噴霧機的噴霧系統(tǒng)設(shè)計

宋金山

摘 要：目前國內(nèi)市場所售的用于草坪的噴霧機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)量又無法避免在日常養(yǎng)護作業(yè)中使用農(nóng)藥，農(nóng)藥的過量使用，對環(huán)境造成的污染在不斷破壞動物的生存環(huán)境及人類的身體健康。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，論述了一款噴霧機的高精度噴霧系統(tǒng)的設(shè)計。該噴霧系統(tǒng)采用隔膜泵作為動力源，隔膜泵通過水管與噴霧機尾部噴霧控制系統(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反饋信號，從而實現(xiàn)高精度噴霧作業(yè)。主要對噴霧系統(tǒng)設(shè)計、噴霧系統(tǒng)原理及主要零部件選型進行了論述。

關(guān)鍵詞：噴霧機;噴霧系統(tǒng);高精度噴霧

中圖分類號：S491 ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.04.006

0 引言

作物和草坪等植物病蟲害的防治離不開農(nóng)藥的使用，然而所噴灑的農(nóng)藥大部分都沒有作用到防治靶標(biāo)上，有效利用率相對較低，不僅造成經(jīng)濟方面的損失，還會造成環(huán)境污染，進而影響人畜健康。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題，新時期農(nóng)藥使用技術(shù)的主要研究內(nèi)容也將針對其進行展開。農(nóng)藥有效利用率的提高，避免非有效的噴灑，就對施藥機具和噴霧系統(tǒng)提出了更高的要求。根據(jù)國內(nèi)外該類產(chǎn)品現(xiàn)狀，開發(fā)一款噴霧機的噴霧系統(tǒng)解決噴霧精度低的問題，意義重大且迫在眉睫。

1 噴霧系統(tǒng)方案論證

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

1.1 動力部分

動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，通過三個柱塞進行往復(fù)運動來達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)來使流體獲得較大的動能，并依靠流道出口的蝸殼斷面變化使流體的動能轉(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，從而保護活柱和泵缸。

通常情況下物理泵可達到的壓力最高，隔膜泵次之，離心泵壓力最低，而流量則剛好相反。在使用和維護保養(yǎng)方面，隔膜泵由于其自身的特點，使用時或使用過程中即使系統(tǒng)內(nèi)沒有工作液，對泵也不會造成損害，其維護也只需更換膜片，操作簡單方便。而離心泵工作時系統(tǒng)內(nèi)必須有工作液，否則旋轉(zhuǎn)軸處密封圈會由于干磨而損壞，需要其時刻關(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)計根據(jù)各種泵的性能及所要達到的技術(shù)指標(biāo)，選擇隔膜泵進行設(shè)計。

1.2 控制部分和執(zhí)行部分

控制元件主要是指噴霧機常用的閥和控制臺，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)行部分中進行論述。

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

（2）安全閥。保證系統(tǒng)安全，且其對系統(tǒng)的最高工作壓力起到限定作用，保證整個系統(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。儲液容器，容積、外形和材質(zhì)各有不同，常見藥箱為聚乙烯材質(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，同時需有過濾網(wǎng)。

（5）過濾器。通常至少配有3級過濾，且至少有1級濾網(wǎng)的孔徑不得大于噴孔的最小通過段。

（6）回水?dāng)嚢杵?。攪動藥液的作用，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

噴霧系統(tǒng)即實現(xiàn)噴灑作業(yè)的工作部件的組合，每個零部件根據(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)過過濾器從藥罐吸水，隔膜泵出水口經(jīng)過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)計有安全閥保證該支路壓力穩(wěn)定且保護整個系統(tǒng)，安全閥回水同時安裝了回水?dāng)嚢杵?，安全閥后聯(lián)接電磁開關(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)接電動調(diào)節(jié)閥，電動調(diào)節(jié)閥根據(jù)控制臺信號可控制系統(tǒng)工作壓力。控制部分中電磁開關(guān)閥組、電動調(diào)節(jié)閥、壓力傳感器及速度傳感器均與控制臺相聯(lián)，信號傳輸給電動調(diào)壓閥，利用增大或減小卸荷流量實現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)，從而控制噴嘴處的壓力及流量，實現(xiàn)自動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 攪動流量計算

流體：藥箱容積（L）×0.05=總攪動流量（L·min-1）;

粉劑：藥箱容積（L）×0.125=總攪動流量（L·min-1）;

已知：選取較大攪動流量的粉劑，藥箱容積為500 L;

故：總攪動流量=500×0.125=62.5 L·min-1。

2.2.2 噴臂流量計算

噴臂流量（L·min-1）=化學(xué)藥物噴灑量（L·m-2）×打藥機速度（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品牌推薦增加計算流量的20%應(yīng)對多變因素。

總流量=1.2×（攪動流量+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 控制臺選型

全自動變量控制臺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?？刂婆_選取Teejet品牌的844E控制臺，型號90-02251。

2.3.2 噴嘴選型

噴嘴選取Teejet品牌XR延長范圍扇形噴嘴系列，具有良好的噴霧分布性能，用于自動控制噴霧系統(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16-05015;

速度傳感器選取Teejet品牌，型號16-40004;

安全閥選取Teejet品牌，型號8460-3/4'';

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

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

回水?dāng)嚢杵鬟x取Hypro品牌，型號3371-0028;

過濾器選取Teejet品牌，型號AA126ML-F75-50;

容器清洗噴嘴選取Teejet品牌，型號VSM-1/2-90。

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

3 結(jié)論

本論文設(shè)計了一款噴霧機的噴霧系統(tǒng)，采用全自動變量噴霧控制系統(tǒng)，使得噴霧作業(yè)量根據(jù)車速變化自動進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)單位噴霧作業(yè)量的均勻性。該款噴霧機在一定程度上彌補了目前自走噴桿式噴霧機普遍存在噴霧控制精度低的缺陷，提高藥物利用率，減少了藥物對環(huán)境造成的污染。

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