组合充电液力式静电喷雾装置的设计.doc

详情1040707438@

天津大学
毕 业 设 计

中文题目：组合充电液力式静电喷雾装置的设计

英文题目：Design and Experimental Study on Combined -charging Hydraulic Electtostatic Spraying Box

学生姓名 李洪花　　　　　　　　　　　　　
系 别 机电工程学院　　　　　　　　　　
专业班级
指导老师 　　　　　　　　　　　　　
成绩评定 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

2010年6月

目　　录

1 前言 1
1.1 我国植保机械的现状 1
1.2 国内外静电喷雾技术的发展 1
1.2.1国外静电喷雾技术的研究进展 1
1.2.2国内静电喷雾技术的研究进展 2
1.3 研究的意义 2
2 静电喷雾技术理论分析 3
2.1 静电喷雾基本原理 3
2.2 静电作用下的液体雾化 4
2.3 带电雾滴的运动 4
2.4 雾滴充电的方式 5
3 组合充电液力式静电喷雾装置的设计 6
3.1 静电喷雾装置的设计思路 6
3.2 组合充电液力式静电喷头的设计 7
3.2.1液滴雾化的方式设计 7
3.2.2静电喷头的结构 9
3.2.3静电喷头的工作原理 10
3.2.4静电喷头的主要参数选择 11
3.3 喷雾装置主机的选择 11
4 结论 13
参 考 文 献 14
致　谢 15
附录１：英文文献原文 16
附录２：英文文献中文译文 18

摘　　要
静电喷雾的雾滴穿透力强、靶标命中率高，小雾滴漂移损失少、覆盖均匀，极大地改善了喷雾效果，减少了农药对环境的污染，提高了食品安全性，其意义深远而重大。当前，静电喷雾装置的研究己经得到了科研领域的重视，有了一定的发展，不过仍存在着许多问题。其中，充电极、雾化方式与常用喷雾器不能很好的配合就是一个较为突出的问题。
本设计通过对静电喷雾理论进行分析，在常用的手动喷雾器的基础上，设计了组合充电液力式静电喷雾装置，并对其工作原理和关键结构进行了探讨。该装置主要由喷雾机、静电喷头、静电发生器、可充电电池、输液软管、喷杆等组成。静电喷头与组合充电电极的结合，可以实现雾滴直径小和充电效果好的统一，更好地实现静电喷雾。

关键词：静电喷雾；组合充电；液力式

ABSTRACT
Aimed at problems among electrostatic spraying box such as electricity-leaking,bad-cooperation among electrode and spraying pattern and daily sprayer ,a combined-charging hydraulic electrostatic box was designed,the combined-charhing hydraulic nozzle and electrostatic generator of this box were designer especially.The basic designing theories,structure and working process of this box were theoretically specified in the paper.And then the atomization quality and droplet cover distribution of this box were studied by carrying out performance experiment and statistic analysis by many people.Some progress were made in solving the problems list above,sdudies on combined-charging hydraulic electrostatic spraying box will lay a foundation for the design and study of some other electrostatic spraying box.Test of spraying are still needed to carry on land for growing field crops.

