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200 年 月 第 期 背负式静电喷雾器 的设计 摘 要： 静电喷雾技术是应用高压静电在喷头与喷雾目标之间建立一个静电场，而农药液体流经喷头雾化后，通过不同的方式被充上电荷，形成群体带电雾滴（雾滴云），然后在静电场力和其他外力的联合作用下，雾滴做定向运动而吸附在目标的各个部位，达到沉积效率高、雾滴漂移散失少和改善生态环境等良好的性能。 背负式静电喷雾器，是由贮液桶 壳体、背负带、蓄电池、 静电装置、 电动隔膜泵、活塞泵、电源开关、喷雾阀门、手持柄、手柄、喷杆、 连接管、喷管、静电喷头等构成，背负式静电喷雾器的优点是有效地消除了农药 外滤伤害操作者的弊病，并且省力，且电动泵压力比人手动吸筒压力大，增大了喷洒距离和范围。雾化效果好，省时、省力、省药。 关键词： 背负式 ； 静电装置 ； 设计； 喷雾器 中图分类号： 文献标识码： A 文章编号： 0 引言 目前，我国农药生产技术处于国际先进技术，而植保机械和农药施用技术相对落后。长期以来，我国农药施用技术仍停留在传统的大容量和大雾滴喷雾技术水平上。喷洒的农药仅有少部分附着在植物冠表面上，绝大部分药液和药粉都流淌或散落在地面上。喷施农药的有效利用 率只有 20% 30%，而真正到达害虫体的药量不到施药量的 1%。换言之，99%以上的农药不仅未发挥杀病虫作用，反而变成了环境污染源，由此带来了 1）农药浪费、 2）农产品中农药残留超标、 3）环境污染、 4）作物药害和操作者中毒等负面影响，造成了不应有的损失及其他不良后果。利用静电喷雾技术防治农作物病虫害是现代植保施药的一项新技术，它很好地解决了传统施药过程中存在的问题。 针对我国背负式静电喷雾器的发展现状和存在问题以及未来植保机发展要求，为改善传统背负式施药器械的喷雾效果 ,运用静电喷雾技术 ,设计了背负式静电喷雾器。 背负式 静电喷雾器是一种应用现代电子技术的新型植保消杀器械。它具有省药、省水、省力，高效、环保、节能和消杀效果优良等一系列优点。 1 设计原理及机构 设计原理 针对 我国农药施用技术仍停留在传统的大容量和大雾滴喷雾技术水平上。喷洒的农药仅有少部分附着在植物冠表面上，绝大部分药液和药粉都流淌或散落在地面上。由此带来了农药浪费、农产品中农药残留超标、环境污染、作物药害和操作者中毒等负面影响， 设计了背负式静电喷雾器 。 该机 有 两种工况：（ 1）当蓄电池有充足电时 （ 蓄电池提供电动泵、高压静电发生器工作所需的电能， 一次充电作业 5 小时）：背负式静电喷雾器工作时电动隔膜泵自动将药液从药箱输送到喷杆中并在喷头处雾化，改变了传统的操作方式，不仅降低了作业人员的劳动强度，而且提高了工作效率。高压静电发生器通过导线与管路内部相连，使管路中的药液带上负电，并经喷头雾化形成带负电的雾滴。并且对喷雾器的机身及喷杆部件做了必要的绝缘处理。 （ 2） 根据使用环境 当蓄电池不能正常供电时：即为 背负式手动喷雾器，药液箱还有药液的时候可继续作业，省药，免浪费。 其 优点 是 应用高压静电在喷头与喷雾目标之间建立一个静电场，而农药液体流经喷头雾化后，通过 不同的方式被充上电荷，形成群体带电雾滴（雾滴云），然后在静电场力和其他外力的联合作用下，雾滴做定向运动而吸附在目标的各个部位，达到沉积效率高、雾滴漂移散失少和改善生态环境等良好的性能。充电使雾滴与喷雾目标表面产生吸引力，这种吸引力就是电场力。尽管雾滴很轻，且雾滴上的电荷量很小，但雾滴与喷雾目标表面吸引力却很强，约是雾滴与地球引力的 40 倍。电场力可以把带电雾滴快速强拉到喷雾目标，在此过程中，带电雾滴受电场力作用沿电场线（电力线）运动，从而引起“静电回绕”现象。带电雾滴可以反向移向喷雾目标，这就是利用静电场力实 现雾滴在植物冠的内部附着，其结果是大大提高了药液或药粉对植物叶面的覆盖率和均匀度，从而增加了药液与病虫害接1 200 年 月 第 期 触的机会，提高了喷药效果，降低了用药量，这是常规喷雾所达不到的。 总体设计 背负式静电喷雾器的 机 结构示意 ，如图 1 所示。 3 喷杆 图 1 背负式静电喷雾器 结构示意图 作业时 ， 背负式静电喷雾器工作时电动隔膜泵自动将药液从药箱输送到喷杆中并在喷头处雾化，高压静电发生器通过导线与管路内部相连，使管路中的药 液带上负电，并经喷头雾化形成带负电的雾滴。喷雾器的喷杆长度可调，故而可以适用不同的植保作业要求。 