树木注干机注药系统的文献综述.doc

树木注干机注药系统的文献综述摘要：本文阐述了目前国内外树木注干机注药系统的组成及存在的问题，通过分析研究确定了新的进退针方式。通过研究轴套与轴间的密封、静环与静环座间的密封、密封端盖与泵体间的密封等来实现整个注药系统的良好的密封性能。同时本文通过总结研究国内外的注药系统预测了树木注干机注药系统的发展趋势。关键词：树木注干机；高压；进退针0引言由于环境恶化，树木大面积生虫的现象时有发生，造成树木成活率偏低随着蛀干害虫吉丁虫类黄斑星天牛杨干透翅娥具蜡壳体壁保护壳的吸汁害虫等林业害虫的迅速蔓延，用常规喷洒方法已难以高效防治，病虫带来的损失日趋增大2。因此在木本植物体内施药控制病虫害的技术日益受到人们的广泛关注，通过向树干内注入药剂 ，防治病虫害，矫治缺累症、 调节植株或种实生长发育 ，是一种新的化学施药技术。自2 0世纪7 0年代以来 ，得到发达国家的广泛重视3，我国一些科研院所及生产单位展开了积极研究和推广应用4-8。从1927年世界第1台树木注药器在美国发明以来，注药机械经过近一个世纪的发展，经历了自流式、气压式、液压式和机械动力式的发展历程，实现了由原来自流、大容量、低浓度、车载、慢速到高压、低容量、高渗液、手持、快速的过渡，大大加快了注药效率，减轻了劳动强度，基本形成了两类树木注干机4：一类是高压、长时间、低容量注干机；另一类是低压、短时间、大容量注干器具。笔者通过分析树干注射的加压、密封和疏导等问题，研制出高压大容量注干机，使树木营养液、农药等的快速大容量注射成为可能。1树木注药系统的两种技术路线比较树干注药的技术路线决定产品结构。从目前国内外已发表的技术成果看来，笔者认为可以大致上归纳为两类：一是无（低）压、短时间、大容量注射；而是高压、长时间、低容量注射。1.1无压、短时间、大容量注射无压、短时间、大容量注射,药液实际上是依靠树木水份输导组织中的液流流经注射针头孔部位时,由输导组织中的液流与针管中的药液之间的压力差而被“吸入”后与之一同向上部输送的,其中的特例还可以包括在树干上钻一个倾斜的孔,然后将药液灌入孔中封住。由于这一过程中注药孔周围的树体组织全体处于药液的浸泡之中,如果采高浓度的农药,则当药液浸人形成层组织时,往往会引起组织坏死即出现注药部位药害。为防止药害的发生,必须使 药液的浓度降得很低,通常要低于,这样又使注药时间大大延长。由于这些方面的原因 ,使得能够应用药物受到很大限制。虽然此类注射器具十分简单,价格低廉 ,但只能满足一些特定对象的特定需要的注射,无法普遍推广应用。1.2高压、长时间、小容量注射高压、长时间、小容量量注射,药液首先在人们施于的强制力的作用下快速进入并贮存在木质部中,之后随蒸腾流传输到树体各个部位。这一技术路线可以克服前一技术路线的不足,其条件是要有可靠的增压机构,以产生能够适应各种软、硬质树木注射所需要的压力,并且 注射针头与树体必须有良好的密封性,足以阻止高压注射液沿针体向外流入皮下。其中又可分两类一类是将设定的药液连续不停地注入树体,另一类是将药液一下一下地脉冲式注入 。实际应用结果表明在针头与树体木质部密封良好、压力足够大的情况下,如果压入注射液的速度大于导管等输导组织允许的流动速度（随树种和季节等不同而变化）,组织会发生爆烈,而脉冲式每秒压注15ml对绝大多数树种是安全的。 2高压快速注射树干注药机的关键技术分析2.1增压机构 注药机中增压机构的作用是将药液吸入然后加压并泵出。因此如何控制药液的吸入是其核心。从国内外已发表的机型看,有双单向阀有密封柱塞泵式、单单向阀无密封精密偶合柱塞泵式、无单向阀密闭哪筒式三类（1） 双单向阀有密封柱塞泵式。