大型(或中小型)风送式喷雾机的设计与分析(含三维SW模型)
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毕业设计(论文)开题报告题 目: 大型风送式喷雾机的设计与分析 学 院: 应用技术学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 学 号: 指导老师: 2014年 2 月 25日 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告1文献综述:结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2500字以上的文献综述,文后应列出所查阅的文献资料。 文 献 综 述0 引言我国是一个农业大国,幅员辽阔、地大物博,农作物种类繁多。当前植物保护的方法主要有物理、化学、生物及综合防治法等。由于化学防治方法效率高、防治及时,特别是对那些大面积暴发的病虫害能够得到有效控制。因此它仍是现在防治病虫害的主要方法。从我国目前农业发展状况来看,喷雾机械在棉粮的高产、稳产及林牧业的病虫害防治等方面发挥了主要作用。据资料显示,喷雾机械平均每年可以为国家减少粮食损失350多亿公斤,减少皮棉损失1000多万担。但是目前我国施药机械和施药技术还比较落后,有效利用率仅为20%40%,大部分流失到环境和土壤中,造成了极大的浪费和环境污染。喷雾机械是用于农业生产和植物生长的保护设施,主要利用喷雾机械的隔离效果与气候效应进行农业生产,能够起到反季节调控、旱涝保收及空间隔绝等作用。随着科学技术的不断创新以及现代化工业水平的提高,对农产品的质量也提出了更高的要求。加速了农产品的高效利用,设施农业也随之得到快速发展。此次面向喷雾机械提出了双向喷雾机的设计,主要是将现代设施农业作为由传统农业向现代化集约型农业转变的有效方式,不断克服传统农业在外界环境条件和资源等方面难以解决的限制因素,加强资源的集约高效利用,提高农业系统的生产力,使喷雾机械面向喷雾机械得到不断地发展和应用。 1双向喷雾机的工作原理及特点面向温室的双向喷雾机主要由汽油机、液压泵、药液箱、机架、卷管机构、喷射部件、喷雾胶管等组成。其中的机架是整个机构的核心,所有部件的选型和布局都是围绕它进行的。整个系统主要分为以下几大部分:动力装置汽油机,药液输送装置液压泵、药液箱、喷雾胶管,喷药装置机架、喷射部件。该设计的工作原理:压力泵将药箱内的药液吸出,并压至空气室,具有一定压力的药液通过输液软管、喷射部件高速喷出,经与外界空气相撞击,粉碎成细小雾滴,均匀喷洒并粘附在作物上。1.1 整机的布局原则为了满足面向温室使用的基本要求,器件尺寸的选型要符合实际经验值;材料的选用要满足造价低的特点,可以适应广大农民的消费需求;系统的整体结构简单,便于拆卸、安装和保养;整个机构重心平衡,体积小,操作方便;整机的布置情况如图1所示。1. 机架 2.汽油机 3.液压泵 4.喷射部件 5.药液箱2.3. 图1 面向温室的双向喷雾机的布局简图1图1 面向温室双向喷雾机布局简图1.2.关键零部件的选型1.2.1动力装置的选择农用机械通用的驱动装置基本上包括电动机、汽油机、柴油机等,由于此次的设计的喷雾机是面向温室的,所以主要是在远离发电电源的场合工作的,由于电动机的配套动力比较小,很可能没有足够的动力将喷雾机起动工作,于是这里一般不选用电动机;而柴油机的重量比较大,操作起来非常笨重,工作极其不便,噪声也非常大,对工作环境和温室中作物的生长均有一定的影响;而且汽油机重量小,噪声低,振动也非常微弱,适合在温室当中人工操作。