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風送式噴霧機的設(shè)計
馬少輝，張記
（塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘 要：實施西部大開發(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做出的重大決策。西部農(nóng)業(yè)開發(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發(fā)總體思路中確立“以生態(tài)環(huán)境保護為根本”，啟動“生態(tài)工程”和“加強西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與建設(shè)，實施退耕還林、退耕還草試點”，對的草地建設(shè)和保護提出了新的要求。不僅要發(fā)展草地經(jīng)濟，更要保護生態(tài)環(huán)境。天然草地面積遼闊，近年來，每年夏季的蝗災(zāi)發(fā)生面積都在2.30萬公頃以上。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；風送式噴霧機
中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：
0 引言
地區(qū)的天然草地面積達57.26萬公頃，可利用面積48.01萬公頃，占全疆土地總面積的34.44%，居全國第三位，近年來，由于生存壓力，草場過度超載放牧，造成草地嚴重退化，沙塵暴頻繁發(fā)生。加上蝗蟲鼠害，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，維吾爾自治區(qū)主要危害牧草的蝗蟲優(yōu)勢種群有意大利蝗、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，全區(qū)草地每年發(fā)生蝗災(zāi)面積都在2.56萬公頃以上。其中，2010年發(fā)生面積高達3.89萬公頃。
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，招引粉紅瓊鳥和采用綠僵菌滅蝗防治。牧雞牧鴨防治是近幾年來，全區(qū)農(nóng)牧民自主開發(fā)的防治手段，防治而積逐年擴大，效果也很顯著，2001年全區(qū)牧雞55.46萬只，牧鴨13.95萬只，防治而積達到400千公頃。粉紅瓊鳥是蝗蟲的天敵，全區(qū)治蝗辦每年投入大量資金，在沿天山一帶地區(qū)搭建鳥巢，招引粉紅瓊鳥，到2008年招引粉紅瓊鳥139.9萬只，控制蝗災(zāi)而積從2009年的186.7千公頃，增長到2012年的260千公頃。綠僵菌滅蝗防治目前在還處于試驗推廣階段，2010年采用綠僵菌控制蝗災(zāi)而積已達1333公頃雖然生物防治技術(shù)對環(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，仍然占有絕對的優(yōu)勢。
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。但主要的施藥機械仍以手提式或背負式噴霧機及小型牽引式噴霧機為主。遠遠不能滿足草原滅蝗的需要。由于背負式噴霧機使用時，勞動強度大，施藥安全性低，防治速度有限。因此，當蝗災(zāi)發(fā)生時，不能得到及時、有效的控制，給農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)帶來了很大的危害。
1 設(shè)計原理及傳動
1.1 設(shè)計原理
該風送式噴霧機工作時，由拖拉機發(fā)動機的動力直接由后傳動軸經(jīng)萬向節(jié)傳至噴霧機輸出軸，由軸傳至后方的皮帶輪，由皮帶輪一級變速后帶動液泵和風機使其工作，液泵將藥箱內(nèi)的藥液通過吸液管吸入泵腔加壓后，經(jīng)排液管壓送入風筒后側(cè)的噴桿，再由噴桿送到噴頭，由防滴噴頭霧化成的粗霧滴，然后由安放在機架上的風筒吹出的的高速氣流進一步霧化成以下的細小霧滴風送至機組后側(cè)，從而達到彌霧效果。在充分調(diào)研和查閱相關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上確定整機的設(shè)計方案。根據(jù)四輪拖拉機有后動力輸出軸設(shè)計懸掛方式的機架。確定該機的工作原理，配套動力，系統(tǒng)組成等。整機的主要構(gòu)成部分:機架、噴霧系統(tǒng)，傳動裝置、藥液箱、液泵、風機等部件。該噴霧機與拖拉機配套使用，懸掛方式為三點懸掛，了解到拖拉機大部分有直接后動力輸出。因此，它的動力直接由后動力輸出軸提供，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示。
1. 風筒2.透明管3.進水管4.過濾器5.風機帶輪6.機架7.皮帶8.扇葉9.風筒網(wǎng)面10.藥箱11.回水管12.噴桿13.藥箱蓋14.液泵帶輪15.傳動軸16.液泵
圖1-1 風送式噴霧機的整體結(jié)構(gòu)圖
2本課題所要研究的關(guān)鍵問題及解決思路
2.1風機參數(shù)的確定與選型
2.1.1風量的確定
依掘作業(yè)要求和噴霧度大小，風送式噴霧機中風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：噴霧機風機吹出的，帶有霧滴的氣流，應(yīng)能驅(qū)除并完全置換風機前方直至草頭的空間所包容的全部空氣。另外，噴霧機的氣流到達草體時，其速度不能低于某一數(shù)值。因為在作業(yè)過程中，氣流不僅要攜帶霧滴，還要翻動草葉、驅(qū)除和置換樹體中原有的空氣，這些功能的實現(xiàn)，都要求氣流具有一定的動能，也就是說，氣流到達樹體表面時，要有一定的速度，否則氣流進不了草體，只能繞草而過。
置換原理：這是目前果園風送噴霧機風量計算中普遍采用的一種方法。其原理為:噴霧機風機吹出的，帶有霧滴的氣流，應(yīng)能驅(qū)除并完全置換風機前方直至果樹的空間所包容的全部空氣。
根據(jù)置換原理：
經(jīng)過一段距離所放出的風量
Q=VHBK1 （4-1）
式中：
V—噴霧機速度(m/s)；
