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16 屆畢業(yè)設計 風送式噴霧機的設計 學生姓名 張記 學 號 8031212337 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級 16-3 指導教師 馬少輝 日 期 2016.05 塔里木大學機械電氣化工程學院制 前 言 實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，加快中西部地區(qū)發(fā)展，是中央總攬全局而向新世紀做出的重大決策。西部農(nóng)業(yè)開發(fā)是其中的重要組成部分，而草地和畜牧業(yè)又是西部地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的基礎是生態(tài)環(huán)境建設的重要內容。中央在指定西部大開發(fā)總體思路中確立“以生態(tài)環(huán)境保護為根本”，啟動“生態(tài)工程”和“加強西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與建設，實施退耕還林、退耕還草試點”，對的草地建設和保護提出了新的要求。不僅要發(fā)展草地經(jīng)濟，更要保護生態(tài)環(huán)境。天然草地面積遼闊，近年來，每年夏季的蝗災發(fā)生面積都在2.30萬公頃以上。給畜牧業(yè)生產(chǎn)造成極大的危害。化學防治以較高的殺滅速度和較好的經(jīng)濟性一直是最主要的滅蝗手段。 在設計的過程中，主要任務有：（1）對結構的合理設計；（2）噴霧系統(tǒng)的設計；（3）風機系統(tǒng)設計；（4）風機和液泵主從輪帶傳動比計算分析；該機具有作業(yè)效率高，噴霧效果好，機動靈活等特點。 關鍵詞： 草原滅蝗；化學防治；風送式噴霧機 目 錄 1引言 1 1.1研究設計的目的與意義 2 1.2國外噴霧機械的發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.3國內噴霧機械的發(fā)展現(xiàn)狀 4 1.4研究的內容和方法 5 2風送式噴霧機的總體設計 6 2.1風送式噴霧機的基本結構 7 2.2.工作原理 7 2.3結構方案的選擇 8 3噴霧系統(tǒng)的設計 8 3.1噴桿的設計 8 3.2噴頭的選型 8 3.3液泵的選擇 9 3.3藥箱容積的計算和選擇 10 4風機參數(shù)的確定與選型 12 4.1風量的確定 13 4.2風壓的確定 15 4.3風機的選擇 16 5傳動系統(tǒng)的設計 17 5.1傳動軸的強度計算選擇 17 5.2皮帶的選擇 18 5.3風機主從帶輪直徑計算和皮帶的選型 19 5.4液泵主從帶輪直徑計算和皮帶的選型 20 總 結 21 致 謝 22 參考文獻 23 塔里木大學畢業(yè)設計 1引言 1.1研究或設計的目的和意義 地區(qū)的天然草地面積達57.26萬公頃，可利用面積48.01萬公頃，占全疆土地總面積的34.44%，居全國第三位，近年來，由于生存壓力，草場過度超載放牧，造成草地嚴重退化，沙塵暴頻繁發(fā)生。加上蝗蟲鼠害，使草原生態(tài)環(huán)境日益惡化。每年夏季的高溫干旱氣候，極引起蝗蟲大規(guī)模發(fā)作，給農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)造成了很大危害。據(jù)統(tǒng)計，維吾爾自治區(qū)主要危害牧草的蝗蟲優(yōu)勢種群有意大利蝗、戟紋蝗、西伯利亞蝗、小翅曲背蝗、寬須蟻蝗等。資料表明，自1999年以來，全區(qū)草地每年發(fā)生蝗災面積都在2.56萬公頃以上。其中，2010年發(fā)生面積高達3.89萬公頃[1]。 目前，維音爾自治區(qū)采取的主要防治手段有化學防治、生物防治和綜合防治。生物防治采用牧雞牧鴨，招引粉紅瓊鳥和采用綠僵菌滅蝗防治。牧雞牧鴨防治是近幾年來，全區(qū)農(nóng)牧民自主開發(fā)的防治手段，防治面積逐年擴大，效果也很顯著，2001年全區(qū)牧雞55.46萬只，牧鴨13.95萬只，防治面積達到400千公頃。粉紅瓊鳥是蝗蟲的天敵，全區(qū)治蝗辦每年投入大量資金，在沿天山一帶地區(qū)搭建鳥巢，招引粉紅瓊鳥，到2008年招引粉紅瓊鳥139.9萬只，控制蝗災面積從2009年的186.7千公頃，增長到2012年的260千公頃。綠僵菌滅蝗防治目前在還處于試驗推廣階段，2010年采用綠僵菌控制蝗災面積已達1333公頃。