小型电动移动式喷雾机设计.docx
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小型电动移动式喷雾机设计.docx
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小型电动移动式喷雾机设计
小型电动移动式喷雾机设计
摘要:
用于植保的中小型喷雾机,其发展趋势是由电动型取代机动型,由可移动式取代便携式,由机载喷杆取代手持喷杆。
目前,机动型喷雾机得到广泛应用,但其发动机的噪音和振动给操作者带来危害,同时要消耗价格昂贵的燃料,发展趋势不容乐观。
电动型喷雾机不仅省力、经济,而且更符合环保要求,因此其取代机动型喷雾机也是必然趋势。
该移动式电动喷雾机采用蓄电池作为动力源,叶片泵为液泵,并配有两个弧形喷杆。
充电一次可连续喷雾作业5小时,喷雾效率可达到3~4亩/小时,完全满足农艺和植保防治要求。
关键词:
电动;喷雾;移动;喷雾机
DesignofanSmallSizeElectromotionMovableSprayer
Abstract:
Forplantprotection,theatomizer'sdevelopmenttrendisthatelectromotionmovablesprayerwillbereplacedbythemotortype.Buttheengineofthemotortypeatomizermakesnoiseandvibration,whichbringharmtoitsoperatoer.Atthesametime,themotortypeatomizerconsumesexpensivefuel.Electrictypeatomizerisnotonlysavinglabourandlightweght,butalsomoreaccordingwithenvironmentalprotectionrequirement.Asaresult,theelectrictypeatomizer,inevitabally,replacethemotortypeatomizer.Chargingthestoragebatteryonetimecouldcompletelysatisfiedacontinuoussprayassignmentsof5h.Itisenoughtosatisfytheneedsforplantpreventionandcure.
Keywords:
electromotion;mistspray;movable;sprayer
1.2.1产品结构单一.................................................................................................3
1.2.2高新技术应用少.............................................................................................3
1.2.3行业技术标准不健全.....................................................................................3
1.2.4施药技术落后.................................................................................................4
1.2.5缺乏完整和系统的机械施药技术规范.........................................................4
1.3.1设计要求.........................................................................................................5
1.3.1设计目标.........................................................................................................5
2.3.1机械安全性设计.............................................................................................7
2.3.2液泵的选型.....................................................................................................8
2.4.1电气装置.........................................................................................................9
2.4.2蓄电池.............................................................................................................9
2.5.1总质量.............................................................................................................9
