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200 年 月 第 期 背 負(fù) 式 靜 電 噴 霧 器 的 設(shè) 計(jì) 姚海蘭 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 阿拉爾 843300 摘 要 靜電噴霧技術(shù)是應(yīng)用高壓靜電在噴頭與噴霧目標(biāo)之間建立一個靜電場 而農(nóng)藥液體流經(jīng)噴頭霧化后 通過不同 的方式被充上電荷 形成群體帶電霧滴 霧滴云 然后在靜電場力和其他外力的聯(lián)合作用下 霧滴做定向運(yùn)動而吸附 在目標(biāo)的各個部位 達(dá)到沉積效率高 霧滴漂移散失少和改善生態(tài)環(huán)境等良好的性能 背負(fù)式靜電噴霧器 是由貯液桶 殼體 背負(fù)帶 蓄電池 靜電裝置 電動隔膜泵 活塞泵 電源開關(guān) 噴霧閥門 手持柄 手柄 噴桿 連接管 噴管 靜電噴頭等構(gòu)成 背負(fù)式靜電噴霧器的優(yōu)點(diǎn)是有效地消除了農(nóng)藥外濾傷害操作者的弊病 并且省力 且電動泵壓力比人 手動吸筒壓力大 增大了噴灑距離和范圍 霧化效果好 省時 省力 省藥 關(guān)鍵詞 背負(fù)式 靜電裝置 設(shè)計(jì) 噴霧器 中圖分類號 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0 引言 目前 我國農(nóng)藥生產(chǎn)技術(shù)處于國際先進(jìn)技術(shù) 而植 保機(jī)械和農(nóng)藥施用技術(shù)相對落后 長期以來 我國農(nóng)藥 施用技術(shù)仍停留在傳統(tǒng)的大容量和大霧滴噴霧技術(shù)水平 上 噴灑的農(nóng)藥僅有少部分附著在植物冠表面上 絕大 部分藥液和藥粉都流淌或散落在地面上 噴施農(nóng)藥的有 效利用率只有 20 30 而真正到達(dá)害蟲體的藥量不到 施藥量的 1 換言之 99 以上的農(nóng)藥不僅未發(fā)揮殺病 蟲作用 反而變成了環(huán)境污染源 由此帶來了 1 農(nóng)藥 浪費(fèi) 2 農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo) 3 環(huán)境污染 4 作物藥害和操作者中毒等負(fù)面影響 造成了不應(yīng)有的損 失及其他不良后果 利用靜電噴霧技術(shù)防治農(nóng)作物病蟲 害是現(xiàn)代植保施藥的一項(xiàng)新技術(shù) 它很好地解決了傳統(tǒng) 施藥過程中存在的問題 針對我國背負(fù)式靜電噴霧器的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題 以及未來植保機(jī)發(fā)展要求 為改善傳統(tǒng)背負(fù)式施藥器械 的噴霧效果 運(yùn)用靜電噴霧技術(shù) 設(shè)計(jì)了背負(fù)式靜電噴霧 器 背負(fù)式靜電噴霧器是一種應(yīng)用現(xiàn)代電子技術(shù)的新型 植保消殺器械 它具有省藥 省水 省力 高效 環(huán)保 節(jié)能和消殺效果優(yōu)良等一系列優(yōu)點(diǎn) 1 設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu) 1 1 設(shè)計(jì)原理 針對我國農(nóng)藥施用技術(shù)仍停留在傳統(tǒng)的大容量和大 霧滴噴霧技術(shù)水平上 噴灑的農(nóng)藥僅有少部分附著在植 物冠表面上 絕大部分藥液和藥粉都流淌或散落在地面 上 由此帶來了農(nóng)藥浪費(fèi) 農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo) 