其 主要技术参数如下 ： 机身尺寸 /380 180 530 喷杆长度 /800 1260 药箱容量 /L： 16 体积流量 L/h： 6 8 喷头压力 /均雾滴直径 / ： 70 100 静电电压 /20 电源电压（铅酸蓄电池） /V： 12 整机净质重量 /6 关键 部件设计 电动隔膜泵 电动隔膜泵 采用 铝合金材质 ， 它包含隔膜泵本体和隔膜泵腔体，隔膜泵本体的内部设置有隔膜泵腔体，隔膜泵腔体为工字型设计。 具有泵体，泵体内设置有进水阀孔和出水阀孔。在进水阀孔和出水阀孔分别设置有进水阀和出水阀，在进水阀孔和出水阀孔的两侧泵体上设置有进水管和出水管，所述进水阀和出水阀由阀座体、阀球和十字型挡销组成，所述挡销与阀球弹性接触。 采用耐腐蚀的多种进口材料合成，具有自吸功能、热保护、运转平稳 、 使用寿命长、设计精致、物美价廉等优点，具有耐油（液态植物油）、耐热（最高 温度 55）、耐弱酸、耐弱碱、耐腐蚀、耐部分化学品等性能。 电机通过减速箱带动左右两端柱塞上面的隔膜一前一后往复运动，在左右两个泵腔内，装有上下四个单向球阀，隔膜的运动，造成工作腔内的容积的改变，迫使四个单向球阀交替的开启和关闭，从而将液体不断地吸入和排出 ， 在泵体上设置有超压自动卸压装置。 电机驱动一个与之相连的带隔膜的泵头，电机运转时使泵头隔膜一侧吸水，使另一侧产生高压，水从高压侧直接喷出去，优点是设计简单、压力大、噪音小、耗电小，电瓶连续工作时间长。 电动隔膜泵的 结构示意图， 如图 2 所示。 图 2 电动隔 膜泵的 结构示意图 确定隔膜泵的工作压力为 12V（泵配 220V 变压器，不可直接使用 220V 家用电，也不可以使用 24V、38V 电）。电线不分正负极，水泵可以任意方向放置。 隔膜泵的总效率计算 ; 200 年 月 第 期 公式中： 理论流量 排量 转速 经计算得：隔膜泵的实际流量为 隔膜泵的功率： 公式中： 输入功率 输入转矩 输出功率 : 公式中： 隔膜泵的 总效率： 公式中： 入功率 经计算得隔膜泵的总效率为 塞泵 根据 常见的几种背负式喷雾器的工作压力范围和设计的预期目标与设计目的确定背负式静电喷雾的工作压力为： 现根据 背负式静电喷雾的工作压力 电时，背负式手动喷雾器确定活塞泵的选型，选择 活塞泵（工作压力 同理，活塞泵与隔膜泵的计算公式相同， 经计算得活塞 泵的总效率为 活塞泵的 结构示意图，如图 3 所示。 图 3 活塞泵的结构示意图 表 2电动隔膜泵主要参数 项目 参数 功率 转速 出口压力 工作电压 最大工作电流 36W 1450r/ 900 年 月 第 期 3 背负式静电喷雾器的静电装置的设计 静电装置的选择 高压静电发生器原理：静电喷雾是利用静电场所产生的电力线的穿透特性，沿定向 ( 或电力线 ) 运动，雾滴主动吸附到带异性电荷的植株表面。在电场的作用下，雾滴可克服重力吸附在植株的背面，从而相对减少农药的飘移散失，加大药液对植株表面的覆盖率和均匀度，从而显著增加药液与病虫接触的机会 . 所以 选用静电发生器的要求是：一方面要能提供足够高的电压，另一方面从安全角度考虑，要能防止 强 烈 的 火 花 放 电 现 象 ， 即 输 出 电 压 要 高（ 100而输出电流要低，通常要求低于200电极电流急剧上升超过额定值时，安全保护装置会起自动作用而切断电源，高压输出瞬间消失，不致产生火花放电，防止电击伤人。采用 12 静电装置的技术参数 ，如 表 3示 。 表 32V 静电高压发生器技术参 数 项目 参数 输入 输出 电流 尺寸 12V 015 30 25途： 12V 静电高压发生器符合静电喷雾器量，最大的输出电压可达到 30了适应不同农户的要求，在内部安装可调电阻，输出电压可以自主调节以达到最佳状态。使用时：输入线分正负极，红色线接蓄电池正极，白色线接负极，输出线不分正负极。 压静电发生器的 计算 吸附效果的计算 ; 静电喷雾器的雾滴荷质比高，雾滴静电吸附效果就好。 计算荷质比， 其计算公式 : 式中： 为荷质比 ( ) 为静电荷电 量 ( ) 为雾滴群电流 ( ) 为收集雾滴群质量流量 ( ) 荷质比计算式中：喷头孔径： 0. 7 雾压力：0. 4 流量： ( ) 。 经计算得：荷质比为 4 结论 (1)背负式静电喷雾器工作效率高，能减少农药对周围环境的污染。 （ 2）背负式静电喷雾器体积小，易操作，结构简单，通用性好，使用寿命长。 （ 3）使背负式静电喷雾器能满足防疫、仓储、畜牧场、环卫、酒店卫生清洁、小麦、玉米、棉花等各种作物的要求，省水 、药效时间长 、减少污染、减少害虫，增加产量。 （ 4）制造价格便宜，容易普及，能满足使用的要求。 参考文献 ： 1沈从举 ,贾首星 ,汤智辉 ,周艳 ,孟祥金 ,苑立强 J. 农机化研究 ， 2010(04). 2 植保新技术 农药静电喷雾 J. 河南农林科技 ， 1980(10)