雖然生物防治技術對環(huán)境的危害最小，但由于其成本高，防治速度有限[5]?；瘜W防治包括航空化學防治和人工地面化學防治。由于航空防治成本較高，而且農(nóng)藥飄移所造成的浪費很大。因此，地面人工化學防治在大而積蝗災發(fā)生的情況下，以較高的殺滅速度成為最主要的滅蝗手段。對于大面積爆發(fā)的蝗災，地面人工化學防治技術從防治效果上，仍然占有絕對的優(yōu)勢。 從上述分析中可以看出，地面人工化字防治在地區(qū)的滅蝗應用非常廣泛。但主要的施藥機械仍以手提式或背負式噴霧機及小型牽引式噴霧機為主。遠遠不能滿足草原滅蝗的需要。由于背負式噴霧機使用時，勞動強度大，施藥安全性低，防治速度有限[3]。因此，當蝗災發(fā)生時，不能得到及時、有效的控制，給農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)帶來了很大的危害。 1.2國外噴霧機械的發(fā)展現(xiàn)狀 世界發(fā)達國家對噴霧機械的研究較早，十九世紀中期，法國使用手動噴霧器噴和滅菌劑，口本最早使用高壓動力噴霧機來進行植株的病蟲害防治二作。1935年，前聯(lián)蘇開始了航空植保應用的研究，20世紀初期，出現(xiàn)了以汽油未為動力的噴霧機。目前，歐美發(fā)達國家的噴霧機械以中大型自走式、牽引式或懸掛式噴霧機為主其中著名的有丹麥的HARDI、德國的RAU、法國的Tecnoma、美國的SPRAYINGSYSTEM及英國的LURMARK公司等?？诒镜膰婌F機械則以小型為主，如有光、水、丸山等。這些公司的產(chǎn)品覆蓋了全球的主要市場。隨著現(xiàn)代工業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)的鄉(xiāng)斷發(fā)展，大量高新技術被廣泛應用于發(fā)達國家的噴霧機械產(chǎn)品中，提高了產(chǎn)品的可行性、安全性，同時滿足了越來越高的環(huán)保要求。實現(xiàn)了低噴量、精噴灑、少污染、工效、高防效[4]?？傮w來說，國外的噴霧機械的發(fā)展具有以下幾個特點: 1.2.1采用全液壓驅動 在國外大型噴霧機械中，尤其是在噴桿噴霧機上，普遍采用全液壓技術，轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、加壓泵等全部由液壓驅動，簡化了整機結構，增強了傳動系統(tǒng)的可靠性。還有一些噴霧機采用了液壓減震懸浮系統(tǒng)(T.P.D.），可以依據(jù)負載和斜度的變化進行調整，從而保證噴桿升高和速度變化時系統(tǒng)保持穩(wěn)定此外，有些牽引式噴桿噴霧機產(chǎn)品在牽引桿上還裝有電控液壓轉向器，用來保證拖拉機轉彎時機具完全保持一致。 1.2.2向自動化、智能化方向發(fā)展 機電一體化技術的應用使噴霧機械向著自動化、智能化方向發(fā)展。中大型噴霧機械普遍配有電子顯示與控制系統(tǒng)，通過電子顯示系統(tǒng)，可以掌握機組當前的行進速度、噴霧壓力、噴量大小、噴桿傾斜度、作業(yè)面積及藥箱液位等信息。通過操縱控制面板，可以調節(jié)噴霧壓力、噴量以及選擇幾路噴桿進行噴霧作業(yè)等?？刂葡到y(tǒng)還可以依據(jù)機組的行進速度自動調節(jié)單位時間內的噴霧量，根據(jù)冠層形狀調整噴桿的高度。荷蘭利用自動導向裝置實現(xiàn)了噴霧機的無人駕駛，口本研發(fā)的果樹無人駕駛噴霧機，通過在地下或空中鋪設感應電纜，指引機器噴霧作業(yè)。 1.2.3采用靜電噴霧 靜電噴霧利用不同的方法使霧滴帶上電荷，在電場力及其他外力的作用下，帶電霧滴會吸附到目標的各個部位，藥液沉積率高，霧滴漂移散失少。美國ESS公司生產(chǎn)的GPS-5型氣助式靜電噴霧機噴霧時，氣體和藥液分別進入MaxChargeTM噴嘴，空氣沖擊藥液流形成成千上萬個微小霧滴，充電環(huán)為每個霧滴充電，然后，帶電霧滴被氣流吹出噴嘴，進入植物冠層，均勻吸附到葉片、瓜果的正反面。ESS公司相關數(shù)據(jù)表明，與常規(guī)噴霧相比，靜電噴霧系統(tǒng)在顯著增強病蟲害防治效果的同時，能減少農(nóng)用化學藥劑的使用，節(jié)約一半的用水量并減少50%以上的浪費和目標漂移。 1.2.4自動對靶施藥 自動對靶施藥技術是近幾年發(fā)展起來的一種高新技術，依據(jù)靶標特征、靶標的有無對靶標進行噴藥，提高藥液在目標作物上的附著率，減少藥液在非靶標區(qū)的沉降。高級的自動對靶技術不僅能判斷靶標的有無，還能判斷其大小、顏色及形狀，區(qū)分作物與雜草，做到真正意義上的對靶施藥。