背負式靜電噴霧機的設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

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16屆畢業(yè)論文 背負式靜電噴霧機的設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級 指導(dǎo)老師 日 期 2016.05 塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院制 前言 目前，我國農(nóng)藥生產(chǎn)技術(shù)處于國際先進技術(shù)，而植保機械和農(nóng)藥施用技術(shù)相對延后。長期以來，我國農(nóng)藥施用技術(shù)仍停留在傳統(tǒng)的大容量和大霧滴噴霧技術(shù)水平上。噴灑的農(nóng)藥僅有少部分附著在植物冠表面上，絕大部分藥液和藥粉都流淌或散落在地面上。由此帶來了農(nóng)藥浪費、農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo)、環(huán)境污染、作物藥害和操作者中毒等負面影響，造成了不應(yīng)有的損失及其他不良后果。利用靜電噴霧技術(shù)防治農(nóng)作物病蟲害是現(xiàn)代植保施藥的一項新技術(shù)，它很好地解決了傳統(tǒng)施藥過程中存在的問題。 靜電噴霧技術(shù)是應(yīng)用高壓靜電在噴頭與噴霧目標(biāo)之間建立一個靜電場，而農(nóng)藥液體流經(jīng)噴頭霧化后，通過不同的方式被充上電荷，形成群體帶電霧滴（霧滴云），然后在靜電場力和其他外力的聯(lián)合作用下，霧滴做定向運動而吸附在目標(biāo)的各個部位，達到沉積效率高、霧滴漂移散失少和改善生態(tài)環(huán)境等良好的性能。 課題設(shè)計的是背負式靜電噴霧器，是由貯液桶殼體、背負帶、蓄電池、靜電裝置、電動隔膜泵、活塞泵、電源開關(guān)、噴霧閥門、手持柄、手柄、噴桿、連接管、噴管、靜電噴頭等構(gòu)成，背負式靜電噴霧器的優(yōu)點是有效地消除了農(nóng)藥外濾傷害操作者的弊病，并且省力，且電動泵壓力比人手動吸筒壓力大，增大了噴灑距離和范圍。霧化效果好，省時、省力、省藥。 關(guān)鍵詞：背負式；靜電裝置；噴霧器 目錄 1緒論 1 1.1課題研究的意義 1 1.2國內(nèi)外背負式靜電噴霧器發(fā)展?fàn)顩r 1 1.3國內(nèi)傳統(tǒng)背負式噴霧器存在的問題 2 1.4研究的內(nèi)容和方法 2 1.5預(yù)期目標(biāo) 2 1.6重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 3 1.7工作條件及解決方法 3 2.背負式靜電噴霧器的總體設(shè)計 3 2.1背負式噴霧器的設(shè)計的方案選擇 3 2.2背負式靜電噴霧器的結(jié)構(gòu) 4 2.3背負式靜電噴霧器的原理 5 3背負式靜電噴霧器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 3.1靜電噴霧器的壓力的適用范圍 7 3.2靜電噴霧器泵的設(shè)計 8 3.3背負式靜電噴霧器噴頭的設(shè)計 11 4.靜電發(fā)生器的設(shè)計 13 4.1靜電發(fā)生器的選擇 13 4.2高壓靜電發(fā)生器的計算 14 總 結(jié) 16 致 謝 17 參考文獻 18 畢業(yè)設(shè)計 1緒論 1.1課題研究的意義 我國植保機械與當(dāng)代國際水平相比還存在相當(dāng)大的差距[1]。從噴頭霧化、霧滴細化、機構(gòu)靜電裝置等方面進行設(shè)計。在噴灑方式、零部件的優(yōu)化組合及空間布置這幾個方面重點考慮，從而達到最好的噴霧效果，還要考慮到噴霧機的整體配合程度，不至于過于繁雜，方便以后維護。在整個的設(shè)計過程中，噴頭和隔膜泵的設(shè)計是重中之重，植保機最終通過噴射部件將藥液分布在噴施對象上，噴射部件的性能優(yōu)劣直接影響對作物病蟲害的防治效果和機具的使用經(jīng)濟性。農(nóng)用靜電噴霧器,該噴霧器從工作原理上對傳統(tǒng)噴霧器進行了改進,這不僅明顯地提高了噴霧效果,而且使操作更加簡單開發(fā)和研究新型中小型靜電噴霧機械，改變目前仍采用園藝、農(nóng)田植保機械的落后狀態(tài)，從中收到良好的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益，具有重要的意義。 要有效地解決并消除農(nóng)藥外濾傷害操作者的弊病，突出密封性能、藥液箱蓋連接可靠性能，增大噴灑距離和范圍，使霧化效果好，省時、省力、省藥等特點，還要考慮泵的安裝。 