胡國(guó)棟

(鄭州毆麗電子(集團(tuán))股份有限公司,河南鄭州 450006)

智能型自控?zé)熿F機(jī)多用途研制開(kāi)發(fā)

胡國(guó)棟

(鄭州毆麗電子(集團(tuán))股份有限公司,河南鄭州 450006)

隨著科技的發(fā)展,機(jī)械機(jī)器逐漸走上智能化道路。傳統(tǒng)的煙霧機(jī)揚(yáng)程、價(jià)格高、且機(jī)器笨重,而智能化后的自控型常溫?zé)熿F機(jī)則克服了這些缺陷。本文將從機(jī)具結(jié)構(gòu)、噴嘴結(jié)構(gòu)、霧化機(jī)理以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)等方面對(duì)自控型常溫?zé)熿F機(jī)進(jìn)行介紹。

自動(dòng)控制系統(tǒng) 常溫?zé)熿F機(jī) 霧化

傳統(tǒng)的煙霧機(jī)消耗的功率較大、使用成本較高,且其機(jī)具的利用率較低,而傳統(tǒng)煙霧機(jī)的這些缺點(diǎn)都是與我國(guó)國(guó)情不符的。我國(guó)研制出的第三代常溫?zé)熿F機(jī),則是以我國(guó)溫室生產(chǎn)、大棚生產(chǎn)等生產(chǎn)實(shí)際為以及研制的,可以進(jìn)行自控施藥,對(duì)我國(guó)施藥農(nóng)用機(jī)械的發(fā)展具有重要推動(dòng)作用。

1 機(jī)具結(jié)構(gòu)

自控型常溫?zé)熿F機(jī),是一種新型的農(nóng)業(yè)化學(xué)藥物施藥機(jī)器,可以快速、高效的噴灑藥物防治病蟲(chóng)害。其原理是通過(guò)使用風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)制造高速氣流,在噴嘴出通過(guò)樁基噴出的藥液,將其破碎成微小的藥液粒子,噴出后呈煙霧狀并附著在農(nóng)作物或果樹(shù)的表面,從而達(dá)到防蟲(chóng)治害的目的[1]。常溫?zé)熿F機(jī)具有熱煙霧機(jī)不具備的優(yōu)勢(shì),可以將藥液霧化,而其中的藥劑成分免于分解。當(dāng)藥劑是可濕性粉劑、油劑、乳劑、水劑時(shí)都可以使用,且不用添加增強(qiáng)其擴(kuò)散能力的調(diào)劑,具有較高的機(jī)具效率、且環(huán)保節(jié)能、安全可靠。

BT2000-III型自動(dòng)轉(zhuǎn)向微機(jī)自控施藥常溫?zé)熿F機(jī)是智能型自控?zé)熿F機(jī)的一種,是由輔助風(fēng)機(jī)、藥箱自攪拌系統(tǒng)、霧化系統(tǒng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置、手推車(chē)裝置、電氣控制系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)噴筒共同構(gòu)成的。其霧化系統(tǒng)的噴頭體是有噴嘴與吸氣機(jī)集成的;其主噴霧機(jī)是由噴筒、噴頭體、軸流風(fēng)機(jī)集成的;通過(guò)其自身所帶的旋轉(zhuǎn)限位系統(tǒng)檢測(cè),其主噴霧機(jī)可進(jìn)行反向噴霧,借助風(fēng)機(jī)可大大增加揚(yáng)程。BT2000-III型自動(dòng)轉(zhuǎn)向微機(jī)自控施藥常溫?zé)熿F機(jī)的藥箱中具有的攪拌系統(tǒng)是自動(dòng)運(yùn)行的,可確保藥液攪拌的均勻,且能夠在噴灑藥液的同時(shí)進(jìn)行藥液攪拌。完整的BT2000-III型自動(dòng)轉(zhuǎn)向微機(jī)自控施藥常溫?zé)熿F機(jī)系統(tǒng)是自帶手推車(chē)的,方便對(duì)機(jī)器進(jìn)行移動(dòng),大大降低了操作人員的工作強(qiáng)度;其操作過(guò)程可由單片機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行全程操作控制,提高了生產(chǎn)效率[2]。

2 噴嘴結(jié)構(gòu)及霧化機(jī)理

2.1 噴嘴結(jié)構(gòu)

自控型常溫?zé)熿F機(jī)的噴嘴主要有：噴口、矩形片、噴殼、墊片、噴管等構(gòu)成,如圖2-1所示。

圖中數(shù)字所指代的結(jié)構(gòu)分別為：1．進(jìn)液膠管;2．噴管;3．墊片;4．噴殼;5．矩形片;6．噴口。

氣體經(jīng)吸氣機(jī)吸入后,在噴頭的渦流室中形成高速旋轉(zhuǎn)氣流,之后在噴管出口處與經(jīng)噴管一次霧化后的藥液進(jìn)行充分的高速混合,為形成所需霧滴而進(jìn)行復(fù)雜的氣液二相流霧化。