美國FMC公司生產(chǎn)的果園噴霧機，通過超聲波傳感器確定果樹形狀，使噴霧特性可以根據(jù)果樹形狀的變化而自動調節(jié)。采用自動對靶施藥技術，可以節(jié)約用藥60%～80% 。 1.2.5隧道循環(huán)式噴霧 1981年，Morgan首次提出了隧道式噴霧的想法，隨后被大量研究并逐步商業(yè)化。隧道循環(huán)式噴霧機的一個顯著特征就是有可以攔截回收藥液的罩蓋，循環(huán)方式主要分為兩種:泵循環(huán)和射流原理循環(huán)。MUNCKHOF公司制造的隧道循環(huán)式噴霧機采用泵循環(huán)方式 D.L.Reichard設計的隧道循環(huán)式噴霧機則采用射流原理。為了使藥液逃逸最小化，有些隧道循環(huán)式噴霧機采用“全封閉循環(huán)系統(tǒng)(closed loop system) 。隧道循環(huán)式噴霧機在很大程度上減少了藥液的飄失，聯(lián)邦德國農(nóng)林生物研究中心（CBBA)稱，隧道循環(huán)式噴霧機能減少藥液飄失90%。 1.2.6在噴霧機上安裝近紅外光電傳感器和控制電路 利用近紅外光的反射來辨別樹體，通過控制電路控制噴灑系統(tǒng)，進行針對性的噴霧，檢測到物體進行噴霧，行進到植株間距停止噴藥，既可節(jié)省農(nóng)藥，又減少了農(nóng)藥進入空間的機會。 1.2.7無人操作噴霧機 利用遠程遙控直升機施撒農(nóng)藥，避免操作人員受到農(nóng)藥的危害。無人飛機有飛行平臺(固定翼、單旋翼、多旋翼)、GPS飛控、噴灑機構三部分組成，通過地面遙控或GPS飛控，來實現(xiàn)噴灑作業(yè)，可以噴灑藥劑、粉劑等[16]。 1.3國內噴霧機械的發(fā)展現(xiàn)狀 我國的噴霧機起步較晚，上世紀80年代，以進口手動或踏板式噴霧機為主。隨后陸續(xù)研制推廣了多種類型的手動壓縮式噴霧機、手動背負式噴霧機、踏板式噴霧機、擔架式機動噴霧機、與拖拉機配套的牽引式或懸掛式噴桿噴霧機及風送噴霧機、航空噴霧噴粉機等噴霧機械。由于各種類型的手動噴霧器結構簡單，價格低廉，至今仍被廣泛使用，但普遍存在“跑、冒、漏、滴”現(xiàn)象，噴霧壓力不穩(wěn)定、霧化不均勻、霧滴穿透性差[2]。自20世紀70年代末80年代初開始，國內多家科研單位開始了噴霧機械的研究工作，相繼取得了一些科研成果。進入21世紀后，我國的“十五”攻關、“十一五”支撐項目以及“S6J項目”大大加快了我國植保機械的發(fā)展。例如:山天津農(nóng)機所研制的3WG-350型風送噴霧隨著果園規(guī)模化、現(xiàn)代化技術的推廣應用，機械化進程加快，小型風送噴霧機在國內已經(jīng)初具規(guī)模。 遼陽市農(nóng)機所研制了一種與28馬力拖拉機配套的牽引式風送噴霧機，南京農(nóng)機化所和蘇州農(nóng)業(yè)藥械廠研制了半懸掛式風送噴霧機，山東農(nóng)業(yè)大學研制了用于標準化植保作業(yè)的3MG-30彌霧機，農(nóng)機化研究所等單位研發(fā)了91 WZ-3 5型自走式風送噴霧機，該機由越野汽車的底盤設計而成，爬坡能力強，噴霧效果好，適用于草場大面積滅蝗作業(yè)。中國農(nóng)業(yè)大學研發(fā)了果園自動對靶靜電噴霧機，綜合運用風送噴霧、靜電噴霧與紅外線自動對靶技術，與傳統(tǒng)噴霧相比，可節(jié)省藥液50%。河北農(nóng)業(yè)大學成功研制了基于果園動力底盤的自走式果園風送噴霧機和以小型拖拉機為動力的懸掛式果園風送噴霧機，可以調整噴頭安裝角度和風機風量，節(jié)省藥液，霧滴細小，沉積性好。宋堅利等人針對籬架式果園的病蟲害防治工作，研制了II型循環(huán)式噴霧機，運用循環(huán)噴霧技術、霧滴攔截回收技術等，回收利用未沉積的農(nóng)藥，提高了農(nóng)藥的有效利用率，降低了對環(huán)境的污染，針對草類矮砧濃密的特點，2011年南京林業(yè)大學與南通廣益機電有限公司共同開發(fā)了履帶式噴霧機，邱威等人設計了3WZ-700型自走式風送定向噴霧機[7]。 1.4研究內容與方法 在充分調研和查閱相關文獻資料的基礎上確定整機的設計方案。根據(jù)四輪拖拉機有后動力輸出軸設計懸掛方式的機架。確定該機的工作原理，配套動力，系統(tǒng)組成等。整機的主要構成部分:機架、噴霧系統(tǒng)，傳動裝置、藥液箱、液泵、風機等部件。 該機的主要組成部件的設計選型。噴霧系統(tǒng)的設計、藥液泵的選擇、風機風量風壓的確定與選型、傳動裝置的設計。 