環(huán) 境污染 作物藥害和操作者中毒等負(fù)面影響 設(shè)計(jì)了背 負(fù)式靜電噴霧器 該機(jī)有兩種工況 1 當(dāng)蓄電池有 充足電時 蓄電池提供電動泵 高壓靜電發(fā)生器工作所 需的電能 一次充電作業(yè) 5 小時 背負(fù)式靜電噴霧器 工作時電動隔膜泵自動將藥液從藥箱輸送到噴桿中并在 噴頭處霧化 改變了傳統(tǒng)的操作方式 不僅降低了作業(yè) 人員的勞動強(qiáng)度 而且提高了工作效率 高壓靜電發(fā)生 器通過導(dǎo)線與管路內(nèi)部相連 使管路中的藥液帶上負(fù)電 并經(jīng)噴頭霧化形成帶負(fù)電的霧滴 并且對噴霧器的機(jī)身 及噴桿部件做了必要的絕緣處理 2 根據(jù)使用環(huán)境當(dāng) 蓄電池不能正常供電時 即為背負(fù)式手動噴霧器 藥液 箱還有藥液的時候可繼續(xù)作業(yè) 省藥 免浪費(fèi) 其優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用高壓靜電在噴頭與噴霧目標(biāo)之間建立 一個靜電場 而農(nóng)藥液體流經(jīng)噴頭霧化后 通過不同的 方式被充上電荷 形成群體帶電霧滴 霧滴云 然后 在靜電場力和其他外力的聯(lián)合作用下 霧滴做定向運(yùn)動 而吸附在目標(biāo)的各個部位 達(dá)到沉積效率高 霧滴漂移 散失少和改善生態(tài)環(huán)境等良好的性能 充電使霧滴與噴 霧目標(biāo)表面產(chǎn)生吸引力 這種吸引力就是電場力 盡管 霧滴很輕 且霧滴上的電荷量很小 但霧滴與噴霧目標(biāo) 表面吸引力卻很強(qiáng) 約是霧滴與地球引力的 40 倍 電 場力可以把帶電霧滴快速強(qiáng)拉到噴霧目標(biāo) 在此過程中 帶電霧滴受電場力作用沿電場線 電力線 運(yùn)動 從而 引起 靜電回繞 現(xiàn)象 帶電霧滴可以反向移向噴霧目 標(biāo) 這就是利用靜電場力實(shí)現(xiàn)霧滴在植物冠的內(nèi)部附著 其結(jié)果是大大提高了藥液或藥粉對植物葉面的覆蓋率和 均勻度 從而增加了藥液與病蟲害接觸的機(jī)會 提高了 噴藥效果 降低了用藥量 這是常規(guī)噴霧所達(dá)不到的 1 2 總體設(shè)計(jì) 背負(fù)式靜電噴霧器的機(jī)結(jié)構(gòu)示意 如圖 1 所示 1 200 年 月 第 期 1 噴頭 2 噴頭開關(guān) 3 噴桿 4 藥液箱 5 大密封蓋 6 把手 7 小密封蓋 8 倒桿 9 背帶 10 空氣室 11 合流管 12 藥液箱 13 濾網(wǎng) 14 活塞桿 15 隔膜泵 16 靜電裝置 17 蓄電池 圖 1 背負(fù)式靜電噴霧器結(jié)構(gòu)示意圖 作業(yè)時 背負(fù)式靜電噴霧器工作時電動隔膜泵自動 將藥液從藥箱輸送到噴桿中并在噴頭處霧化 高壓靜電 發(fā)生器通過導(dǎo)線與管路內(nèi)部相連 使管路中的藥液帶上 負(fù)電 并經(jīng)噴頭霧化形成帶負(fù)電的霧滴 噴霧器的噴桿 長度可調(diào) 故而可以適用不同的植保作業(yè)要求 其主要技術(shù)參數(shù)如下 機(jī)身尺寸 mm 380 180 530 噴桿長度 mm 800 1260 藥箱容量 L 16 體積流量 L h 6 8 噴頭壓力 MPa 0 30 0 45 平均霧滴直徑 70 100 靜電電壓 KV 20 電源電壓 鉛酸蓄電池 V 12 整機(jī)凈質(zhì)重量 kg 6 0 5 2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì) 2 1 電動隔膜泵 電動隔膜泵采用鋁合金材質(zhì) 它包含隔膜泵本體和 隔膜泵腔體 