該噴霧機是以蓄電池為動力源。蓄電池安裝在噴霧機內(nèi)，按下電源開關(guān)，電動機驅(qū)動隔膜泵，打開手動開關(guān)即可噴灑藥液。霧化效果好，省時、省力、省藥。廣泛應(yīng)用于通用工業(yè)設(shè)備、醫(yī)藥設(shè)備、化工設(shè)備、農(nóng)業(yè)，養(yǎng)殖業(yè)。 1.2國內(nèi)外背負式靜電噴霧器發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1國外背負式靜電噴霧器發(fā)展現(xiàn)狀 農(nóng)藥靜電噴霧技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項新的植保施藥技術(shù)。美國、英國和加拿大等國都先后對液體農(nóng)藥靜電噴霧進行了深入研究，并促使其產(chǎn)業(yè)化。這些國家的研究結(jié)果表明，靜電噴霧的確明顯提高了藥液在噴灑目標(biāo)表面，特別是目標(biāo)背面的覆蓋率，減少了水霧滴的飄移，噴霧效果明顯提高。 至今，美國已有數(shù)種農(nóng)用靜電噴霧機，主要包括：適用于小種植片區(qū)和小型溫室的背負式靜電噴霧機；適用于大中型溫室的手推車式靜電噴霧機；適用于田間和果園的各種大小的三點懸掛式靜電噴霧機。這些均已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)病蟲害的防治。 1.2.2國內(nèi)背負式靜電噴霧器發(fā)展現(xiàn)狀 我國對靜電噴霧技術(shù)的研究開始于20世紀70年代末，相繼試制了手持式靜電噴霧器、手持電場擊碎式靜電噴霧器、高射程靜電噴霧車和風(fēng)動轉(zhuǎn)籠式靜電噴霧機，并在多種目標(biāo)物上進行了大量噴霧性能和病蟲害防治效果的測定。1988年，北京農(nóng)業(yè)大學(xué)尚鶴言將東方紅—18型植保機改裝，研制了靜電低量噴霧機，并在多種作物上做了示范。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)何雄奎研制的果園自動對靶靜電噴霧機可用于果園病蟲害的防治[2]。 北京植保站運用靜電噴霧技術(shù)在海淀區(qū)對大棚黃瓜美洲斑潛蠅進行了防治，效果顯著，比普通噴霧防治效果提高40%。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)的任蕙芳針對現(xiàn)有噴頭存在漏電、反向電離現(xiàn)象嚴重等問題設(shè)計了氣力式靜電噴頭，并對其噴霧效果進行了試驗研究[1]。 靜電噴霧技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它涉及電學(xué)、化學(xué)、流體力學(xué)、農(nóng)藥學(xué)、植物保護以及機械學(xué)等諸多領(lǐng)域。因此對它的研究應(yīng)從系統(tǒng)觀點出發(fā)，多學(xué)科協(xié)調(diào)，建立完整的靜電噴霧理論、測試及其應(yīng)用的科學(xué)體系。 1.3國內(nèi)傳統(tǒng)背負式噴霧器存在的問題 目前，我國農(nóng)藥生產(chǎn)技術(shù)處于國際先進技術(shù)，而植保機械和農(nóng)藥施用技術(shù)相對落后。長期以來，我國農(nóng)藥施用技術(shù)仍停留在傳統(tǒng)的大容量和大霧滴噴霧技術(shù)水平上[1]。噴灑的農(nóng)藥僅有少部分附著在植物冠表面上，絕大部分藥液和藥粉都流淌或散落在地面上。噴施農(nóng)藥的有效利用率只有20%－30%，而真正到達害蟲體的藥量不到施藥量的1%。換言之，99%以上的農(nóng)藥不僅未發(fā)揮殺病蟲作用，反而變成了環(huán)境污染源，由此帶來了(1）農(nóng)藥浪費、(2）農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo)、(3）環(huán)境污染、(4）作物藥害和操作者中毒等負面影響，造成了不應(yīng)有的損失及其他不良后果。利用靜電噴霧技術(shù)防治農(nóng)作物病蟲害是現(xiàn)代植保施藥的一項新技術(shù)，它很好地解決了傳統(tǒng)施藥過程中存在的問題。 1.4研究的內(nèi)容和方法 靜電噴霧器是一種應(yīng)用現(xiàn)代電子技術(shù)的新型植保消殺器械。它具有省藥、省水、省力，高效、環(huán)保、節(jié)能和消殺效果優(yōu)良等一系列優(yōu)點。 