背负式静电喷雾器的设计【毕业论文+cad图纸+答辩ppt+solidworks】
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200 年 月 第 期 背负式静电喷雾器 的设计 姚海兰 （ 塔里木 大学 机械电气化工程 学院 ， 新疆 阿拉尔 843300） 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1 200 年 月 第 期 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、200 年 月 第 期 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 ; 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). 3 王丹 D. 东北农业大学 ， 2013. 4 王贞涛 ,闻建龙 ,王晓 英 ,罗惕乾 J. 高电压技术 ， 2008(05). 5 苏州稼乐 :成功研制出第三代静电喷雾器 J. 农业开发与装备 ， 2009(04). 6 张战学 J. 农业机械 ， 2001(10). 7 陈泽 J. 农业机械化与电气化 ， 2003(04). 8 尹鹏腾 ,韩雪山 ,毕铎 ,段天雄 ,胡彬 J 2014(03). 背负式静电喷雾机的设计 学生姓名 姚 海 兰 学 号 8031212202 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 16 指导老师 李 平 日 期 塔里木大学机械电气化工程学院制 16届毕业论文 前言 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延后。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。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，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。 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。 课题设计的是背负式静电喷雾器，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；喷雾器 目录 1 绪论 . 1 题研究的意义 . 1 内外背负式静电喷雾器发展状况 . 1 内传统背负式喷雾器存在的问题 . 2 究的内容和方法 . 2 期目标 . 2 点研究的关键问题及解决思路 . 3 作条件及解决方法 . 3 . 3 负式喷雾器的设计的方案选择 . 3 负式静电喷雾器的 结构 . 4 负式静电喷雾器的原理 . 5 3 背负式静电喷雾器的结构设计 . 7 电喷雾器的压力的适用范围 . 7 电喷雾器泵的设计 . 8 负式静电喷雾器喷头的设计 . 11 . 13 电发生器的选择 . 13 压静电发生器的计算 . 13 总 结 . 16 致 谢 . 17 参考文献 . 18 塔里木大学毕业设计 1 1 绪论 题研究的意义 我国植保机械与当代国际水平相比还存在相当大的差距 1。从喷头雾化、雾滴细化、机构静电装置等方面进行设计。在喷洒方式、零部件的优化组合及空间布置这几个方面重点考虑，从而达到最好的喷雾效果，还要考虑到喷雾机的整体配合程度，不至于过于繁杂，方便以后维护。在整个的设计过程中，喷头 和 隔膜 泵的设计是重中之重，植保机最终通过喷射部件将药液分布在喷施对象上，喷射部件的性能优劣直接影响对作物病虫害的防治效果和机具的使用经济性。农用静电喷雾器 ,该喷雾器从工作原理上对传统喷雾器进行了改进 ,这不仅明显地提高了喷雾效果 ,而且使操作更加简单开发和研究新型中小型静电喷雾机械，改变目前仍采 用园艺、农田植保机械的落后状态，从中收到良好的经济效益、社会效益和生态效益，具有重要的意义。 要有效地解决并消除农药外滤伤害操作者的弊病，突出密封性能、药液箱盖连接可靠性能，增大喷洒距离和范围，使雾化效果好，省时、省力、省药等特点，还要考虑 泵 的安装。 该喷雾机是以蓄电池为动力源。蓄电池安装在喷雾机内，按下电源开关，电动机驱动 隔膜泵 ，打开手动开关即可喷洒药液。雾化效果好，省时、省力、省药。广泛应用于通用工业设备、医药设备、化工设备、农业，养殖业。 内外背负式静电喷雾器发展状况 外背负式静电 喷雾器发展现状 农药静电喷雾技术是近年来发展起来的一项新的植保施药技术。美国、英国和加拿大等国都先后对液体农药静电喷雾进行了深入研究，并促使其产业化。