圖2-1 噴嘴機(jī)構(gòu)示意圖

2.2 霧化機(jī)理

藥液的一次霧化是在噴管內(nèi)完成的,以針形噴嘴為例,高速氣流在噴頭體渦流腔內(nèi)形成,并使噴管口局部處于真空狀態(tài),從而將藥水通過(guò)壓強(qiáng)作用從藥箱吸入,途徑針形噴嘴射流,破碎液滴,從而實(shí)現(xiàn)一次霧化。

二次霧化是在噴管出口處經(jīng)過(guò)與氣流的高速融合而實(shí)現(xiàn)的。而是否繼續(xù)進(jìn)行霧化,可以通過(guò)韋伯?dāng)?shù)We進(jìn)行判斷[3],判斷公式為：

其中：va：氣流流速;aρ：空氣密度;Δvi：空氣與液體的相對(duì)速度;vf：液流流速;Di：霧化前液滴直徑;σf：液體的表面張力系數(shù)。

昂色格數(shù)公式中：fρ：液體的密度;σf：液體的表面張力系數(shù);Di：霧化前液滴直徑;μf：液體的運(yùn)動(dòng)粘度。

當(dāng)We值比某一臨界韋伯?dāng)?shù)Wec大時(shí),則需要在噴管出口處繼續(xù)霧化,在這時(shí)應(yīng)增加We,主要可以通過(guò)增加氣體液體的相對(duì)比率Δvi,提高初始霧化霧滴直徑Di。

液滴在一次破碎霧化后,脫離氣體液體交界面時(shí)的速率與液核速率是相同的,也就是說(shuō)起速率為vf。在噴管中,路過(guò)流量節(jié)流閥的流量是不變的,這是速率vf與流量Q的關(guān)系為：

由此可知We值隨著噴管中流量的增加而越來(lái)越接近臨界韋伯?dāng)?shù)Wec,而二相流霧化效果也越來(lái)越差。

通過(guò)修改氣體液體在單位體積內(nèi)的比率,可以對(duì)霧滴直徑與二相流霧化效果產(chǎn)生影響,霧滴直徑將隨著氣體液體比率的增加而減小。若其流量為每分鐘26．7毫升,當(dāng)其分布率為 Dv（5,0 ）時(shí),其霧滴直徑為11．3微米;當(dāng)其分布率為 Dv（9,0 ）時(shí),其霧滴直徑為18．9微米。若其流量為每分鐘73．3毫升,當(dāng)其分布率為 Dv（5,0 ）時(shí),其霧滴直徑為15．9微米;當(dāng)其分布率為 Dv（9,0 ）時(shí),其霧滴直徑為29．6微米。若其流量為每分鐘33．3毫升,當(dāng)其分布率為 Dv（5,0 ）時(shí),其霧滴直徑為12．3微米;當(dāng)其分布率為 Dv（9,0 ）時(shí),其霧滴直徑為20．3微米。若其流量為每分鐘86．7毫升,當(dāng)其分布率為 Dv（5,0 ）時(shí),其霧滴直徑為18．0微米;當(dāng)其分布率為 Dv（9,0 ）時(shí),其霧滴直徑為31．4微米。若其流量為每分鐘40．0毫升,當(dāng)其分布率為 Dv（5,0 ）時(shí),其霧滴直徑為12．5微米;當(dāng)其分布率為 Dv（9,0 ）時(shí),其霧滴直徑為22．6微米。若其流量為每分鐘80．0毫升,當(dāng)其分布率為 Dv（5,0 ）時(shí),其霧滴直徑為16．9微米;當(dāng)其分布率為 Dv（9,0）時(shí),其霧滴直徑為30．2微米。若其流量為每分鐘53．3毫升,當(dāng)其分布率為 Dv（5,0 ）時(shí),其霧滴直徑為14．0微米;當(dāng)其分布率為 Dv（9,0）時(shí),其霧滴直徑為26．0微米。若其流量為每分鐘100．0毫升,當(dāng)其分布率為 Dv（5,0 ）時(shí),其霧滴直徑為20．2微米;當(dāng)其分布率為Dv（9,0）時(shí),其霧滴直徑為36．4微米。若其流量為每分鐘120．0毫升,當(dāng)其分布率為 Dv（5,0）時(shí),其霧滴直徑為23．6微米;當(dāng)其分布率為Dv（9,0）時(shí),其霧滴直徑為37．9微米[4]。

3 控制系統(tǒng)

