3MF超低量喷头用于悬挂式超低量弥雾机的试验研究

摘要：本文对3MF-4型弥雾喷粉机的超低量喷头用于悬挂式超低量弥雾机的效果进行了理论分析和试验研究。改进了超低量喷头的结构，找出了影响雾滴均匀性和喷幅的主要原因为喷嘴直径、喷管内风速和药液流量，并且确定出其最佳组合为：喷嘴直径1.0mm，喷管内风速65m/s，流量33 ml/s。得出雾滴直径在喷幅为10～35m范围内的变化规律。

关键词：弥雾机 超低量 雾滴均匀性 喷头

0 引言

用超低量弥雾进行蝗虫防治是国内外首选的方法，用飞机进行超低量弥雾灭蝗虽然取得了巨大的成绩和丰富的经验，但目前仍存在一些急待解决的问题，费用高，作业区的立地条件限制，尤其是作业时要求地面的风速小于三级，否则药液落地点的准确率低，会出现局部单位面积药量大或局部单位面积药量少的情况。用一些小型农用超低量机具进行蝗虫防治则生产率低、劳动强度大，不能适应大面积突发性蝗虫灾害的防治。

1 本课题的研究内容、方法和意义

本研究拟采用西北林机厂生产的人工背负式3MF-4弥雾机的超低量工作头，按农业机械部标准JB/T9782-1999（植保机械通用实验方法）进行了超低量弥雾的雾化性能试验，试验中发现药箱药液势头不足、流量偏小、喷头寿命较短等问题，不能满足机引作业的需要，需进行改进研究。

首先，改进超低量弥雾机喷头的结构，提高喷头的使用效果和寿命。

其次，从理论上分析影响喷幅和雾滴均匀性的各种主要因素，并安排正交试验，找出喷嘴直径和喷管内风速以及药液流量的合理组合，以得到最大的雾滴均匀性系数。

第三，分析影响喷幅的主要因素。

我国农药有效利用率不足40%，超低量弥雾机能降低农药用量，提高药效15%左右。大型拖拉机作为配套动力的悬挂式超低量弥雾机，能够有针对性的适时、适地进行蝗虫防治作业，并且精确控制单位面积的施药量。

2 超低量弥雾工作系统

超低量弥雾工作系统如图1。由风机产生的高速气流通过过渡管输送到喷头，超低量喷头的雾化盘的转速为10000～12000r/min，经输入管输入的药液经雾化盘雾化后随着高速气流喷洒出去。

背负式3MF-4弥雾喷粉机的超低量工作头，在工作时，高速气流使叶轮以10000～12000r/min的转速旋转，与叶轮连接在一起的雾化盘把出液孔喷出的液体雾化，喷出喷头。有一个出液孔，如图2（a）所示，工作时依靠药箱液面的静压力把液体从喷头小孔压出去，形成所需的流量。

当该工作头用于大型拖拉机悬挂式超低量弥雾机时，由于效率高，流量要求大，而且用药液泵供液，如果不改变原有喷头的结构尺寸，小孔处液体的流速增加，液流的反作用力增加，使输液管开孔处的应力增加，容易使输液管断裂；另外由于流量的增加，液流集中在雾化盘的一处，降低了液体的雾化效果，满足不了超低量的要求。解决的办法如图2（b）所示，出液孔的对称部位开一相同的小孔，一方面使液流产生的反力相互抵消，减小对输液管开孔处的应力；另一方面使液流分散在雾化盘的两侧，增加雾化效果。

3 试验及结果分析：本实验采用三因素三水平的正交试验

3.1 雾滴直径的分布规律

雾滴直径分布规律如图3所示，主要分布范围为30m～200m，雾滴直径沿雾流轴线方向上越来越小。主要因为在输送雾滴的过程中，雾滴随气流运行时间越长，破碎和蒸发的几率越大，形成的较小雾滴就越多。最合理的雾滴尺寸大部分分布在10～35m的喷幅间，小于10m以内有部分大雾滴，表明在近处的雾化效果较差。大于35m后出现大量直径小于12m的极细雾滴则容易在高温下挥发，并随上升气流飘走，导致农药浪费和环境污染。

3.2 影响雾滴均匀性的因素

雾滴均匀性的级差分析的结果说明：雾滴均匀性受喷嘴直径的影响较大，然后是流量，对雾滴均匀性影响最小的是喷管内风速。通过方差分析和F检验得出：喷嘴直径对雾滴均匀性影响高度显著，药液流量在a=0.27上有显著影响，其显著性的可信度为73%，喷管内风速为不显著因素。最优参数组合为：喷嘴直径1.0mm，喷管内风速65m/s，流量是33ml/s。

3.3 雾滴密度的变化规律

雾滴密度也是反映喷雾质量的一个重要指标。有效喷幅内的雾滴密度从理论上应不少于10个/cm2，通过试验可得当喷幅大于30m，雾滴密度稳定减小，说明风机中产生的气流明显减弱，不能携带雾滴继续运动，再往后更少量雾滴就应该是自然风引起的雾滴飘移。

3.4 影响喷幅的主要因素

影响喷幅的主要因素有喷嘴的雾化性能、气流流量、风筒结构、风压等。如果风机和风筒结构一定，则喷嘴直径和结构是影响喷幅的决定性因素，然后是喷管内风速，流量的变化对喷幅的影响不明显。在沿雾流轴线方向上，雾滴密度分布从10～80个/cm2不等。喷嘴的结构直接影响弥雾机的喷幅变化。喷嘴雾化性能好产生的细小雾滴数量大，雾滴小受到的阻力也小，在高速气流的携带下移动的距离就远，则喷幅就大。

4 结论和建议

本文从理论上分析了影响超低量弥雾机喷雾质量的主要因素，通过对超低量工作头部分结构的改进并用试验加以验证。改善了弥雾机的喷雾性能，提高了农药的有效利用率，下面对本研究完成的工作做一总结，并提出需继续完成的工作。

4.1 结论

①通过对超低量弥雾机喷头结构的改进，延长了喷头的使用寿命并改善了使用效果。

②由于喷管内的风速对喷雾均匀性的影响不显著，但对喷幅的影响显著，因此喷管内风速确定为65m/s比较合理。

③通过分析雾滴破碎的机理和影响雾滴破碎的原因，找出影响雾滴均匀性和喷幅的主要因素。并确定出喷嘴直径、喷管内风速和药液流量的合理组合，即：喷嘴直径1.0mm，喷管内风速65m/s，流量是33ml/s。

④根据雾滴直径在雾流轴线上的变化规律和雾滴密度在喷幅上的分布规律，以及雾滴运动特点，提出了风送式喷雾机的喷幅应设计在10～35m。

4.2 建议

超低量弥雾机适合于草原蝗虫防治以及农田灭虫灭草作业，使用超低量弥雾机能够改善雾滴运行、沉降以及均匀性等各项指标，同时有针对性的解决了蝗虫的抗药性的问题，减轻了操作者的劳动强度，改善了防治效果。目前，需继续解决的问题主要有：

①操作过程中药箱的混药不均匀，配药过程的安全因素考虑少，应进一步完善。

②继续通过试验确定最佳流量，以达到最佳雾化效果。使喷嘴系列化和标准化以适应农药品种和施药技术要求。