談立管風送式噴霧機的研發(fā)
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減速取力器的輸入軸與拖拉機變速箱左側的動力輸出軸相連結，減速器的輸出軸與萬向節(jié)連接，經(jīng)萬向節(jié)傳動軸輸出到機具后方的大小帶輪，進而帶動柱塞泵和風機。風機和柱塞泵等組成的主體部分通過底架固接在拖拉機后橋上。主要參數(shù)如表1所示。
1傳動系統(tǒng)
該噴霧機以8～13kW小四輪拖拉機為動力源，而小四輪拖拉機大部分不具有標準的后動力輸出軸，動力輸出比較困難，不適應旋耕機、彌霧機、秸桿還田機和懸掛式聯(lián)合收獲機等農機具的作業(yè)要求，這里采用減速取力裝置，該裝置固定在拖拉機變速箱左側位置，通過大小不同的錐齒輪實現(xiàn)了拖拉機動力的變速和換向，利用牙嵌式離合器來實現(xiàn)拖拉機動力的切斷和輸入[1-7]。泰山-18的拖拉機發(fā)動機的輸出轉速為2000r/min，經(jīng)過取力變速后輸出的萬向節(jié)傳動軸轉速為1482r/min。
2關鍵部件的設計
2.1可調立體噴架
地域不同，葡萄栽植的株行距也不同，即使在同一葡萄園地塊上，葡萄植株長勢茂密程度也使得行距有所差別，所以噴霧機要具有良好的適應性，能夠隨時調節(jié)噴霧機械的的噴霧寬度[1-7]。此外，噴頭和葡萄植株需要保持一定的距離，防止其損傷枝葉和葡萄，在12～25cm為宜。這里設計了手調式噴架。它由3段不同寬度的鋼管套接起來，實現(xiàn)了800～1600mm行距的調節(jié)。為了防止噴架部分重心后移，在噴架設有拉桿掛接耳。
2.2風送輔助系統(tǒng)
風量的確定風送式噴霧機中風速的確定遵循置換原理[3]，其原理為風機吹出攜帶有霧滴的氣流，能驅除且置換風機兩側到果樹這部分空間的全部空氣，如圖4所示。此外，風機吹出的氣流到達果樹時，其速度不能太低，因為噴霧機在工作時，氣流除了要攜帶霧滴，還要翻動枝葉、驅除果樹中原有的空氣，這都需要流動的氣流有一定的動能，否則速度太小，吹出的氣流進不了樹體內部，只能繞樹而行，所以設計的噴霧機的風量應大于其置換的空氣量。
3基于pro-E的三維實體設計
利用Pro/ENGINEER軟件繪制了各零部件及整機的三維實體圖，使得設計結果更加直觀,利用該軟件的結構運動分析檢查了整機的干涉情況，結果表明不存在干涉現(xiàn)象，設計合理。
4性能試驗
4.1噴頭噴霧試驗
試驗首先測定了噴頭的噴霧量，為后面防飄試驗做參照，噴頭選用的是德國LECHLER公司生產的圓錐霧噴頭TR80-03。調整噴霧壓力分別為0.2、0.3、0.4MPa，用量筒收集每個噴頭的噴霧量，測定時間30s，讀出量筒承接的液體體積，試驗重復10次，結果取其平均值。當噴霧壓力一定時，噴頭噴霧量有小浮動波動，在誤差范圍內。當噴霧壓力的升高，噴霧量也相應變大。
4.2防飄試驗測定
采用立管風送式噴霧結構主要就是降低霧滴的飄移，提高農藥利用率。測試時，設定了幾個主要影響條件來驗證立管風送系統(tǒng)的防飄移效果，作為立管風送系統(tǒng)的設計參數(shù)確定依據(jù)。試驗儀器和器材離心風機（河北高碑店風機總廠八分廠，風量為100m3/min）、柱塞泵（溫州大山泵業(yè)，流量為60L/min）、V形槽（自制）、量筒（250mL）、時間繼電器（東莞市盈嘉自動化設備有限公司,檢測距離15mm以上）、風向風速儀（南京能兆科技有限公司）、轉速計（AZ8000，準確度4.2.4試驗的結果與分析表2是氣流與噴霧夾角0和10°，在不同噴霧壓力和自然風以及不同風送速度條件時的試驗結果。在沒有立管風送系統(tǒng)時，隨著自然風的增大，質量中心距在增大，說明漂移現(xiàn)象越嚴重，加入立管風送輔助系統(tǒng)時，霧滴質量中心距明顯減小，說明防飄效果明顯。V型槽的寬度有限，部分霧滴漂移出V型槽的范圍，試驗也記錄了10～18號量筒的液體質量來判斷防飄效果。可以看出當加入風送系統(tǒng)時，10～18號承接的液體質量明顯減少，也說明霧滴飄移現(xiàn)象減小，其結果如圖8所示。