2.5.2喷雾性能.........................................................................................................9
2.5.3连续工作时间...............................................................................................10
2.5.4耳旁噪声.......................................................................................................10
2.5.5过滤装装置...................................................................................................10
2.5.6药液箱...........................................................................................................11
2.5.7喷头喷雾量...................................................................................................11
2.5.8装配质量.......................................................................................................12
2.5.9链轮传动部分计算.......................................................................................12
2.5.10轴的计算.....................................................................................................13
2.5.11可靠性.........................................................................................................14
1前言
随着农业高速发展,高效农药的应用以及人们对生存环境要求的提高,农药使用技术与施药器械面临着新的挑战。
目前,我国农药生产技术已处于世界先进水平,但施药机具和技术的水平却严重滞后。
现代农用机械朝着让人们省时、省工的方向发展,把大量的劳动力从繁重的劳动中解放出来,有机会从事二、三产业。
目前常用的喷雾机多为手动或者由内燃机驱动,前者劳动强度大、生产率低;后者因为发动机的噪音和振动给操作者带来危害,同时要消耗价格昂贵的燃料。
移动式电动喷雾机,由贮液桶、滤网、联接头、抽吸器(小型叶片泵)、连接管、喷杆、喷头依次联接连通构成,抽吸式的一个小型叶片泵,其电路经电机及开关与电池电联接,电池盒装于贮液桶下方。
移动式电动喷雾机的优点是由于取消了抽吸式吸筒,从而有效地消除了农药外滤伤害操作者的弊病,并且省力,且电动泵压力比人手动吸筒压力大,增大了喷洒距离和范围。
在增加少量成本的情况下,不仅大大提高了工作效率,而且减轻了作业者作业过程中的负担,还给作业者的安全提供了有力的保障,大可谓一举多得,由此可以看出,移动式电动喷雾机发展潜力巨大,有成为主流植保设备的趋势。
1.1研究意义
我们国家属于一个农业大国,全国农药喷雾机市场旺盛,根据全国30个省级植保站统计预测分析,2007年全国农药需求总量为27.72吨,2008年全国需求量为769.59万吨,同比上涨160%。
除草剂需求上涨比上年增长5.11%,而目前人们对绿色有机食品和环境保护意识的上涨,预计明年农药械包括电动喷雾机具有良好的市场前景。
目前农村使用最多的手动喷雾机和机动喷雾机,虽品牌繁多,但都属于五六十年代定型的“工农--16”和“WFB--18”。
无论结构形式还有技术性能都很落后。
在施药时“冒泡滴漏”导致中毒现象严重;二是产品质量差,面对市场经济秩序的建立和发展,企业必然面临着更加激烈的市场竞争。
不少企业,尤小型个体企业和家庭作坊式企业为了占据市场,拼命在降低成本上打主意,偷工减料,以次充好,导致产品质量连年下降,导致手动喷雾机使用时药液滴漏,零件易损坏,机具使用寿命短;三是喷洒部件单一,大部分手动喷雾机仅配备一种径向进液式圆锥喷雾头,且喷头质量差,压力不均匀,雾化不好,药效低,对土地的污染严重,功率低下。
而移动式电动喷雾机与手动喷雾机相比具有很多优点;电喷属于微水喷雾,压力大而匀,喷雾性能稳定可靠,药液利用率高,节省劳动力,且为机载喷杆,有效避免施药时“冒泡滴漏”导致中毒的现象,保护了劳动者的安全。
虽说目前电动喷雾机价格偏高,市场竞争力一般,但随着经济发展和农民收入提高以及植保服务日益社会化,以及国家对它的支持,移动式电动喷雾机将具有更大的发展空间。
1.2国内外研究状况
新中国成立后,我国农业机械行业得到了快速发展,我国喷雾机械和施药技术的开发可追朔到20世纪30年代,为防治农作物病虫害,实现粮棉、油料、水果等作物的高产稳产做出了积极贡献。
但是从总体上来说,我国植保机械性能和施药技术水平落后,无法满足当今农业生产和环境保护要求,具体表现在以下几方面。
