張梅+Daniel+K.Fisher+馬偉
【摘要】中國(guó)小型溫室的噴藥作業(yè)大多采用背負(fù)式噴藥,這種噴藥方式具有簡(jiǎn)單輕便,適合單人操作的特點(diǎn)。背負(fù)式噴藥方式主要有3種,一是手動(dòng)按壓,勞動(dòng)強(qiáng)度大;二是高壓氣瓶加壓,成本高,多用于短時(shí)間科研噴霧使用;三是電動(dòng)加壓,具有環(huán)保和省力的特點(diǎn)。電動(dòng)加壓的優(yōu)勢(shì)是噴霧壓力恒定在0.3~0.4 MPa之間,霧滴均勻性和噴灑效率都優(yōu)于手動(dòng)加壓。因此該裝置將電動(dòng)加壓技術(shù)應(yīng)用在背負(fù)式噴藥裝備上,并針對(duì)原有的薄弱技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),從而達(dá)到減輕藥械自重40%以上,提高噴霧續(xù)航時(shí)間3 h以上的效果。
背景
溫室噴藥是溫室種植生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),該過(guò)程具有作業(yè)頻繁和勞動(dòng)強(qiáng)度大的特點(diǎn),一般溫室越冬蔬菜需要每周?chē)娝?~2次。因此,針對(duì)這一環(huán)節(jié)的施藥器械開(kāi)發(fā)成為一個(gè)技術(shù)開(kāi)發(fā)和研究的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的施藥器械加壓方式多為手動(dòng)加壓,由于其價(jià)格低廉得到大范圍推廣,不足之處是該方式勞動(dòng)強(qiáng)度較大,霧化均勻性不好。近年來(lái)也有通過(guò)大功率電機(jī)或汽油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源,利用高壓柱塞泵加壓,通過(guò)幾十米的多層高壓管來(lái)對(duì)溫室進(jìn)行噴藥,這種方式往往需要2~4人同時(shí)拖拽高壓管,能快速?lài)娝?,但缺點(diǎn)是施藥不夠精細(xì),需要?jiǎng)趧?dòng)力較多。國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)也開(kāi)發(fā)有一些智能化噴藥裝備,利用傳感器和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化控制,筆者曾主要完成的溫室施肥施藥一體機(jī),溫室高效噴藥機(jī)等諸多施藥器械,也對(duì)該領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮一定作用。
考慮到有些溫室空間狹小,相對(duì)四輪可推動(dòng)噴藥機(jī)而言,背負(fù)式噴藥機(jī)更靈活、便捷。筆者曾在《溫室智能裝備系列之十六用于果蔬作物的背負(fù)電動(dòng)變量噴藥機(jī)》[1]一文中詳細(xì)描述了該技術(shù)細(xì)節(jié)。該類(lèi)型噴藥機(jī)通過(guò)多年推廣后,在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題,對(duì)其原有的薄弱技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)就非常必要。
原理
新型背負(fù)式電動(dòng)噴藥機(jī)的設(shè)計(jì)主要的環(huán)節(jié)包括電池、壓力泵、底座、噴桿、噴嘴5個(gè)部分。通過(guò)將電池設(shè)計(jì)為新型鋰電池,壓力泵變?yōu)閮?nèi)置的緊湊型結(jié)構(gòu),提高藥械的強(qiáng)度,極大的簡(jiǎn)化底座的結(jié)構(gòu)。另外對(duì)噴桿的把手部分增加外接的壓力接口,噴嘴改為組合式密封結(jié)構(gòu),具備很大的通用性。
結(jié)構(gòu)
采用緊湊型內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu),壓力泵由藥桶護(hù)避免撞擊受損。藥桶采用大彎曲結(jié)構(gòu),一方面彎曲弧面可以和作業(yè)人員背負(fù)有更大間隙,提高舒適性,同時(shí)還可以增加藥桶的機(jī)械強(qiáng)度。進(jìn)一步對(duì)噴藥機(jī)進(jìn)行優(yōu)化和提升:電池選用鋰電池,20V1.5AH,重量為50 g,是原有電池重量的5%(圖2、圖3)。電池充好電后采用插入鎖扣的方式固定在底部。壓力泵采用圓柱形結(jié)構(gòu),以直接嵌入的方式固定在藥桶底部,占空間少(圖4)。
底座的設(shè)計(jì)選擇16 mm空心鐵管折彎,重量輕,成本低。通過(guò)布置圓柱形泵和電池位于藥箱正下方的方法,降低重心,減少背負(fù)噴藥機(jī)時(shí)對(duì)背部的壓力(圖5)。
把手通過(guò)增加防滑海綿的方法改善了操作舒適性。預(yù)留了用來(lái)連接壓力表的快速插口,根據(jù)需要通過(guò)壓力軟管就能快速外接壓力表,這種結(jié)構(gòu)對(duì)精密?chē)婌F的需求留出功能擴(kuò)展接口(圖6)。
噴桿改進(jìn)后可適用于Teejet系列的噴嘴,霧滴較小的Teejet8001噴嘴方便更換。圓錐形噴嘴通過(guò)適配接頭可方便的連接上去,能很好的滿(mǎn)足大噴霧量的噴霧需求(圖7、圖8)。
結(jié)束語(yǔ)
便攜輕便的噴霧器開(kāi)發(fā)是施藥器械研究的一個(gè)重要方向,其技術(shù)起點(diǎn)低,但作業(yè)針對(duì)性好。能解決實(shí)際生產(chǎn)大問(wèn)題的思路是藥械研發(fā)的重要趨勢(shì)。該文通過(guò)長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)背負(fù)式電動(dòng)噴藥機(jī)用戶(hù)反饋問(wèn)題分析以及新技術(shù)的集成實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新,有效解決中國(guó)溫室單人背負(fù)噴霧(噴藥、噴葉面肥、幼苗噴水)作業(yè)的難題。
參考文獻(xiàn)
[1] 馬偉,王秀,秦貴,等.溫室智能裝備系列之十六用于果蔬作物的背負(fù)電動(dòng)變量噴藥機(jī)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)(溫室園藝),2010,30(6):38-39.endprint