)致藥液流失浪費(fèi)，加之長時(shí)間使用，灰塵和水垢的污染會(huì)使溢位計(jì)失去作用，故采用此技術(shù)。

(5)加寬輪距：輪距加寬可以使得駕駛空間更為寬敞，橫向穩(wěn)定性更加安全可靠。

2總體方案設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

綜上所述，“B型噴霧機(jī)”在總體方案設(shè)計(jì)上既考慮到“A型噴霧機(jī)”的適用性，同時(shí)也對(duì)它存在的問題進(jìn)行了全面升級(jí)和改進(jìn)?？傮w方案設(shè)計(jì)的第一步就是全面提升噴霧機(jī)主機(jī)(拖拉機(jī))和風(fēng)機(jī)功率。將主機(jī)功率由22 KW提高到26 KW，相應(yīng)動(dòng)力輸出軸輸出功率也從19.89 KW提高到23 KW。風(fēng)機(jī)的功率從原來的15 KW提高到22 KW。功率的全面提升，使得整機(jī)噴高也從“A型噴霧機(jī)”20 m提高到“B型噴霧機(jī)”的22 m以上。由于新型風(fēng)機(jī)在風(fēng)量和風(fēng)壓上都有較為明顯提高，所以風(fēng)機(jī)的二次霧化效果得到顯著加強(qiáng)。第二步，在噴霧機(jī)噴頭水平180°角范圍內(nèi)即停設(shè)計(jì)上，首先考慮到的是將“A型噴霧機(jī)”的操控方式由電控氣動(dòng)式更改為電控液壓式，這一更改使得“B型噴霧機(jī)”有了質(zhì)的飛躍。具體體現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)中的重要意義是：

(1)可以實(shí)施定角度噴霧防治。定角度噴霧防治就是根據(jù)樹高，事先選定好噴霧角度。這樣，可以實(shí)現(xiàn)單方向不留死角的全覆蓋噴霧防治。而“A型噴霧機(jī)”則不具此項(xiàng)功能。

(2)可以節(jié)省不必要的農(nóng)藥浪費(fèi)?！癆型噴霧機(jī)”的噴頭只能雙向擺動(dòng)，當(dāng)噴頭與地面在垂直位置附近時(shí)所噴出的農(nóng)藥，有相當(dāng)一部分會(huì)散落到地上，造成無端的浪費(fèi)。而“B型噴霧機(jī)”則完全克服了此種弊端，藥液全部直噴樹冠。

(3)可以實(shí)現(xiàn)常量定向噴霧?！癇型噴霧機(jī)”在森林病蟲害防治作業(yè)中，可以針對(duì)重災(zāi)林木(食葉害蟲密集部位或蛀干害蟲蟲窩)實(shí)施常量定向噴霧，這樣可以有效殺滅害蟲。而“A型噴霧機(jī)”則不能。第三步，“B型噴霧機(jī)”總體設(shè)計(jì)充分考慮到駕駛室在整機(jī)防治作業(yè)中的重要作用?！癆型噴霧機(jī)”采用的是簡易駕駛棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如圖3所示)。

圖3　A型噴霧機(jī)簡易駕駛棚 Fig.3 The simple driving cab of type A sprayer

在長期使用過程中發(fā)現(xiàn)，簡易駕駛棚雖能遮擋住大部分自上而下散落的霧化農(nóng)藥，但卻不能防止在前后左右飄來的霧化農(nóng)藥。這對(duì)駕駛員的身體健康帶來極大安全隱患。鑒于此，“B型噴霧機(jī)”在總體方案設(shè)計(jì)中采用全封閉異形駕駛室(如圖4所示)。

圖4　B型噴霧機(jī) Fig.4 Type B sprayer

對(duì)駕駛室的技術(shù)要求是既不能封閉過嚴(yán)，又不能簡單遮擋。封閉過嚴(yán)會(huì)導(dǎo)致駕駛室溫度過高，甚至駕駛員不能正常工作。而簡單遮擋則不能有效防止霧化農(nóng)藥從周邊進(jìn)入駕駛室。最后，在駕駛室總體方案設(shè)計(jì)中采用“整體封閉、下面開口”的設(shè)計(jì)思想。整體封閉就是在駕駛室非標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)，將駕駛室的上方以及前后左右用鐵板和玻璃封閉。下面開口既是在駕駛室底部設(shè)計(jì)通風(fēng)口。這樣，既能全方位遮擋霧化農(nóng)藥，同時(shí)又能通過底部通風(fēng)口給駕駛室通風(fēng)換氣。在此基礎(chǔ)上，在駕駛員頭部右上方加裝車載電風(fēng)扇，有效的解決了上述矛盾。

在溢位裝置的設(shè)計(jì)上，“B型噴霧機(jī)”用電控聲光溢位報(bào)警器取代了“A型噴霧機(jī)”老舊的玻璃溢位計(jì)。當(dāng)藥箱注水到上限位置時(shí)，報(bào)警器鳴叫，報(bào)警器按鈕也同時(shí)閃亮。當(dāng)藥液噴射到藥箱下限位置時(shí)，報(bào)警器重復(fù)上述動(dòng)作。電控聲光溢位報(bào)警器在該機(jī)上的應(yīng)用，極大提高了“B型噴霧機(jī)”的科技含量，同時(shí)也解決了玻璃溢位計(jì)極易破損，導(dǎo)致藥液流失浪費(fèi)和長時(shí)間使用，灰塵和水垢的污染使溢位計(jì)失去作用的問題。