于是这里选择农村通用性较好、价格较低的小型汽油机(绿田/LT2500),主要参数如表1所示表1 绿田/LT2500小型汽油机发电机主要参数外形尺寸(长宽高)(mm)频率(HZ)额定功率(KW)额定电压(V)605445450502220相数起动方式连续工作时间(h)发动机型号单相手启动 121681.2.2喷雾机机架部件的设计喷雾机机架部件是整个设计的主体,其它所有部件的选型、设计和布局都是围绕着它进行的。因为喷雾机是面向温室设计的,则需要根据温室作物生长的实际经验值来确定喷雾机机架的形状和大小。图2 喷雾机机架侧视图1汽油机放置沟槽 2 手柄图3 喷雾机机架俯视图例如温室里种黄瓜,一般行距3060厘米,故依据经验值:喷雾机机架应小于行距宽度,则取d=30cm。长度则要求足够放置药液箱大小即可。如图2、3所示是喷雾机机架的设计。2 药液输送装置的选型2.1 压力泵的选型与输液管道材料的选择液压泵作为系统的动力元件,是整个喷雾机械的“心脏” ,起着向系统提供动力源的作用,是必不可少的核心元件。它将原动机输入机械能转化为液压能输出,为液压系统提供足够流量的液压油。从而使药液产生很高的压力用以克服药液在管道中的流动阻力,最后供给液流喷射以及搅拌能量。我国喷雾机械常用的压力泵主要包括活塞式、柱塞式、滚子式和隔膜式等。活塞式和柱塞式压力泵在使用过程中能够产生较高的压力,应用比较广泛,但是结构较复杂,加工难度高。滚子式压力泵特点是有一定自吸能力,体积比柱塞式压力泵小,排量较同尺寸其他泵大,不适宜输送磨蚀性悬浮介质。隔膜泵是综合性能较好的植保机械用泵,它的出现为我国植保机械的发展迈出了重要的一步。它不仅结构简单、价格低廉、使用方便,故本次设计拟选用该泵。压力泵的型号选择:通过查阅相关喷射实验资料以及经过相关计算,最终确定本系统选用ZMB240型隔膜泵,其主要性能参数如表3所示。表3 ZMB240隔膜泵主要性能参数性能参数额定流量额定转速常用压力配套动力总效率Q(L/min)N (r/min)P (MPa)T(Kw)(%)参数值406001.5-2.52.270%图3 ZMB240隔膜泵工作特性曲线工作 药液经隔膜泵加压后,最大压力值可达3MPa,因此不能使用普通的塑料管路。所以进水管选用PVC塑料管,其它管路均采用价格低、可承受高压的液压油管。2.2 药液箱的设计和搅拌器的选择药液箱是用来储放药液的,多数用钢板、塑料、玻璃钢、聚乙烯、PVC板、聚丙烯等高新材料制作而成。考虑到农户的经济状况,则选择、价格低廉、耐腐蚀、制作方便的3mm PVC板焊接而成。其结构如图2所示。药液箱出液口底部安装放水阀,则残留在药箱和管道内药液可放出,避免机组久放时腐蚀和锈蚀零部件。药液箱的容积应保证喷雾机至少可以完成一个来回的喷雾作业,避免在施药中途或者在药液摆放的另一侧添药。由于该设计的喷雾机是面向温室的,一般温室的作业量不会很大,所以我们只要保证药液箱的容积大于喷雾机作业的总喷液量即可。而总喷液量则由温室的作业面积和单位面积所需的喷液量来确定,即 式中 Q药液箱的容积 m3 A一温室的作业的面积 m2 q单位面积所需的喷液量 L/m2 容积系数 =1.5根据我市温室的具体情况,A=4亩=2666.68m2,q=80L/hm2=0.008L/m2,则 Q=2666.680.0081.5=32L 根据设计简图可推出药液箱的宽度应与机架宽度相仿,则d=30cm。由于该药液箱是不规则形状,要满足药液箱容积大于32L,则长度需要在45cm56cm之间,在这里取L=50cm,药箱高度H=26cm。为了使喷出的药液浓度均匀,则需要在药箱中加装搅拌器,使其在工作开始和工作过程中不停地搅拌药箱中的药液,搅拌的方式一般分为机械式和液力式两种,由于液力式搅拌方式一般适用于容积较小的药液箱,所以在此我们选择机械式的搅拌方式。防止溶解性较差和不完全溶解的药液沉淀到箱底,最后在药液箱加液口放置一个可拆卸的粗滤网,可以防止回液管形成堵塞。1加液口 2 回液口 3.放水阀图4 药液箱侧视图图5 药液箱底部构造3喷药系统的选择与设计3.1喷头的选型喷头的选用主要考虑喷雾的三个指标:1.