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16 屆畢業(yè)設計
自走式噴桿噴霧機
學生姓名 申 波
學 號 8031212324
所屬學院 機械電氣化工程學院
專 業(yè) 農業(yè)機械化及其自動化
班 級 16-3
指導老師 蘭海鵬
日 期 2016.05
塔里木大學機械電氣化工程學院制
前 言
“國以民為本，民以食為天”，中國不僅是一個農業(yè)大國，而且是一個人口大國，創(chuàng)造了以百分之五的土地養(yǎng)了全世界百分之二十人口的奇跡，但是中國距離世界農業(yè)強國還有很大的差距。國家近年來是越來越重視“三農”問題，但可耕地面積持續(xù)減少的情況依然很不容樂觀。我國四大糧食作物小麥、稻谷、玉米、馬鈴薯仍保持供需“緊平衡”的形勢下，到目前為止市場對農化產品的需求不會改變。這就要求我們需要糧食作物的高產、穩(wěn)產，以滿足人們的日常需求。這時候植保機械的重要性就體現(xiàn)出來了。植物保護是保證農業(yè)高產、穩(wěn)產，奪取全面豐收的一個重要環(huán)節(jié)，而植保機械則是實現(xiàn)這一目的必不可少的生產工具。加快推進植保機械化，提高植物病蟲草害防治能力已成為保障我國糧食安全和促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。
植保機械中使用頻率最高的就是噴桿噴霧打藥機械。國外的大型先進性噴霧機械，對于保證作物的生長高產具有重要作用，但是由于其昂貴的價格以及操作的復雜性等原因，導致我國噴桿噴霧機的保有量不高。噴桿噴霧機是以發(fā)動機為動力，裝有橫噴桿或吊桿（豎噴桿）的噴霧機，可以廣泛用于作物的播前、苗前土壤處理、化學處理草害和病蟲害防治等作物生長的各個時期。噴桿噴霧機移動方便、噴幅寬、噴灑均勻、效率高，是一種理想的大田作物植保機械，在我國廣大農業(yè)地區(qū)發(fā)揮著巨大的作用。
大田農作物中“機器背著人”噴霧作業(yè)最常見的就是采用大田噴桿噴霧機進行噴霧作業(yè)。這種自走式噴桿噴霧方式作業(yè)效率高，農藥沉積分布均勻，不僅適合大面積農田的病蟲草害的防治需要，還適合大面噴灑植物生長調節(jié)劑的需要，是一種理想的適合大田作物的噴霧技術。我國植保機械生產廠家適時地研發(fā)推出了一批輕便大田噴桿噴霧機具，用于小麥、棉花、玉米、大豆等作物的除草劑、殺菌劑和殺蟲劑噴霧作業(yè)。隨著農業(yè)種植結構調整和規(guī)模化程度的提高，大田噴桿噴霧技術將會發(fā)揮越來越重要的作用。
本文設計的自走式噴桿噴霧機是一種間距可調式噴霧機，可以用于大豆、玉米、小麥等多種作物。本次設計能使噴桿噴霧機的應用范圍以及應用人群都大大提升，同時保證打藥過程中農藥的利用率以及均勻度。本設計的主要通過對原始數(shù)據的分析、方案的論證比較與選擇完成了噴霧機的總體設計，調距結構的設計以及傳動方案的選擇等內容，使設計具有了更樸實的使用價值。
關鍵詞：自走式；可調距；噴霧機
目 錄
1緒論 1
1.1課題研究的意義 1
1.2國外噴霧機發(fā)展狀況 1
1.3國內噴桿噴霧機發(fā)展狀況 2
1.4我國噴桿噴霧機的研究方向 4
1.5國內外噴桿噴霧機存在的問題 5
1.6研究的內容和方法 6
1.7預期目標 6
1.6重點研究的關鍵問題及解決思路 6
1.7工作條件及解決方法 6
2噴桿噴霧機總體設計 7
2.1自走式噴桿噴霧機的結構及工作原理 7
2.2.機架設計 7
2.3駕駛座上方密封裝置的設計 8
2.4后輪支架的設計 8
2.5藥箱的設計 9
3噴霧機的典型類型及噴霧機關鍵部件的選擇 10
3.1噴霧機幾種典型類型 10
3.2噴頭的典型類型 10
3.3我國噴霧機械配套用的泵的典型類型 11
3.4噴霧機關鍵部件方案的選擇 12
4零部件的校核計算 12
4.1噴霧機噴頭數(shù)量的校核 12
4.2噴霧機噴量的調整和校準 12
4.3噴霧機校準 12
4.4齒輪轉向機處連接螺栓的校核 13
4.5傳動軸的設計選擇 13
致 謝 15
參考文獻 16
塔里木大學畢業(yè)設計
1緒論
1.1課題研究的意義