1.2.1产品结构单一,专业化、系列化程度低
欧美发达国家的植保机械发展自20世纪40年代起,就已逐步实现专业化、系列化,大田作业有农作物专用喷雾机,苹果、梨、葡萄等果园有专用喷雾机⋯。
与此形成鲜明对比的是目前国内植保机械种类较少,产品单一,基本上以手动和小型机具为主。
据农业部门统计,我国现有手动植保机械的社会保有量约为6000万台;背负式和担架式机动喷雾喷粉机及电动雾喷雾机的社会保有量为300多万台;大型植保机械保有量4万台多。
另一方面,专用植保机械还没有发展起来,大多利用同一种机具进行多种不同的施药作业,尤其是这些器械所使用的喷头只有少量几种,无法满足农作物病虫害防治对施药器械多样化的需求。
1.2.2高新技术应用少
现代微电子技术、仪器与控制技术、信息技术等许多高新技术现已在发达国家植保机械产品中广泛地应用心,并朝着智能化、光机电一体化方向快速发展,以实现病虫害防治作业的高效率、高质量、低成本和操作者的舒适性和安全性。
然而,目前我国植保机械产品结构简单、技术陈旧、科技含量低;发达国家植保机械研制开发中广泛采用的低容量宽喷幅喷洒、全密封自动混药、宽喷幅风送防飘移、机器视觉技术、静电喷雾技术、自动对靶喷雾技术、GPS和GIS技术等高新技术在国内植保机械中很少得到应用,由此导致了国内植保机械主导产品的技术水平只有达国家20世纪六七十年代的水平,也仅有少数产品达到国际20世纪80年代末90年代初水平。
1.2.3行业技术标准不健全
产品质量和使用监控体系不完善发达国家在20世纪就制订了一系列植保机械行业技术标准和产品质量监控体系,其主要内容涉及植保机械企业、销售及售后产品安全质量问题的处理方式,以及政府对相关法律法规的实施进行监控的规定等。
与此同时,相关法律还规定植保机械还必须进行定期检验,只有年检合格后方可进行喷雾作业。
进入20世纪70年代后,则将植保机械列入特种农业机械行列,有专门的管理机构和部门。
然而,国内植保机械的一些关键技术质量指标与国外现有的通行标准相差甚远,不适应当前植保机械发展要求,不能与国际标准接轨;另一方面,国内对植保机械产品监控力度不够,缺乏严格市场管理,致使许多假冒伪劣产品充斥市场,不仅严重干扰了我国植保机械的正常市场秩序,而且还损害了广大农民切身利益和人身安全。
1.2.4施药技术落后,农药和施药器械的研究缺乏有机结合
农药的科学使用涉及农药制剂、喷洒机具、施药方法、生物行为、毒理学、气象学以及环境科学等许多方面的高度综合性的应用工艺学。
防治水平的提高依赖于施药机具和技术的发展,机械施药技术的先进与否对农药在农作物的沉积率,农药施用量和利用率,消除对操作人员的危害以及对环境污染有着重要影响。
至今我国许多地方仍沿用20世纪50年代的大容量淋雨式喷雾法,由于施药技术落后,致使大量喷洒农药不到位或不均匀,药剂不能充分地发挥作用,并造成了大量农药的浪费和环境水土资源污染。
另一方面,长期以来国内从事农药药剂和施药器械的研究人员缺乏联系和合作,二者之间缺乏有机结合,这也是导致我国施药技术落后的重要原因之一。
1.2.5缺乏完整和系统的机械施药技术规范
当今许多发达国家对于农药的使用以及废弃的农药和使用过的农药容器的安全处理都有详细且明确规定。
目前,国内机械施药还没有形成一套完整的技术规范,农民得不到相应规范的施药方法的指导,一般根据农药使用手册中规定农田面积确定药液的数量或根据经验进行喷施,这与现代施药技术所要求的根据农作物不同的发育阶段和病虫害种群密度,来选择施药机械种类、农药剂型和喷雾方法相去甚远。
由此带来了农药利用率低,防治工效低,病虫害防治效果差、作物药害、操作者中毒和污染环境等一系列问题。
据统计,目前我国平均每公顷的用药量是以色列、日本的1/8—1/4,美国和德国的1/2,但农产品残留却是他们的数倍,甚至数十倍,同时农药有效利用率最高不足30%,流失量却高达60%~70%。
1.3设计要求及目标
1.3.1设计要求
该设计执行标准Q/TYBF01-2007
表1技术参数
Table1Technicalparameter
1
喷雾液泵形式
叶片泵
2
喷头形式
8个切向进液式扇形金属喷头
3
外形尺寸(长×宽×高)
865×391×1034mm
4
整体质量
40kg
5
常用工作压力
1~1.6MPa
6
最高工作压力
2MPa
7
药箱容量
20L
8
喷雾量
1.2~1.8L/min
9
配套动力
型式、型号
电池DC24V
电机额定功率
40W
10
充电器
输入
AC100~240V\50Hz
输出
DC24V\1A
1.3.2设计目标
该喷雾机以蓄电池为能源,电动机为动力源,叶片泵为抽液加压装置。
蓄电池装在喷雾机内,按下电源开关,电动机驱动液泵压液,打开手动开关即可喷洒药液。
(1)密封性能
将药液箱装入额定容量的清水,盖好药液箱盖,将药液箱分别向前、后、左、右方向倾斜45,药液箱内的液体无渗漏现象。
电动喷雾机在工作压力范围内喷雾时,除喷孔外,个部件及其连接处均没有渗漏现象。
在喷雾开关或截流阀处于“断”或“关闭”位置时,各件部件及其连接处均无渗漏现象。
(2)药业箱盖连接可靠性
药业箱盖与药业箱口连接牢固,密封可靠。
戴手套时不用工具能方便打开并能牢固的拧紧。
2总体设计
2.1整机结构
该喷雾机,由机架、贮液桶、滤网、联接头、抽吸器(小型电动泵)、连接管、喷杆、喷头等构成,抽吸是一个电动叶片泵,它经开关与电池电联接,蓄电池装于贮液桶底部。
电动机的使用,相对机动式喷雾机而言,大大降低了工作时的震动和噪音,加之机载喷杆的设置,有效地消除了农药外滤伤害操作者的弊病,并且省力,高效。
雾化效果好,喷雾效率高。
图1移动式电动喷雾机
FiglKnapsackelectricsprayer
