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風(fēng)送式噴霧機(jī)的設(shè)計(jì)
馬少輝，張記
（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘 要：實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，加快中西部地區(qū)發(fā)展，是中央總攬全局而向新世紀(jì)做出的重大決策。西部農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)是其中的重要組成部分，而草地和畜牧業(yè)又是西部地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)是生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要內(nèi)容。中央在指定西部大開(kāi)發(fā)總體思路中確立“以生態(tài)環(huán)境保護(hù)為根本”，啟動(dòng)“生態(tài)工程”和“加強(qiáng)西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)，實(shí)施退耕還林、退耕還草試點(diǎn)”，對(duì)的草地建設(shè)和保護(hù)提出了新的要求。不僅要發(fā)展草地經(jīng)濟(jì)，更要保護(hù)生態(tài)環(huán)境。天然草地面積遼闊，近年來(lái)，每年夏季的蝗災(zāi)發(fā)生面積都在2.30萬(wàn)公頃以上。給畜牧業(yè)生產(chǎn)造成極大的危害。化學(xué)防治以較高的殺滅速度和較好的經(jīng)濟(jì)性一直是最主要的滅蝗手段。
關(guān)鍵詞：草原滅蝗；化學(xué)防治；風(fēng)送式噴霧機(jī)
中圖分類(lèi)號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
0 引言
地區(qū)的天然草地面積達(dá)57.26萬(wàn)公頃，可利用面積48.01萬(wàn)公頃，占全疆土地總面積的34.44%，居全國(guó)第三位，近年來(lái)，由于生存壓力，草場(chǎng)過(guò)度超載放牧，造成草地嚴(yán)重退化，沙塵暴頻繁發(fā)生。加上蝗蟲(chóng)鼠害，使草原生態(tài)環(huán)境日益惡化。每年夏季的高溫干旱氣候，極引起蝗蟲(chóng)大規(guī)模發(fā)作，給農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)造成了很大危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，維吾爾自治區(qū)主要危害牧草的蝗蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)種群有意大利蝗、戟紋蝗、西伯利亞蝗、小翅曲背蝗、寬須蟻蝗等。資料表明，自1999年以來(lái)，全區(qū)草地每年發(fā)生蝗災(zāi)面積都在2.56萬(wàn)公頃以上。其中，2010年發(fā)生面積高達(dá)3.89萬(wàn)公頃。
目前，維音爾自治區(qū)采取的主要防治手段有化學(xué)防治、生物防治和綜合防治。生物防治采用牧雞牧鴨，招引粉紅瓊鳥(niǎo)和采用綠僵菌滅蝗防治。牧雞牧鴨防治是近幾年來(lái)，全區(qū)農(nóng)牧民自主開(kāi)發(fā)的防治手段，防治而積逐年擴(kuò)大，效果也很顯著，2001年全區(qū)牧雞55.46萬(wàn)只，牧鴨13.95萬(wàn)只，防治而積達(dá)到400千公頃。粉紅瓊鳥(niǎo)是蝗蟲(chóng)的天敵，全區(qū)治蝗辦每年投入大量資金，在沿天山一帶地區(qū)搭建鳥(niǎo)巢，招引粉紅瓊鳥(niǎo)，到2008年招引粉紅瓊鳥(niǎo)139.9萬(wàn)只，控制蝗災(zāi)而積從2009年的186.7千公頃，增長(zhǎng)到2012年的260千公頃。綠僵菌滅蝗防治目前在還處于試驗(yàn)推廣階段，2010年采用綠僵菌控制蝗災(zāi)而積已達(dá)1333公頃雖然生物防治技術(shù)對(duì)環(huán)境的危害最小，但由于其成本高，防治速度有限?；瘜W(xué)防治包括航空化學(xué)防治和人工地面化學(xué)防治。由于航空防治成本較高，而且農(nóng)藥飄移所造成的浪費(fèi)很大。因此，地面人工化學(xué)防治在大而積蝗災(zāi)發(fā)生的情況下，以較高的殺滅速度成為最主要的滅蝗手段。對(duì)于大面積爆發(fā)的蝗災(zāi)，地面人工化學(xué)防治技術(shù)從防治效果上，仍然占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。