據統(tǒng)計，農作物在生長期內要噴施農藥、葉面肥5～8次。目前，我國大部分農村使用的施藥機械仍以手動藥械為主，主要有手動噴霧器、踏板式噴霧器等。在一些經濟條件較好的地區(qū)，使用部分機動植保機械，主要有擔架式噴霧機和背負式噴霧噴粉機。落后的施藥機械，造成了施藥人員工作環(huán)境惡劣、工作效率低、農藥利用率不高和農藥殘留污染環(huán)境等一系列問題。
就算是植保機械相對于內地較為發(fā)達的兵團，與發(fā)達國家相比仍存在著機型落后、施藥技術水平低等缺點。另外，植保機械和農藥使用技術嚴重落后的現(xiàn)狀與高速發(fā)展的農藥水平極不相稱，嚴重阻礙了農作物病蟲草害的防治。現(xiàn)有噴霧機及噴灑部件不適合科學使用農藥的要求，95％以上的噴霧機使用的還是空心圓錐霧噴頭。這些機械存在著工藝落后、不耐腐蝕、壽命短等缺點，總體質量、性能及使用水平與發(fā)達國家差距較大，經常出現(xiàn)農藥飄失嚴重，農藥分布不均勻的現(xiàn)象。農藥的有效利用率最高還不到30%，農藥的流失率卻達到70%以上，農藥分布不均勻高達46.6%，不僅經濟損失重大，也嚴重污染了環(huán)境，滿足不了現(xiàn)代化農業(yè)生產的需要。而現(xiàn)在人們愈加重視飲食安全，導致我們對植保機械的要求更高了。
噴霧機是農業(yè)生產必不可少的農業(yè)機械，不同的地區(qū)不同的作物對噴霧機的要求也不一樣導致生產噴霧機的企業(yè)多、品牌多、型號多、產品故障多的現(xiàn)象出現(xiàn)。同時因為質量等的原因，導致農藥的利用率降低，漏水，不噴霧，密封性等現(xiàn)象嚴重威脅的人們的生命安全。而噴藥的不均勻，不僅浪費農藥，而且影響糧食作物的產量，過多的農藥殘留更是時刻在影響國人的體質。同時國內的噴霧機械遠遠落后于國外，外國的大型噴霧機械不適合小農經濟，人多田少的我國國情；單純的引進國外的產品，不僅不利于我國的植保機械的發(fā)展，過高的價格也導致農民的購買愿望不強；過于精密的結構以及復雜的操作，導致農民在使用的過程中，出現(xiàn)操作困難以及故障維修的不及時等問題。
本設計在實現(xiàn)多用途、噴霧高精確度的同時，降低了造價，簡化了噴桿噴霧機的結構和操作，擴大了噴霧機的使用范圍，同時降低了人工打藥對身體的傷害，其發(fā)展前景是十分廣闊的。
1.2國外噴霧機發(fā)展狀況
20世紀中期，農業(yè)發(fā)達國家逐漸形成了以大農場為主的規(guī)模化經營，農業(yè)機械化得到全面、迅速的發(fā)展。農作物的病蟲害防治和化學除草采用大型懸掛式牽引式噴桿噴霧機。其藥液容量400～3000L，噴幅達18～34m。棉花、水稻和牧草采用農業(yè)專用飛機進行噴藥。1912年，加拿大就有了噴灑農藥的專用飛機。目前，美國擁有農用飛機6000多架。日本以直升機為主，果樹和啤酒花等經濟作物采用風送式和高架噴霧機噴灑農藥，形成了以大型植保機械和航空植保為主體的防治體系。
近年來，國外在植保機械上采用了系列新技術，大大改善了施藥效果。國外噴桿噴霧機的發(fā)展以歐美地區(qū)的發(fā)達國家為代表，其發(fā)展現(xiàn)狀體現(xiàn)在以下幾個方面：
1.2.1大型化
使用大型噴桿噴霧機進行大型農場田間作物的病蟲害防治，噴幅在18m以上，甚至達到42m，藥箱容量為400～3000L，作業(yè)速度達8～10km/h，配套拖拉機功率在59～74kW以上。
1.2.2機、電、液一體化
在大、中型噴霧機上，噴桿的工作姿態(tài)、平衡與穩(wěn)定由液壓控制；對于作業(yè)速度與面積、噴霧壓力和噴霧量的監(jiān)測和調整，則采用計算機和電子控制。機械、電子和液壓技術的結合，使得作業(yè)效率和作業(yè)精準性顯著提高。
1.2.3重視環(huán)境保護
在大、中型噴霧機上裝有過濾系統(tǒng)和防滴閥等，為控制霧滴的飄移，大力研究防飄噴頭、風幕技術、靜電噴霧技術及霧滴回收技術等。噴霧機上采用的“少飄”噴頭可使漂移污染減少33%～60%，在噴霧機的噴桿上安裝防風屏，可使霧滴漂移減少65%～81%。
1.2.4以人為本
農藥防護駕駛室配備有農藥保護設備和空氣凈化系統(tǒng)。農藥保護設備能夠消除所有的粉塵、霉菌、沙子和空氣中傳播的過敏源?；瘜W離子在進入外部和內部空氣凈化系統(tǒng)時得到炭核過濾的預凈化，保證了駕駛員的身體健康不受侵害。
1.2.5智能化