这些国家的研究结果表明，静电喷雾的确明显提高了药液在喷洒目标表面，特别是目标背面的覆盖率，减少了水雾滴的飘移，喷雾效果明显提高。 至今，美国已有数种农用静电喷雾机，主要包括：适用于小种植片区和小型温室的背负式静电喷雾机；适用于大中型温室的手推车式静电喷雾机；适用于田间和果园的各种大小的三点悬挂式静电喷雾机。这些均已被广泛应用于农业病虫害的防治。 内 背负式静电喷雾器发展现状 我国对静电喷雾技术的研究开始于 20 世纪 70 年代末，相继试制了手持式静电喷雾器、手持电场击碎式静电喷雾器、高射程静电喷雾车和风动转笼式静电喷雾机，并在多种目标物上进行了大量喷雾性能和病虫害防治效果的测定。 1988 年，北京农业大学尚鹤言将东方红 18 型植保机改装，研制了静电低量喷雾机，并在多种作物上做了示范。中国农业大学何雄奎研制的果园自动对靶静电塔里木大学毕业设计 2 喷雾机可用于果园病虫害的防治 2。 北京植保站运用静电喷雾技术在海淀区对大棚黄瓜美洲斑潜蝇进行了防治，效果显著，比普通喷雾防治效果提高 40%。山西农业大学的任蕙芳针对现有喷头存在漏电、反向电离现象严重等问题设计了气力式静电喷头，并对其喷雾效果进行了试验研究 1。 静电喷雾技术是一门综合性的技术，它涉及电学、化学、流体力学、农药学、植物保护以及机械学等诸多领域。因此对它的研究应从系统观点出发，多学科协调，建立完整的静电喷雾理论、测试及其应用的科学体系。 内传统背负式喷雾器存在的问题 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 1。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。 究的内容和方法 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。 根据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。背负式静电喷雾器主要组成元件包括壳体、背负带、蓄电池、电动泵、电源开关、水箱、输水管、喷雾阀门、手持柄、喷杆、喷头几部分；其中壳体分上下两个腔体 ,上部腔体为水箱，蓄电池、电动泵、电源开关、装入下部腔体内；其特征在于 ,它还包括控制电路、高压静电发生器。 先 确定我国已有背负式静电喷雾器 器 的类型，根据已有背负式静电喷雾器的原理及结构设计新型的背负式静电喷雾器，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、水稻、果树、温室大棚、葡萄、烟草、茶树、花卉、园艺等各种作物的要求，也就是背负式静电喷雾器要工作效率高 、省水 、药效时间长 、减少污染 、减少害虫，增加产量 、体积小，易操作。 期目标 （ 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 。 塔里木大学毕业设计 3 （ 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。 点研究的关键问题及解决思路 以蓄电池作为能源，驱动电动泵，高压静电发生器，使药液通过管子，喷杆，静电喷头均匀喷雾。操作简单，使用方便快捷，压力大，雾化好，喷雾均匀，使用成本低，充电一次只须 4连续工作 5高工作效率 2 （ 1）选择合适动力传递方式，设计工作装置。 （ 2）运用 制二维零件图和装配图。 （ 3）利用有限元分析和 成整机各零部件的三维建模。 作条件及解决方法 塔里木大学位于南疆中心位置，校内有实习工厂、土槽实验室、农业工程重点实验室等，设计条件较好，为项目开展提供了场地和基本条件。校内拥有优良的硬件环境，机械电气化工程学院拥有先进的实验设备和机械加工制造设备，并且师资力量雄厚，完全可以满足背负式静电喷雾器的工作条件。 负式喷雾器的 设计的方案 选择 型的几种背负式静电喷雾器 典型的几种背负式静电喷雾器： 农用喷雾器按动力形式大致可分为三大类：即手动、电动和机动三大类。随着科学技术的不断发展进步，最近几年又涌现了一些新型的喷雾器品种，背负式静电喷雾器。 普通手摇式喷雾器优点：价格低、维修方便配件价格低。缺点：效率低、劳动强度大不适宜大面积作业。药液有跑、冒、漏、滴现象，操作人员身上容易被药液弄湿，不安全。 电动喷雾器优点：效率高（可达普通手摇喷雾器的 3 到 4 倍）、劳动强度低、使用方便。给人第一印象好，容易销售。缺点：电瓶的容电量决定了喷雾器连续作业时间的长短。品牌太多型号各异配件不通用维修不易，修理费太高。 机动喷雾器优点：工作效率高喷雾效果好。缺点：购机价格高、使用成本高，每桶水要几毛到一块钱油钱。自重大、噪音大、污染大、机温高、机手作业环境差。需专业人员维修。 