隔膜泵本體的內(nèi)部設(shè)置有隔膜泵腔體 隔 膜泵腔體為工字型設(shè)計(jì) 具有泵體 泵體內(nèi)設(shè)置有進(jìn)水 閥孔和出水閥孔 在進(jìn)水閥孔和出水閥孔分別設(shè)置有進(jìn) 水閥和出水閥 在進(jìn)水閥孔和出水閥孔的兩側(cè)泵體上設(shè) 置有進(jìn)水管和出水管 所述進(jìn)水閥和出水閥由閥座體 閥球和十字型擋銷組成 所述擋銷與閥球彈性接觸 采 用耐腐蝕的多種進(jìn)口材料合成 具有自吸功能 熱保護(hù) 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 使用壽命長 設(shè)計(jì)精致 物美價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn) 具有耐油 液態(tài)植物油 耐熱 最高溫度 55 耐弱 酸 耐弱堿 耐腐蝕 耐部分化學(xué)品等性能 電機(jī)通過減速箱帶動左右兩端柱塞上面的隔膜一前 一后往復(fù)運(yùn)動 在左右兩個泵腔內(nèi) 裝有上下四個單向 球閥 隔膜的運(yùn)動 造成工作腔內(nèi)的容積的改變 迫使 四個單向球閥交替的開啟和關(guān)閉 從而將液體不斷地吸 入和排出 在泵體上設(shè)置有超壓自動卸壓裝置 電機(jī)驅(qū) 動一個與之相連的帶隔膜的泵頭 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時使泵頭隔 膜一側(cè)吸水 使另一側(cè)產(chǎn)生高壓 水從高壓側(cè)直接噴出 去 優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡單 壓力大 噪音小 耗電小 電瓶 連續(xù)工作時間長 電動隔膜泵的結(jié)構(gòu)示意圖 如圖 2 所 示 圖 2 電動隔膜泵的結(jié)構(gòu)示意圖 確定隔膜泵的工作壓力為 12V 泵配 220V 變壓器 不可直接使用 220V 家用電 也不可以使用 24V 38V 電 電線不分正負(fù)極 水泵可以任意方向放置 隔膜泵的總效率計(jì)算 公式中 理論流量 排量 轉(zhuǎn)速 實(shí)際流量 經(jīng)計(jì)算得 隔膜泵的實(shí)際流量為 3 5 隔膜泵的功率 公式中 輸入功率 輸入轉(zhuǎn)矩 200 年 月 第 期 角速度 輸出功率 公式中 壓力差 2 實(shí)際流量 隔膜泵的總效率 公式中 總效率 輸出功率 輸入功率 經(jīng)計(jì)算得隔膜泵的總效率為 0 86 2 2 活塞泵 根據(jù)常見的幾種背負(fù)式噴霧器的工作壓力范圍和設(shè) 計(jì)的預(yù)期目標(biāo)與設(shè)計(jì)目的確定背負(fù)式靜電噴霧的工作壓 力為 0 30 0 40 MPa 現(xiàn)根據(jù)背負(fù)式靜電噴霧的工作壓力 0 30 0 40 MPa 無電時 背負(fù)式手動噴霧器確定活塞泵的選型 選擇 SX 16H 型活塞泵 工作壓力 0 30 0 40 同理 活塞泵與隔膜泵的計(jì)算公式相同 經(jīng)計(jì)算得 活塞泵的總效率為 0 70 活塞泵的結(jié)構(gòu)示意圖 如圖 3 所示 圖 3 活塞泵的結(jié)構(gòu)示意圖 表 2 1 電動隔膜泵主要參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 功率 轉(zhuǎn)速 出口壓力 工作電壓 最大工作電流 36W 1450r min 0 4 MPa 9 14V 3 5A 3 背負(fù)式靜電噴霧器的靜電裝置的設(shè)計(jì) 3 1 靜電裝置的選擇 高壓靜電發(fā)生器原理 靜電噴霧是利用靜電場所產(chǎn) 生的電力線的穿透特性 沿定向 或電力線 