根據(jù)我國背負式靜電噴霧器的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題以及未來植保機發(fā)展要求，為改善傳統(tǒng)背負式施藥器械的噴霧效果,運用靜電噴霧技術(shù),設(shè)計了背負式靜電噴霧器。背負式靜電噴霧器主要組成元件包括殼體、背負帶、蓄電池、電動泵、電源開關(guān)、水箱、、輸水管、噴霧閥門、手持柄、噴桿、噴頭幾部分；其中殼體分上下兩個腔體,上部腔體為水箱，蓄電池、電動泵、電源開關(guān)、裝入下部腔體內(nèi)；其特征在于,它還包括控制電路、高壓靜電發(fā)生器。 先確定我國已有背負式靜電噴霧器器的類型，根據(jù)已有背負式靜電噴霧器的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計新型的背負式靜電噴霧器，使背負式靜電噴霧器能滿足防疫、倉儲、畜牧場、環(huán)衛(wèi)、酒店衛(wèi)生清潔、小麥、玉米、棉花、水稻、果樹、溫室大棚、葡萄、煙草、茶樹、花卉、園藝等各種作物的要求，也就是背負式靜電噴霧器要工作效率高 、省水 、藥效時間長 、減少污染 、減少害蟲，增加產(chǎn)量 、體積小，易操作。 1.5預(yù)期目標(biāo) （1）背負式靜電噴霧器工作效率高，能減少農(nóng)藥對周圍環(huán)境的污染。 （2）背負式靜電噴霧器體積小，易操作，結(jié)構(gòu)簡單，通用性好，使用壽命長。 （3）使背負式靜電噴霧器能滿足防疫、倉儲、畜牧場、環(huán)衛(wèi)、酒店衛(wèi)生清潔、小麥、玉米、棉花等各種作物的要求，省水 、藥效時間長、減少污染、減少害蟲，增加產(chǎn)量。 （4）制造價格便宜，容易普及，能滿足使用的要求。 1.6重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路 以蓄電池作為能源，驅(qū)動電動泵，高壓靜電發(fā)生器，使藥液通過管子，噴桿，靜電噴頭均勻噴霧。操作簡單，使用方便快捷，壓力大，霧化好，噴霧均勻，使用成本低，充電一次只須4--6小時、可連續(xù)工作5--8小時，提高工作效率2-3倍。 （1）選擇合適動力傳遞方式，設(shè)計工作裝置。 （2）運用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。 （3）利用有限元分析和Solidworks進行虛擬樣機設(shè)計，完成整機各零部件的三維建模。 1.7工作條件及解決方法 塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，校內(nèi)有實習(xí)工廠、土槽實驗室、農(nóng)業(yè)工程重點實驗室等，設(shè)計條件較好，為項目開展提供了場地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機械電氣化工程學(xué)院擁有先進的實驗設(shè)備和機械加工制造設(shè)備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足背負式靜電噴霧器的工作條件。 2.背負式靜電噴霧器的總體設(shè)計 2.1背負式噴霧器的設(shè)計的方案選擇 2.1.1典型的幾種背負式靜電噴霧器 典型的幾種背負式靜電噴霧器：農(nóng)用噴霧器按動力形式大致可分為三大類：即手動、電動和機動三大類。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進步，最近幾年又涌現(xiàn)了一些新型的噴霧器品種，背負式靜電噴霧器。 普通手搖式噴霧器優(yōu)點：價格低、維修方便配件價格低。缺點：效率低、勞動強度大不適宜大面積作業(yè)。藥液有跑、冒、漏、滴現(xiàn)象，操作人員身上容易被藥液弄濕，不安全。 電動噴霧器優(yōu)點：效率高（可達普通手搖噴霧器的3到4倍）、勞動強度低、使用方便。給人第一印象好，容易銷售。缺點：電瓶的容電量決定了噴霧器連續(xù)作業(yè)時間的長短。品牌太多型號各異配件不通用維修不易，修理費太高。 機動噴霧器優(yōu)點：工作效率高噴霧效果好。缺點：購機價格高、使用成本高，每桶水要幾毛到一塊錢油錢。自重大、噪音大、污染大、機溫高、機手作業(yè)環(huán)境差。需專業(yè)人員維修。 2.1.2背負式靜電噴霧器的選擇 方案選擇：根據(jù)實現(xiàn)省水 、藥效時間長 、減少污染、減少害蟲、工作效率高、能減少農(nóng)藥對周圍環(huán)境的污染、體積小，易操作，結(jié)構(gòu)簡單，通用性好，使用壽命長、制造價格便宜，容易普及等設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)，設(shè)計一種背負式靜電噴霧器，集手動電動于一體的背負式靜電噴霧器，蓄電池有電時正常工作，蓄電池?zé)o電時即可手動噴霧。 