Key words：Electrostatic Spraying；Combined-charging；Hydraulic

3

1　前言
1.1　我国植保机械的现状
据农业部门统计，我国手动植保机械约有35个品种，社会保有量约5800万架，占整个国内植保机械市场份额的80%，担负着全国农作物病虫草害防治面积的70%以上。而背负式机动喷雾喷粉机约8个品种，社会保有量约260万台，担架式机动喷雾机社会保有量约为16.8万台，小型机动及电动喷雾机约有6个品种，社会保有量25万台。喷杆式喷雾机等大中型车载机，社会保有量4.2万合，品种约12个。航空植保机械总保有量不足200架[1]。整个植保机械格局是以手动和小型机动为主，防治工效低，大部分产品结构简单、价格低廉、技术含量低。
由于散布农药的效果取决于雾滴或药粉粒在植物表面和冠内的重新分布、害虫的活动习性(是否接触到农药)以及农药的物理性质，因此提高农药散布的效果对降低成本(人力、农药、能源、时间)、提高防治效果减少药物流失(流失于地面)和减少环境污染具有极其重要的意义，实现这种效果的方法之一就是静电喷雾。
1.2　国内外静电喷雾技术的发展
1.2.1 国外静电喷雾技术的研究进展
科学史上很早就出现静电这个词了，它是一门古老的科学。早在1882年，英国科学家Rayleigh就开始其开拓性的雾滴静电化研究。此后静电喷雾技术经过不断研究改进和提高，被广泛用于手工业上，例如喷漆和印刷。此后又将静电技术广泛应用于农业，首次利用静电进行农药喷撒试验的是20世纪40年代法国的Hampe，之后美国的一些大学如佐治亚大学等进行了正式的研究试验。他们的试验都证明，利用静电场散布农药药粉，对植物的附着率大大提高[2]。在欧美随着粉剂使用量的不断减少，静电喷药技术研究也转向了液剂。
美欧等国的静电喷雾设备日趋完善。目前，已有数种静电喷雾器用于病虫害的防治，用于温室的有手枪弥雾式喷雾器和自动定时喷雾器，用于田间的有各种大小的三点套拉式喷雾器。Bertelli.Randell公司生产的静电喷头比普通喷头可减少药液损失65%，大大降低农药对环境的污染。美国的Law等人研究的气力式喷头的感应式带电系统已经商品化，但只主要用于保护地作物。还有大量的有关液力式喷头和旋转圆盘喷头的研究进展，但能真正实现商品化的可用于干早作物的静电喷头还很少。
1.2.2 国内静电喷雾技术的研究进展
我国静电喷雾技术的研究始于20世纪70年代末。上海首先成立了静电喷雾实验协作组，上海明光仪表厂、江苏太仓静电设备厂、丹阳电子研究所及北京农业大学等先后研制了手持转盘式静电喷雾器；河北邯郸市机械研究所研究了电场击碎手持式静电喷雾器；南京林业大学研制了高射程静电喷雾机。这些单位与使用部门配合，在多种作物上进行了大量喷洒分布及防治效果实验，但都尚未达到使用推广阶段。
80年代中期我国的研究工作已进入了具体装置的设计及测试阶段，先后研制了手持式太阳能静电微量喷雾器、风动转笼式静电喷头、静电击碎式液力喷头和车载式静电微量喷雾装置，我国在实用化方面也取得了可喜的成果。江苏理工大学在建立室内静电喷雾试验系统和大量试验的前提下，研制了转盘式手持微量静电喷雾器、车载式静电喷雾机和拖拉机牵引式风送静电喷雾机，进行了大面积田间应用试验，并取得了良好的灭虫效果[2]。
1.3　研究的意义
静电喷雾是近年来发展起来的一项新技术，较其它喷雾形式具有无可比拟的优越性：[3]
⑴ 静电喷雾的粒谱在微量范围内，可直接用农药原液喷洒，节省了大量农药稀释用水。由于药物粒子带电，农药的利用率比一般微量喷雾高。
⑵由于雾滴带有相同电荷，在空间运行过程中能互相排斥，不会发生凝聚现象，所以对作物目标的覆盖较均匀，由于目标周围存在电力线的作用，从而使目标的正面、背面和隐蔽部位均能沉积上雾滴，增强了杀虫灭菌效果。
⑶雾滴在电场力作用下，能够快速均匀地飞向目标，并在目标上可靠附着，小直径雾滴飘失减少，减轻了农药对环境的污染。
⑷由于电场作用使雾滴吸附到目标表面上且牢固粘附，风吹雨淋流失雾滴的现象便大大减少。静电喷雾受大气的影响相对较小，早晚和白天均可进行喷雾。
综上所述，静电喷雾的雾滴穿透力强，靶标命中率高，小雾滴飘失少，覆盖均匀，农药稀释用水少或不用水，农药施用量低，尤其是雾滴在植物的叶片背面和隐蔽部位亦能沉积并牢固粘附，极大地改善了喷雾效果，较大幅度地减少了农药对环境的污染，提高了食品安全性。开发适用的静电喷雾装置尤其关键部件静电喷头对提高较小环境污染下的病虫害防治效果和我国农业的可持续发展具有重要意义。
我国是一个农药生产使用大国，农药品种超过200种，原药生产能力达70万吨，农药制剂年产量已达130万吨，居世界第二位[3]。同时，我国农药使用技术水平普遍落后，使用的农药只有少部分能沉积分布到靶标生物上，70%～80%的农药流失到土壤、田水或飘失到环境中去，造成了严重的环境问题。
此外，农药残留超标严重影响着人们的身体健康。化学农药会以各种形式残留于农作物和其它环境要素中，通过食物链传递，积少成多，积低毒成高毒，对人体健康的潜在威胁极大[4]。我国的食品安全形势不容乐观，造成我国食物污染的直接原因系源头污染，即农产品的农、兽药残留超标是目前受到广为关注的食品安全问题，而广泛应用静电喷雾技术就是解决该问题的一条途径。
2　静电喷雾技术理论分析
2.1　静电喷雾基本原理
1．植株 2．电力线
3．雾流 4．喷头
图1喷嘴与目标表面电力线分布
静电喷雾技术是应用高压静电在喷头与喷雾目标间建立一静电场，而农药液体流经喷头雾化后，通过不同的充电方法被充上电荷，形成群体荷电雾滴，然后在静电场力和其他外力的联合作用下，雾滴作定向运动而吸附在目标的各个部位，达到沉积效率高、雾滴飘移散失少、改善生态环境等良好的性能[5]。

根据静电感应原理，地面上的目标表面将引起和喷嘴极性相反的电荷，并在两者之间形成静电场。由于雾滴带有和喷嘴极性相同的电荷，会受到喷嘴同性电荷的排斥，在目标表面异性电荷向目标运移，电力线分布于目标的各个部位，从而使雾滴向目标的各个位置沉积。因此，静电喷雾的雾滴不仅能吸附到

4