2風送式噴霧機的總體設計 2.1風送式噴霧機的基本結構 通過對國內外噴霧機械進行了調研，對風送式噴霧機有關材料進行了廣泛的收集，同時對國內現(xiàn)有的噴霧機進行了認真的考察分析，從而提出了一種適合我國滅蝗的風送式的噴霧機。該噴霧機與拖拉機配套使用，懸掛方式為三點懸掛，了解到拖拉機大部分有直接后動力輸出。因此，它的動力直接由后動力輸出軸提供，結構示意圖如圖1，圖2所示。噴霧機主要由藥箱、液泵、管路系統(tǒng)、離心風機、風筒、噴頭和傳動裝置組成。 1. 風筒2.透明管3.進水管4.過濾器5.風機帶輪6.機架7.皮帶 8.扇葉9.風筒網(wǎng)面10.藥箱11.回水管12.噴桿13.藥箱蓋14.液泵帶輪15.傳動軸16.液泵 圖1-1風送式噴霧機的整體結構示意圖 圖2-1 風送式噴霧機三維結構圖 2.2工作原理 其工作原理是：該風送式噴霧機工作時，由拖拉機發(fā)動機的動力直接由后傳動軸經(jīng)萬向節(jié)傳至噴霧機輸出軸，由軸傳至后方的皮帶輪，由皮帶輪一級變速后帶動液泵和風機使其工作，液泵將藥箱內的藥液通過吸液管吸入泵腔加壓后，經(jīng)排液管壓送入風筒后側的噴桿，再由噴桿送到噴頭，由防滴噴頭霧化成的粗霧滴，然后由安放在機架上的風筒吹出的的高速氣流進一步霧化成以下的細小霧滴風送至機組后側，從而達到彌霧效果。 2.3結構方案的選擇 通過對國內外的噴霧機械進行了調研，對風送式噴霧機有關材料進行了廣泛的收集，同時對國內現(xiàn)有的噴霧機進行了認真的考察分析，從而提出了一種適合我國的小型風送式的噴霧機。該噴霧機15馬力以上拖拉機配套使用。按照在拖拉機上的布置方式，拖拉機的液壓懸掛裝置可分為前懸掛、后懸掛、側懸掛及軸間懸掛幾種形式，大多數(shù)拖拉機采用的是后懸掛，也可兼有前懸掛或軸間懸掛。后懸掛又分兩點懸掛與三點懸掛兩種，了解到四輪拖拉機大部分有直接后動力輸出軸，而且輪式拖拉機普遍為三點懸掛。因此懸掛方式選擇為三點懸掛。 三點懸掛式結構，它主要和帶有后動力輸出軸的小四輪拖拉機配卷使用，其動力直接使拖拉機后動力輸出軸經(jīng)萬向節(jié)傳送到皮帶輪，由皮帶輪變速傳遞給水泵和離心風機。 3. 噴霧系統(tǒng) 3.1噴桿的設計 噴桿是化學農(nóng)藥的輸送通道，因為化學農(nóng)藥帶有腐蝕性，噴桿的材料必須抗腐蝕性強。本課題中選用了不銹鋼管，鋼管外徑20mm,內徑16mm。在半圓形的噴桿上均勻分布著7個直徑為7mm的噴孔，噴孔與噴孔間的間距為。噴頭的進液孔卡在噴桿的噴孔上，由噴桿輸送來的高壓液流由噴頭霧化噴出。噴桿與噴頭的這種快速連接方式便于在不同噴霧作業(yè)下更換不同型號的噴頭。同時通過調節(jié)噴頭的幵關，來實現(xiàn)噴霧高度的調節(jié)。 3.2噴頭的選擇 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。 切向離心式噴頭：依據(jù)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(chǎn)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。 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(chǎn)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。 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(chǎn)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。 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。 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。 噴頭作為植保機械重要的工作部件，其質量的好壞對整機噴灑質量有著重要的影響。植保機械常用噴頭是傳統(tǒng)的圓錐霧噴頭，這種傳統(tǒng)的圓錐霧噴頭通用性強，價格便宜，可通過更換不同的噴片可以獲得一定質量的霧滴，但是這種傳統(tǒng)的圓錐霧噴頭一般直接靠螺紋與噴奸連接，容易產(chǎn)生農(nóng)藥泄露，造成藥液浪費和環(huán)境污染，所以，本課題選擇的型號JR6038縫隙式噴霧噴頭，如圖所示，不宜堵塞，耐磨性好，噴霧均勻，工作壓力100-200pa，噴霧量60-395L/h. 3.3液泵的選擇 植保機械常用泵有：活塞泵、隔膜泵、滾子泵、齒輪泵和離心泵等。