宋金山

摘 要：目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所售的用于草坪的噴霧機(jī)普遍存在噴霧控制精度低的缺陷。然而為了提高草坪的質(zhì)量又無(wú)法避免在日常養(yǎng)護(hù)作業(yè)中使用農(nóng)藥，農(nóng)藥的過(guò)量使用，對(duì)環(huán)境造成的污染在不斷破壞動(dòng)物的生存環(huán)境及人類(lèi)的身體健康。這就要求提高噴霧作業(yè)精度，以安全可靠的自動(dòng)噴霧控制系統(tǒng)提高藥物的利用率。因此，論述了一款噴霧機(jī)的高精度噴霧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該噴霧系統(tǒng)采用隔膜泵作為動(dòng)力源，隔膜泵通過(guò)水管與噴霧機(jī)尾部噴霧控制系統(tǒng)相聯(lián)，噴霧控制系統(tǒng)所配置的壓力傳感器和行駛輪所配置的速度傳感器為控制臺(tái)反饋信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)高精度噴霧作業(yè)。主要對(duì)噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)、噴霧系統(tǒng)原理及主要零部件選型進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：噴霧機(jī);噴霧系統(tǒng);高精度噴霧

中圖分類(lèi)號(hào)：S491 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.04.006

0 引言

作物和草坪等植物病蟲(chóng)害的防治離不開(kāi)農(nóng)藥的使用，然而所噴灑的農(nóng)藥大部分都沒(méi)有作用到防治靶標(biāo)上，有效利用率相對(duì)較低，不僅造成經(jīng)濟(jì)方面的損失，還會(huì)造成環(huán)境污染，進(jìn)而影響人畜健康。農(nóng)藥有效利用率的提高，是農(nóng)藥學(xué)科面臨的重要且迫切的問(wèn)題，新時(shí)期農(nóng)藥使用技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容也將針對(duì)其進(jìn)行展開(kāi)。農(nóng)藥有效利用率的提高，避免非有效的噴灑，就對(duì)施藥機(jī)具和噴霧系統(tǒng)提出了更高的要求。根據(jù)國(guó)內(nèi)外該類(lèi)產(chǎn)品現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)一款噴霧機(jī)的噴霧系統(tǒng)解決噴霧精度低的問(wèn)題，意義重大且迫在眉睫。

1 噴霧系統(tǒng)方案論證

噴霧系統(tǒng)是噴霧機(jī)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在，通過(guò)控制系統(tǒng)內(nèi)液體的壓力和流量，達(dá)到所需要的噴灑效果。噴霧系統(tǒng)一般包含動(dòng)力部分、控制部分和執(zhí)行部分。

1.1 動(dòng)力部分

動(dòng)力部分主要元件是水泵，常用的有物理泵、離心泵和隔膜泵三種。

（1）物理泵。通常指的是三缸柱塞泵，通過(guò)三個(gè)柱塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到增壓和輸送目的的往復(fù)泵。

（2）離心泵。依靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)來(lái)使流體獲得較大的動(dòng)能，并依靠流道出口的蝸殼斷面變化使流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能。

（3）隔膜泵。借助薄膜將被輸液體與活柱和泵缸隔開(kāi)，從而保護(hù)活柱和泵缸。

通常情況下物理泵可達(dá)到的壓力最高，隔膜泵次之，離心泵壓力最低，而流量則剛好相反。在使用和維護(hù)保養(yǎng)方面，隔膜泵由于其自身的特點(diǎn)，使用時(shí)或使用過(guò)程中即使系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有工作液，對(duì)泵也不會(huì)造成損害，其維護(hù)也只需更換膜片，操作簡(jiǎn)單方便。而離心泵工作時(shí)系統(tǒng)內(nèi)必須有工作液，否則旋轉(zhuǎn)軸處密封圈會(huì)由于干磨而損壞，需要其時(shí)刻關(guān)注系統(tǒng)內(nèi)或者藥箱內(nèi)工作液的使用情況。故本設(shè)計(jì)根據(jù)各種泵的性能及所要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，選擇隔膜泵進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.2 控制部分和執(zhí)行部分

