CN105032647B - 一种静电药液喷射平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静电药液喷射平台。所述平台能实现静电喷雾药液的单雾滴直线喷射，使喷雾雾滴粒径基本相同，且可实现喷射速度的实时调节，为静电喷雾雾滴沉积及运动特性的测量提供了一种新的手段。所述装置主要由静电储液装置、升压稳压装置、流速调节器及喷头喷嘴组成。
Description
技术领域
本发明属于农业装备领域，特别提供了一种静电药液喷射平台。
背景技术
申请号为201310388378.9的中国专利《一种喷射点胶阀装置及喷射点胶方法》公开了一种喷射点胶阀装置及喷射点胶方法，该点胶阀装置为气动点胶，供胶阀转盘旋转使底部孔与出胶口重合，供胶阀内充入大气通过气压将供胶阀的胶液压出，再通过弹簧推动活塞带动撞针向下运动，完成喷射形成胶滴。此类液体喷射装置采用气动式，液体装入压力桶，压缩空气进入压力桶(储料桶)，将液体压进与料缸室相连的进给料管中。
申请号为201110214829.8的中国专利《一种高精度点胶阀》公开了一种高精度点胶阀，该阀阀体中开有滑道，由步进马达驱动注射杆在滑道中上下滑动，挤压液体通过排液接头形成液滴滴落。申请号为200810065988.4的中国专利《电动点胶装置及其工作方式》公开了一种电动点胶装置及其工作方式，该装置通过电机转动带动螺杆在沿螺母产生螺旋运动，推动动活塞发生轴向运动，作用在液体上产生液滴。此类液体喷射装置采用电动式，通过转子在定子腔的定向旋转作用，实现介质输送功能。
传统液体喷射装置多采用气动式和电动式。但该类喷射装置喷出的液体多液滴分散，均匀程度低，对于分散的液滴其每个液滴的特性千差万别，特别是对覆盖率，均匀性要求高的农业病虫害的防治无法达到理想的要求；其次在试验研究中普通喷射装置只能分析其雾滴群的整体特性，对于单个雾滴特性及运动状态的精确描述无法实现。
目前有些实现雾滴均匀喷射的装置。
申请号为200580014141.8的美国专利《高频点滴喷射装置和方法》公开了一种高频点滴喷射装置和方法，该装置通过施加驱动脉冲使压电制动器变形从而改变腔室的体积，以促使点滴喷射装置喷射点滴。
申请号为201110367491.X的中国专利《一种基于隔膜和电磁激振器的药液喷射装置》公开了一种基于隔膜和电磁激振器的药液喷射装置，该装置通过电磁激振器带动推杆运动使隔膜变形，通过挤压外壳生成单个直线型液滴。
但此类专利整体装置无法实现静电药液的喷射，且无法对滴速进行调节。因此本专利提出一种静电药液喷射平台，使容器腔与喷头间形成稳定压差实现雾滴的均匀喷射，通过流速调节机构调节液滴滴速，为静电喷雾过程中雾滴特性的测量提供了依据。
发明内容
本发明的目的是喷射出单个直线型静电液滴，特提供了一种静电药液喷射平台。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种静电药液喷射平台，包括静电药液喷射装置、静电储液装置和调节平台；
所述静电储液装置包括高压发生器、桶体充电电极和储液桶；所述储液桶下端安装有桶体充电电极，桶体充电电极与高压发生器负极相连给药液充电；
所述静电储液装置用于产生静电药液并供给升压稳压装置；进液口中设置一锥形阀芯的液控单向阀，保证了液体在压力差作用下被吸入和液滴喷射时封闭进液口。
所述静电药液喷射装置包括升压稳压装置、流速调节机构和喷嘴；所述升压稳压装置左下端通过液控单向阀与静电储液装置相连，右下端通过开关阀与流速调节结构相连，所述流速调节结构下端与喷嘴连接；
所述调节平台包括XYZ三方向调节机构；X方向调节机构包括移动平台III，底座和手动推杆；Y方向调节机构包括移动平台II，定位螺钉II和支座；Z方向调节结构包括载物台，移动轴，定位螺钉I和载物台底座组成；