選擇主要是根據(jù)所需液體的總流量（包括噴頭和液力攪拌）、壓力和藥液的種類。我國以前常用的三缸泵，因泵體運動部件與藥液直接接觸，活塞與好、缸體之間靠藥液潤滑，所以機器的運動部件腐燭嚴重，磨損快，泄漏多，使用壽命短，且泵的排量和壓力隨著機件的磨損而降低。這取選擇的是雙缸隔膜泵。氣動隔膜泵利用壓縮空氣做為動力源，是一種氣動式正向位移的自吸泵，在國內泵類產(chǎn)品中屬最新的一種泵類產(chǎn)品，是一種新型的輸送機械它是一種高效植保機械壓力泵，近年己獲得廣泛應用。與其裝相比，隔膜泵的特點是流量大、體積小、結構緊湊、操作維護方便，并且能夠在短時叫的脫水狀況下持續(xù)運轉。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，由隔膜將這些運動部件與帶有腐燭性的藥液隔開，這樣既保證運動部件有良好的潤滑條件，又避免了藥液的腐燭。 工作原理：空氣經(jīng)由氣閥壓縮進入膜片A之背面，由膜片擠壓液室。此種以空氣驅動的方式可免除一般活塞驅動之機械應力，從而顯著地延長膜片的壽命。在壓縮空氣將膜片A推離中心體時，另一端之膜片B同時被連結之中心軸拉向中心體，此時，膜片B背面之空氣由出口排放到泵體外。如此使B室形成真空狀態(tài)，因而能靠外面大氣壓力之作用將流體由入口支管將閥球推離閥座使流體能自由地進入B室直至填滿。當受空氣擠壓之膜片A達到其位移極限時，空氣 閥會將空氣引導至膜片B之背面，同樣形成擠壓力而使其推離中心體，同時將連結的膜片A拉回中心體，此時膜片B之驅動所產(chǎn)生的液壓將入口閥球推回閥座，同時將出口閥球推離閥座使流體能被擠壓而從出口排出泵體 外。膜片A被拉回中心體這個動作使A室形成真空狀態(tài)，因而能靠大氣壓力作用將流體由入口支管將閥球推離閥座而進入A室直至填滿。 通過在中心軸兩端固定的兩片隔膜的左右水平運動將材料壓送出去。左側空氣室b中，送入壓縮空氣使中心軸向左方向移動。材料室B中的材料被壓出，同時材料室A吸入材料。當中心軸向左移動到行程盡頭時，空氣交換閥換向，壓縮空氣被送入右側空氣室a，使中心軸向右方向移動。材料室A中的材料被壓出，同時材料室B吸入材料。這樣的動作往復進行材料就被連續(xù)的吸入和吐出。 圖3-2 隔膜泵的工作原理圖 風送式的噴灑噴頭個數(shù)為7個，所選噴頭在額定壓力的最大流量為1.5L/min。 計算得 V=6.58×7=46.06L 取 V=50L 選擇的隔膜泵的基本參數(shù)為50L/min,理論排量額定轉速800r/min。 3.4藥液箱容積計算 由于該機是后懸掛，在藥箱的容積選擇時要充分考慮到拖拉機的縱向穩(wěn)定性，后懸掛的藥箱降低了拖拉機的縱向穩(wěn)定性，尤其是在運輸狀態(tài)下。為了保證運輸時拖拉機的穩(wěn)定性和操縱性，藥箱的容積不宜過大，主要考慮拖拉機懸掛的極限重量。除此以外使用的地區(qū)、塊長度、噴霧幅寬以及額定施藥量的特點和要求，藥液箱的允許容積應盡可能大于或等于噴霧機往返一次的噴藥量。拖拉機的極限使用重量按下式計算： 圖3-3機組縱向穩(wěn)定性 根據(jù)式子 Gmax= （3-1） 式中 Gmax—懸掛農(nóng)機具的極限重量（kg）； Gs一拖拉機的使用重量(kg)； A—拖拉機重心到驅動輪支承點間的水平距離(mm)； B—懸掛農(nóng)具重心到驅動輪支承點間的水平距離(mm). 東方紅系列拖拉機的整地使用質量為1940kg, a為1034mm,b為692mm, 代入得： Gmax===1159.51kg 除此之外 V液≥ （3-2） 式中 V液一藥液箱允許容積(m3)； b一噴霧高度(m)； L一地塊長(m)； ?一額定施藥量(m3/畝)； 其中，b可忽略，L的參考長度約為1000-1500m。 表3-1 ?的取值參考表 噴施藥劑 噴液量（L/hm2） 噴施藥劑 噴液量（L/hm2） 土壤處理 200-500 觸殺性藥劑 200-500 葉面處理 100-150 殺蟲劑 100-150 計算得V液≥899L, 因此確定藥箱的容積為1000L 一箱藥液的噴灑時間t為: t==21.71min 藥箱材質玻璃鋼，有一定的防腐蝕功能。 4.風機參數(shù)的確定和選型 風機是風送式噴霧機的主要工作部件，風機的選型直接影響到噴霧機的工作效率和噴灑質量。噴霧機依靠風機鼓出的氣流將霧滴進一步破碎霧化，并使霧滴具有足夠的動能穿透作物枝葉。這樣，伴有微小氣流的霧滴就填充于作物枝葉間，使得葉背、葉面都粘著含有藥液的霧點風機選擇的要求。 （1）噴霧機是田間移動作業(yè)的機具，整機重量要輕，外形尺寸要小，因此相應要求配套的風機體積要小，重量要輕。 （2）風量要大，出口氣流速度要高，風壓也要求較高，以利于霧滴的霧化與遠距離輸送。 （3）風機轉速要高。 （4）風機效率要與噴霧機整機效率相適應，并與發(fā)動機配套。要使發(fā)動機功率有一定的儲備，保證發(fā)動機在額定轉速下工作，以達到滿意的噴灑效果。 風機選擇時應遵循以下幾點要求 （1）風機出口氣流速度盡可能大，使噴霧機的射程增大。 （2）在一定的功率和風壓條件下，風量應盡可能大。風量大可使噴灑的范圍加大，噴灑的均勻性好;同時，風量大還可以使風機的出口流速衰減較慢，在出口風速較低的情況下，也能達到射程較遠的效果。 （3）出口氣流不但應考慮盡可能大的軸向前進速度，而且還應考慮有適當?shù)幕剞D速度，使氣流邊回轉邊向前進。這樣雖然對提高射程有一定影響，但可以改善霧滴在作物間隙的穿透能力，使作物下部和葉背部能增加藥量。 （4）具有較高的風機效率。在正常情況下，風機應在高效區(qū)內工作。 （5）運轉平穩(wěn)，噪聲和震動要小。 （6）結構尺寸盡可能小，以減輕機具重量[10]。 其中主要是風機風量和風壓的確定，特別是風量的確定，風送式噴霧機中尤為重要。它不僅承載著二次霧化的功能，還擔負輸送霧滴，確保射程的重任。離心風機吹出帶有一定速度的風流。 4.1風量的確定 依掘作業(yè)要求和噴霧度大小，風送式噴霧機中風量的確定普遍采用的一種方法是置換原則和末速度原則。其原理是：噴霧機風機吹出的，帶有霧滴的氣流，應能驅除并完全置換風機前方直至草頭的空間所包容的全部空氣。另外，噴霧機的氣流到達草體時，其速度不能低于某一數(shù)值。因為在作業(yè)過程中，氣流不僅要攜帶霧滴，還要翻動草葉、驅除和置換樹體中原有的空氣，這些功能的實現(xiàn)，都要求氣流具有一定的動能[8]。也就是說，氣流到達樹體表面時，要有一定的速度，否則氣流進不了草體，只能繞草而過。 置換原理：這是目前果園風送噴霧機風量計算中普遍采用的一種方法。其原理為:噴霧機風機吹出的，帶有霧滴的氣流，應能驅除并完全置換風機前方直至果樹的空間所包容的全部空氣。 根據(jù)置換原理： 經(jīng)過一段距離所放出的風量 Q=VHBK1 （4-1） 式中： V—噴霧機速度(m/s)； H—植株高度(m)； B一噴霧機距離植株的距離，一般取100cm； K1—考慮到氣流的哀減和沿途的損失而確定的系數(shù)（1.3-1.6）； 根據(jù)風量相等的原理，風機吹出的，經(jīng)過截面的風量應等于風筒出風口吹出的風量乘上一個系數(shù)。 Q=NF1V1BK2=HBV2 （4-2） 式中 K2—與氣象條件，作物品種，枝葉的茂密程度等因素有關； N—出風口數(shù)量； F1一出風口面積； B一噴霧單位時間行進的距離； V1，V2—分別是出風口風速和氣流到達植株時的風速； 圖 4-1 置換定理 為了求得氣流到達植株時的最佳風速，我們找了風速測定試驗數(shù)據(jù)[9]，當氣流到達植株速度在8-10m/s也就是5級風左右時，草葉翻動明顯，小于時，草葉巳經(jīng)翻動已不明顯。 圖4-2風速與風壓的關系 經(jīng)過資料中的模擬實驗，我們求得風筒出風速度為20m/s，對環(huán)境風速在4.5m/s左右時，防飄效束最好。當出口風速為16m/s時，在3.5m/s時效果較好，按最大出風口速度計算，此吋風機風量為0.6m3考慮泄露及儲備風量，儲備系數(shù)選為1.2，可估測得風機風量Q=17800m3/h。 4.2風壓的確定 風機力損失主要表現(xiàn)為動壓損失： Pd=pv （4-3） 式中 p—空氣密度，取1.22kg/m3 v一氣流速度m/s； Pd=pv2=×1.22×202=244pa 4.3風機的選型 植保風機主要有離心式風機和軸流式風機。 離心式風機：風機在工作中，氣流由風機軸向進入葉片空間，然后在葉輪的驅動下一方面隨葉輪旋轉；另一方面在慣性的作用下提高能量，沿半徑方向離開葉輪，靠產(chǎn)生的離心力來做功的風機稱為離心式風機。 軸流式風機，就是與風葉的軸同方向的氣流(即風的流向和軸平行)，如電風扇,空調外機風扇就是軸流方式運行風機。軸流式風機又叫局部通風機，是常用的一種風機，它不同于一般的風機，外形就是一個筒形，用于局部通風，安裝方便，通風換氣效果明顯，安全，可以接風筒把風送到指定的區(qū)域； 圖4-3.軸流式風機 根據(jù)計算風機風量和風壓的數(shù)值，選擇了T35-11型軸流式風機，其參數(shù)如表所示 表4-1.T35-11型軸流式風機 型號 功率 風壓 風量 轉速 T35-11 2.5 279 18250 1450 5.傳動系統(tǒng)設計 傳動系統(tǒng)的設汁主要是針對有后動力輸出軸的拖拉機，把拖拉機發(fā)動機的動力傳遞給風送式噴霧機。