2.2背負式靜電噴霧器的結(jié)構(gòu) 背負式靜電噴霧器主要組成元件包括殼體、背負帶、蓄電池、電動隔膜泵、活塞泵、電源開關(guān)、水箱、軟管、噴霧閥門、手持柄、手柄、噴桿、噴頭幾部分；其中殼體分上下兩個腔體,上部腔體為水箱，蓄電池、電動泵、電源開關(guān)、裝入下部腔體內(nèi)；其特征在于,它還包括控制電路、高壓靜電發(fā)生器。圖2-1給出了該背負式靜電噴霧器的結(jié)構(gòu)示意圖，藥箱安放于噴霧器底座上，蓄電池、電動泵、高壓靜電發(fā)生器固定安放于噴霧器底座內(nèi)，噴霧器底座通過軟管與噴桿相連，靜電噴頭安裝于噴桿上。 圖2-1 背負式靜電噴霧器簡圖 蓄電池提供電動泵、高壓靜電發(fā)生器工作所需的電能，一次充電可作業(yè)5小時，從而保證了農(nóng)藥噴灑的持續(xù)性。背負式靜電噴霧器的主要參數(shù)見表2-1。 表2-１ 背負式靜電噴霧器的主要技術(shù)參數(shù) 項目 參數(shù) 機身尺寸/mm 噴桿長度/mm 藥箱容量/L 體積流量（L/h） 噴頭壓力/MPa 平均霧滴直徑/μm 靜電電壓/KV 電源電壓（鉛酸蓄電池）/V 整機凈質(zhì)重量/kg 380×180×530 800—1260 16 6—8 0.30-0.45 70~100 20 12 6±0.5 兩種工況：（1）當(dāng)蓄電池有充足電時：背負式靜電噴霧器工作時電動隔膜泵自動將藥液從藥箱輸送到噴桿中并在噴頭處霧化，改變了傳統(tǒng)的操作方式，不僅降低了作業(yè)人員的勞動強度，而且提高了工作效率。高壓靜電發(fā)生器通過導(dǎo)線與管路內(nèi)部相連，使管路中的藥液帶上負電，并經(jīng)噴頭霧化形成帶負電的霧滴。噴霧器的噴桿長度可調(diào)，故而可以適用不同的植保作業(yè)要求。為了操作的安全性及方便性，噴霧器的開閉及調(diào)節(jié)由噴桿手柄上的按鈕進行控制。并且對噴霧器的機身及噴桿部件做了必要的絕緣處理。（2）根據(jù)使用環(huán)境當(dāng)蓄電池不能正常供電時（蓄電池提供電動泵、高壓靜電發(fā)生器工作所需的電能，一次充電作業(yè)5小時）：即為背負式手動噴霧器，藥液箱還有藥液的時候可繼續(xù)作業(yè)，省藥，免浪費[2-5]。 2.3背負式靜電噴霧器的原理 2.3.1背負式靜電噴霧器的工作原理 靜電噴霧原理是應(yīng)用高壓靜電在噴頭與噴霧目標(biāo)之間建立一個靜電場，而農(nóng)藥液體流經(jīng)噴頭霧化后，通過不同的方式被充上電荷，形成群體帶電霧滴（霧滴云），然后在靜電場力和其他外力的聯(lián)合作用下，霧滴做定向運動而吸附在目標(biāo)的各個部位，達到沉積效率高、霧滴漂移散失少和改善生態(tài)環(huán)境等良好的性能。充電使霧滴與噴霧目標(biāo)表面產(chǎn)生吸引力，這種吸引力就是電場力。盡管霧滴很輕，且霧滴上的電荷量很小，但霧滴與噴霧目標(biāo)表面吸引力卻很強，約是霧滴與地球引力的40倍。電場力可以把帶電霧滴快速強拉到噴霧目標(biāo)，在此過程中，帶電霧滴受電場力作用沿電場線（電力線）運動，從而引起“靜電回繞”現(xiàn)象。帶電霧滴可以反向移向噴霧目標(biāo)，這就是利用靜電場力實現(xiàn)霧滴在植物冠的內(nèi)部附著，其結(jié)果是大大提高了藥液或藥粉對植物葉面的覆蓋率和均勻度，從而增加了藥液與病蟲害接觸的機會，提高了噴藥效果，降低了用藥量，這是常規(guī)噴霧所達不到的【7-17】。 靜電噴霧器目前有三種充電方式：電暈充電、接觸充電、感應(yīng)充電。就充電效果而言，接觸式充電具有良好的充電效果，由此，為了達到良好的充電效果，該背負式靜電噴霧器采用接觸式的充電方式，將靜電發(fā)生器的正極接地，負極接到管路中，使由電動泵帶入管路中的藥液帶有負電荷，藥液經(jīng)過噴頭的液化作用，形成帶負電荷的霧滴；帶負電荷的霧滴與帶正電荷的地面及作物間形成靜電場，產(chǎn)生電力線，由于靜電場的作用霧滴作定向運動而吸附在作物靶標(biāo)上。 背負式靜電噴霧器的主要動力元件：電動隔膜泵：其特征在于：它包含隔膜泵本體（1）和隔膜泵腔體（2），隔膜泵本體的內(nèi)部設(shè)置有隔膜泵腔體，隔膜泵腔體為工字型設(shè)計。采用耐腐蝕的多種進口材料合成，具有自吸功能、熱保護、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可以長時間連續(xù)空轉(zhuǎn)、可以長時間連續(xù)負載運轉(zhuǎn)，體積小、電流小、壓力大、噪音低、使用壽命長、設(shè)計精致、物美價廉等優(yōu)點，具有耐油（液態(tài)植物油）、耐熱（最高溫度55°）、耐弱酸、耐弱堿、耐腐蝕、耐部分化學(xué)品等性能。 