所述静电药液喷射装置通过软管与静电储液装置相连，静电储液装置(112)置于调节平台一侧，静电药液喷射装置固定在调节平台的移动平台II上。
所述移动平台II一侧设有卡槽，静电药液喷射装置通过锁定螺钉固定在移动平台II的卡槽内。所述卡槽上开螺纹孔，螺纹孔中心至卡槽侧边的距离小于静电药液喷射装置容器腔直径。
所述流速调节结构与喷嘴之间还设有安全阀；所述升压稳压装置与开关阀之间通过螺纹连接。
所述静电储液装置的储液桶的上端开有一系列圆孔，保证储液桶中的压强等于大气压。
所述流速调节结构包括滚轮，软管和固定室；所述固定室一端为斜面，另一端为竖直面，且固定室上一端斜面上开有斜槽，滚轮固定在斜槽上来回滚动。
所述升压稳压装置包括容器腔、活塞、弹性球膜、挡板；所述容器腔与活塞紧密配合；所述活塞的上方设有挡板，挡板与容器腔之间固定连接，挡板一侧设有斜板；所述活塞一侧的横杆上设有弹性球膜，所述弹性球膜另一端抵在挡板一侧的斜板上滑动。
所述升压稳压装置用于吸取静电药液，并进行稳定升压；
所述活塞上放置配重物，所述挡板与容器腔之间采用铸成整体或螺纹连接，
所述弹性球膜与挡板的斜板为滑动副，且当推杆在最底端的时候，两者轻触，弹性球膜不发生形变，弹性球膜和挡板的结构与液体性质之间的关系为：
μ·k1·tanα＝ρ×g×πR2；
其中，μ为球膜与挡板间的动摩擦系数，k1为弹性球膜的刚度系数，α为挡板一侧斜板与水平方向的夹角，ρ为液体密度，g为重力加速度，R为容器腔底部直径。
所述配重物的质量、容器腔的结构与喷嘴入射口安全阀的开启压力之间的关系为：
其中，F为容器腔底部出液口所承受的压力，m为重物块质量，g为重力加速度，r为容器腔底部出液口直径，R为容器腔底部直径，F’为喷嘴入射口安全阀的泄放压力，P为喷射水压，S为喷嘴出口面积。
所述容腔体、液控单向阀、活塞、安全阀及软管均采用绝缘材质，所述绝缘材料包括聚四氟乙烯、丁晴橡胶、亚克力板棒、氯丁橡胶、氟橡胶、聚偏氟橡胶。
容积腔左下端通过液控单向阀与静电储液装置相连，右下端连接有开关阀；吸取药液时，开关阀关闭，推动活塞向上运动，由于此时容器腔中的压强小于大气压强，储液桶中的静电药液进入容器腔；喷射药液时，活塞上放置有重物块，此时容器腔中压强高于大气压强，开关阀打开，转动流速调节机构中滚轮至合适位置，单个直线型静电液滴开始喷射。
流速调节结构的固定室一端为斜面，另一端为竖直面，滚轮固定在斜面轨道槽上来回滚动，向下滚动过程中挤压软管，软管截面积减小，药液流量减小，由于喷嘴出口截面积保持不变，液滴滴下速度减小。
软管通过安全阀与喷嘴连接，涡卷弹簧外平面与容器腔固联，安全阀通过涡卷弹簧固定在容器腔上。常温下，喷嘴入射角越大，喷雾雾锥角也越大，为获得直线型单个液滴，喷头导管入口采用入射角为0度，液滴在配重物的作用下从喷嘴口压出。本发明的药液供给装置的特征由喷嘴所喷出的液滴尺寸可达到200um-1000um，此装置雾滴大小主要由喷嘴孔径决定。
本发明的有益效果为：
本发明实现了静电单雾滴直线喷射，为静电雾滴的沉积及静电喷雾过程中雾滴特性的测量提供一种新手段；实现静电雾滴喷射过程中的滴速可调，可适用于不同场合的测量；静电药液喷射过程中，由于单雾滴喷射，药液流量较小，故采取手动吸取药液，无动力装置，结构简单可靠。
附图说明
图1为静电药液喷射平台结构简图。
图2为喷射装置吸取药液过程工作简图。
图3为喷射装置喷射药液过程工作简图。
图4为流速调节机构工作简图。
附图标记说明：