從上述分析中可以看出，地面人工化字防治在地區(qū)的滅蝗應(yīng)用非常廣泛。但主要的施藥機(jī)械仍以手提式或背負(fù)式噴霧機(jī)及小型牽引式噴霧機(jī)為主。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足草原滅蝗的需要。由于背負(fù)式噴霧機(jī)使用時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施藥安全性低，防治速度有限。因此，當(dāng)蝗災(zāi)發(fā)生時(shí)，不能得到及時(shí)、有效的控制，給農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了很大的危害。
1 設(shè)計(jì)原理及傳動(dòng)
1.1 設(shè)計(jì)原理
該風(fēng)送式噴霧機(jī)工作時(shí)，由拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力直接由后傳動(dòng)軸經(jīng)萬(wàn)向節(jié)傳至噴霧機(jī)輸出軸，由軸傳至后方的皮帶輪，由皮帶輪一級(jí)變速后帶動(dòng)液泵和風(fēng)機(jī)使其工作，液泵將藥箱內(nèi)的藥液通過(guò)吸液管吸入泵腔加壓后，經(jīng)排液管壓送入風(fēng)筒后側(cè)的噴桿，再由噴桿送到噴頭，由防滴噴頭霧化成的粗霧滴，然后由安放在機(jī)架上的風(fēng)筒吹出的的高速氣流進(jìn)一步霧化成以下的細(xì)小霧滴風(fēng)送至機(jī)組后側(cè)，從而達(dá)到彌霧效果。在充分調(diào)研和查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上確定整機(jī)的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)四輪拖拉機(jī)有后動(dòng)力輸出軸設(shè)計(jì)懸掛方式的機(jī)架。確定該機(jī)的工作原理，配套動(dòng)力，系統(tǒng)組成等。整機(jī)的主要構(gòu)成部分:機(jī)架、噴霧系統(tǒng)，傳動(dòng)裝置、藥液箱、液泵、風(fēng)機(jī)等部件。該噴霧機(jī)與拖拉機(jī)配套使用，懸掛方式為三點(diǎn)懸掛，了解到拖拉機(jī)大部分有直接后動(dòng)力輸出。因此，它的動(dòng)力直接由后動(dòng)力輸出軸提供，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示。
1. 風(fēng)筒2.透明管3.進(jìn)水管4.過(guò)濾器5.風(fēng)機(jī)帶輪6.機(jī)架7.皮帶8.扇葉9.風(fēng)筒網(wǎng)面10.藥箱11.回水管12.噴桿13.藥箱蓋14.液泵帶輪15.傳動(dòng)軸16.液泵
圖1-1 風(fēng)送式噴霧機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖
2本課題所要研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路
2.1風(fēng)機(jī)參數(shù)的確定與選型
2.1.1風(fēng)量的確定
依掘作業(yè)要求和噴霧度大小，風(fēng)送式噴霧機(jī)中風(fēng)量的確定普遍采用的一種方法是置換原則和末速度原則。其原理是：噴霧機(jī)風(fēng)機(jī)吹出的，帶有霧滴的氣流，應(yīng)能驅(qū)除并完全置換風(fēng)機(jī)前方直至草頭的空間所包容的全部空氣。另外，噴霧機(jī)的氣流到達(dá)草體時(shí)，其速度不能低于某一數(shù)值。因?yàn)樵谧鳂I(yè)過(guò)程中，氣流不僅要攜帶霧滴，還要翻動(dòng)草葉、驅(qū)除和置換樹(shù)體中原有的空氣，這些功能的實(shí)現(xiàn)，都要求氣流具有一定的動(dòng)能，也就是說(shuō)，氣流到達(dá)樹(shù)體表面時(shí)，要有一定的速度，否則氣流進(jìn)不了草體，只能繞草而過(guò)。
置換原理：這是目前果園風(fēng)送噴霧機(jī)風(fēng)量計(jì)算中普遍采用的一種方法。其原理為:噴霧機(jī)風(fēng)機(jī)吹出的，帶有霧滴的氣流，應(yīng)能驅(qū)除并完全置換風(fēng)機(jī)前方直至果樹(shù)的空間所包容的全部空氣。
根據(jù)置換原理：
經(jīng)過(guò)一段距離所放出的風(fēng)量
Q=VHBK1 （4-1）
式中：
V—噴霧機(jī)速度(m/s)；
H—植株高度(m)；
B一噴霧機(jī)距離植株的距離，一般取100cm；
K1—考慮到氣流的哀減和沿途的損失而確定的系數(shù)（1.3-1.6）；
根據(jù)風(fēng)量相等的原理，風(fēng)機(jī)吹出的，經(jīng)過(guò)截面的風(fēng)量應(yīng)等于風(fēng)筒出風(fēng)口吹出的風(fēng)量乘上一個(gè)系數(shù)。
Q=NF1V1BK2=HBV2 （4-2）
式中
K2—與氣象條件，作物品種，枝葉的茂密程度等因素有關(guān)；
N—出風(fēng)口數(shù)量；
F1一出風(fēng)口面積；
B一噴霧單位時(shí)間行進(jìn)的距離；
V1，V2—分別是出風(fēng)口風(fēng)速和氣流到達(dá)植株時(shí)的風(fēng)速；
圖 2-11置換原理