覆盖率,小雾滴一般高于大雾滴(喷雾量相同时);2.漂移率,指在有风的情况,大雾滴要比小雾滴抗漂移性更强;3.均匀性,当作物密度较高时,小雾滴更能均匀的在枝叶各层次分布。由于以上三个指标是互相矛盾的,一种喷头很难满足所有条件,所以我们需根据实际需求来选择合适的喷头。而在选择过程中主要针对以下几个方面来进行挑选:(1)喷头的类型:相同压力、相同喷雾量以及喷雾锥角的情况下,决定喷头产生的雾滴大小。(2)喷头大小:同类型喷头在同锥角同压力的状况下,决定喷雾量的大小。(3)喷雾压力:任何喷头在喷雾压力提高的时候雾滴直径会减小。(4)喷雾锥角:在压力和喷雾量相同的情况下。喷雾锥角大的喷头比喷雾锥角小的喷头喷出的雾滴小。因此可得出喷头的大小是指在相同压力下喷头的流量。而喷头的压力和尺寸决定了流量的大小,所以只需要依据喷雾设备的行走速度、喷头离开地面的高度以及液体压力就可以进行喷头的选型。因为厂商一般会提供喷头的喷雾压力和行走速度,所以只要在确定了设备的喷量和行走速度后,就可以进一步确定喷雾压力、喷头类型及大小。 表4 喷头的参数及性能 参数类型喷头形式适用压力(kPa)喷头间距(cm)抗漂移性及穿透性雾滴大小覆盖性及均匀性TeeJet标准扇形喷头20040050穿透性较好 XR TeeJet广谱扇形喷头10040050范围较广的雾滴覆盖性较好DG TeeJet防漂移扇形喷头200400 50抗漂移性较好较大的雾滴Turbo Jet涡流扇形喷头100600 50漂移量随压力变化喷雾均匀AI TeeJet气吸扇形喷头300800 50抗漂移性好充气的大雾滴 TwinJet双孔扇形喷头200400 50穿透性和抗漂移性好 Turbo FloodJet泛喷式涡流喷头300700 50抗飘逸性能好大雾滴覆盖及均匀性能好综合以上结论,我们最终确定涡流扇形最适合该设计的特点。3.2 喷头的布局原则与喷杆支架的设计由于温室中作物的生长方式、行距和株高不同,故该喷雾系统不仅要在满足使用要求的前提下,还要适应各种作物的喷洒要求。所以设计了喷管支架可调机构,使喷管上下伸缩自如,这样不仅满足了各种作物的喷洒需求,还使结构更加简单、拆装方便,易于调节。 为适应温室的需求,则喷头的布局应满足药液向作物的各个层次和高度喷洒均匀的效果。于是我们在进行喷头的布局时,将三个喷头等间距并列排放在一根喷杆上,左右各一根,中间用连杆、立杆连接进行约束,以此来控制喷杆的旋转角度,最终达到控制喷雾效果的目的。喷雾装置的运动形式与四连杆结构类似,于是在保证喷杆旋转角度满足设计要求的同时,也要让立杆、连杆的用料最少。如图6、7是我们对喷头的布局以及喷杆支架的设计。1滑道 2.支架 3.放水阀 4.喷杆折叠位置 5.喷杆 6.定位螺栓 7.喷头图6 喷头的布局及喷杆支架的设计 图7 喷杆支架角度变化4 风机的选型及出风管材料的选择 为了实现机具的轻型化,根据喷雾机喷幅和作业时出口风速的要求,选用背负式喷雾喷粉机用小型高速离心式风机。这种风机的风压较高,有利于提高气流的穿透性,改善雾滴附着效果,且风机采用工程塑料制造,体积小、重量轻。 出风管沿喷杆布置,位于喷头后方,便于将喷头喷出的雾滴及时向作物吹送;材料选用优质薄膜软管,重量轻,便于折叠。4.结论 本设计中的双向喷雾机主要是面向温室的,但也适用于棉花、花生、麦田等非温室作物的施药,应用比较广泛。而且相对于其他温室植保机械结构简单、操作方便、造价也相对便宜。不仅能符合温室内各类作物的喷雾需求,也对传统温室植保机械进行了更科学的改善。 针对该类喷雾机,由于在我国还没有接近此类的市场投放,所以在实际应用中还有很多问题暂时未被发现并解决。在设计和计算过程中很多数据均是根据实际情况取其经验值或者相匹配的数值,并依此推出理论数据,各部件的选型也均是综合各方面条件进行筛选。但在设计过程中也可能会在某一细节有所遗漏,还需要在日后不断发现和改善。 