某履带式防火喷雾机喷雾系统的设计

摘要：近十年，我国常发性林业病虫害的发生面积不断增加，并且总体显现出上升趋势，偶发性林业病虫害大面积暴发，之前很难做出观测，一旦爆发，很难控制，损失严重，危险性病虫害扩散蔓延速度非常快，一旦发生，对森林资源、生态环境都会构成巨大威胁，多种次要害虫由于人们的重视不够，很快在一些地方上升为主要害虫，经济林病虫危害，日趋严重，严重制约着山区经济的发展和林农脱贫致富进程，而履带式防火喷雾机，其附着性高、通过能力强、作业稳定性好等优点，在这些地区作业进行病虫害防治将会有着很大的优势。

关键词：履带式;防火喷雾机;喷雾系统

本文所设计的为高射程静电喷雾机，主要由发动机供电，通过风送系统、喷雾系统、供药系统进行工作。

一、喷雾系统工作原理

喷雾系统是使药水雾化并将雾化好的药水滴风送出去的装置，喷雾系统是安装在支架上面的，并且喷筒能自由旋转方向以保证施药的要求，支架是由支撑喷筒的架子和驱动喷筒旋转的机构所共同组成，支架能自由旋转，以保证施药的不同角度的要求，支架上的小型电机和连杆保证了喷筒自动旋转，节省了人力。

雾化喷射装置是风送喷雾机的主要工作部件，药液的雾化和传输原理是研究雾化喷射装置的基础。风送雾化过程可分为三个阶段：药液离开液力喷头时的一次雾化，雾滴经过静电场区域被荷电;高速气流作用下的二次雾化，并由轴流风机产生的气流把农药雾滴强制喷入作物株冠层中;气流携带雾滴飞行、穿透、沉降和附着阶段。

二、喷雾系统的设计

（一）风送系统结构组成

雾化喷射装置是风送喷雾车的主要工作部件，药液的雾化和传输原理是研究雾化喷射装置的基础。风送系统主要由轴流风机、喷筒、导流叶片、集流器、整流锥、喷头组等组成。

（二）轴流风机的选择

喷雾机的喷雾效果以及防治病虫害的效果与雾滴的穿透距离有很大关系。当采用风送雾化装置时，风送喷雾的气流载体有很大的初始速度和流量。气流初始动能传递给悬浮在其中的雾滴时，就把雾滴带送至较远的目标。气流中的雾滴尺寸要控制在一定范围之内。雾滴尺寸的范围一般以50～150为宜。其选型过程如下：

1.确定射程S

射程：垂直20～25米 水平 38～45米。

2.射流理论

依据射流理论，选择喷筒喷头半径为 r=200mm，取s=45m，s处药液的速度um= 1.5米/秒，紊流系数

=0.068，计算出     =24.2m/s 。

3.选择出口流量     ，                    =3.14××24.2 =3.0         =10800       。

4.喷筒阻力R

，

，

，

。

5.计算风机全压P（动压和静压）

静压             =267Pa;动压

=    ;    =351Pa;全压：

=618Pa。

6.计算风机流量Q，

7.风机效率

确定风机效率    至少应达到80%。

8.计算空气功率，   =PQ=1947W。

9.计算风机轴功率N，               。

10.风机选型

根据所计算的全压P、流量Q和转速n计算风机比转速

轴流风机比转速为                 ，故选用轴流式风机。

（三）喷筒的设计

为了提高风送喷雾车的射程，须在风机的出口处加上一段导流喷筒。喷筒的形式有渐缩型喷筒、等径型喷筒及渐扩型喷筒。为了提高气流的喷筒出口速度，为了提高喷筒出口射流速度喷筒在此选用渐缩圆喷口。

