新型背負(fù)式電動(dòng)噴藥機(jī)的設(shè)計(jì)

張梅+Daniel+K.Fisher+馬偉

【摘要】中國小型溫室的噴藥作業(yè)大多采用背負(fù)式噴藥，這種噴藥方式具有簡單輕便，適合單人操作的特點(diǎn)。背負(fù)式噴藥方式主要有3種，一是手動(dòng)按壓，勞動(dòng)強(qiáng)度大；二是高壓氣瓶加壓，成本高，多用于短時(shí)間科研噴霧使用；三是電動(dòng)加壓，具有環(huán)保和省力的特點(diǎn)。電動(dòng)加壓的優(yōu)勢是噴霧壓力恒定在0.3～0.4 MPa之間，霧滴均勻性和噴灑效率都優(yōu)于手動(dòng)加壓。因此該裝置將電動(dòng)加壓技術(shù)應(yīng)用在背負(fù)式噴藥裝備上，并針對(duì)原有的薄弱技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而達(dá)到減輕藥械自重40%以上，提高噴霧續(xù)航時(shí)間3 h以上的效果。

背景

溫室噴藥是溫室種植生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，該過程具有作業(yè)頻繁和勞動(dòng)強(qiáng)度大的特點(diǎn)，一般溫室越冬蔬菜需要每周噴藥1～2次。因此，針對(duì)這一環(huán)節(jié)的施藥器械開發(fā)成為一個(gè)技術(shù)開發(fā)和研究的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的施藥器械加壓方式多為手動(dòng)加壓，由于其價(jià)格低廉得到大范圍推廣，不足之處是該方式勞動(dòng)強(qiáng)度較大，霧化均勻性不好。近年來也有通過大功率電機(jī)或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，利用高壓柱塞泵加壓，通過幾十米的多層高壓管來對(duì)溫室進(jìn)行噴藥，這種方式往往需要2～4人同時(shí)拖拽高壓管，能快速噴藥，但缺點(diǎn)是施藥不夠精細(xì)，需要?jiǎng)趧?dòng)力較多。國內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)也開發(fā)有一些智能化噴藥裝備，利用傳感器和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化控制，筆者曾主要完成的溫室施肥施藥一體機(jī)，溫室高效噴藥機(jī)等諸多施藥器械，也對(duì)該領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮一定作用。

考慮到有些溫室空間狹小，相對(duì)四輪可推動(dòng)噴藥機(jī)而言，背負(fù)式噴藥機(jī)更靈活、便捷。筆者曾在《溫室智能裝備系列之十六用于果蔬作物的背負(fù)電動(dòng)變量噴藥機(jī)》[1]一文中詳細(xì)描述了該技術(shù)細(xì)節(jié)。該類型噴藥機(jī)通過多年推廣后，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)一些問題，對(duì)其原有的薄弱技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)就非常必要。

原理

新型背負(fù)式電動(dòng)噴藥機(jī)的設(shè)計(jì)主要的環(huán)節(jié)包括電池、壓力泵、底座、噴桿、噴嘴5個(gè)部分。通過將電池設(shè)計(jì)為新型鋰電池，壓力泵變?yōu)閮?nèi)置的緊湊型結(jié)構(gòu)，提高藥械的強(qiáng)度，極大的簡化底座的結(jié)構(gòu)。另外對(duì)噴桿的把手部分增加外接的壓力接口，噴嘴改為組合式密封結(jié)構(gòu)，具備很大的通用性。

結(jié)構(gòu)

采用緊湊型內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，壓力泵由藥桶護(hù)避免撞擊受損。藥桶采用大彎曲結(jié)構(gòu)，一方面彎曲弧面可以和作業(yè)人員背負(fù)有更大間隙，提高舒適性，同時(shí)還可以增加藥桶的機(jī)械強(qiáng)度。進(jìn)一步對(duì)噴藥機(jī)進(jìn)行優(yōu)化和提升：電池選用鋰電池，20V1.5AH，重量為50 g，是原有電池重量的5%（圖2、圖3）。電池充好電后采用插入鎖扣的方式固定在底部。壓力泵采用圓柱形結(jié)構(gòu)，以直接嵌入的方式固定在藥桶底部，占空間少（圖4）。

底座的設(shè)計(jì)選擇16 mm空心鐵管折彎，重量輕，成本低。通過布置圓柱形泵和電池位于藥箱正下方的方法，降低重心，減少背負(fù)噴藥機(jī)時(shí)對(duì)背部的壓力（圖5）。

把手通過增加防滑海綿的方法改善了操作舒適性。預(yù)留了用來連接壓力表的快速插口，根據(jù)需要通過壓力軟管就能快速外接壓力表，這種結(jié)構(gòu)對(duì)精密噴霧的需求留出功能擴(kuò)展接口（圖6）。

噴桿改進(jìn)后可適用于Teejet系列的噴嘴，霧滴較小的Teejet8001噴嘴方便更換。圓錐形噴嘴通過適配接頭可方便的連接上去，能很好的滿足大噴霧量的噴霧需求（圖7、圖8）。

結(jié)束語

便攜輕便的噴霧器開發(fā)是施藥器械研究的一個(gè)重要方向，其技術(shù)起點(diǎn)低，但作業(yè)針對(duì)性好。能解決實(shí)際生產(chǎn)大問題的思路是藥械研發(fā)的重要趨勢。該文通過長期以來對(duì)背負(fù)式電動(dòng)噴藥機(jī)用戶反饋問題分析以及新技術(shù)的集成實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，有效解決中國溫室單人背負(fù)噴霧（噴藥、噴葉面肥、幼苗噴水）作業(yè)的難題。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬偉，王秀，秦貴，等.溫室智能裝備系列之十六用于果蔬作物的背負(fù)電動(dòng)變量噴藥機(jī)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝），2010，30（6）：38-39.endprint