很多不同類型的技術，如無線電技術、激光、機器視覺、GPS等正被研究用于農用機械領域，其中GPS導航技術在農業(yè)方面的應用已經比較成熟。如美國約翰·迪爾4630噴霧機配備的智能化精準農業(yè)管理系統(tǒng)，以GPS為基礎，包含導航、自動駕駛、繪圖、噴藥自動控制和噴桿位置調節(jié)等功能，并通過顯示器進行智能化控制。該系統(tǒng)預先安裝了很多通用的噴霧機應用軟件，其中包括平行跟蹤、衛(wèi)星導航、人工輔助駕駛功能、屏幕顯示噴藥作業(yè)地圖、變量噴藥和全功能文件管理功能。每一種功能都能使駕駛員更舒適、精準、高效地進行作業(yè)。噴霧機能自動跟蹤、轉向并有重漏噴藥自動糾正功能，可以自動控制噴桿的開關。
1.3國內噴桿噴霧機發(fā)展狀況
我國自1950年開始引進生產單筒式噴霧機和手搖式噴粉機，并于1974年開始用運-5型農用運輸機進行航空超低容量噴霧。目前僅有運-5型、運-11型飛機及小型蜜蜂-3型傘翼機上配裝超低容量噴霧裝置。我國農用航空植保設備的保有量不足200架?！熬盼濉逼陂g，我國研制了系列低量噴頭和24m風幕式噴桿噴霧機。南京林業(yè)大學從1999年開始在林業(yè)上進行基于樹木圖像處理的精確農藥施用技術的探索，并且利用實時系統(tǒng)進行樹木特征圖像采集與處理?！笆濉逼陂g，我國研制出自動對靶噴霧機，利用紅外線“電子眼”探測靶標。果園自動對靶靜電噴霧機利用紅外線傳感探測技術確定靶標，實現(xiàn)風送靜電對靶噴霧。我國研制的設施農業(yè)用的BT2000-Ⅲ自控施藥常溫煙霧機采用微電腦控制技術，可在使用前自我設定轉向時間間隔和一周內任何時段自動施藥系統(tǒng)。我國很早就開始了靜電噴霧技術的研究，但至今未廣泛使用。近年來，我國引進境外先進技術，研制了3VB-16型氣壓背負式自動噴霧機，該機以二氧化碳氣體為動力源，無噪音，無污染，在部分地區(qū)得到使用。
目前，我國常用施藥機械仍是手動或機動噴霧噴粉機，包括手動背負式噴霧器、手動壓縮式噴霧器、手動壓縮式噴霧器、背負式噴霧噴粉機、擔架式機動噴霧機及小型機動噴煙機等。其中，手動植保機械占整個市場份額的80%左右?，F(xiàn)在，我國的施藥方式仍以“大霧量、雨淋式”的噴霧為主，農藥利用率只有20%～30%，其余70%～80%都沉降到地面和飄移到周圍環(huán)境中，不僅浪費了資源，增加了農民負擔，而且造成環(huán)境污染。
從總體看，目前我國噴桿噴霧機存在結構簡單、技術性能落后、產品品種少、產品更新?lián)Q代周期長等問題，噴霧機作業(yè)效率低，農作物農藥殘留超標，環(huán)境污染嚴重。
我國噴桿噴霧機發(fā)展現(xiàn)狀包括以下幾個方面：
1.3.1系列化程度低
噴桿噴霧機種類較少、型號單一，噴頭等重要噴灑部件系列化程度低，無法滿足不同作物、不同病蟲害的防治需要。用一種機型防治各種作物的病蟲草害，導致農藥有效利用率低、農藥浪費嚴重、農產品中農藥殘留超標環(huán)境污染嚴重、對操作者健康造成損害。
1.3.2.技術性能落后
與發(fā)達國家相比，目前國內的噴桿噴霧機及其部件工藝和技術性能落后，制造質量和外觀質量不達標，可靠性差，壽命短。多數(shù)噴霧機仍舊使用空心圓錐霧噴頭，導致農藥分布不均勻。噴頭材質差，耐磨耐蝕性不高，霧化效果差。大部分泵沒有自動卸壓功能，缺乏安全保障；泵中缸的材質沒有防腐蝕功能?！笆濉?、“十一五”期間通過自主設計和技術引進，開發(fā)了大、中型噴桿噴霧機系列產品，產品質量、技術性能較好。相關科研院所與高校已開展了噴灑部件等基礎工作部件的研制開發(fā)，對于農藥防飄移技術、靜電噴霧技術和基于機器視覺、GPS等現(xiàn)代高新技術的精確變量施藥技術的研究已有一定進展。但是由于農民的經濟承受能力有限，噴霧機的技術示范推廣跟不上噴霧機的研究開發(fā)，這些新機具、新技術的應用多數(shù)仍然停留在試驗研究階段，在化學防治中并未發(fā)揮主導作用。
1.4我國噴桿噴霧機的研究方向
1.4.1重點開展新型噴頭的研究
我國現(xiàn)有的噴頭品種較少，不能適應不同農藝對噴霧質量的要求。為此必須研制專用的系列化的新型噴頭，以滿足不同的噴灑要求。采用不銹鋼、工程塑料、剛玉瓷等材料，優(yōu)化噴頭加工工藝水平，以霧型質量、流量一致性等性能指標，增加噴頭耐磨性、耐蝕性及使用壽命，以達到國際先進水平。扇形霧噴頭組合是噴桿式噴霧機比較理想的噴頭組合方式，霧化好，組合后噴霧沉積均勻，特別適合噴桿噴霧機。新型防飄噴頭，可有效的減少飄移，也是應重點開發(fā)的方向。