负式静电喷雾器的选择 塔里木大学毕业设计 4 方案选择：根据实现 省水 、药效时间长 、减少污染、减少害虫、工作效率高、能减少农药对周围环境的污染、体积小，易操作，结构简单，通用性好，使用寿命长、制造价格便宜，容易普及等设计的预期目标，设计一种背负式静电喷雾器，集手动电动于一体的背负式静电喷雾器，蓄电池有电时正常工作，蓄电池无电时即可手动喷雾。 负式静电喷雾器的结构 背负式静电喷雾器 主要组成元件包括壳体、背负带、蓄电池、电动隔膜泵、活塞泵、电源开关、水箱、 软 管、喷雾阀门、手持柄、手柄、喷杆、喷头几部分；其中壳体分上下两个腔体 ,上部腔体为水箱，蓄电池、电动泵、电源开关、装入下部腔体内； 其特征在于 ,它还包括控制电路、高压静电发生器 。 图 2出了该背负式静电喷雾器的结构示意图，药箱安放于喷雾器底座上，蓄电池、电动泵、高压静电发生器固定安放于喷雾器底座内，喷雾器底座通过软管与喷杆相连，静电喷头安装于喷杆上。 图 2负式静电喷 雾器简图 蓄电池提供电动泵、高压静电发生器工作所需的电能，一次充电可作业 5 小时，从而保证了农药喷洒的持续性。背负式静电喷雾器的主要参数见 表 2 塔里木大学毕业设计 5 表 2背负式静电喷雾器的主要技术参数 项目 参数 机身尺寸 /杆长度 /箱容量 /L 体积流量（ L/h） 喷头压力 /均雾滴直径 / 静电电压 /源电压（铅酸蓄电池） /V 整机净质重量 /80 180 530 800 1260 16 6 8 0 100 20 12 6 种工况： （ 1）当蓄电池有充足电时：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。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。为了操作的安全性及方便性，喷雾器的开闭及调节由喷杆手柄上 的按钮进行控制。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 （ 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）： 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 2 负式静电喷雾器的原理 负式 静电喷雾器的工作原理 静电喷雾原理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塔里木大学毕业设计 6 到的 【 7。 静电喷雾器目前有三种充电方式：电晕充电、接触充电、感应充电。就充电效果而言，接触式充电具有良好的充电效果，由此，为了达到良好的充电效果，该背负式静电喷雾器采用接触式的充电方式， 将静电发生器的正极接地，负极接到管路中，使由电动泵带入管路中 的药液带有负电荷，药液经过喷头的液化作用，形成带负电荷的雾滴；带负电荷的雾滴与带正电荷的地面及作物间形成静电场，产生电力线，由于静电场的作用雾滴 作定向运动 而吸附在作物靶标上。 背负式静电喷雾器的主要动力元件：电动隔膜泵：其特征在于：它包含隔膜泵本体（ 1）和隔膜泵腔体（ 2），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。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、可以长时间连续空转、可以长时间连续负载运转，体积小、电流小、压力大、噪音低、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 。 隔膜泵的工作原理： 电动喷雾器隔膜泵是一种新型水泵。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 ;在泵体上还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。 图 2动隔膜泵 1 隔膜泵本体 2 隔膜泵腔体 负式手动喷雾器 的 工作原理 当操作者上下揿动摇杆或手柄时，通过连杆使塞杆在泵筒内往上下往复运动，行程为 40 米 。当塞杆上行时，皮碗由下向上运动，皮碗下方由皮碗和泵筒所组成的空腔容积不断增大，塔里木大学毕业设计 7 形成局部真空。这时药液桶内的药液在液面和 活塞泵 腔 体内的压力差作用下冲开进水阀，沿着进水管路进入泵筒，完成吸水过程。当塞杆下行时，皮碗由上向下运动，泵筒内的药液被挤压，使药液压力骤然增高。在这个压力的作用下，进水阀被关闭，出水阀被压开，药液通过出水阀进入空气室。空气室里的空气被压缩，对药液产生压力，打开 开关后药液通过喷杆进入喷头被雾化喷出 【 12】 。 