通过经验公式：               ，

计算出L的范围：    =500mm ，

=400mm，所以：

=              =407mm。取 L=410mm。

风筒与风机的联结：将风筒与风机联结的一端焊接一个法兰，并且风机上的法兰用螺栓联结，并在两法兰之间加密封垫以防漏风，从而保证气流的平稳流动。

（四）導流叶片

在喷筒设计导流叶片，以便进一步改善气流的轴向流动状态。合适的导流装置不仅能够减小紊流系数，还可以保证气流流过喷筒内壁时流线型的稳定以及保证良好的气流出口状态，起到增大射程的作用。采用8片导流叶片，用焊接的方式将导流叶片固定在风筒上。合适的导流装置不仅能够减少紊流系数，还可以保证气流流过喷筒内壁时流线型的稳定状态以及保证良好的气流出口形状，起到增大射程的作用。导流器的基本功能是将叶轮中的流出来的速度压力，转化为静压力，使静压力得到进一步的提升，并把气流导向轴向方向流出风机。

为了保证气流的质量，设计采用8片导流叶片，导流叶片用4mm厚的钢板制成。导流叶片采用手工焊接的方法与喷筒内壁相联接。

（五）集流器的设计

集流器的作用是使进气速度场均匀，提高风机的效率。集流器外型一般为圆弧形，圆弧半径R应等于或者大于叶轮直径D的0.2倍。R≥0.2D，取R为 111mm。

为了使进气条件更为完善，并减少风机的噪音，在叶轮前必须装置与集流器相适应的整流器。整流罩可以作成半球形的或半椭圆球形。

（六）整流锥

为了使进气条件更为完善，并减少风机的噪音，在叶轮前必须装置整流罩。与此相同，为了改善排气条件，并降低噪音，需要在电机后面装置整流锥。由于风机本身不带这种整流锥，所以需要设计排气整流锥。

整流锥还能使气流在其中得到加速，在压力损失很小的情况下保证进气速度场均匀。设计良好的集流气可使用风机效率提高10%～15%。

為了改善风机性能，提高风机效率，目前大型通风机中，采用了将整流器与扩压芯筒做成一个流线形体。如下图所示。此流线形体的最大直径dmax，即为风机的轮毂直径Dh，最大直径位于全长L的40%处。将头部（全长的40%）作为整流器，而尾部（全长的60%）作为扩压器的芯筒。L大致为（2.5～3.4）Dt。

圆弧半径 R≥0.25D，集流器外径                       ，                      。

在设计中，可将风机轮毂直径作为此流线体的最大直径，取L=500mm，结合风机的尺寸，计算出整流器的外轮毂尺寸。

整流锥用螺栓与电机联接，利用电机后部外壳上的四个螺栓联接整流锥。

（七）喷头组的设计

药水由液泵加压后进入喷头组，经喷嘴喷出后成为一定直径范围的液滴。喷头的设计或选用的原则应保证雾滴粒谱适宜，尺寸分布集中，小于30 的雾滴所占比例不宜大。因为过小的雾滴初始动能小，而且在高速输送气流作用下易大量漂移扩散，甚至蒸发干涸，很难飞行到较远的目标物上。雾滴尺寸过大，在气流中的飞行距离很短，不易被气流所传输。理论分析和试验表明，风送雾化装置的雾滴分布在50～150 范围，能获得较远的射程。所以用于一次雾化的液力喷头，其工作压力不宜过高，但雾滴尺寸应尽可能均匀。在喷头安装是考虑到顺气流喷射是雾滴获得的初始动能比较大，所以采用顺气流喷射将喷头安装于喷口处的环行管上。

根据设计需要，安装6个喷头。

三、结语

本文从风送系统、轴流风机、喷筒、导流叶片、集流器、整流锥以及喷头组结构这几个方面对履带式防火喷雾机的喷雾系统进行了设计，实现了良好的工作特性及稳定性，在发生病虫害的地区、林场或者经济林果园等地形复杂的地区进行病虫害防治将会有着很大的优势。

参考文献：

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作者简介：王哲，男，硕士研究生，上海汽车集团股份有限公司培训中心培训师，研究方向：汽车发动机、汽车CAD/CAE、新能源汽车、消防设备。