H—植株高度(m)；
B一噴霧機距離植株的距離，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)風量相等的原理，風機吹出的，經(jīng)過截面的風量應(yīng)等于風筒出風口吹出的風量乘上一個系數(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—出風口數(shù)量；
F1一出風口面積；
B一噴霧單位時間行進的距離；
V1，V2—分別是出風口風速和氣流到達植株時的風速；
圖 2-11置換原理
為了求得氣流到達植株時的最佳風速，我們找了風速測定試驗數(shù)據(jù)，當氣流到達植株速度在8-10m/s也就是5級風左右時，草葉翻動明顯，小于時，草葉巳經(jīng)翻動已不明顯。
圖2-12風速與風壓的關(guān)系
經(jīng)過資料中的模擬實驗，我們求得風筒出風速度為20m/s，對環(huán)境風速在4.5m/s左右時，防飄效束最好。當出口風速為16m/s時，在3.5m/s時效果較好，按最大出風口速度計算，此吋風機風量為0.6m3考慮泄露及儲備風量，儲備系數(shù)選為1.2，可估測得風機風量Q=17800m3/h。
2.1.2風壓的確定
風機力損失主要表現(xiàn)為動壓損失：
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風機的選型
植保風機主要有離心式風機和軸流式風機。
離心式風機：風機在工作中，氣流由風機軸向進入葉片空間，然后在葉輪的驅(qū)動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，沿半徑方向離開葉輪，靠產(chǎn)生的離心力來做功的風機稱為離心式風機。
軸流式風機，就是與風葉的軸同方向的氣流(即風的流向和軸平行)，如電風扇,空調(diào)外機風扇就是軸流方式運行風機。軸流式風機又叫局部通風機，是常用的一種風機，它不同于一般的風機，外形就是一個筒形，用于局部通風，安裝方便，通風換氣效果明顯，安全，可以接風筒把風送到指定的區(qū)域；
根據(jù)計算風機風量和風壓的數(shù)值，選擇了T35-11型軸流式風機，其參數(shù)如表所示
表2-1.T35-11型軸流式風機
型號
功率
風壓
風量
轉(zhuǎn)速
T35-11
2.5
279
18250
1450
2.2傳動系統(tǒng)設(shè)計
2.2.1皮帶的選型
傳動軸輸出的轉(zhuǎn)速為720r/min，而壓力泵和風機的轉(zhuǎn)速不同，差距較大，需要變速傳動，這里選擇了三角帶傳動。與其他傳動形式相比，三角帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，成本低，制造、使用、維護方便，能適應(yīng)多種復(fù)雜的傳動形式；皮帶輪傳動能緩和載荷沖擊，行平穩(wěn)、低噪音、低振動；與平膠帶相比，它不易掉帶，帶輪安裝要求不太嚴格，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風機主從動帶輪直徑計算和皮帶的選型
風機的功率為2.5KW，風機的轉(zhuǎn)速為1450r/min，本文中選用東方紅系列拖拉機的后動力輸出軸轉(zhuǎn)速為720r/min,所示傳動比為:
i=n2/n1 （5-3）
式中：
n1一輸入轉(zhuǎn)速(r/min)
n2一風機轉(zhuǎn)速(r/min)
i=n2/n1=720/1450=0.49
傳動比≤5,這采用三角帶開放式傳動，傳遞功率為可選用A,B兩種型號，為減少三角帶根數(shù)，這里選用B型帶。
主帶輪計算直徑D1，機械設(shè)計手冊査表，
B型 帶主帶輪直徑125mm.
從帶輪計算直徑為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)計需求，這里A0取380mm
三角帶長度為：
L0=2A0+π()+=2×380+π()+=1104
機械設(shè)計冊查表，為使結(jié)構(gòu)緊湊，Lp選用1058mm,Li=1025mm,（Li一內(nèi)周長度)
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)計要求
機械設(shè)計手冊查表，當三角帶為B型時，帶速4.70M/S時，單根傳遞功率N0=2.58KW當包角為167°時，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帶傳動幾何關(guān)系
2.2.3液泵主從動帶輪直徑計算和皮帶的選型
隔膜泵的功率為3KW，轉(zhuǎn)速為800r/min,需要皮帶傳動，傳動比為：
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
傳動比≤5,傳動功率3KW，這采用三角帶開放式傳動，傳遞功率為可選用A,B兩種型號，為減少三角根數(shù)，這里選用B型帶。
主帶輪計算直徑D3，機械設(shè)計手冊査表，選用B型帶主帶輪直徑125mm.
從帶輪計算直徑為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
三角帶長度為：
L0=2A1+π()+=2×365+π()+=1742
機械設(shè)計冊查表，為使結(jié)構(gòu)緊湊，Lo選用1694mm,Lo1=1661mm,（Lo1一內(nèi)周長度)
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)計要求
機械設(shè)計手冊查表，當三角帶型B，帶速15.7M/S時，單根傳遞功率N0=2.24KW當包角為150°時，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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The design of the wind to send type sprayer
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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