隔膜泵的工作原理：電動噴霧器隔膜泵是一種新型水泵。具有泵體，泵體內(nèi)設(shè)置有進水閥孔和出水閥孔。在進水閥孔和出水閥孔分別設(shè)置有進水閥和出水閥，在進水閥孔和出水閥孔的兩側(cè)泵體上設(shè)置有進水管和出水管，所述進水閥和出水閥由閥座體、閥球和十字型擋銷組成，所述擋銷與閥球彈性接觸;在泵體上還設(shè)置有超壓自動卸壓裝置。電機驅(qū)動一個與之相連的帶隔膜的泵頭，電機運轉(zhuǎn)時使泵頭隔膜一側(cè)吸水，使另一側(cè)產(chǎn)生高壓，水從高壓側(cè)直接噴出去，優(yōu)點是設(shè)計簡單、壓力大、噪音小、耗電小，電瓶連續(xù)工作時間長。 圖2-2電動隔膜泵 1隔膜泵本體 2隔膜泵腔體 2.3.2背負式手動噴霧器的工作原理 當(dāng)操作者上下?lián)鍎訐u桿或手柄時，通過連桿使塞桿在泵筒內(nèi)往上下往復(fù)運動，行程為 40 -100 毫米 。當(dāng)塞桿上行時，皮碗由下向上運動，皮碗下方由皮碗和泵筒所組成的空腔容積不斷增大，形成局部真空。這時藥液桶內(nèi)的藥液在液面和活塞泵腔體內(nèi)的壓力差作用下沖開進水閥，沿著進水管路進入泵筒，完成吸水過程。當(dāng)塞桿下行時，皮碗由上向下運動，泵筒內(nèi)的藥液被擠壓，使藥液壓力驟然增高。在這個壓力的作用下，進水閥被關(guān)閉，出水閥被壓開，藥液通過出水閥進入空氣室?？諝馐依锏目諝獗粔嚎s，對藥液產(chǎn)生壓力，打開 開關(guān)后藥液通過噴桿進入噴頭被霧化噴出【12】。 圖2-3活塞泵簡圖 2.3.3靜電噴頭的工作原理 噴頭：扇形噴霧靜電噴頭，其特征在于，包括：溢流閥、噴頭體、旋擰頭、噴管、噴嘴、電極支承座、扇形電極；噴頭體上端為藥液的進藥口，下端經(jīng)旋擰頭與噴管連接，中間為溢流閥控制通斷的流液通道；噴管下部末端通過螺紋連接噴嘴；噴管上固定有電機支承座，電極支撐座底部連接扇形電極。扇形電極分為連兩片，分布在噴嘴的前后側(cè)，兩片扇形電極之間形成200的張開角,與扇形噴霧流厚度方向的微小擴散趨勢相適應(yīng),一方面霧滴不易打濕電極,確保電極電壓穩(wěn)定,另一方面使噴霧流盡可能靠近電極,有利于霧滴充分荷電【10】。 每片扇形電極均為扇形的空心面，通過不銹鋼電極連接成一個整體，扇形電極的扇形張開角度為1100，與扇形噴霧流形成的噴霧角相配，在扇形霧化區(qū)能形成與該區(qū)相適應(yīng)的扇形電場區(qū)域，滿足霧滴充電的要求。溢流閥內(nèi)的流液通道設(shè)置一個彈簧結(jié)構(gòu)，當(dāng)噴霧壓力壓縮彈簧結(jié)構(gòu)時，使流液通道貫通，藥液進入噴頭體。只有當(dāng)噴霧壓力足夠時，才能頂開彈簧使藥液進入噴頭體，當(dāng)噴霧結(jié)束后，彈簧的回復(fù)力使流液通道關(guān)閉，防止有漏滴的現(xiàn)象。 3背負式靜電噴霧器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1靜電噴霧器的壓力的適用范圍 常見的幾種背負式噴霧器的工作壓力范圍見表3-1。 表3-1　常見的背負式噴霧器的工作壓力 種類 工作壓力/MPa 背負式手動噴霧器 背負式電動噴霧器 背負式靜電噴霧器 0.2-0.4 0.30-0.45 0.30-0.45 根據(jù)設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)與設(shè)計目的，要實現(xiàn)（1）背負式靜電噴霧器蓄電池有電時正常工作、（2）蓄電池?zé)o電時即為背負式手動噴霧器，確定背負式靜電噴霧的工作壓力為：0.30-0.4 MPa。 3.2靜電噴霧器泵的設(shè)計 3.21隔膜泵的設(shè)計與選型 根據(jù)常見的幾種背負式噴霧器的工作壓力范圍和設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)與設(shè)計目的確定背負式靜電噴霧的工作壓力為：0.30-0.4 MPa。 現(xiàn)根據(jù)背負式靜電噴霧的工作壓力0.30-0.4 MPa確定隔膜泵的選型（見表3-2）。 表3-2　一般農(nóng)用噴霧器配件隔膜泵 名稱 型號 電壓 電流 功率 流量 壓力 電機殼 農(nóng)用噴霧器配件隔膜泵 FL-5206 FL-5208 0142YA-12 0142YA-15 FD-G2900 12V 12V 12V 12V 9-14V 3A 4.6A 1.25A 3.75A 3.5A 36W 56W 15W 45W 36W 3.5L/min 4.5L/min 1.5L.m 4L/min 3.5L/min 0.30 0.35 0.30 0.35 0.40 塑料 金屬 塑料 金屬 鋁合金 由表3-2確定選擇：FD-G2900型電動隔膜泵。