1.4.2.加強液泵的系列化
沒有一種泵對所有噴霧機和工作條件都是最好的。對于一臺噴霧機而言最好的泵是在經濟的使用工作幅寬和需要的工作壓力下，能提供希望噴霧量的泵。液泵類型主要有柱塞泵、離心泵、滾子泵和隔膜泵等。在美國等地，采用滾子泵和離心泵較多。而在歐洲等國家大多采用隔膜泵。在日本則以柱塞泵為主，而我國則應根據自身的特點，因地制宜地研制出各種類型的泵，并讓它們逐步形成系列。
1.4.3.加快混藥裝置的開發(fā)與推廣
目前國內外的噴霧混藥裝置有以下幾種：預混式噴霧混藥裝置、射流噴霧混藥裝置、正壓式混藥裝置和農藥直接注入系統(tǒng)。其中農藥直接注入系統(tǒng)能在藥液處理及清洗方面更加安全、方便。而且方便靈活，可根據需要調節(jié)混藥比例?？商岣咿r藥利用率，保護環(huán)境。開發(fā)和推廣農藥直接注入系統(tǒng)十分必要。
1.4.4.研制多級過濾系統(tǒng)
先進大中型噴霧機一般都具備4級過濾系統(tǒng)，從向藥液箱內加水到藥液從噴頭噴出，中間經過多次的過濾，采用有自潔能力的壓力過濾器安裝在系統(tǒng)中以提高過濾能力。設置過濾裝置避免了系統(tǒng)堵塞、.漏噴和霧化不良現(xiàn)象。國外大中型噴霧機一般都具備4級過濾系統(tǒng)，即在藥液箱加液口、加液斗和水源吸水頭處都裝有過濾網，在系統(tǒng)中還裝有一種自潔壓力過濾器。設置這4級過濾裝置避免了系統(tǒng)堵塞、漏噴和霧化不良現(xiàn)象。
1.4.5.大力解決滴漏問題
為解決噴霧機的滴漏問題，可以在噴頭上安裝球式防滴閥，但防滴閥的關閉壓力遠低于管路中的殘壓，而且閥座和球體之間存在不可避免的制造誤差，故仍解決不了滴漏問題。也可以在噴霧機上配備一個換向閥，當停止噴霧時，利用泵的吸力把管路中的藥液吸回。但這樣不僅使管路復雜，而且使泵脫水運行，泵的工作條件惡化，嚴重影響泵的使用壽命。而回吸閥可以有效地防止作業(yè)過程中藥液的滴漏，在節(jié)約了農藥的同時，還能有效地保護環(huán)境。
1.4.6.減少霧滴飄移
控制霧滴的飄移，提高藥液的附著率能減少農藥流失、降低環(huán)境污染。目前在這方面可以采用靜電噴霧技術、風幕技術、防飄噴頭、霧滴回收技術等。靜電噴霧技術是應用高壓靜電使霧滴充電，在靜電場與氣流的作用下，帶電的霧滴作定向運動而吸附在作物上。霧滴充電后，葉背和植株下部的沉積量也增多。這就提高了農藥的利用率，使防治效果有明顯的提高。目前小型靜電噴霧器已進入實用階段，而大田用靜電噴霧機大多處于試驗研究階段。霧滴漂移和沉降是噴藥過程中不可避免的問題。霧滴漂移和沉降嚴重時，引起的浪費可達施藥量的70%～80%。少漂噴頭和防風屏有效地解決了這一問題。少漂（LD）噴頭是在扇形噴頭后面安裝一孔片，使藥液環(huán)繞內腔“渦動”霧化成窄霧普霧滴，易漂移的霧滴大大減少。防風屏則是輔助阻擋霧滴漂移和沉降的，有機械式和氣力式兩種。
風幕技術是在噴桿上增加風筒和風機。噴霧時，在噴頭上方沿噴霧方向強制送風，形成風幕，增大了霧滴的穿透力。.而且在有風(小于四級風)的天氣下工作，也不會發(fā)生霧滴飄移現(xiàn)象。但是風幕技術不僅增加了成本，還使噴桿的懸掛和折疊機構更加復雜，因此又開發(fā)了新型防飄噴頭。在霧滴防飄和提高附著率方面，防飄噴頭能達到與風幕技術同樣的效果。循環(huán)噴霧機可把未被作物吸附的霧滴回收起來循環(huán)使用，可節(jié)省農藥30%～40%。
1.5國內外噴桿噴霧機存在的問題
我國研究噴桿噴霧機起步較晚發(fā)展緩慢，和發(fā)達國家相比勉強望其項背。目前市場上流行的一些噴霧機中，存在如下問題：
（1）噴頭的滴漏問題。噴霧機臨時停止噴霧時，噴頭前面管路中殘余的壓力不足導致藥液從噴頭滴出。
（2）通用性能差。沒有一種泵對所有的噴霧機和工作條件都是最好的。在美國等地，采用滾子泵和離心泵較多。而在歐洲等國家，大多采用隔膜泵。在日本則以柱塞泵為主，而我國則應根據自身的特點，因地制宜地研制出各種類型的泵。
(3)機具性能不穩(wěn)定。噴桿噴霧機田間施藥過程中，特別是噴桿比較長時，由路面起伏產生的外部激勵會導致噴桿產生振動，造成重噴、漏噴現(xiàn)象的發(fā)生，從而影響噴霧沉積分布均勻性，縮短噴桿使用壽命。