前我國四輪拖拉機保有量逐年培加，各個品種系列產(chǎn)品也逐年上升，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化過程中的主要動力源。本課題描述的風送式噴霧機傳動系統(tǒng)利用，利用45號鋼傳動軸把動力傳到皮帶輪，經(jīng)皮帶輪的變速帶動離心風機和水泵。 5.1傳動軸的直徑計算 進行軸的強度校核計算時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力。這種方法是根據(jù)軸所受的扭矩來計算軸的強度，對于軸上還作用較小的彎矩時，通常采用降低許用扭轉切應力的辦法予以考慮[6]。通常在做軸的結構設計時，常采用這種方法估算軸徑。考慮到傳動軸應受力較大，所選材料為45號鋼。 實心軸的扭轉強度條件為： （5-1） 由上式可得軸的直徑 D≥A03√ （5-2） 式中： T為軸多受的扭矩（N·mm） 為軸的抗扭截面系數(shù)（mm3） n為軸的轉速，為2400（r/min） P為軸傳遞的功率（kw） d為計算截面處軸的直徑（mm） 表5-1 軸的材料和許用扭轉切應力 軸的材料 Q235，20 35 45 1Cr18Ni9Ti 40Cr,35SiMn, 2Cr13,42SiMn 12-20 20-30 30-40 15-25 40-52 A 160-135 135-118 118-107 148-125 100.7-98 因此D≥A03√=1103√=35.355 有2個鍵槽，加14%，即最低為42mm，取50mm 5.2皮帶的選型 傳動軸輸出的轉速為720r/min，而壓力泵和風機的轉速不同，差距較大，需要變速傳動，這里選擇了三角帶傳動。與其他傳動形式相比，三角帶傳動結構簡單，成本低，制造、使用、維護方便，能適應多種復雜的傳動形式；皮帶輪傳動能緩和載荷沖擊，行平穩(wěn)、低噪音、低振動；與平膠帶相比，它不易掉帶，帶輪安裝要求不太嚴格，允許兩輪中心面有較大的位置度和平行度偏差。 圖5-1.皮帶 5.3風機主從動帶輪直徑計算和皮帶的選型 風機的功率為2.5KW，風機的轉速為1450r/min，本文中選用東方紅系列拖拉機的后動力輸出軸轉速為720r/min,所示傳動比為: i=n2/n1 （5-3） 式中： n1一輸入轉速(r/min) n2一風機轉速(r/min) i=n2/n1=720/1450=0.49 傳動比≤5,這采用三角帶開放式傳動，傳遞功率為可選用A,B兩種型號，為減少三角帶根數(shù)，這里選用B型帶。 主帶輪計算直徑D1，機械設計手冊査表[19]，選用B型帶主帶輪直徑125mm. 從帶輪計算直徑為D2： D2=（1-ε）iD1 （5-4） 其中： ε一打滑率，取0.01 i一傳動比 D1一小帶輪直徑(mm） D2=（1-ε）iD1=(1-0.01)×0.49×125=61.44mm 取D2=62mm 帶速 V==4.70m/s 符合放式傳動的選用范圍。 初定中心距A0： 0.7（D1+D2）≤A0≤2（D1+D2） （5-5） 即144.9≤ A0≤414 根據(jù)設計需求，這里A0取380mm 三角帶長度為： L0=2A0+π()+=2×380+π()+=1104 機械設計冊查表，為使結構緊湊，Lp選用1058mm,Li=1025mm,（Li一內周長度) 曲饒次數(shù)： U=1000Zv/Li=1000×2×4.7/1125=26.48＜40 小帶輪包角 α1=180o__×60o=180-×60o=167.7＞120o 符合設計要求 機械設計手冊查表，當三角帶為B型時，帶速4.70M/S時，單根傳遞功率N0=2.58KW當包角為167°時，C1=0.98，選用K=0.8,則帶根數(shù)為： E===1.3 因此確定三角帶根數(shù)為2根 圖5-2帶傳動方幾何關系 5.4液泵主從動帶輪直徑計算和皮帶的選型 隔膜泵的功率為3KW，轉速為800r/min,需要皮帶傳動，傳動比為： i0=n3/n4 式中： n3一輸入轉速（r/min） n4一隔膜泵轉速（r/min） i0=n3/n4=720/800=0.9 傳動比≤5,傳動功率3KW，這采用三角帶開放式傳動，傳遞功率為可選用A,B兩種型號，為減少三角根數(shù)，這里選用B型帶。 主帶輪計算直徑D3，機械設計手冊査表，選用B型帶主帶輪直徑125mm. 