隔膜泵的主要參數(shù)見表3-3。如下： 表3-3 電動隔膜泵主要參數(shù) 項目 參數(shù) 材料屬性 材質(zhì) 用途 性能 驅(qū)動方式 揚程 型號 流量 工作壓力 功率 轉(zhuǎn)速 吸程 出口壓力 工作電壓 最大工作電流 最大壓力 體積 最高耐溫 屬性 鋁合金 增壓泵 防爆 電動 5m FD-G2900 3.5l/min 0.48MPa 36W 1450r/min 1.5（垂直高度1.5米） 0.4（MPa） 9-14V 3.5A 0.48 MPa 125×100×60mm 55℃ 由上表確定隔膜泵的工作壓力為12V（隔膜泵泵配220V變壓器，不可直接使用220V家用電，也不可以使用24V、38V電）。電線不分正負極，水泵可以任意方向放置。 圖3-1 隔膜泵（電動）簡圖 隔膜泵的效率計算： qt=vn （3-1） q=qt-?q （3-2） 式中： qt—理論流量L?min； V—排量L； n—轉(zhuǎn)速r/min； q—實際流量L?min； 經(jīng)計算得：隔膜泵的實際流量為3.5 L?min。 隔膜泵的功率： Pi=Tiω （3-3） 式中： Pi —輸入功率w ； Ti—輸入轉(zhuǎn)矩 n/m； ω—角速度，rads。 輸出功率: Po=?pq （3-4） 式中： ?p—壓力差N/m2； q—實際流量L?min。 隔膜泵的總效率： n=PPi (3-5) 式中： n—總效率； p—輸出功率w ； Pi—輸入功率w。 經(jīng)計算得隔膜泵的總效率為0.86。 3.22活塞泵的設(shè)計 根據(jù)常見的幾種背負式噴霧器的工作壓力范圍和設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)與設(shè)計目的確定背負式靜電噴霧的工作壓力為：0.30-0.40 MPa。 現(xiàn)根據(jù)背負式靜電噴霧的工作壓力0.30-0.40 MPa，無電時，背負式手動噴霧器確定活塞泵的選型，選擇SX-16H型活塞泵（工作壓力0.30-0.40）見表3-4。 表3-4 活塞泵的技術(shù)參數(shù) 項目 單位 規(guī)格 產(chǎn) 品 型 號 產(chǎn) 品 名 稱 液泵型式 藥箱容量 工作壓力 流量 功率 活塞行程×直徑 壓力 / / / L MPa l/min W mm×mm MPa SX-16 背負式手動噴霧器 活塞泵 16 0.3～0.4 0.3 30 80×φ45 36 同理，活塞泵與隔膜泵的計算公式相同，經(jīng)計算得活塞泵的總效率為0.70。 3.3背負式靜電噴霧器噴頭的設(shè)計 蓄電池有電時，靜電噴頭正常使用，蓄電池?zé)o電時，靜電噴頭可看做一般噴頭使用即可，所以噴頭的選用考慮省水 、藥效時間長 、減少污染、減少害蟲、工作效率高、能減少農(nóng)藥對周圍環(huán)境的污染、體積小，易操作，結(jié)構(gòu)簡單，通用性好，使用壽命長、制造價格便宜，容易普及等設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)即可。 靜電噴頭的荷電性能對噴霧效果有顯著影響，表征靜電噴頭荷電性能的關(guān)鍵數(shù)主要有霧滴感應(yīng)電流。靜電噴頭的材料不同是影響靜電噴頭的荷電性能的主要因素。 圖3-2 靜電噴頭 根據(jù)背負式靜電噴霧器的壓力（0.30-0.40MPa）選用： （1）靜電噴頭的材料采用賽剛進口再生材料，其具有抗化學(xué)腐蝕、抗沖擊、耐磨、不易變形、耐350以上高溫特性，絕緣性好的優(yōu)點。 （2）電極采用0.5mm厚的不銹鋼。 （3）噴霧壓力一般為0.1-0.7Mpa。 表3-5 扇形噴霧靜電噴頭的主要參數(shù) 項目 特點 霧滴粒徑 噴頭距目標(biāo)距離 步行速度 目標(biāo)背面平均吸附藥滴 抗風(fēng)能力強 耐高溫特性 電極采用材料 0-100μm之間（吸附能力強，噴霧細） 40cm 0.5m/min 100滴/m2 強 350℃以上 0.5mm厚的不銹鋼 靜電噴頭的作用是使藥液霧化成細小的微粒并使其帶電,所以它是靜電噴霧能否實現(xiàn)的重要部件。其霧化性能好,噴霧質(zhì)量高,噴出的霧滴均勻細小,為霧滴充電提供了前提條件。因此,靜電噴頭的霧化性能對噴霧效果有著舉足輕重的作用,研究靜電噴頭霧化錐角對于提升靜電噴霧機性能具有重要意義。 （1）霧化裝置的計算： 考慮到背負式靜電噴霧器小型的特點，采用了扇形噴霧靜電噴頭，霧化原件如圖3-2所示，影響霧滴大小的主要因素為霧化原件的噴霧速度和扇形直徑，另外噴霧量的多少及農(nóng)藥的物理性質(zhì)（藥液的密度、表面張力等）也直接影響到霧滴的大小。