（4）推廣力度不夠。我國在“十五”、“十一五”期間通過自主設計和技術引進，開發(fā)了大、中型噴桿噴霧機系列產品，產品質量、技術性能較好。但是由于農民的經濟承受能力有限，噴霧機的技術示范推廣跟不上噴霧機的研究開發(fā)。
(5)作業(yè)成本偏高。我國噴桿噴霧機多數(shù)是單廠制造，尚未形成規(guī)模和系列，制造的工藝水平較低，成本高。因為噴霧機具通用性差，不能實現(xiàn)一機多用，導致生產企業(yè)設備利用率較低，設備配置的成本居高不下，噴霧作業(yè)成本也隨之增加。
1.6研究的內容和方法
根據我國噴霧機械的發(fā)展狀況和生產作業(yè)中的各種問題以及未來的噴霧機械的發(fā)展要求設計自走式噴桿噴霧機。自走式噴桿噴霧機主要由動力輸入裝置、傳動裝置、升降裝置、行走裝置、噴桿噴藥裝置等組成。其中，動力裝置是由汽油發(fā)動機經過變速器傳遞到輸出軸作用在前輪上。
先確定我國已有噴桿噴霧機的類型，根據已有噴桿噴霧機的原理及結構設計新型的自走式噴桿噴霧機機，使噴霧機能滿足家庭作業(yè)的要求。也就是噴桿噴霧機機要能工作穩(wěn)定、結構簡單、操作方便，保證霧滴均勻等優(yōu)點。
1.7預期目標
（1）噴桿噴藥機操作方便，結構簡單，通用性好，使用壽命長。
（2）提高藥物利用率，能起到在減少農藥的用量的同時滿足作業(yè)要求用。
（3）制造價格便宜，容易普及。
（4）高度調節(jié)安全方便。
（5）維修方便及時，維修費用低
1.6重點研究的關鍵問題及解決思路
該噴霧機機動力源于汽油發(fā)動機，同時實現(xiàn)發(fā)動機動力輸出、皮帶輪動力的傳輸，實現(xiàn)泵的傳動，藥物噴灑等工作。
（1）選擇合適動力傳遞方式，設計工作裝置和傳動裝置。
（2）運用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖。
（3）利用 Solidworks 進行虛擬樣機設計和裝配圖，完成整機各零部件的三維建模。
1.7工作條件及解決方法
塔里木大學藏書豐富，學術氛圍良好，為我的設計提供了多種思路和方法依據。同時校內有實習工廠、土槽實驗室、農業(yè)工程重點實驗室等，設計條件較好，為項目開展提供了場地和基本條件。校內擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機械電氣化工程學院擁有先進的實驗設備和機械加工制造設備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足該機設計與實驗的工作條件。
2噴桿噴霧機總體設計
2.1自走式噴桿噴霧機的結構及工作原理
自走式噴桿噴霧機的結構件主要由發(fā)動機、齒輪轉向器、打藥機行走箱、升降架等機構組成。當噴霧機準備工作前，首先檢查兩側可調節(jié)行走側翼上方固定螺栓是否鎖緊，展開噴藥機噴桿，試噴檢查噴頭工作是否正常。工作時，發(fā)動機經過皮帶輪將動力傳輸?shù)阶兯傧?，變速箱輸出動力分為兩部分：一部分經過行走箱將動力傳輸?shù)角拜喒┬凶唑寗?；另一部分通過傳送軸驅動隔膜泵，將藥液從藥箱經過過濾器吸入液泵內，加壓后經調壓閥進入分水器，分別輸入三段噴桿及回液管，進入噴桿的藥液經過防滴閥、過濾網，由噴頭霧化后噴出。升降結構可以根據作物的不同調節(jié)噴嘴工作高度。
本產品適合于小地塊小工作量噴霧，不僅操作方便，省時省力，還可以根據不同作物以及作物不同時期的要求，對其進行一定的自由調整。后輪支架調節(jié)范圍為范圍為1000～2000mm。對不同作物可選擇最佳工作間距，較好地解決了噴霧機對不同作物適應性，工作效率高，結構緊湊，體積小，造價低。
1.滑輪2.藥箱3.密封結構4.車座5.方向盤6.發(fā)動機
7.螺栓斗8.前輪9.行走箱10.隔膜泵11.后輪支架12.后輪13.升降架
圖1-1噴桿噴霧機機的整體結構示意圖
2.2.機架設計
考慮到噴藥機作業(yè)的通過性能，機架的形狀設計成門字形，側翼行走與橫梁采用可移動設計，采用螺栓固定。在其后方固定噴桿升降裝置以及噴霧噴藥裝置，前方放置噴霧機的藥箱，藥箱前方裝有車座，上方懸掛有密封裝置，下方固定隔膜泵，充分利用了機器的空間。隔膜泵的動力傳輸則是采用了萬向節(jié)和傳動軸的結合，方便前面轉向裝置轉向的進行。轉向裝置前面則是變速和動力裝置，動力裝置通過行走箱與下方的車輪連接。根據各部分的重量分配和幾何尺寸，經過計算，機架用10號槽鋼，后橫梁用22號槽鋼焊接而成，為減少焊接變形，要求采用二氧化碳氣體保護焊分段焊接，并進行整體退火處理。