“B型噴霧機(jī)”的組成如圖5所示。其工作原理是：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)7用一皮帶輪與主機(jī)動(dòng)力輸出軸6采用花鍵連接，然后將主機(jī)的動(dòng)力輸出軸輸出功率通過一條16槽皮帶分別傳至風(fēng)送系統(tǒng)10和藥液供給系統(tǒng)11，藥液供給系統(tǒng)11內(nèi)的液泵再將藥箱總成9內(nèi)的藥液泵至風(fēng)機(jī)風(fēng)口內(nèi)的霧化噴嘴處，從噴嘴噴出的農(nóng)藥在霧化噴嘴內(nèi)部得到第一次霧化。隨即，噴出的霧化藥液借助高壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)力進(jìn)行第二次霧化，最終風(fēng)機(jī)將霧化好的藥液高高送入所需防治林木的樹干和樹冠上，最終達(dá)到殺死害蟲對(duì)林木危害之目的。

圖5　B型噴霧機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 Fig.5 The structure diagram of type B sprayer 1.主機(jī)；2.電控系統(tǒng)；3.非標(biāo)異形駕駛室；4.液壓系統(tǒng)；5.懸掛總成；6.動(dòng)力輸出軸；7.機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；8.擺動(dòng)機(jī)構(gòu)；9.藥水箱總成；10.風(fēng)送系統(tǒng)；11.藥液供給系統(tǒng)

值得一提的是，“B型噴霧機(jī)”在機(jī)電、液壓一體化應(yīng)用方面有了新的突破。首先利用主機(jī)上原有用于農(nóng)機(jī)提升裝置的液壓系統(tǒng)作為液壓動(dòng)力源并加以改裝，然后再加上一些相應(yīng)的液壓元(器)件，通過電路控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)噴霧機(jī)的噴頭既可以自動(dòng)擺動(dòng)，也可以手動(dòng)控制在水平180°角范圍內(nèi)任意位置停止。液壓系統(tǒng)工作原理如圖6所示。

圖6　液壓系統(tǒng)工作原理圖 Fig.6 The schematic diagram of hydraulic system 1.葉片式擺動(dòng)油缸；2.雙電控電磁換向閥；3.調(diào)速節(jié)流閥；4.手動(dòng)換向閥；5.溢流閥；6.齒輪泵

當(dāng)噴霧機(jī)工作時(shí)，將主機(jī)液壓操縱手柄4(即手動(dòng)三位四通換向閥手柄)向后拉動(dòng)使其處于工作位置，液壓油輸出系統(tǒng)開始工作。啟動(dòng)左、右擺電控按扭，液壓油通過雙電控三位四通電磁換向閥2推動(dòng)擺動(dòng)油缸1擺動(dòng)。擺動(dòng)油缸1輸出軸與噴霧機(jī)噴頭上的擺臂相連接，油缸帶動(dòng)擺臂實(shí)現(xiàn)噴霧機(jī)噴頭左、右擺動(dòng)。噴霧機(jī)噴頭的擺動(dòng)速度是靠調(diào)整節(jié)流閥3控制完成的。

當(dāng)噴霧機(jī)停止工作時(shí)，將主機(jī)液壓操縱手柄4向前推動(dòng)，使其處于卸荷位置，致此完成一工作循環(huán)。

3“B型噴霧機(jī)”主要技術(shù)參數(shù)

3.1　主機(jī)技術(shù)參數(shù)

主機(jī)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1　主機(jī)技術(shù)參數(shù) Tab.1 The technical parameters of the main unit

3.2　噴霧裝置技術(shù)參數(shù)

噴霧裝置技術(shù)參數(shù)見表2。

表2　噴霧裝置技術(shù)參數(shù) Tab.2 The technical parameters of the sprayer unit

3.3　整機(jī)參數(shù)

整機(jī)參數(shù)見表3。

表3　整機(jī)參數(shù) Tab.3 The parameters of the whole machine

4結(jié)論

通過實(shí)地試驗(yàn)表明，該機(jī)作為新一代林木病蟲害防治設(shè)備，完全可以取代“A型噴霧機(jī)”在森林病蟲害防治方面的工作。該機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、穩(wěn)定性好、操控簡單、維修方便、使用安全、作業(yè)效率高、使用成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過生產(chǎn)試驗(yàn)測算，單機(jī)單人每天作業(yè)面積相當(dāng)于至少50人以上完成的作業(yè)面積。而且，人工防治森林病蟲害對(duì)于10 m以上的林木是力所不能及的。作業(yè)成本僅相當(dāng)于人工的30%左右。所以應(yīng)用該機(jī)進(jìn)行森林病蟲害防治作業(yè)既可帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也可帶來巨大的生態(tài)效益和社會(huì)效益。另外，在非防治季節(jié)還可以去掉后部噴霧總成進(jìn)行農(nóng)田耕作、液肥噴灑、牽引拖車等多項(xiàng)工作，真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。在實(shí)驗(yàn)過程中，得到了用戶一致好評(píng)，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

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[責(zé)任編輯：劉美爽]