CN105831054A - 一种强力风送远程施药装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种强力风送远程施药装备，属于农业机械技术领域。该装备包括支撑在具有牵引轮的机架上的药液箱，机架的一端安置动力源于牵引机的传动轴，另一端安置叶轮轴铰支在机架上的离心风机；风机蜗壳的出风口装有导流风筒，导流风筒的出口上部安装可调角度的导流罩，导流罩外端的上侧和下侧分别装有喷射部件；药液箱经泵增压管路接喷射部件，传动轴经联轴器与风机叶轮传动连接；风机处的机架铰装有转位液压缸，液压缸的活塞杆外端与风机蜗壳铰接。本发明不仅雾滴向远程分布，在沉降区域内的靶标作物上形成有效覆盖；而且使雾滴具有理想的穿透性，减少农业面源污染，保障农产品质量安全。

Description

一种强力风送远程施药装备

技术领域

本发明涉及一种作物的施药装备，尤其是一种针对高秆作物的强力风送远程施药装备，属于农林业植物保护技术领域。

背景技术

据申请人了解，长期以来玉米、甘蔗等高秆作物的病虫害防治作业主要依靠背负式手动(电动)喷雾器、背负式动力喷雾喷粉机等小型机具，而油菜、棉花等作物生长后期交叉封行，传统施药机具无法进入田间进行喷洒作业，一旦该类作物遭遇暴发性的病虫害，往往难以得到有效控制，造成农作物大量减产，甚至是绝收。

近年来，针对高秆作物的病虫害防治需求研发的高地隙(高架式)喷杆喷雾机虽可在玉米等高秆作物的行间行走并进行喷洒作业，但由于缺乏风力辅助，单纯液力喷洒的药液雾滴很难到达植株的中、下部及叶片背面，因而不能得到满意的防治效果，并且容易造成环境污染。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述技术存在的缺点，提出一种针对高秆作物的强力风送远程施药装备，该装备不仅能使农药雾滴向远程均匀分布，而且能使雾滴具有理想的穿透性，从而显著提高药液在靶标作物中、下部及叶背的覆盖密度，以便在实现高效病虫害防治的同时，尽可能减少农业面源污染，保障农产品质量安全。

为了达到以上目的，本发明的强力风送远程施药装备的基本技术方案：

包括支撑在具有牵引轮的机架上的药液箱，所述机架的一端安置动力源于牵引机的传动轴，另一端安置叶轮轴铰支在机架上的离心风机；所述风机的蜗壳的出风口装有导流风筒，所述导流风筒的出口上部安装可调角度的导流罩，所述导流罩外端的上侧和下侧分别装有喷射部件；所述药液箱经泵增压管路接所述喷射部件，所述传动轴经联轴器与所述风机叶轮传动连接；所述风机处的机架铰装有转位液压缸，所述液压缸的活塞杆外端与风机蜗壳铰接。

工作时，本发明的施药装备随牵引机行进，药液箱的药液由喷射部件喷洒，而风机产生的强力气流使得喷洒出的农药雾滴向远程分布，并在沉降区域内的靶标作物上形成有效覆盖；而且借助转位液压缸可以方便地改变风机出风口的方向，进而调整导流风筒和喷射部件的方向，而通过调节可调角度的导流罩则可调节喷射相对于气流的方向，从而使施药装备处于最佳工作状态，使雾滴具有理想的穿透性，显著提高药液在靶标作物中、下部及叶背的覆盖密度，实现玉米、甘蔗等高秆作物的高效病虫害防治作业，解决油菜、棉花等作物封行后的机械化植保难题，在保障粮食安全及重要农产品的有效供给的同时，减少农业面源污染，保障农产品质量安全。

进一步，所述蜗壳两端面外侧分别设有风机蜗壳安装板并形成一对对称的台阶形圆环凹槽，所述机架上固定设置一对环形凸缘，所述环形凸缘与所述台阶形圆环凹槽采用间隙配合连接支撑所述蜗壳。

进一步，所述导流风筒由自下至上渐缩的收缩段、下直段、圆弧弯管段、上直段按序连通而成。

进一步，所述导流风筒的上直段外端上部通过铰销铰装导流罩；所述导流罩呈具有外伸倾斜端面的帽檐状，且后端的下部呈以所述铰销为圆心的圆弧状，并借助安装在导流风筒上的锁紧装置锁定。