基于上述原因,设计中可能会出现一些并不完善的问题,还需要在生活实践中进一步研究,积累实际经验,不断地改善该设计。 【参 考 文 献】1.王国强,张进平,马若丁,虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践M,西安:西北工业大学出版社 2.梁尚明.现代机械优化设计方法M.北京:化学工业出版社.2005 3.王万钧.农业机械设计手册M.北京:机械工业出版社,1987 4.王显峰,除草剂喷洒技术M.哈尔滨:黑龙江省科学技术出版社,1996. 5.何雄奎,严荷荣,吴春笃,等.果园自动对靶静电喷雾机设计与试验研究J.农业工程学报,2004,20(1):13156.陆泳平.植保技术现状与发展趋势J.湖南农机,2001(5):911. 7.徐赛章.我国植保机械现状及展望J.农村机械化,1997(3):911. 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告开题报告:一、课题的目的与意义;二、课题发展现状和前景展望;三、课题主要内容和要求;四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告一、课题的目的与意义 本次设计是设计一种风送式喷雾机,目前,我国的喷雾机械还在不断的发展之中,为了提高我国喷雾机械技术的发展,以及扩大设施农业在我国占有的主导地位,应该提倡大力发展面向设施农业的喷雾机械技术,改善以往机械制造工艺落后,加工精度低,产品可靠性低,成本高等显著缺点。在很多地区,在提高农药利用率和减轻劳动力负担两方面显得尤为重要。我们必须将这一目标放到植物保护的实践工作当中去,做到高效率,低成本,节省人力资源,减轻农民负担。所以本次课题设计的目的在于满足实际生产也满足农民朋友的需要,所以具有很重要的意义。二、课题发展现状和前景展望从我国目前农业发展状况来看,喷雾机械在棉粮的高产、稳产及林牧业的病虫害防治等方面发挥了主要作用。据资料显示,喷雾机械平均每年可以为国家减少粮食损失350多亿公斤,减少皮棉损失1000多万担。但是目前我国施药机械和施药技术还比较落后,有效利用率仅为20%40%,大部分流失到环境和土壤中,造成了极大的浪费和环境污染。喷雾机械是用于农业生产和植物生长的保护设施,主要利用喷雾机械的隔离效果与气候效应进行农业生产,能够起到反季节调控、旱涝保收及空间隔绝等作用。随着科学技术的不断创新以及现代化工业水平的提高,对农产品的质量也提出了更高的要求。加速了农产品的高效利用,设施农业也随之得到快速发展。此次面向喷雾机械提出了双向喷雾机的设计,主要是将现代设施农业作为由传统农业向现代化集约型农业转变的有效方式,不断克服传统农业在外界环境条件和资源等方面难以解决的限制因素,加强资源的集约高效利用,提高农业系统的生产力,使喷雾机械面向喷雾机械得到不断地发展和应用。早在20世纪中期,农业发达国家就已经形成了以大农场为主的规模化经营,农业机械化得到了全面、迅速的发展。其中作物杂草和病虫害的防治主要采用各类大型喷雾机械。其中棉花、水稻和牧草的施药采用航空植保设备。国外喷雾机械技术发展的主要成就主要体现在以下几个方面:(1) 采用封闭式的农药直接注入系统和混药系统。20世纪80年代中期,美国开发出一种新型的农药直接注入系统,该系统可有效控制药液浓度、均匀性,将药液与水进行分置。与传统喷雾机械相比,农药直接注入系统在清洗及药液处理方面更加安全方便,可以减少农药污染和对人体的危害。(2) 国外大中型喷雾机基本都具备4级过滤系统,这样可以有效避免系统堵塞、漏喷和雾化不良等现象。 (3) 采用自动对靶选择性喷雾和静电喷雾等方式,自动对靶技术为果园喷雾、田间杂草喷雾、作物病虫害防治提供了便利。静电喷雾技术严格限制了农药的使用量,这两种喷雾技术均大大提高了农药的有效利用率,减轻了劳动强度。