運(yùn)動 霧 滴主動吸附到帶異性電荷的植株表面 在電場的作用下 霧滴可克服重力吸附在植株的背面 從而相對減少農(nóng)藥 的飄移散失 加大藥液對植株表面的覆蓋率和均勻度 從而顯著增加藥液與病蟲接觸的機(jī)會 所以選用靜電發(fā)生器的要求是 一方面要能提供足 夠高的電壓 另一方面從安全角度考慮 要能防止強(qiáng)烈 的火花放電現(xiàn)象 即輸出電壓要高 100KV 120KV 而 輸出電流要低 通常要求低于 200mA 且電極電流急劇 上升超過額定值時 安全保護(hù)裝置會起自動作用而切斷 電源 高壓輸出瞬間消失 不致產(chǎn)生火花放電 防止電 擊傷人 采用 12V 高壓靜電發(fā)生器 靜電裝置的技術(shù)參數(shù) 如表 3 1 所示 表 3 1 12V 靜電高壓發(fā)生器技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 輸入 12V 200 年 月 第 期 輸出 電流 尺寸 0 30kv 2 3A 115 30 25mm 用途 12V 靜電高壓發(fā)生器符合靜電噴霧器量 最 大的輸出電壓可達(dá)到 30KV 為了適應(yīng)不同農(nóng)戶的要求 在內(nèi)部安裝可調(diào)電阻 輸出電壓可以自主調(diào)節(jié)以達(dá)到最 佳狀態(tài) 使用時 輸入線分正負(fù)極 紅色線接蓄電池正 極 白色線接負(fù)極 輸出線不分正負(fù)極 3 2 高壓靜電發(fā)生器的計(jì)算 吸附效果的計(jì)算 靜電噴霧器的霧滴荷質(zhì)比高 霧滴靜 電吸附效果就好 計(jì)算荷質(zhì)比 其計(jì)算公式 式中 為荷質(zhì)比 為靜電荷電 量 為霧滴群電流 為收集霧滴群質(zhì)量流量 荷質(zhì)比計(jì)算式中 噴頭孔徑 0 7 mm 噴霧壓力 0 4 MPa 流量 3 1 185 經(jīng)計(jì)算得 荷質(zhì)比為 1 9 4 結(jié)論 1 背負(fù)式靜電噴霧器工作效率高 能減少農(nóng)藥對 周圍環(huán)境的污染 2 背負(fù)式靜電噴霧器體積小 易操作 結(jié)構(gòu)簡單 通用性好 使用壽命長 3 使背負(fù)式靜電噴霧器能滿足防疫 倉儲 畜牧 場 環(huán)衛(wèi) 酒店衛(wèi)生清潔 小麥 玉米 棉花等各種作 物的要求 省水 藥效時間長 減少污染 減少害蟲 增加產(chǎn)量 4 制造價(jià)格便宜 容易普及 能滿足使用的要求 參考文獻(xiàn) 1 沈從舉 賈首星 湯智輝 周艷 孟祥金 苑立強(qiáng) 農(nóng)藥 靜電噴霧研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景 J 農(nóng)機(jī)化研究 2010 04 2 植保新技術(shù) 農(nóng)藥靜電噴霧 J 河南農(nóng)林科技 1980 10 3 王丹 靜電噴霧裝置的設(shè)計(jì)與研究 D 東北農(nóng)業(yè)大 學(xué) 2013 4 王貞濤 聞建龍 王曉英 羅惕乾 高壓靜電液體霧化 技術(shù) J 高電壓技術(shù) 2008 05 5 蘇州稼樂 成功研制出第三代靜電噴霧器 J 農(nóng)業(yè) 開發(fā)與裝備 2009 04 6 張戰(zhàn)學(xué) 怎樣使隔膜泵工作平穩(wěn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械 2001 10 7 陳澤 新型背負(fù)式噴霧器 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械化與電氣化 2003 04 8 尹鵬騰 韓雪山 畢鐸 段天雄 胡彬 高壓靜電霧化 液體的測試研究 J 通信電源技術(shù) 2014 03