圖2-2噴霧機機架
2.3駕駛座上方密封裝置的設計
噴霧機上的密封裝置，除了要達到機構簡單，造價低等方面的要求外，還要達到密封性要求，做到機組工作時農藥氣體和液體對駕駛員不產生滲透危害，減少藥霧與駕駛員的接觸?；谏鲜隹紤]，設計了全視野類駕駛室，在實現(xiàn)目的的同時，方便對機組正前方和下方的觀察，和后面作業(yè)效果的觀察。
2.4后輪支架的設計
后輪支架在噴桿噴霧機的整體結構中占有重大地位，但是目前現(xiàn)有的后輪支架，沒有實現(xiàn)在可調節(jié)間距的情況下，絕有足夠的強度作業(yè)。一般是側裝式，軸的一方與車輪連接，一方與后亂后輪支架連接，導致后輪支架的強度降低，影響噴霧機的壽命，威脅駕駛員的生命安全。現(xiàn)在我設計了騎跨式后輪支架，在增加強度的同時，實現(xiàn)后輪間距的可調節(jié)。有利于擴大噴霧記得應用范圍，提高噴霧機的利用率，降低作業(yè)成本。
圖2-3 后輪支架
2.5藥箱的設計
藥箱是噴霧機械必不可少的結構，要想的大小決定了噴霧機的每次工作量和工作時間。設噴霧機藥箱容量為V=450L，即可盛水為450kg，已知農藥原液或原液中所含的有效成分為ε=75%,農藝上要求噴灑藥液中有效成分的含量為=0.1%，則一箱水應加的農藥原液或原藥可按下式求出:
X=β×Vε=0.1×65075=0.6kg （2-1）
（1） 噴完一藥箱所需的時間T可按如下公式計算：
t=Qq總=4501.1×12=40.92min （2-2）
式中 Q為藥箱有效容量（L）；
為噴霧機全部噴頭的總噴量（L/s)
接口螺紋
等效噴孔孔徑
噴角
不同壓力下的流量
1/8
0.66
650
800
950
1100
0.5
1
2
3
4
5
6
7
10
0.79
6501
8001
9501
1101
0.15
0.23
0.32
0.39
0.46
0.51
0.56
0.60
0.72
0.91
65015
80015
95015
11015
0.25
0.34
0.48
0.59
0.68
0.76
0.84
0.90
1.1
1.1
6502
8002
9502
1102
0.32
0.46
0.64
0.79
0.91
1
1.1
1.2
1.4
1.3
6503
8003
9503
1103
0.48
0.68
0.94
1.2
1.4
1.5
1.7
1.8
2.2
1.4
6504
8004
9504
1104
0.65
0.91
1.3
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.9
1.5
6505
8005
9505
1105
0.80
1.1
1.6
2
2.3
2.5
2.8
3
3.6
1.6
6506
8006
9506
1106
0.97
1.4
1.9
2.4
2.7
3.1
3.3
3.6
4.3
表2-1 不同噴角扇形噴頭噴量
3噴霧機的典型類型及噴霧機關鍵部件的選擇
3.1噴霧機幾種典型類型
按噴桿的型式分為兩種：
1.橫桿式噴桿水平配置，噴頭直接安裝在噴桿下方，是常用機型吊桿式在橫噴桿下面平行的垂吊著若干根豎噴桿
按與動力裝置的連接方式分為三類：
1.懸掛式噴霧機：通過與拖拉機三點懸掛裝置連接
2.固定式噴霧機：各部件直接與動力裝置連接
3.牽引式噴霧機：自身有底盤和行走輪，通過牽引桿與動力裝置連接
按噴霧作業(yè)的幅寬可分為三類：
1.大型噴幅在18米以上，多與拖拉機配套工作
2.中型噴幅為10-18米，
3.小型噴幅在10以下，動力裝置多為小四輪和手扶拖拉機
3.2噴頭的典型類型
目前使用的噴頭，主要有切向離心式噴頭、渦流芯式噴頭和渦流片式噴頭、撞擊式扇形噴頭、縫隙式扇形噴頭等幾種。
1.切向離心式噴頭：依據其噴頭體數(shù)目的多少，分雙頭噴頭、四頭噴頭及單頭噓頭。從輸液管壓送來的高壓液流，進入切向進液槽后，壓力3然下降，導致流速猛增，液流即以較高的切向速度進入渦流室產生出強烈的回轉運動。當藥液通過噴孔后，便向四周飛散兀成一個旋轉的空心霧錐。霧錐中心的空氣因受旋轉力的作用也呈旋渦狀。霧錐外圍開始時呈液膜狀，以后受空氣的撞擊雨破裂、分散成霧滴。
