李秀美，狄敬國，程繼興，李洋洋，李恒連，張繼恒

(萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 271100)

0 引 言

當(dāng)前，在我國農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程中，農(nóng)藥都是采用手工進(jìn)行配置，配置的農(nóng)藥在劑量和混合均勻情況方面都存在很大的誤差，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且對(duì)操作者的身體健康也有一定的影響，類似中毒的事件時(shí)有報(bào)道，給不得不使用農(nóng)藥噴灑作業(yè)的藥農(nóng)帶來痛苦，更與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展不適應(yīng)[1]。山東省中、東部丘陵地區(qū)大面積種植花生、大蒜等農(nóng)作物，在種植時(shí)需要及時(shí)噴灑除草劑后進(jìn)行覆膜。農(nóng)戶的實(shí)際情況大都采用背負(fù)式噴霧器，由于容積有限，作業(yè)過程中需要多次配藥，配藥過程造成如下污染：①手工配置農(nóng)藥對(duì)計(jì)量把握不準(zhǔn)確，藥、水比例不準(zhǔn)確混合不均勻，致使噴藥作用效果不明顯；②計(jì)量不準(zhǔn)使得大量的藥物剩余，而且每次配藥時(shí)都有許多農(nóng)藥隨風(fēng)飄入空氣，造成環(huán)境的污染；③人工配藥用瓶蓋量取，農(nóng)藥沾到操作者手上，易造成人體傷害或中毒，配置兩種藥更是費(fèi)時(shí)費(fèi)力；④配藥容器和人手接觸水源，造成土壤、水質(zhì)污染。

大量散失的農(nóng)藥揮發(fā)到空氣中，浸入土壤，不僅污染農(nóng)副產(chǎn)品，還會(huì)通過食物鏈的富集作用轉(zhuǎn)移到人體，對(duì)人體產(chǎn)生危害。為此，筆者提出一種新型高效環(huán)保農(nóng)藥配置裝置的設(shè)計(jì)思路[2]，重點(diǎn)介紹產(chǎn)品的組成及功能實(shí)現(xiàn)，通過試驗(yàn)及試用達(dá)到在現(xiàn)有背負(fù)式噴霧器上直接安裝使用的目標(biāo)。

1 設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu)

1.1 設(shè)計(jì)方案

針對(duì)該“痛點(diǎn)”如圖1所示，經(jīng)過實(shí)地調(diào)查，分析產(chǎn)生的原因，提出了解決的思路。

圖1 傳統(tǒng)農(nóng)藥配置給藥農(nóng)帶來的危害

(1) 設(shè)計(jì)有水藥混合結(jié)構(gòu)[3]，使兩種液體各自分散，彼此混合起來，達(dá)到良好均勻混合效果。

(2) 設(shè)計(jì)精準(zhǔn)的藥品計(jì)量單元，較好的解決了藥、水比例不準(zhǔn)確和環(huán)境污染的問題[4]。

(3) 設(shè)計(jì)有自動(dòng)換藥裝置，適合同時(shí)配置一種或兩種農(nóng)藥，省時(shí)省力，安全高效。

(4) 配藥全過程操作者不會(huì)接觸農(nóng)藥，農(nóng)藥也不會(huì)接觸水源，造成土壤、水質(zhì)污染。

該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)改善傳統(tǒng)配藥方式，能夠解決目前實(shí)際配藥中帶來了的困難。產(chǎn)品主要包括水藥混合結(jié)構(gòu)、流量電磁閥、精確計(jì)量結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)換藥機(jī)構(gòu)、環(huán)保配藥機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等部分，當(dāng)需配藥時(shí)，直接將整瓶農(nóng)藥倒置于旋轉(zhuǎn)盤放農(nóng)藥處，推動(dòng)配藥機(jī)構(gòu)，藥液在重力作用下自然流入精準(zhǔn)計(jì)量結(jié)構(gòu)，當(dāng)達(dá)到所需劑量時(shí)，配藥機(jī)構(gòu)彈出，同時(shí)打開電磁閥，藥液和水流入液體混合器，混合均勻后流入藥箱。需配置另外一種農(nóng)藥，配置完成一種后，開啟自動(dòng)換藥旋鈕，旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)藥瓶的更換，完成后，再重復(fù)配藥操作過程。整個(gè)過程安全高效，無污染。