图 2塞泵 简图 电喷头的工作原理 喷头：扇形喷雾静电喷头，其特征在于，包括：溢流阀、喷头体、旋拧头、喷管、喷嘴、电极支承座、扇形电极；喷头体上端为药液的进药口，下端经旋拧头 与喷管连接，中间为溢流阀控制通断的流液通道；喷管下部末端通过螺纹连接喷嘴；喷管上固定有电机支承座，电极支撑座底部连接扇形电极。扇形电极分为连两片，分布在喷嘴的前后侧，两片扇形电极之间形成 200的张开角 ,与扇形喷雾流厚度方向的微小扩散趋势相适应 ,一方面雾滴不易打湿电极 ,确保电极电压稳定 ,另一方面使喷雾流尽可能靠近电极 ,有利于雾滴充分荷电 【 10】 。 每片扇形电极均为扇形的空心面，通过不锈钢电极连接成一个整体，扇形电极的扇形张开角度为 1100，与扇形喷雾流形成的喷雾角相配，在扇形雾化区能形成与该区相适应的扇形电场 区域，满足雾滴充电的要求。溢流阀内的流液通道设置一个弹簧结构，当喷雾压力压缩弹簧结构时，使流液通道贯通，药液进入喷头体。只有当喷雾压力足够时，才能顶开弹簧使药液进入喷头体，当喷雾结束后，弹簧的回复力使流液通道关闭，防止有漏滴的现象。 3 背负式静电喷雾器的结构设计 电喷雾器 的 压力的适用范围 常见的几种背负式喷雾器的工作压力范围见表 3 塔里木大学毕业设计 8 表 3见的 背负式喷雾器的工作压力 种类 工作压力 / 背负式手动喷雾器 背负式电动喷雾器 背负式静电喷雾器 5 据设计的预期目标与设计目的，要实现（ 1）背负式静电喷雾器蓄电池有电时正常工作、（ 2）蓄电池无电时即为背负式手动喷雾器，确定背负式静电喷雾的工作压力为： 电喷雾器泵的设计 膜泵的设计与选型 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 定隔膜泵的选型（见表 3 表 3般农用喷雾器配件隔膜泵 名称 型号 电压 电流 功率 流量 压力 电机壳 农用喷雾器配件隔膜泵 1421422V 12V 12V 12V 9A 6W 56W 15W 45W 36W m 4L/料 金属 塑料 金属 铝 合金 由表 3定选择： 电动隔膜泵。隔膜泵的主要参数见表 3下： 塔里木大学毕业设计 9 表 3电动隔膜泵主要参数 项目 参数 材料属性 材质 用途 性能 驱动方式 扬程 型号 流量 工作压力 功率 转速 吸程 出口压力 工作电压 最大工作电流 最大压力 体积 最高耐温 属性 铝合金 增压泵 防爆 电动 5m 6W 1450r/直高度 ） 9251006055 由上表确定隔膜泵的工作压力为 12V（ 隔膜泵 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。 图 3膜泵（电动） 简图 隔膜 泵的效率计算 ： 塔里木大学毕业设计 10 = （ 3 q = q （ 3 式中： 理论流量 L V 排量 L； n 转速 r/ q 实际流量 L 经计算得：隔膜泵的实际流量为 隔膜泵的功率： = （ 3 式中 ： 输入功率 w ； 输入转矩 n/ ； 角速度， 。 输出功率 : = （ 3 式中： p 压力差 N/ 2； q 实际流量 L 隔膜泵的总效率： n = (3式中： n 总效率 ； p 输出功率 w ； 输入功率 w。 经计算得隔膜泵的总效率为 塞泵的设计 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塔里木大学毕业设计 11 选型，选择 活塞泵（工作压力 表 3 表 3塞泵的技术参数 项目 单位 规格 产 品 型 号 产 品 名 称 液泵型式 药箱容量 工作压力 流量 功率 活塞行程直径 压力 / / / L l/ 负式手动喷雾器 活塞泵 16 0 80 45 36 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 负式静电喷雾器喷头 的设计 蓄电池有电时，静电喷头正常使用，蓄电池无电时，静电喷头 可 看做一般喷头使用即可，所以喷头的选用考虑 省水 、药效时间长 、减少污染、减少害虫、工作效率高、能减少农药对周围环境的污染、体积小，易操作，结构简单，通用性好，使用寿命长、制造价格便宜，容易普及等设计的预期目标即可。 静电喷头的荷电性能对喷雾效果 有显著影响，表征静电喷头荷电性能的关键数主要有雾滴感应电流 。静电喷头的材料不同是影响静电喷头的荷电性能的主要因素。 图 3电喷头 根据背负式静电喷雾器的压力（ 选用： （ 1）静电喷头的材料采用赛刚进口再生材料，其具有抗化学腐蚀、抗冲击、耐磨、不易变形、塔里木大学毕业设计 12 耐 350 以上高温特性，绝缘性好的优点 。 （ 2）电极采用 的不锈钢 。 （ 3）喷雾压力一般为 表 3形喷雾静电喷头的主要参数 静电喷头的作用是使药液雾化成细小的微粒并使其带电 ,所以它是静电喷雾能否实现的重要部件。