常溫?zé)熿F機(jī),依據(jù)其噴霧控制方式的不同而分為自動(dòng)控制式煙霧機(jī)與人工控制式煙霧機(jī)兩種。在人工控制式煙霧機(jī)的應(yīng)用中,操作人員是在室外對(duì)機(jī)械進(jìn)行控制的,空氣壓縮裝置也安裝在室外,而藥液瓶與噴頭架則被安裝在室內(nèi)。人工控制式煙霧機(jī)的代表機(jī)型是3YC-50型常溫?zé)熿F機(jī)[5]。而自動(dòng)控制式常溫?zé)熿F機(jī)的主要代表則是自控施藥常溫?zé)熿F機(jī),采用這種煙霧機(jī)進(jìn)行噴藥時(shí),需將整個(gè)機(jī)具放于室內(nèi),將配好的藥水置于藥箱中即可,通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)具藥箱中藥液的攪拌、煙霧機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以及噴藥過(guò)程進(jìn)行控制。與人工控制式常溫?zé)熿F機(jī)相比,自動(dòng)控制式常溫?zé)熿F機(jī)的操作更為方便、簡(jiǎn)潔,除了降低了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,提升了施藥效率,還由于其在施藥過(guò)程中不需要操作人員在室內(nèi),而避免了操作人員受到農(nóng)藥的危害。

4 BT2000-III型自動(dòng)轉(zhuǎn)向微機(jī)自控施藥常溫?zé)熿F機(jī)

BT2000-III型自動(dòng)轉(zhuǎn)向微機(jī)自控施藥常溫?zé)熿F機(jī)是自控式常溫?zé)熿F機(jī)的一種,它的特點(diǎn)有：

第一、噴霧時(shí)有效揚(yáng)程較大,這一型號(hào)的機(jī)具采用的是流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)等原理,將噴嘴、吸氣機(jī)、噴頭體、風(fēng)機(jī)、電機(jī)等進(jìn)行了一體化處理,整個(gè)機(jī)器是放置于手推車(chē)上來(lái)進(jìn)行移動(dòng)的。該機(jī)器具有很高的集成度和緊湊的結(jié)構(gòu)。煙霧機(jī)上的主噴霧劑可以旋轉(zhuǎn)一百八十度進(jìn)行噴霧,在噴霧時(shí)借助風(fēng)機(jī)可將有效揚(yáng)程增加至2-4倍。

第二、具有較高的機(jī)具利用率和較好的霧化效果,可以在噴頭內(nèi)與噴管中多次進(jìn)行霧化,成功破碎藥液,將其破碎為超微粒子。在常溫狀態(tài)下,可將藥液破碎為霧狀,使得藥劑成分的損失達(dá)到最小化,充分提高藥劑的殺蟲(chóng)效果與防治蟲(chóng)害的效果。

第三、具有較高程度的自動(dòng)化水平,操作人員可通過(guò)對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的操作完成噴藥任務(wù),且在作業(yè)時(shí),工作人員不需要進(jìn)入操作棚內(nèi),避免了藥液對(duì)人體的損害,是勞動(dòng)強(qiáng)度、所需人力等大大降低,增強(qiáng)了施工效率。

第四、成本較低,可以廣泛應(yīng)用于禽畜舍的衛(wèi)生消毒、農(nóng)田、果園噴施液體肥等,具有環(huán)保、節(jié)能、高效、便捷等優(yōu)點(diǎn)。這種自動(dòng)轉(zhuǎn)向微機(jī)自控施藥常溫?zé)熿F機(jī)也可用于工業(yè)增濕、降溫處理中,用于游樂(lè)場(chǎng)、健身房、賓館、學(xué)校、醫(yī)院等地的防疫消毒,應(yīng)用廣泛。

5 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)是我國(guó)的根本產(chǎn)業(yè),農(nóng)藥噴灑機(jī)械的智能化水平極大影響到我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。本文通過(guò)對(duì)新型自控施藥常溫?zé)熿F機(jī)的機(jī)具結(jié)構(gòu)、霧化原理及控制系統(tǒng)的介紹為大家呈現(xiàn)出來(lái)自控施藥常溫?zé)熿F機(jī)的優(yōu)勢(shì)。在農(nóng)業(yè)及園林未來(lái)的發(fā)展中,這種自控施藥常溫?zé)熿F機(jī)將發(fā)揮其強(qiáng)大作用。

[1]王文濤,路可,林森,周紅萍.SYT智能型分?jǐn)嘧钥赜休d調(diào)容變壓器的設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng),2010,11(25):41-42.

[2]文靈.會(huì)展中心智能化系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究[D].遼寧:大連理工大學(xué),2013.

[3]王林.空調(diào)自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].山東:山東大學(xué),2010.

[4]史春建,邱白晶,吳春篤.基于機(jī)器視覺(jué)的常溫?zé)熿F機(jī)噴霧角測(cè)量系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2010,1(25):81-82.

[5]錢(qián)筱琳,關(guān)惠元,郁舒蘭.基于用戶體驗(yàn)的車(chē)載煙霧機(jī)造型設(shè)計(jì)研究[J].包裝工程,2013,4(20):49-50.