扇形噴霧靜電噴頭噴出的霧滴大小采用下面的經(jīng)驗公式進行計算： MMD=83(43+Q)ρ13(Rω2)(103σ+34103σ1+34) （3-12） 式中： MMD—霧滴質(zhì)量中值直徑； Q—扇形上的液體流量，kg/h； r—液體密度，kg/m3； R—扇形半徑，m； Ω—角速度rads； s—霧化液體的表面張力Nm。 經(jīng)計算得：MMD≈90μm。 噴霧量的測量： Q=m1-m2t (3-13) 式中： Q—整機噴霧量，kg/min； m1—噴霧前機具總重量，kg； m2—噴霧后機具總重量，kg； t—測定時間，min。 經(jīng)計算得噴霧量為0.8kg/min。 （2）影響霧化效果的另一個因素就是靜電場的作用，當(dāng)藥液流到扇形噴霧靜電噴頭的瞬間，在帶有-15kv靜電電壓的作用下，形成帶電的霧滴，由于同性相斥的原理，霧滴進一步分裂，從而大大提高了藥液的霧化效果。在靜電場作用下，經(jīng)檢測實際霧滴中值直徑60mm左右。 4.靜電發(fā)生器的設(shè)計 4.1靜電發(fā)生器的選擇 選用靜電發(fā)生器的要求是：一方面要能提供足夠高的電壓，另一方面從安全角度考慮，要能防止強烈的火花放電現(xiàn)象，即輸出電壓要高（100KV-120KV），而輸出電流要低，通常要求低于200mA，且電極電流急劇上升超過額定值時，安全保護裝置會起自動作用而切斷電源，高壓輸出瞬間消失，不致產(chǎn)生火花放電，防止電擊傷人。采用12V高壓靜電發(fā)生器。 表4-1 靜電高壓發(fā)生器技術(shù)參數(shù) 項目 參數(shù) 輸入 輸出 電流 尺寸 12V 0-30kv（可調(diào)） 2-3A 115×30×25mm 用途：12V靜電高壓發(fā)生器符合靜電噴霧器量，最大的輸出電壓可達到30KV。為了適應(yīng)不同農(nóng)戶的要求，在內(nèi)部安裝可調(diào)電阻，輸出電壓可以自主調(diào)節(jié)以達到最佳狀態(tài)。使用時：輸入線分正負極，紅色線接蓄電池正極，白色線接負極，輸出線可不分正負極。 4.2高壓靜電發(fā)生器的計算 4.21高壓靜電發(fā)生器的原理 高壓靜電發(fā)生器原理：靜電噴霧是利用靜電場所產(chǎn)生的電力線的穿透特性，沿定向( 或電力線) 運動，霧滴主動吸附到帶異性電荷的植株表面。在電場的作用下，霧滴可克服重力吸附在植株的背面，從而相對減少農(nóng)藥的飄移散失，加大藥液對植株表面的覆蓋率和均勻度，從而顯著增加藥液與病蟲接觸的機會，在提高藥效的同時，有利于減輕農(nóng)藥對生態(tài)環(huán)境的污染。由一穩(wěn)定直流電源（由降壓電路、整流濾波電路、穩(wěn)壓電路組成）提供能量，經(jīng)自激振蕩（由振蕩線圈或集成電路產(chǎn)生），將其轉(zhuǎn)換成5KHZ-20KHZ的頻率，并升壓至6KV-10kv交變電，再經(jīng)多級（一般為10級，也有12級的）倍壓整流，即可獲得60KV-100KV的高壓直流源—高壓靜電【３】。 電壓在-5000V—-1000V時，隨著負壓的升高，霧滴感應(yīng)電流緩慢變大；電壓-10000V—-5000V時，感應(yīng)電流急劇上升，感應(yīng)電流值較大，接近于規(guī)律性變化。該靜電噴霧器噴出霧滴的速度分布均勻性良好?？烧J為正是靜電對于霧滴粒徑及其分布的改善作用使得藥液霧滴的速度獲得了良好的分布均勻性，從而使霧滴均勻地運動到作物表面各部位。由于靜電對于霧滴粒徑及其分布起 到改善作用，使得作物表面單位面積內(nèi)附著的霧滴數(shù)量在增加；同時由于霧滴自身所攜帶的電荷與作物所帶電荷剛好相反，在靜電力的作用下霧滴更易吸附于作物內(nèi)、外表面，從而進一步增加了霧滴的覆蓋度；霧滴覆蓋度的增加使得農(nóng)藥的有效利用率得到提高，從而能夠節(jié)省用藥量。 4.22吸附效果的計算 (1)靜電噴霧器的霧滴荷質(zhì)比高，霧滴靜電吸附效果就好。 計算荷質(zhì)比， 其計算公式: Aq = q / M = i / Q （4-1） 式中： Aq—荷質(zhì)比 (μC/g)； q—靜電荷電量 ( μC)； i —霧滴群電流 ( μA) ； Q —收集霧滴群質(zhì)量流量 ( g/s)。 荷質(zhì)比計算式中：噴頭孔徑：0. 7 mm；噴霧壓力：0. 4 MPa；流量：3. 1 g/S( 185 mL/min )。 經(jīng)計算得：荷質(zhì)比為1.9μC/g. (2)影響吸附效果的原因還有噴霧器的狀態(tài)。 表4-2 荷質(zhì)比與吸附率 噴霧器狀態(tài) 荷質(zhì)比(μC/g) 吸附率(%) 剛投入使用，藥桶表面及藥桶口干燥潔凈 使用約 1 個月的藥桶表面染有農(nóng)藥殘留 1.9 0.9 55 21 綜上，霧滴荷質(zhì)比大、靜電吸附效果好，與普通噴霧器相比，使用靜電噴霧器可節(jié)省用藥量和用水量各 12，節(jié)省噴藥人工25，可見靜電噴霧器具有顯著的經(jīng)濟和環(huán)境效益。 