2.渦流芯式噴頭：由噴孔、噴頭帽、渦流芯及噴頭座等件組成。它的工作原理與切向離心式噴頭基木上相同、工作時藥液從液管或噴管中輸來，沿著具有螺旋角的斜槽流動產生離心力，使藥液從噴孔以霧椎狀噴出，在離心旋轉中，共與周圍空氣撞擊成霧滴。此種噴頭霧化質量較好，但構造較復雜。
3.渦流片式噴頭：由噴頭帽、噴頭片、渦流片及噴頭體等件組成其工作原理與渦流芯式噴頭相似，不同點是以渦流片代替了流芯。在渦流片上一般開有兩個與圓心對稱的斜孔，藥液通通斜孔后，形成回轉液流產生離心力，造成空心霧錐。有的渦片除有斜孔外，還開有一個中心孔，借此可以形成實心霧錐。實心霧錐噴灑均勻，可以提高噴霧質量。
4.撞擊式扇形噴頭：由噴頭體、噴頭帽、扇形噴嘴等組成。高速的液流從扇形噴嘴的噴孔噴出，與噴孔正對著的面相撞擊而霧化。這種噴頭的性能較差，霧滴粗，噴量較大。他噴出的扇形霧流的扇形角度于弧面的曲率半徑有關，曲率半徑越大，物流扇形角度就越大。物流的扇形厚度于弧面的寬度相等。
5.縫隙式扇形噴頭：由噴頭體、噴頭帽、扇形噴嘴等組成。由于陶瓷的耐腐蝕性和耐磨性較好，因此在扇形噴嘴內往往嵌入陶瓷噴頭芯，已延長噴嘴的使用壽命。高速的液流從扇形噴嘴處噴出后，與相對靜止的空氣撞擊霧化。由于液流流道在噴孔處出口縮小呈菱形（扁而窄），因此噴出的物流呈扇形。它的扇形角度與出口處液流的變窄程度有關，而出口處液流的扁窄程度又與噴嘴張角的大小有關，噴嘴張角越小，出口處液流越扁窄，噴出的霧流扇形角度就越大，厚度越小。
圖3-1縫隙式扇形噴頭
3.3我國噴霧機械配套用的泵的典型類型
1.柱塞泵：常用的柱塞泵有單柱塞泵、雙柱塞泵和三缸柱塞泵等。柱塞泵的特點是做往復運動的柱塞和缸套之間存在間隙，不像活塞泵膠圈緊貼著缸內表面運動，因而摩擦損失小，壽命較長，柱塞泵，容積效率比較高，密封和加工精度的要求比較高。
2.隔膜泵：隔膜泵屬于容積式液泵，隔膜泵又有單杠、雙缸，多缸之分。該泵的特點是流量大，體積小，機構緊湊，加工精度要求低，操作維護簡單，能經受短時間的脫水運轉。除隔膜外，其他零件采用了塑料涂敷新工藝，因而壽命長。各運動部件，如偏心軸、活塞軸承和滑塊等都密封在一個油槽內，即浸在泵室潤滑油內，由隔膜將這些運動件與藥液隔開，這樣既保證了運動件有良好的潤滑條件，減少磨蝕，又避免了藥液的腐蝕作用。
3.4噴霧機關鍵部件方案的選擇
噴霧機的關鍵部件是噴頭和泵，通過對各種類型的噴頭以及和常用泵的相互比較，在考慮到經濟型和操作性的情況下，選擇縫隙式扇形噴頭和隔膜泵的組合比較合適。
4零部件的校核計算
4.1噴霧機噴頭數(shù)量的校核
當用戶因自行增大噴幅，換用大噴量噴頭或者改變原來噴霧機設計的時候，急需要角和所用的噴頭數(shù)是否合適。通常為了保證泵回水進行攪拌時，各噴頭噴量的綜合應小于泵排量的88%，即
n<0.88Qq （4-1）
式中 n為噴頭數(shù)
Q為泵排量
q為單個噴頭在預定工作壓力的噴量（L/min）
一箱藥液可噴面積可噴灑的面積（A）可按下式計算
A=Qp （4-2）
式中 p為預定的施液量
拖拉機的行走速度v（m/s）可按下式計算
v=666.7Bt （4-3）
式中 B為噴桿噴霧機的噴幅（m）
4.2噴霧機噴量的調整和校準
檢查物流形狀和噴頭噴量在藥液箱里放入一些水，原地開動噴霧機在工作壓力下噴霧，觀察各噴頭的霧流形狀，如有明顯的流線或歪斜應更換噴嘴。然后再沒一個噴頭上套上一小段塑料軟管，下面放上容器，在預定工作壓力下噴霧，用停表計時，收集30-120秒時間內沒個噴頭的霧液，測定每一樣品的葉亮，計算出全部噴頭一分鐘的平均噴量。噴量高于或低于平均值10%的噴頭應及時更換噴嘴。
4.3噴霧機校準
在將要噴霧的田里量出50米，在藥液箱半箱水，調整好拖拉機工作速度和壓力，在已測的田里噴水，收集其中一個噴頭在50米長的田里噴出的液體，稱量或用燒杯測出液體的克數(shù)或者毫升數(shù)，則實際施液量p（升/公頃）可按下式計算
p=0.2qL （4-4）
式中 q為一個噴頭噴出的液量（毫升）或者液量（克）
L為噴頭間距（米），如一行內有多個噴頭時，L=作物行距（米）/每行內的噴頭數(shù)目
4.4齒輪轉向機處連接螺栓的校核
σ=Fπd24?[σ] （4-5）
式中 [σ]為松螺栓連接的許用應力（MPa）
σ=σsS （4-6）
其中 σs為螺栓材料的屈服強度（MPa），