其雾化性能好 ,喷雾质量高 ,喷出的雾滴均匀细小 ,为雾滴充电提供了前提条件。因此 ,静电喷头的雾化性能对喷雾效果有着举足轻重的作用 ,研究静电喷头雾化锥角对于提升静电喷雾机性能具有重要意义。 （ 1）雾化装置的计算： 考虑到背负式静电喷雾器小型的特点，采用了扇形喷雾静电喷头，雾化原件如 图 3示，影响雾滴大小的主要因素为雾化原件的喷雾速度和扇形直径，另外喷雾量的多少及农药的物理性质（药液的密度、表面张力等）也直接影响到雾滴的大小。 扇形喷雾静电喷头喷出的雾滴大小采用下面的经验公式进行计算： 83(43+)13(2)(103+341031+34) （ 3 式中： 雾滴质量中值直径 ； Q 扇形上的液体流量， kg/h； r 液体密度， 3； R 扇形半径， ； 角速度 ； s 雾化液体的表面张力 。 项目 特点 雾滴粒径 喷头距目标距离 步行速度 目标背面平均吸附药滴 抗风能力强 耐高温特性 电极采用材料 0之间（吸附能力强，喷雾细） 40 00 滴 / 2 强 350以上 的不锈钢 塔里木大学毕业设计 13 经计算得： 90 。 喷雾量的测量 ： Q = 12 (3式中： Q 整机喷雾量， 1 喷雾前机具总重量， 2 喷雾后机具总重量， t 测定时间， 经计算得喷雾量为 （ 2）影响雾化效果的另一个因素就是静电场的作用，当药液流到 扇形喷雾静电喷头的瞬间，在带有 电电压的作用下，形成带电的雾滴，由于同性相斥的原理，雾滴进一步分裂，从而大大提高了药液的雾化效果。在静电场作用下，经检测实际雾滴中值直径 60右。 计 电发生器的 选择 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 12V 高压 静电 发生器 。 表 4静电高压发生器技术参数 项目 参数 输入 输出 电流 尺寸 12V 0调） 215 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 可 不分正负极。 压静电发生器的 计算 压静电发生器的原理 塔里木大学毕业设计 14 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，在提高药效的同时，有利于减轻农药对生态环境的污染 。 由一稳定直流电源（由降压电路、整流滤波电路、稳压电路组成）提供能量，经 自激振荡（由振荡线圈或集成电路产生），将其转换成 5频率，并升压至 6变电，再经多级（一般为 10 级，也有 12级的）倍压整流，即可获得 60高压直流源 高压静 电 【】 。 电压在 ，随着负压的升高，雾滴感应电流缓慢变大；电压 应电流急剧上升，感应电流值较大，接近于规律性变化。 该静电喷雾器喷出雾滴的速度分布均匀性良好。可认为正是静电对于雾滴粒径及其分布的改善作用使得药液雾滴的速度获得了良好的分布均匀性，从而使雾滴均匀地运动到作物表面各部位。由于静电对于雾滴粒径及其分布起 到 改善作用，使得作物表面单位面积内附着的雾滴数量在增加；同时由于雾滴自身所携带的电荷与作物所带电荷刚好相反，在静电力的作用下雾滴更易吸附于 作物内、外表面，从而进一步增加了雾滴的覆盖度；雾滴覆盖度的增加使得农药的有效利用率得到提高，从而能够节省用药量。 附效果 的计算 (1)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 : q / M = i / Q （ 4 式中 ： 荷质比 ( C/g)； q 静电荷电量 ( C)； i 雾滴群电流 ( A) ； Q 收集雾滴群质量流量 ( g/s)。 荷质比 计算式中： 喷头孔径 ： 0. 7 喷雾压力 ： 0. 4 流量 ： 3.1 g/S( 185 L/ 。 经计算得： 荷质比为 (2)影响吸附效果的原因还有喷雾器的状态。 塔里木大学毕业设计 15 表 4质比与吸附率 喷雾器状态 荷质比 ( C/g) 吸附率 (%) 刚投入使用，药桶表面及 药 桶口干燥洁净 使用约 1 个月 的 药桶表面染有农药 残留 5 21 综上，雾滴荷质比大、静电吸附效果好，与普通喷雾器相比，使用静电喷雾器可节省用药量和用水量各 12，节省喷药人工 25，可见静电喷雾器具有显著的经济和环境效益。 塔里木大学毕业设计 16 总 结 本文是围绕农用 植保机械 背负式静电喷雾器的设计 ， 实现了 药效时间长、工作效率高、体积小，易操作、使用寿命长、制造价格便宜等特点。 此机器使用后，改变了以前人工劳动强度大、效率低的缺点，同时节约了广大农民群众的劳动时间 ，减少了农药对周围环境的污染 。此 背负式静电喷雾器 的研制满足了大部分用户的需要。经理论分析，在这次毕业设计中的结果主要有： （
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