控制元件主要是指噴霧機(jī)常用的閥和控制臺(tái)，執(zhí)行元件則是指噴嘴，另外將相關(guān)的零部件也歸到控制部分和執(zhí)行部分中進(jìn)行論述。

（1）控制臺(tái)。控制臺(tái)分為手動(dòng)控制和全自動(dòng)變量噴霧控制兩種控制方式，其中手動(dòng)控制即操作者根據(jù)需求手動(dòng)調(diào)節(jié)打藥系統(tǒng)工作壓力，調(diào)定值相對(duì)固定不隨工作速度變化進(jìn)行調(diào)整，噴灑精度較低。而全自動(dòng)變量噴霧控制系統(tǒng)可以自行匹配工作壓力、行駛速度和噴嘴流量，以達(dá)到高噴灑精度。

（2）安全閥。保證系統(tǒng)安全，且其對(duì)系統(tǒng)的最高工作壓力起到限定作用，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全性，以及系統(tǒng)在特殊情況下的性能穩(wěn)定。

（3）噴頭體——噴嘴。實(shí)現(xiàn)藥液的噴灑功能，根據(jù)不同的藥液、噴灑情況，選擇不同形式和流量的噴嘴。

（4）藥液箱。儲(chǔ)液容器，容積、外形和材質(zhì)各有不同，常見(jiàn)藥箱為聚乙烯材質(zhì)，加液口藥箱蓋選擇有通氣功能的，以防吸空，且安裝藥箱處需密封，防止藥液滲出，同時(shí)需有過(guò)濾網(wǎng)。

（5）過(guò)濾器。通常至少配有3級(jí)過(guò)濾，且至少有1級(jí)濾網(wǎng)的孔徑不得大于噴孔的最小通過(guò)段。

（6）回水?dāng)嚢杵?。攪?dòng)藥液的作用，尤其是粉劑作用明顯，根據(jù)藥罐的容積和所需的攪動(dòng)流量，選擇不同流量的回水?dāng)嚢杵鳌?/p>

（7）藥罐沖洗噴嘴。噴灑作業(yè)結(jié)束后，用于清洗藥罐內(nèi)部的噴嘴，根據(jù)藥罐的容積和藥罐外形結(jié)構(gòu)，選擇相應(yīng)結(jié)構(gòu)和流量的噴嘴。

2 噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)

噴霧系統(tǒng)即實(shí)現(xiàn)噴灑作業(yè)的工作部件的組合，每個(gè)零部件根據(jù)自身的功能各自發(fā)揮其相應(yīng)的作用。

2.1 噴霧系統(tǒng)原理

隔膜泵吸水口經(jīng)過(guò)過(guò)濾器從藥罐吸水，隔膜泵出水口經(jīng)過(guò)三通接頭分為兩條支路：其一為選配件卷管器噴槍支路，該支路由球閥控制水路通斷，并設(shè)計(jì)有安全閥保證壓力穩(wěn)定;另一支路為噴灑作業(yè)工作支路，通向噴桿，該支路同樣利用球閥控制水路通斷，并設(shè)計(jì)有安全閥保證該支路壓力穩(wěn)定且保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)，安全閥回水同時(shí)安裝了回水?dāng)嚢杵鳎踩y后聯(lián)接電磁開(kāi)關(guān)閥組，控制三段噴桿水路通斷，其后聯(lián)接三通球閥，將該支路再次分為兩條支路，其一為沖洗藥罐支路，另一支路聯(lián)接電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)控制臺(tái)信號(hào)可控制系統(tǒng)工作壓力。控制部分中電磁開(kāi)關(guān)閥組、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、壓力傳感器及速度傳感器均與控制臺(tái)相聯(lián)，信號(hào)傳輸給電動(dòng)調(diào)壓閥，利用增大或減小卸荷流量實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)，從而控制噴嘴處的壓力及流量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制噴灑精度保證噴霧均勻性。噴霧系統(tǒng)原理如圖所示。