S為安全系數(shù)，一般取S=1.2～1.7；
F為工作載荷（N）。
由上式可得滿足強度條件的最小螺紋直徑d1。
4.5傳動軸的設計選擇
軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件。有的則直接用圓鋼。碳素鋼比合金鋼低廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強度的。故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，所示選用45號鋼。
4.5.1軸的最小直徑與長度的估算
各軸段的直徑所需要的軸徑與軸上的載荷的大小有關。在初步確定其直徑的同時，還通常不知道支反力的作用點，不能確定其彎矩的大小及分布情況。因此還不能按軸上的所受的具體載荷及其引起的應力來確定主軸的直徑。但是，在對其進行結構設計之前，通常能求主軸的扭矩。所以，先按軸的扭矩初步估計所要的軸的直徑dmin。
dmin≥A3Pn （4-7）
式中 P為軸傳遞的功率（Kw）
N為軸的轉速(r/min)
查表的A=126Kw
dmin=12638.53600=17.5mm
取整數(shù)dmin=18mm
總 結
此次設計的任務是獨立完成噴桿噴霧機的設計。這是我們在大學期間所進行的一次非常全面的設計，自己在大學四年所學習知識的全面總結和鞏固，使我們初步了解和掌握做設計的基本步驟、基本方法，以及做研究的不易。通過本環(huán)節(jié)，我們把在大學期間所學課程中獲得的理論知識在設計實踐中加以綜合運用，把所學的知識貫穿起來，使理論知識和生產實踐密切的結合起來，為我將來的實際工作打下了堅實的基礎。
這是一個非常全面而系統(tǒng)的設計題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設計，涉及的領域包括：機械制圖、機械原理、工程力學、機械加工和機械設計等等。通過設計實踐，使我提高了計算、制圖能力；使我們能熟練地應用有關參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規(guī)范，熟悉有關的國家標準和加工要求。機械方面知識得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進行畢業(yè)設計的同時，我還學到了許多新的知識，如Solidworks三維建模，CAD2007二維制圖的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應用。
這次設計使我更加深刻的認識到要想成為一名合格的研究設計人員，只掌握本專業(yè)的知識是遠遠不夠的，應該全面發(fā)展鍛煉自己的能力，在努力的學習中積累更加淵博的知識，掌握更多的能力，如:計算機應用，農產品的特性的了解，農業(yè)經濟的發(fā)展敏感度等各個方面。
在設計過程中也曾遇到很多的問題，但通過請教指導老師，查閱相關的書籍、手冊以及同學朋友的熱心幫助，這些問題都得到了解決，設計過程基本順利完成，目的基本達到。
致 謝
時光飛逝，大學四年的光陰轉瞬即逝，我的大學生活已接近尾聲。經過我三個多月的努力奮斗，在蘭海鵬老師、劉揚老師的悉心指導，耐心輔導下，本文設計任務基本完成了。在撰寫論文期間，我要衷心的感謝我的指導老師。在整個設計的過程中，從設計的選題、實施到撰寫、修改和定稿，兩位老師均傾注了大量的心血和精力。導師的悉心指導、熱忱鼓勵不僅使我樹立了深遠的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物、為人處事的道理。導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我潛移默化的影響，是我一生的寶貴財富。同時我還要感謝大學期間各位任課老師在學習上給予我的指導和幫助，感謝他們四年來的辛勤栽培，他們的關懷和教誨讓我在這四年里收獲了很多。
最后，感謝和我一起學習的同窗、朋友和兄弟姐妹們，他們給了我無數(shù)的關心和鼓勵，也讓我的大學時光充滿了溫暖和歡樂的記憶，感謝他們的陪伴與幫助，愿我們以后都能如愿過上自己想要的生活，是想自己的理想！
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