4.3霧滴尺寸的測量
DR表示擴散比，是衡量霧滴尺寸大小的分散程度和霧化性能好壞的指標，其數(shù)值越接近1，表示霧滴的粒徑越均勻。試驗中噴桿豎直放置不利于霧滴的收集，所以采取了噴桿平行于地面放置的方式，試驗布置如圖9所示，用電機拉著小車勻速前進，經(jīng)過噴頭正下方的培養(yǎng)皿，培養(yǎng)皿中涂有凡士林和機油（體積比為1：3）作為承接器收集霧滴，然后用帶有相機的顯微鏡拍下照片。試驗分別收集了有風送和無風送的霧滴進行對比。將拍下的照片用專業(yè)的圖像軟件處理，然后測定了其霧滴的直徑和單位面積所含霧滴數(shù)。在無風送系統(tǒng)時，霧滴體積中徑VMD為156μm，霧滴數(shù)量中徑NMD為109μm，由式（7）可算出霧滴擴散比DR為0.71；當有風送系統(tǒng)時，霧滴體積中徑VMD為91μm，霧滴數(shù)量中徑NMD為68μm，霧滴擴散比DR為0.74，說明霧滴在立管風送條件下均勻性增加，由圖11可知，同樣在加入風送系統(tǒng)時，霧滴整體尺寸相對減小，大部分霧滴的直徑在150μm以下，氣流的二次霧化效果明顯。
5田間試驗
本文做了樣機在葡萄園中的霧滴分布試驗。
5.1試驗地點
在山東省高密市葡萄園對該彌霧機進行了測試試驗。葡萄樹行距2m、株距0.4m、樹體平均冠徑大約為0.7m、樹高大約為1.6m。
5.2試驗方法
依據(jù)NY/T992—2006《風送式果園噴霧機作業(yè)質量》對該立管風送式噴霧機進行試驗。對葡萄樹設定了測量點，將樹冠沿水平和鉛垂方向設定4個測試層面。試驗時，先將葡萄葉大小的50mm×80mm的格紙按測試要求用雙面膠粘在測試樹的定點位置上，以甲基紫為失蹤劑，將溶解好的甲基紫混入盛水藥箱中，預混均勻后啟動拖拉機，噴頭距離樹體30cm，以1.5m/s作業(yè)速度掃描噴灑。
5.3田間試驗結果立管風送式葡萄園彌霧機不僅能二次霧化霧滴，防止了霧滴漂移，同時氣流還能翻動枝葉，增加了霧滴的穿透性，這大大增加了霧滴的附著率。彌霧機在壓力0.25MPa、風機轉速為2500r/min時，測量樹膛內部正面格紙有70.2%的藥液附著率，反面有30.2%的藥液附著率。樹冠的外層格紙正面上平均有85.69%的藥液附著率，反面平均有49.36%的附著率。
6結論
（1）根據(jù)中國現(xiàn)有的葡萄園種植模式，大中型拖拉機不能進地作業(yè)的困難，設計了一種小型機載立管風送式噴霧機，改變了傳統(tǒng)軸流彌霧機農藥分配不合理現(xiàn)象。2）室內性能試驗利用質量中心距和量筒承接液體體積方法，測定了該立管風送系統(tǒng)的防飄效果，利用水劑油盤法測定了霧滴直徑和均勻度。在自然風速為3.5和4.5m/s，風管出風口風速為30和35m/s的條件下，立管風送輔助噴霧技術能夠有效地減少霧滴的飄失，霧滴體積中值直徑在150μm以下，霧滴擴散比在0.74以上，二次霧化性能良好；樣機田間試驗表明，在噴頭距離植株30cm，拖拉機前進速度為1.5m/s，柱塞泵壓力為0.25MPa、風機轉速為2500r/min時，樣機作業(yè)質量良好，葡萄樹內側枝葉正反面農藥附著率分別為70.2%、30.2%；外部枝葉正反面農藥附著率分別為85.6%、49.3%。
作者：李超張曉輝姜建輝胡洋洋單位：山東農業(yè)大學機械與電子工程學院山東省園藝機械與裝備重點實驗室