從帶輪計算直徑為D4： D4=（1-ε）i0D3=（1-0.01）×0.9×125=111.37mm 取整D4=112mm 帶速 V1==4.69m/s 符合放式傳動的選用范圍 初定中心距A1： 0.7（D3+D4）≤A1≤2（D3+D4） 即 165.90≤ A1≤474 這里取A1=365mm 三角帶長度為： L0=2A1+π()+=2×365+π()+=1742 機械設計冊查表，為使結構緊湊，Lo選用1694mm,Lo1=1661mm,（Lo1一內周長度) 曲饒次數(shù)： U1=1000Zv1/Lo1=1000×2×4.69/1661=18.9＜40 式中： Z—帶輪數(shù)，符合要求。 小帶輪包角 α2=180o__×60o=180-×60o=148.1＞120o 符合設計要求 機械設計手冊查表，當三角帶型B，帶速15.7M/S時，單根傳遞功率N0=2.24KW當包角為150°時，C2=0.86，選用K2=0.8,則三角帶根數(shù)為： E===1.8911 因此確定三角帶根數(shù)為2根 總 結 2015年10月，我開始了我的畢業(yè)設計工作，時至今日，設計基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個設計過程難以用語言來表達。歷經(jīng)了六個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設計終于落下了帷幕。回想這段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設計的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。 在設計的過程中，主要任務有：（1）結構的設計；（2）噴霧系統(tǒng)的設計；（3）風機系統(tǒng)設計： （4）主從輪帶傳動比計算分析；該機具有作業(yè)效率高，噴霧效果好，機動靈活等特點。 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，工程材料，機械設計等等。通過設計實踐，提高我計算、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。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，我還對學習過的知識進行了鞏固，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、PPT等軟件。 當我終于完成了所有制圖、撰寫、校對的任務后整個人都很累，但同時看著電腦熒屏上的畢業(yè)設計時我的心里是甜的，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)設計的制作過程是我的一次再學習，再提高的過程。在設計中我充分地運用了大學期間所學到的知識。 我不會忘記這難忘的幾個月的時間。畢業(yè)設計給了我難忘的回憶。在我徜徉書海查找資料的日子里，面對無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時的激動和興奮；親手設計三維圖的時間里，記憶最深的是每一步小小思路實現(xiàn)時那幸福的心情。這段旅程看似荊棘密布，實則蘊藏著無盡的寶藏。在整個過程中，我學到了新知識，增長了見識。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實自己，爭取在該領域有所作為。 腳踏實地，認真嚴謹，實事求是的學習態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學習和工作有很大的幫助。 致 謝 在本設計的完成過程中，我的導師馬少輝老師給予了我悉心指導和熱情鼓勵，使我順利完成了設計的工作。他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的知識和執(zhí)著的敬業(yè)精神給我留下了深刻印象。激勵我克服困難，廣泛涉獵新思想、新理論，不斷地探求新的科學發(fā)展。同時，也讓我懂得如何去踏踏實實地工作、勤勤懇懇地做人。同組的同學也給了我許多的幫助，也讓我喜歡上了在一起討論的氛圍。 在此，向馬少輝老師表示衷心的感謝和誠摯的敬意。同時，感謝在做設計過程中為我提供便利和幫助的老師和同學們。感謝班級的所有同學們，感謝我們在一起度過的這段忙碌又偷快的時光。在此，向所有關心和幫助過我的老師、同學和朋友表示由衷的謝意!衷心地感謝在百忙之中評閱說明書和參加答辯的各位老師! 參考文獻 [1] 劉彥琦.草原蝗蟲成因及機械防治[J]內蒙古草業(yè)，2004, 16 (1):30-32. 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