这是一种迄今所有的手动液压千斤顶都采用的结构。这种装置在液压系统中工作到31.5MPa都是可靠的,但实践表明用作注射药液则不够可靠,因 为其在较高压力下（16MPa)系统的压力保持时间过短,即阀的泄漏比较严重且无规律性。产生这种现象的原因主要是药液与液压油的粘度差异极大,并且液压油是在一个密封的系统中循环使用,能够保证洁净度。而注药系统则是开放的,不仅有药剂品种、浓度等变化,而且还会常常混有一些杂物等。为了提高阀的可靠性,有的采用多阀串联、膜阀、锥阀（钢性）等多种改良型结构,但效能均改善有限，只能用于中压以下的注射。（2） 单单向阀无密封精密偶合柱塞泵式。它较前者主要是去掉了位于柱塞泵后方的吸 液阀,只有一个位于泵前的单向阀和配合间隙极小（0.01mm）的精密偶合柱塞泵构成。其吸液为真空式,排液时依靠柱塞与泵体间极小的间隙来阻止药液的回泄。我国机械工业标准规定此种结构液压泵的允许泄漏量为2 ,但当工作介质由油换成药液时,其泄漏更为严重,只能用于泡桐、杨柳等低压注射。（3） 无单向阀密闭拿筒式。它取消了全部单向阀而与一般的医用注射器结构相仿。由于受柱塞推力的限制,一般哪筒只能做得很小,使用中需频繁地取下针头灌药,失去方便性而无法普及。为解决这一问题 ,90年代初徐州曾推出了一种将唧筒做到一定大（约250ml）、唧筒活塞由两台滚压千斤顶推动的改良型,这一结构工作是可靠的,但结构比较复杂,重量大。另外,储药量仍然偏小且灌药比较费事。2.2注药针与进退针方式 注药针头直接与树体相接,是决定能否将药液送人树体内及工效高低的第二个关键。90年代以前的注药针头代表性的有顶端开孔的中空圆管式、中空螺纹管式和侧开孔的尖头圆柱式、尖头木螺钉式几类。中空圆管式使用时先在树体上钻一个与针体粗细相当的孔,然后将针头插人孔中。这种针头用于高压注射时注射液会沿针体外泄,为此,美国林务局的一个研究小组采取在针体上套一个密封圈、并由法兰盘压住（由四根钉子钉在树体上）的方式来阻止高压药液的外泄。这种方式不仅费事而且对树体还要产生额外的损伤。之后,Hemelick发表了一 种中空螺纹管式针头,它依靠针体上凸起的螺纹嵌进树体组织形成密封效果,因而工效大为提高,曾被广泛用于美国榆树荷兰病防治中。但这一针头仍需在树体上预先钻孔,还不够简便快捷。于是一种外形与木螺丝相同的侧开孔自旋进式针头被推了出来,然而实际应用 表明这种针头能够适用的树种很少。直到90年代初,我国陈永益等研究了一种顶端为平刃、前半部圆柱体等分侧开四孔、后半部为圆锥体式针头,采用撞击式进退针,虽然在一些树种注射中有漏药现象,但初步显示出的自进密封能力和快捷的进退针速度,展示了其良好的发展前景。之后,秦飞对其做了进一步改进完善,发展成一种楔形系列针头,适应了不同大小、软硬质树木注射的需要。进退针方式与针头的形状结构密切相关。早期针头（中空圆管式针头）都是采取塞人式,即在树体上先钻好孔,然后再将针头塞进去。螺纹管式针头也是两步操作法,即先在树体上钻好孔,然后再将针头拧进去。90年代以来,随着楔形针的发展,撞击式进退针渐成主流方式。根据这些设计思想，商庆清【1】等通过对树木结构和树干木材性质的研究，在研究活立木的木材力学性能的基础上，设计出环状自退屑刀刃注射针头总成，如图2所示。该注射针头不需预先在树干上钻孔，直接用铁锤敲入树干，能切断木纤维，与树木输导组织连通良好，自胀密封，达到胀而不裂的效果，同时，由于注射头与机体用高压软管连接，针头和软管均可自由转动，解决了注射头的晃动问题，提高了注射头的密封性。针头结构工艺简单，可解决树干注射的关键问题，实现高压大容量注射，注射速度快，注射后无回流。