總 結(jié) 本文是圍繞農(nóng)用植保機械—背負式靜電噴霧器的設(shè)計，實現(xiàn)了藥效時間長、工作效率高、體積小，易操作、使用壽命長、制造價格便宜等特點。此機器使用后，改變了以前人工勞動強度大、效率低的缺點，同時節(jié)約了廣大農(nóng)民群眾的勞動時間，減少了農(nóng)藥對周圍環(huán)境的污染。此背負式靜電噴霧器的研制滿足了大部分用戶的需要。經(jīng)理論分析，在這次畢業(yè)設(shè)計中的結(jié)果主要有： （1）在本機具的設(shè)計的過程中，主要設(shè)計了背負式靜電噴霧器的總體結(jié)構(gòu)及不同工況下的各個部件的設(shè)計與選型。 （2）靜電噴頭是靜電噴霧能否實現(xiàn)的重要部件。本機具在設(shè)計靜電噴頭時，根據(jù)噴霧直徑、噴霧量和靜電場作用設(shè)計了扇形靜電噴頭，使藥液霧化成細小的微粒并使其帶電,來實現(xiàn)靜電噴霧的目的。 （3）在設(shè)計過程中，計算了隔膜泵和活塞泵的工作效率及靜電裝置的吸附效果。 （4）該裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，噴霧效果好，使用方便，生產(chǎn)效率高，降低了生產(chǎn)成本等。 總的說來,在這次設(shè)計中我學(xué)到了很多的東西,但同時也存在一定的不足和缺陷,在以后的日子里自己應(yīng)該更加努力認真,以冷靜沉著的心態(tài)去對待每一件事情! 致 謝 光陰似箭，日月如梭。轉(zhuǎn)眼畢業(yè)在即?；叵朐诖髮W(xué)求學(xué)的四年，心中充滿無限感激和留戀之情。感謝我的母?！锬敬髮W(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校為我們提供的難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機會，使我們能夠在此專心學(xué)習(xí)，陶冶情操。謹向我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師李平老師致以最誠摯的謝意。感謝我的指導(dǎo)老師李平老師，從設(shè)計的選題到設(shè)計的完成，她都給予我盡心盡力的指導(dǎo)意見。 這次畢業(yè)設(shè)計使我學(xué)到了很多新的知識，知道了學(xué)習(xí)的可貴和獲取知識的辛苦。承蒙李老師的耐心指導(dǎo)，使我能順利完成了我的畢業(yè)設(shè)計。她對我的整體設(shè)計方案提出了建設(shè)性的意見，給予我悉心的指導(dǎo)，深深的體會到她對工作高度負責(zé)的精神。在這設(shè)計的整個過程中，有李老師的耐心指導(dǎo)，以及多次的交流設(shè)計思路，才能使我的設(shè)計順利完成。 同時我也要謝謝謝那些教過我課程的全部老師們，沒有你們的悉心教導(dǎo)，沒有你們傳授給我的知識，我也不會在大學(xué)中順利的成長。 總的來說，這次畢業(yè)設(shè)計，收獲頗多。畢業(yè)設(shè)計就是要在無數(shù)次試驗和計算之后，理論與實際相結(jié)合。既鍛煉了我動手的能力也磨練了我的意志。要很好地完成設(shè)計就得與現(xiàn)實生活相結(jié)合，遇到不懂的和不清楚的模糊的知識點要趕快查閱資料或是向同學(xué)請教。要敢接受錯誤，發(fā)現(xiàn)錯誤及時糾正。在平時學(xué)知識的時候，認為用不到、不重要的知識點，在這次設(shè)計中，都用到了，非常感謝學(xué)校為我們組織的這次畢業(yè)設(shè)計，讓我們把大學(xué)四年學(xué)到的知識在畢業(yè)設(shè)計中綜合運用。 在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。 畢業(yè)設(shè)計完結(jié)代表著大學(xué)時代的終結(jié)，完成它，我們會有一份責(zé)任感和一份成就感。最后，再一次衷心的感謝在大學(xué)四年中曾給與我知識和給予我?guī)椭乃欣蠋?，你們傳遞給我的知識會使我受用一生。 最后，祝愿各位老師身體健康，工作順利！ 參考文獻 [1]沈從舉,賈首星,湯智輝,周艷,孟祥金,苑立強.農(nóng)藥靜電噴霧研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J].農(nóng)機化研究,2010(04). 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