2.2工作原理
该喷雾机以蓄电池为能源,电动机为动力源,叶片泵为抽液加压装置。
蓄电池装在喷雾机内,按下电源开关,电动机驱动液泵压液,打开手动开关即可喷洒药液。
2.3技术设计
2.3.1机械安全性设计
(1)密封性能
将药液箱装入额定容量的清水,盖好药液箱盖,将药液箱分别向前、后、左、右方向倾斜45,药液箱内的液体无渗漏现象。
电动喷雾机在工作压力范围内喷雾时,除喷孔外,个部件及其连接处均没有渗漏现象。
在喷雾开关获截流阀处于“断”或“关闭”位置时,各件部件及其连接处均无渗漏现象。
(2)药业箱盖连接可靠性
药业箱盖与药业箱口连接牢固,密封可靠。
戴手套时不用工具能方便打开并能牢固的拧紧。
(3)喷射部件的耐压性能
该喷雾机设有两个机载弧形喷杆。
喷杆图如下:
图2喷杆
Fig2Foureyesnozzle
1-支撑杆2-支架杆3-双喷软管4-喷头5-连接杆6-滑块17-药液出口管
8-滑块29-调节螺栓10-弧形调节板
每个喷杆配有4个标准切向扇形金属喷嘴。
喷嘴图如下:
图3喷嘴
Fig3Foureyes
其具有良好的耐压性能,以2倍最高工作压力(8MPa),对其进行耐压试验,喷头及杆身没有渗漏,变形和破裂现象。
2.3.2液泵的选型
选用PV2R型叶片泵,其工作原理:
叶片泵转子旋转时,叶片在离心力和药液的作用下,尖部紧贴在定子内表面上。
这样两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积,先由小到大吸液后再由大到小排液,叶片旋转一周时,完成两次吸液与排液,从而将液体连续的吸入和排出。
图4叶片泵
Fig4VanePump
1-左泵体2-左配流盘3-转子4-叶片5-定子
6-右配流盘7-右泵体8-轴
2.4电气安全性设计
2.4.1电气装置
电动喷雾机的电气系统安装到位,极性正确。
其配位线与电流量相适应,确保电动喷雾机工作时安全、可靠。
该机电气系统采用了防水措施,药液箱、喷射部件均不带电,其绝缘电阻值大于2MG。
2.4.2蓄电池
电动喷雾机的蓄电池满足相应标准的要求。
密封铅酸蓄电池满足JB/T10262的要求。
电动喷雾机配备10Ah电池。
图5配电接线
Fig5Circuitdiagramofpowerdistribution
2.5整机和主要部件的设计
2.5.1总质量
整机质量为40kg,加入额定容量的清水后,电动喷雾机整机的总质量不应大于80Kg。
2.5.2喷雾性能
雾化原理:
用机械的方法,即利用机械的过程来产生雾滴。
共方法有:
(1)将加任的管流药披导向为散射的射流;
(2)借另一股射流(一股是空气射流)将药液射流冲散;
(3)借固体的机械作用将药液射流击碎。
喷雾角:
将喷射部件安装在适当高度的支架上,喷头向下,在额定的工作压力下喷雾,用喷雾机喷头的高度和在地面上喷出的雾迹的宽度通过式求得:
(1)
式中:
h——喷雾机喷头的高度,cm;
b——地面上喷出的雾迹的宽度,cm。
图6喷雾角
Fig6Spreadingofspray
施药面积:
实际施药的面积(在行间和苗带喷雾时指喷雾带或苗行带中的面积,若农药的推荐用量是以作物种植面积为基准的,计算喷幅应为行距或苗带宽度),
施药液量与喷头喷量、喷幅和喷施作业行进速度的关系按下式计算:
(2)
式中:
n—喷头数;
q一喷头的喷量,L/min;
V—施药液量,L/hm;
R—在机器喷幅宽度内诸个喷头的喷量,I/min;
W—机器喷幅,m;
S—前进速度,km/h;
K一常数600
2.5.3连续工作时间
电动喷雾机配备10Ah电池,在一次充足电后连续正常工作的时间达5h。
2.5.4耳旁噪声
电动喷雾机在正常工作时只有叶片泵工作会发出噪声,在最高工作压力下喷雾式,耳旁的噪声不大于8Db(A).
2.5.5过滤装装置
电动喷雾机设有二级过滤装置。
药液箱加液口和出液口都设过滤装置,桶口大过滤网边可以边加水边稀释农药。
末级过滤装置的网孔的尺寸为0.5mm。
图7过滤网
Fig7filterscreen
图8喷头滤网
Fig8Theoffilterscreenofnozzle
2.5.6药液箱
(1)药液箱上有6L,9L,12L,16L四个表示额定容量的水位线;
(2)药液箱的实际容量为15.5L,大于额定容量的95%;
(3)药液箱的加液口直径为130mm。
2.5.7喷头喷雾量
药箱装入适量清水并称出其重量W,测定喷雾1-3min后机具重量,计算出每分钟喷雾量,重复三次。
表2喷雾量
Table2Thesprayrateofsingleshowernozzle
开始重量
(kg)
1min后
(kg)
2min后
(kg)
3min后
(kg)
喷雾量
L/min
1
70
68.74
57.55
46.5
1.2
2
70
67.67
56.56
45.28
1.26
3
70
68.86
57.62
46.4
1.14
平均喷雾量
1.2
2.5.8装配质量
(1)整机零部件完整,无缺件,安装方便;
(2)运动件操作灵活,无有卡死、磕碰现象;
(3)非运动件无明显偏移、翘曲等现象;
(4)紧固件紧固可靠;
(5)电动机、蓄电池和液泵安装牢固、可靠,防潮得当。
2.5.9链轮传动部分计算:
(1)选择链轮齿数:
Z1=34Z2=17中心距:
500mm
(2)确定链节数
(3)
(4)
(3)验算链速:
(5)
(4)作用在轴上的压力:
(6)
(3)最后选定的链型号:
12A-1X34GB1243.1-83
2.5.10轴的计算:
(1)对于圆截面,扭转强度计算条件为:
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