注射是在树干基部 1 5cm范围进行，不影响树木成材率，通过注射后的跟踪现象，发现注射孔基本在一个生长季长实密封，对树木生长影响较小。3树木注干机注药系统存在的问题树木注干机在长期的发展中，其注药系统不断完善，在提高注药效率和高压密封上去的明显的进步，然而依旧存在一些问题:(1) 注射效率低，不能按需求精确注射虽然动力机械不断发展，打孔效率提高，但是注射效率依然很低，树吸收药液速度的仍然很慢。(2) 动力驱动部分需要优化在野外注射时，无论是电动还是机动，都不可避免地会出现能量耗尽的状况，如何能实现持续的工作，在动力部分研究上需要解决。(3) 自动化程度低，依旧需要人工辅助目前的树干注射施药机械由动力驱动部分药液箱等组成， 质量大，不利于作业另外，打孔机需要人辅助打孔，不能解放人力。4结语 高压大容量注药系统的研制，可实现高压大容量注射，注射速度快、操作简单、效率高。注射后无回流，使得对于林木、城市园林和果树病虫害防治采用注干法成为可能。研制的进退针方式利用新式注射针头直接打孔，依次顺序完成进针、打孔和注药工作，针头与树干紧密结合，密封较好，减少药液外漏。通过对轴套与轴间的密封、静环与静环座间的密封、密封端盖与泵体间的密封等可以实现对整个注药系统的良好的密封。随着科技的越发进步，未来的注药系统要提高注射效率、优化动力驱动部分、利用PLC等软件辅助从而提高注药系统的自动化程度等。参考文献：1 商庆清，赵博光，张沂泉高压大容量树木注干机的研制J 南京林业大学学报(自然科学版) ，2009，33( 5) : 1011042 张丽云园林树木常见蛀干害虫综合防治技术J中国植保导刊，2008( 10) : 24253 LimTM“TreeInject ”Iaportable hard operated pressur-ized tree injector for pesticide and nutrient applicationJPlanter，1997( 73) : 3533564 胥占义，秦 飞 ，周正标树木注射施药机械与使用技术进展 J 世界林业研究， 1998( 2 ) ：3 8435 秦 飞，魏玉松 ，穆作文树干注射施药技术及应用 J 林业科技开发 ，1997 ( 1 ) ： 2 0 2 1 6 郭同斌，王振营，梁 波，等树干注射技术防治杨小舟蛾的研究 J 中国森林病虫 ，2 0 0 1 ( 1 ) ：1 61 87 李 兴，秦 飞，周正标，等树干注射施药技术 的比较研究与6HZD625B型注药机的研制 J 林业机械与木工设备 ，2000 ( 8 ) ：698 戴建昌，张 兴杀虫剂在木本植物体内传导理论研究进展 J 西北农林科技大学学报，2001 ( 8 ) ：1281349 Caspari HW，Green SR，Edwards WRNTrans piration ofwell watered and water stressed Asian pear trees as de-termined by lysimeter，heatpulse and the Penm anmonteith modelJAgri and For 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By study sealing between shaft sleeve and axis,stationary seal ring and mating ring adapter,end cover and pump body and so on we can achiev