1.2 總體設(shè)計(jì)

(1) 整體機(jī)構(gòu)示意圖，如圖2所示。

圖2 新型高效環(huán)保農(nóng)藥配置裝置結(jié)構(gòu)示意圖

(2) 設(shè)計(jì)三視圖、軸測(cè)圖，如圖3所示。

圖3 新型高效環(huán)保農(nóng)藥配置裝置三視圖軸測(cè)圖

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 水、藥混合結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)有水、藥混合結(jié)構(gòu)，能使兩種初步混合的液體分散后再彼此混合起來，達(dá)到良好的均勻混合效果；水、藥混合結(jié)構(gòu)主要靠?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)所設(shè)計(jì)的特定螺旋單元，在液體經(jīng)過管道時(shí)，實(shí)現(xiàn)不同液體的充分混合，該結(jié)構(gòu)的使用，避免了電動(dòng)機(jī)械攪拌器出現(xiàn)的故障率高，穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，具有工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作效率和性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 精確計(jì)量結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)精準(zhǔn)的藥品計(jì)量單元，較好的解決了藥、水比例不準(zhǔn)確和環(huán)境污染的問題；利用水作為介質(zhì)通過多次試驗(yàn)，對(duì)比量杯量取數(shù)值，確定計(jì)量精度，放大的刻度線讓操作者工作起來更輕松，觀察更容易。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所列。

表1 精準(zhǔn)計(jì)量單元試驗(yàn)數(shù)據(jù) /mL

2.3 自動(dòng)換藥裝置

設(shè)計(jì)有自動(dòng)換藥裝置，適合同時(shí)配置一種或兩種農(nóng)藥，省時(shí)省力，安全高效；當(dāng)需要配藥時(shí)，直接將整瓶農(nóng)藥倒置于旋轉(zhuǎn)盤放農(nóng)藥處，推動(dòng)配藥機(jī)構(gòu)，藥液在重力作用下自然流入精準(zhǔn)計(jì)量結(jié)構(gòu)，當(dāng)達(dá)到所需劑量時(shí)，配藥機(jī)構(gòu)彈出，同時(shí)打開電磁閥，藥液和水流入液體混合器，混合均勻后流入藥箱。

2.4 技術(shù)指標(biāo)

① 電源及電氣系統(tǒng)電壓要求：DC12V；

② 農(nóng)藥計(jì)量范圍：10～100 mL；

③ 電機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)：0～30 r/min。

3 與傳統(tǒng)農(nóng)藥配藥裝置對(duì)比

(1) 增加該裝置的噴霧器優(yōu)點(diǎn)：①農(nóng)藥精確計(jì)量，精度高，農(nóng)藥配比合理；②液體混合結(jié)構(gòu)能將農(nóng)藥和水混合良好，農(nóng)藥噴灑成效高；③旋轉(zhuǎn)換藥機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定，配藥換藥速度快，能同時(shí)完成兩種農(nóng)藥混合，省時(shí)省力，如表2所列；④配藥換藥農(nóng)藥“0”接觸，綠色環(huán)保。

表2 試驗(yàn)對(duì)比情況分析

(2) 新型裝置的創(chuàng)新點(diǎn)，如圖4所示。

圖4 農(nóng)藥配置裝置主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

4 仿真實(shí)物設(shè)計(jì)

依據(jù)創(chuàng)新理論，通過仿真設(shè)計(jì)軟件完成產(chǎn)品的效果圖，如圖5所示。將產(chǎn)品安裝在現(xiàn)有噴霧器上效果如圖6所示。

圖5 整體仿真效果圖

圖6 實(shí)物圖

5 結(jié) 語

隨著人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)、安全意識(shí)不斷增強(qiáng)。對(duì)于傳統(tǒng)背負(fù)式噴霧器的要求也不斷提高，通過該裝置在當(dāng)?shù)厣絽^(qū)農(nóng)村的使用，配藥準(zhǔn)確，速度快，有效避免了人體與農(nóng)藥的直接接觸，藥瓶自動(dòng)回收，環(huán)保無污染，受到使用者的好評(píng)，它的推廣必將滿足山區(qū)廣大農(nóng)民的需求，通過在現(xiàn)有噴霧器上加裝使用，更具有極高的應(yīng)用價(jià)值。