為了求得氣流到達(dá)植株時(shí)的最佳風(fēng)速，我們找了風(fēng)速測(cè)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)氣流到達(dá)植株速度在8-10m/s也就是5級(jí)風(fēng)左右時(shí)，草葉翻動(dòng)明顯，小于時(shí)，草葉巳經(jīng)翻動(dòng)已不明顯。
圖2-12風(fēng)速與風(fēng)壓的關(guān)系
經(jīng)過(guò)資料中的模擬實(shí)驗(yàn)，我們求得風(fēng)筒出風(fēng)速度為20m/s，對(duì)環(huán)境風(fēng)速在4.5m/s左右時(shí)，防飄效束最好。當(dāng)出口風(fēng)速為16m/s時(shí)，在3.5m/s時(shí)效果較好，按最大出風(fēng)口速度計(jì)算，此吋風(fēng)機(jī)風(fēng)量為0.6m3考慮泄露及儲(chǔ)備風(fēng)量，儲(chǔ)備系數(shù)選為1.2，可估測(cè)得風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q=17800m3/h。
2.1.2風(fēng)壓的確定
風(fēng)機(jī)力損失主要表現(xiàn)為動(dòng)壓損失：
Pd=pv （4-3）
式中
p—空氣密度，取1.22kg/m3
v一氣流速度m/s；
Pd=pv2=×1.22×202=244pa
2.1.3風(fēng)機(jī)的選型
植保風(fēng)機(jī)主要有離心式風(fēng)機(jī)和軸流式風(fēng)機(jī)。
離心式風(fēng)機(jī)：風(fēng)機(jī)在工作中，氣流由風(fēng)機(jī)軸向進(jìn)入葉片空間，然后在葉輪的驅(qū)動(dòng)下一方面隨葉輪旋轉(zhuǎn)；另一方面在慣性的作用下提高能量，沿半徑方向離開(kāi)葉輪，靠產(chǎn)生的離心力來(lái)做功的風(fēng)機(jī)稱(chēng)為離心式風(fēng)機(jī)。
軸流式風(fēng)機(jī)，就是與風(fēng)葉的軸同方向的氣流(即風(fēng)的流向和軸平行)，如電風(fēng)扇,空調(diào)外機(jī)風(fēng)扇就是軸流方式運(yùn)行風(fēng)機(jī)。軸流式風(fēng)機(jī)又叫局部通風(fēng)機(jī)，是常用的一種風(fēng)機(jī)，它不同于一般的風(fēng)機(jī)，外形就是一個(gè)筒形，用于局部通風(fēng)，安裝方便，通風(fēng)換氣效果明顯，安全，可以接風(fēng)筒把風(fēng)送到指定的區(qū)域；
根據(jù)計(jì)算風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓的數(shù)值，選擇了T35-11型軸流式風(fēng)機(jī)，其參數(shù)如表所示
表2-1.T35-11型軸流式風(fēng)機(jī)
型號(hào)
功率
風(fēng)壓
風(fēng)量
轉(zhuǎn)速
T35-11
2.5
279
18250
1450
2.2傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.2.1皮帶的選型
傳動(dòng)軸輸出的轉(zhuǎn)速為720r/min，而壓力泵和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，差距較大，需要變速傳動(dòng)，這里選擇了三角帶傳動(dòng)。與其他傳動(dòng)形式相比，三角帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，制造、使用、維護(hù)方便，能適應(yīng)多種復(fù)雜的傳動(dòng)形式；皮帶輪傳動(dòng)能緩和載荷沖擊，行平穩(wěn)、低噪音、低振動(dòng)；與平膠帶相比，它不易掉帶，帶輪安裝要求不太嚴(yán)格，允許兩輪中心面有較大的位置度和平行度偏差。
圖2-21皮帶
2.2.2風(fēng)機(jī)主從動(dòng)帶輪直徑計(jì)算和皮帶的選型
風(fēng)機(jī)的功率為2.5KW，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1450r/min，本文中選用東方紅系列拖拉機(jī)的后動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速為720r/min,所示傳動(dòng)比為:
i=n2/n1 （5-3）
式中：
n1一輸入轉(zhuǎn)速(r/min)
n2一風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)
i=n2/n1=720/1450=0.49
傳動(dòng)比≤5,這采用三角帶開(kāi)放式傳動(dòng)，傳遞功率為可選用A,B兩種型號(hào)，為減少三角帶根數(shù)，這里選用B型帶。
主帶輪計(jì)算直徑D1，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)査表，
B型 帶主帶輪直徑125mm.