111.静电药液喷射装置，112.静电储液装置，113.锁定螺钉，211.移动平台II，212.定位螺钉II，213.支座，214.载物台，215.移动轴，216.定位螺钉I，217.载物台底座，218移动平台III，219.底座，220.手动推杆；
1.高压发生器，2.桶体充电电极，3.储液桶，4.液控单向阀，5.容器腔，6.配重物，7.活塞，8.弹性球膜，9.开关阀，10.流速调节结构，11.安全阀，12.喷嘴，13.滚轮，14.软管，15.固定室，16.涡卷弹簧，17.挡板。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例：喷射装置在农业喷雾上的应用
此静电药液喷射装平台由静电储液装置、调节平台、升压稳压装置、流速调节机构和喷嘴组成；其中升压稳压装置左下端通过液控单向阀4与静电储液装置相连，右下端通过开关阀9与流速调节结构10相连，升压稳压装置与开关阀9之间通过螺纹连接，流速调节结构10与喷嘴12之间连有安全阀11；静电储液装置中储液桶3上端桶体充电电极2安放于储液桶3下端，高压发生器1负极与桶体充电电极2相连给药液充电；升压稳压装置中活塞7与容器腔5紧密配合，配重物6放置在活塞7上，挡板17与容器腔5之间采用铸成整体或螺纹连接，弹性球膜8一端固定于挡板17上，一端抵在在挡板17上滑动；
静电药液喷射装置实现静电药液喷射时包括静电药液吸取和静电药液喷射两个过程；吸取过程中，手动推动推杆向上移动，容器腔内可变容积增大，与储液桶的形成压力差，液控单向阀打开将静电药液吸入容器腔；喷射过程中，打开开关阀，配重物带动推杆挤压容器腔底部，达到底部安全阀开启压力F时安全阀11开启，要求软管14中药液压力大于等于安全阀11的泄放压力。转动滚轮至合适位置，挤压软管14，改变截面积，即可按一定速度挤压出连续的单个雾滴。
其结构设计如下：
a：安全阀的泄放压力
由公式F＝k2·X计算
其中：k2为安全阀中弹簧B的刚度系数(N/mm)，X为弹簧缩短的长度(mm)，本例中药液喷射过程中弹簧变形量即为喷嘴出口直径d。
b：弹性球膜的结构
弹性球膜工作中属于回位-压缩-回位过程，假设静电药液喷射装置初始及最终工作状态为容器腔中无药液或喷射完全，则工作结束弹性球膜处于放松状态，为保持液滴滴落过程中容器腔中压强恒定，弹性球膜的刚度系数及挡板结构如下：
μ·k1·tanα＝ρ×g×πR2；
其中，μ为球膜与挡板间的动摩擦系数，k1为弹性球膜的刚度系数，α为挡板上部倾斜部分与水平方向的夹角，ρ为液体密度，g为重力加速度，R为容器腔底部直径。
c：配重物质量的计算：
假设静电药液喷射装置最终工作状态为容器腔中的药液喷射完全，配重物质量计算公式如下：
其中，m为重物块质量，P为喷射水压，S为喷嘴出口面积，g为重力加速度，F’为喷嘴入射口安全阀的泄放压力，r为容器腔底部出液口直径，R为容器腔底部直径。
d：流速调节的计算：
由于流速调节机构的流速计算公式如下：
其中，Q为流量，μ为流量系数，与管子的形状有关，一般为0.6～0.65，A为液体流过管子截面积，ΔP通过流速调节机构前后压力差，ρ为液体密度，v液滴流速，S为喷嘴出口面积。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种静电药液喷射平台，其特征在于，包括静电药液喷射装置(111)、静电储液装置(112)和调节平台；
所述静电储液装置(112)包括高压发生器(1)、桶体充电电极(2)和储液桶(3)；所述储液桶(3)下端安装有桶体充电电极(2)，所述桶体充电电极(2)与高压发生器(1)负极相连给药液充电；
所述静电药液喷射装置(111)包括升压稳压装置、流速调节机构(10)和喷嘴(12)；所述升压稳压装置左下端通过液控单向阀(4)与静电储液装置(112)相连，右下端通过开关阀(9)与流速调节结构(10)相连，所述流速调节结构(10)下端与喷嘴(12)连接；