2.2.1 攪動(dòng)流量計(jì)算

流體：藥箱容積（L）×0.05=總攪動(dòng)流量（L·min-1）;

粉劑：藥箱容積（L）×0.125=總攪動(dòng)流量（L·min-1）;

已知：選取較大攪動(dòng)流量的粉劑，藥箱容積為500 L;

故：總攪動(dòng)流量=500×0.125=62.5 L·min-1。

2.2.2 噴臂流量計(jì)算

噴臂流量（L·min-1）=化學(xué)藥物噴灑量（L·m-2）×打藥機(jī)速度（m·min-1）×噴幅（m）;

已知：化學(xué)藥物的噴灑量一般為0.01～0.02 L·m-2，選取0.02 L·m-2;工作行駛速度100～125 m·min-1，選取行駛速度125 m·min-1、噴幅5 m;

故：噴臂流量=0.02×125×5=12.5 L·min-1。

2.2.3 額外流量

Hypro品牌推薦增加計(jì)算流量的20%應(yīng)對(duì)多變因素。

總流量=1.2×（攪動(dòng)流量+噴臂流量）;

故：總流量=1.2×（62.5+12.5）=90 L·min-1。

綜上，選取Hypro品牌隔膜泵，型號(hào)為9910-D115，最高輸出壓力2 MPa，最大輸出流量108.3 L·min-1。

2.3 控制和執(zhí)行部分選型

2.3.1 控制臺(tái)選型

全自動(dòng)變量控制臺(tái)在操控的難易程度及安裝布置方面有較大差別，噴霧控制精度的提高主要依附于噴霧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?？刂婆_(tái)選取Teejet品牌的844E控制臺(tái)，型號(hào)90-02251。

2.3.2 噴嘴選型

噴嘴選取Teejet品牌XR延長(zhǎng)范圍扇形噴嘴系列，具有良好的噴霧分布性能，用于自動(dòng)控制噴霧系統(tǒng)，效果更加理想。

2.3.3 其它元件選型

壓力傳感器選取Teejet品牌，型號(hào)16-05015;

速度傳感器選取Teejet品牌，型號(hào)16-40004;

安全閥選取Teejet品牌，型號(hào)8460-3/4'';

電磁開(kāi)關(guān)閥組選取Teejet品牌，型號(hào)433EC-2F75-D;

電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選取Teejet品牌，型號(hào)344BRL-2F-03CCS;

回水?dāng)嚢杵鬟x取Hypro品牌，型號(hào)3371-0028;

過(guò)濾器選取Teejet品牌，型號(hào)AA126ML-F75-50;

容器清洗噴嘴選取Teejet品牌，型號(hào)VSM-1/2-90。

選取隔膜泵9910-D115作為動(dòng)力源，844E控制臺(tái)及相關(guān)零部件實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)變量噴霧，提高噴灑精度，從而提高藥物利用率。

3 結(jié)論

本論文設(shè)計(jì)了一款噴霧機(jī)的噴霧系統(tǒng)，采用全自動(dòng)變量噴霧控制系統(tǒng)，使得噴霧作業(yè)量根據(jù)車(chē)速變化自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)單位噴霧作業(yè)量的均勻性。該款噴霧機(jī)在一定程度上彌補(bǔ)了目前自走噴桿式噴霧機(jī)普遍存在噴霧控制精度低的缺陷，提高藥物利用率，減少了藥物對(duì)環(huán)境造成的污染。

參考文獻(xiàn)：

[1] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等機(jī)械出版社，2006.

[2] 王茁，李穎卓，張波.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3] 鄭文緯，吳克堅(jiān) .機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，1997.

[4] 高志，黃純穎. 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)[M].北京：高等機(jī)械出版社，2010.

[5] 聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.