從帶輪計(jì)算直徑為D2：
D2=（1-ε）iD1 （5-4）
其中：
ε一打滑率，取0.01
i一傳動(dòng)比
D1一小帶輪直徑(mm）
D2=（1-ε）iD1=(1-0.01)×0.49×125=61.44mm
取D2=62mm
帶速
V==4.70m/s
符合放式傳動(dòng)的選用范圍。
初定中心距A0：
0.7（D1+D2）≤A0≤2（D1+D2） （5-5）
即144.9≤ A0≤414
根據(jù)設(shè)計(jì)需求，這里A0取380mm
三角帶長(zhǎng)度為：
L0=2A0+π()+=2×380+π()+=1104
機(jī)械設(shè)計(jì)冊(cè)查表，為使結(jié)構(gòu)緊湊，Lp選用1058mm,Li=1025mm,（Li一內(nèi)周長(zhǎng)度)
曲饒次數(shù)：
U=1000Zv/Li=1000×2×4.7/1125=26.48＜40
小帶輪包角
α1=180o__×60o=180-×60o
=167.7＞120o
符合設(shè)計(jì)要求
機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表，當(dāng)三角帶為B型時(shí)，帶速4.70M/S時(shí)，單根傳遞功率N0=2.58KW當(dāng)包角為167°時(shí)，C1=0.98，選用K=0.8,則帶根數(shù)為：
E===1.3
因此確定三角帶根數(shù)為2根
圖2-22帶傳動(dòng)幾何關(guān)系
2.2.3液泵主從動(dòng)帶輪直徑計(jì)算和皮帶的選型
隔膜泵的功率為3KW，轉(zhuǎn)速為800r/min,需要皮帶傳動(dòng)，傳動(dòng)比為：
i0=n3/n4
式中：
n3一輸入轉(zhuǎn)速（r/min）
n4一隔膜泵轉(zhuǎn)速（r/min）
i0=n3/n4=720/800=0.9
傳動(dòng)比≤5,傳動(dòng)功率3KW，這采用三角帶開(kāi)放式傳動(dòng)，傳遞功率為可選用A,B兩種型號(hào)，為減少三角根數(shù)，這里選用B型帶。
主帶輪計(jì)算直徑D3，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)査表，選用B型帶主帶輪直徑125mm.
從帶輪計(jì)算直徑為D4：
D4=（1-ε）i0D3=（1-0.01）×0.9×125=111.37mm
取整D4=112mm
帶速
V1==4.69m/s
符合放式傳動(dòng)的選用范圍
初定中心距A1：
0.7（D3+D4）≤A1≤2（D3+D4）
即 165.90≤ A1≤474
這里取A1=365mm
三角帶長(zhǎng)度為：
L0=2A1+π()+=2×365+π()+=1742
機(jī)械設(shè)計(jì)冊(cè)查表，為使結(jié)構(gòu)緊湊，Lo選用1694mm,Lo1=1661mm,（Lo1一內(nèi)周長(zhǎng)度)
曲饒次數(shù)：
U1=1000Zv1/Lo1=1000×2×4.69/1661=18.9＜40
式中：
Z—帶輪數(shù)，符合要求。
小帶輪包角
α2=180o__×60o=180-×60o=148.1＞120o
符合設(shè)計(jì)要求
機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表，當(dāng)三角帶型B，帶速15.7M/S時(shí)，單根傳遞功率N0=2.24KW當(dāng)包角為150°時(shí)，C2=0.86，選用K2=0.8,則三角帶根數(shù)為：
E===1.89
因此確定三角帶根數(shù)為2根
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Shao-hui ma, zhang ji
(tarim university mechanical electrification engineering college, xinjiang aral 843300).
Abstract: implementing the western development strategy, accelerate the development of the central and western regions, the central and commanding the whole situation to the new century to make major decisions. Is one of the important part of agricultural development in the western part and grasslands and animal husbandry is the basis of economic development in western rural areas is an important content of ecological environment construction. Central in the development of the western region in the overall train of thought of "to the ecological environment protection as a fundamental,"startup"ecological engineering" and"strengthening the ecological environment protection and construction in western China, the implementation of returning farmland to forest, farmland and grassland pilot\", in xinjiang grassland construction and protection puts forward new requirements. To develop grass economy not only, more to protect the ecological environment. Natural grassland in xinjiang area is vast, in recent years, every summer locust plague area are more than 23000 hectares. Do great harm to livestock production. Chemical control at high killing rate and better economy has been the main means of MieHuang.
Key words: the prairie MieHuang; Chemical control; The wind send type spraye
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