(4) 雾滴的漂移和沉降是喷药过程中不可避免的问题,在雾滴漂移和沉淀量严重时,浪费的药液可达施药量的70%80%,所以国外采用了防漂设施。(5)机电一体化系统得到了广泛应用,基本上大中型喷雾机械均实现了自动控制喷雾压力、施药量、流量和机具的行驶速度,更多的喷雾系统也都实现了施药精确、人工智能化等目标。(6) 广泛推广使用加装护罩、增加辅助风机等技术,加装护罩可以有效防止喷洒农药时漂移,达到很好的防漂移效果。解放前,我国经济发展落后,喷雾机械几乎是空白,每年我国由病、虫灾害带来的粮食损失高达数百亿公斤。新中国成立后,党和政府大力发展喷雾机械,使喷雾机械在我国有了较快的发展。但是我国的喷雾机械技术较发达国家依然比较落后。常用的施药机械仍是手动或小型机动喷雾喷粉机。国内喷雾机械技术发展的主要成就主要表现在以下几个方面: (1)我国喷雾机械产品有手动背负式喷雾器、手动踏板式喷雾器、手动压缩式喷雾器、担架式机动喷雾机、喷烟机、航空喷雾喷粉机等10大类。手动喷雾机械结构简单,价格便宜,适合我国农村的购买力。机动喷雾机械造价及消耗较高,适合大型作业。 (2)我国自1950年开始引进单筒式喷雾机和手摇式喷雾机,在1974年开始运用-5型农用运输机进行航空低容量喷雾。 (3)在“九五”期间,我国研制了24m风幕式喷雾机和系列低量喷头。南京林业大学也从1999年开始对林业进行基于树木图像处理,精确施药技术的探索,并且采用实时系统对树木特征图像进行采集和处理。 (4)“十五”期间,我国研制出自动对靶喷雾机,利用红外线传感技术确定靶标,达到风送静电对靶喷雾的目的。综上所述,我国的喷雾机械和施药技术与发达国家相比还存在很大的差距,于是加大发展力度,了解国内外喷雾机械的发展现状和主要趋势,积极学习、借鉴发达国家的农业发展技术,对我国的喷雾机械发展有着极其重要的作用。喷雾机械是农业生产中防治杂草和病虫害不可缺少的机具。设施农业也在一定程度上克服了传统农业在资源和环境条件等方面的限制因素,加强了资源集约、高效利用,提高了农业生产力。打破了传统农业地域和季节的自然限制,带有很高的附加价值,具有高投入、高品质、高技术含量、高效益、无污染、可持续发展等特点。植保技术在我国虽然有了一定程度的发展,植物保护作业也开始受到人们的重视。但与发达国家相比,我国的喷雾机械依然比较落后。例如施药方式中,我国大多采取“大雾量,雨淋式”的方法,这样会使农药的利用率降低,其余的药液都漂移到周围环境中和沉降到地表。这不仅造成了农药的浪费,还污染了环境。目前,我国大多数喷雾机械均是采取手动式的操作方法,这样不但大大降低了喷雾机械的工作效率,还加重了经济负担。一般的手动喷雾器产品结构陈旧落后,喷射部件品种单一,农药浪费现象严重,施药液量大,技术水平低,给环境造成严重的污染。且我国喷雾机械产品品种规格少,不能满足不同生长期、不同作物病虫害的作业需要,也不能适宜高效的施药技术。三、课题主要内容和要求本次设计是设计风送式喷雾机, 设计的主要内容是:设计出二维整套图纸,包括装配图及关键零件图。建立一个喷雾机的三维模型,独立完成喷雾机三维模型的构造。并且进行并且经过实验验证。并满足以下给定的技术要求如下: 1. 模型构造:旋转机构模型(含叶片及送风装置),雾化及喷雾器装置模型、传动机构,各种材料参数以及控制参数的设置和调整; 2. 熟悉有限元理论和软件:熟悉有限元理论,选择合适的有限元软件并熟悉软件; 包括网格的生成、非线性等; 3.对设计后的喷雾机进行二维装配图和零件图的绘制,并绘制其三维装配图。四、研究方法、步骤和措施1、查阅资料,翻译英文资料查找设计所需的资料,资料的内容要有深度,要具有参考意义。2、熟练掌握设计所需的内容复习以前
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