所述调节平台包括XYZ三方向调节机构；X方向调节机构包括移动平台III(218)，底座(219)和手动推杆(220)；Y方向调节机构包括移动平台II(211)，定位螺钉II(212)和支座(213)；Z方向调节结构包括载物台(214)，移动轴(215)，定位螺钉I(216)和载物台底座(217)；
所述静电药液喷射装置(111)通过软管与静电储液装置(112)相连，静电储液装置(112)置于调节平台一侧，静电药液喷射装置(111)固定在调节平台的移动平台II(211)上。
2.根据权利要求1所述的一种静电药液喷射平台，其特征在于，所述移动平台II(211)一侧设有卡槽，静电药液喷射装置(111)通过锁定螺钉(113)固定在移动平台II(211)的卡槽内。
3.根据权利要求2所述的一种静电药液喷射平台，其特征在于，所述卡槽上开螺纹孔，螺纹孔中心至卡槽侧边的距离小于静电药液喷射装置(111)容器腔直径。
4.根据权利要求1所述的一种静电药液喷射平台，其特征在于，所述流速调节结构(10)与喷嘴(12)之间还设有安全阀(11)；所述升压稳压装置与开关阀(9)之间通过螺纹连接；所述储液桶(3)的上端开有一系列圆孔。
5.根据权利要求1所述的一种静电药液喷射平台，其特征在于，所述流速调节结构(10)包括滚轮(13)，软管(14)和固定室(15)；所述固定室(15)一端为斜面，另一端为竖直面，且固定室(15)上一端斜面上开有斜槽，滚轮(13)固定在斜槽上来回滚动。
6.根据权利要求1所述的一种静电药液喷射平台，其特征在于，所述升压稳压装置包括容器腔(5)、活塞(7)、弹性球膜(8)、挡板(17)；所述容器腔(5)与活塞(7)紧密配合；所述活塞(7)的上方设有挡板(17)，挡板(17)与容器腔(5)之间固定连接，挡板(17)一侧设有斜板；所述活塞(7)一侧的横杆上设有弹性球膜(8)，所述弹性球膜(8)另一端抵在挡板(17)一侧的斜板上滑动。
7.根据权利要求6所述的一种静电药液喷射平台，其特征在于，所述活塞(7)上放置配重物(6)，所述挡板(17)与容器腔(5)之间采用铸成整体或螺纹连接；所述流速调节结构(10)的软管(14)通过安全阀(11)与喷嘴(12)连接，所述安全阀(11)通过涡卷弹簧(17)固定在容器腔(5)上，所述涡卷弹簧(17)外平面与容器腔固联。
8.根据权利要求6所述的一种静电药液喷射平台，其特征在于，所述弹性球膜与挡板的斜板为滑动副，且弹性球膜(8)和挡板(17)的结构与液体性质之间的关系为：
μ·k1·tanα＝ρ×g×πR2；
其中，μ为球膜与挡板间的动摩擦系数，k1为弹性球膜的刚度系数，α为挡板一侧斜板与水平方向的夹角，ρ为液体密度，g为重力加速度，R为容器腔底部直径。
9.根据权利要求7所述的一种静电药液喷射平台，其特征在于，所述配重物(6)的质量、容器腔(5)的结构与喷嘴入射口安全阀的开启压力之间的关系为：
其中，F为容器腔底部出液口所承受的压力，m为重物块质量，g为重力加速度，r为容器腔底部出液口直径，R为容器腔底部直径，F’为喷嘴入射口安全阀的泄放压力，P为喷射水压，S为喷嘴出口面积。
10.根据权利要求4、6-7任一项所述的一种静电药液喷射平台，其特征在于，所述容器腔(5)、液控单向阀(4)、活塞(7)、安全阀(11)及软管(14)均采用绝缘材质，所述绝缘材质包括聚四氟乙烯、丁晴橡胶、亚克力板棒、氯丁橡胶、氟橡胶、聚偏氟橡胶。
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