进一步，所述导流罩外端的上侧和下侧分别装有上、下喷射部件，所述收缩段的上部装有朝前的底喷射部件。

进一步，所述上、下喷射部件分别由两侧的大孔径圆锥雾喷嘴和中部的中孔径圆锥雾喷嘴组成，所述底喷射部件由远射雾喷嘴、小孔径圆锥雾喷嘴和扇形雾喷嘴构成。

再进一步，所述隔膜泵的回水口通过回水管路与安装于药液箱内部的回水射流搅拌装置相连接。

附图说明

图1是本发明一个实施例的立体分解结构示意图。

图2是图1实施例的机架未安置药液箱的结构示意图。

图3是图1实施例的角度调节结构示意图。

图4为图1实施例的强力气流辅助喷雾与液力高压喷雾覆盖区间叠加示意图，其中G为高压液力喷雾覆盖区域，G1为扇形雾喷嘴区域、G2为圆锥雾喷嘴区域、G3为远射雾喷嘴区域；Q为强力气流辅助喷雾覆盖区域，Q1为中孔径圆锥雾喷嘴区域，Q2为大孔径圆锥雾喷嘴区域。

具体实施方式

实施例一

申请人认为有必要介绍本实施例的下述基本情况：该强力风送远程施药装备由传动系统、喷雾系统、强力风送系统、液压转向机构、牵引式机架等几部份组成，各部分的结构原理及创新详述如下。

1.传动系统——包括万向联轴结、传动轴、齿轮传动箱，齿轮传动箱主要由箱体、低速齿轮、动力输入轴、高速齿轮、动力输出轴等组成。由于该施药装备的隔膜泵与风机叶轮的驱动采用配套拖拉机的动力输出，因此配套拖拉机的动力输出轴，通过万向联轴结、传动轴与隔膜泵转轴的一端连接，隔膜泵转轴的另一端通过万向联轴结、传动轴与齿轮传动箱的动力输入轴连接，齿轮传动箱的动力输出轴与多翼型风机的叶轮连接。由于拖拉机的动力输出通常有540r/min的档位，而本施药装备的多翼型风机的额定转速为2200r/min，因而本施药装备设计有传动比为1：4的齿轮传动箱，使得本施药装备可与雷沃、东方红等国内量大、面广的拖拉机机型相匹配。其特点是隔膜泵与风机叶轮的驱动是直接采用配套拖拉机的动力输出，并设计了专用增速齿轮传动箱，满足了本施药装备多翼型风机高转速的要求。

2.喷雾系统——包括隔齿轮膜泵、药箱组、喷射部件、喷雾管路系统，回水射流搅拌装置、流量分配阀、过滤器，喷雾管路系统主要由进水管路、回水管路、出水管路组成。其中，药箱组由原药箱、混合药箱、水箱组成。原药箱用于盛装农药原液，混合药箱用于盛装配制好的农药水溶液，清水箱用于盛装洗手及喷雾管路清洗所需的清水。配套拖拉机的动力输出轴通过万向联轴结、传动轴与隔膜泵转轴的一端连接，用来驱动隔膜泵运转。隔膜泵的吸水口通过喷雾管路系统的进水管路与药箱相连接，药箱中的药液经进水管路被隔膜泵吸入并加压后，进入喷雾管路系统的出水管路。出水管路分为两路，一路与安装在导流风筒出风口的喷射部件相连接，另一路与安装在导流风筒中部的喷射部件相连接，2处的喷射部件可同时进行高压喷雾。隔膜泵的回水口通过喷雾管路系统的回水管路与回水射流搅拌装置相连接，回水射流搅拌装置安装于药箱内部，回水管路中的药液通过回水射流搅拌装置形成射流，用于将药箱中的药液搅拌均匀。

为使得农药雾滴在全喷幅范围内均匀分布，并增加农药雾滴在植株冠层内的穿透性，提高病虫害防治效果，本施药装备采用气液组合式远程均匀喷雾(即强力气流辅助喷雾+液力高压喷雾)。为此，本施药装备在导流风筒的出风口，以及导流风筒的中部均安装有喷射部件。导流风筒出风口的喷射部件由10只喷嘴组成，其中4只为Ф2mm的大孔径圆锥雾喷嘴，另外6只为Ф1.5mm的中孔径圆锥雾喷嘴，风机产生的强力气流使得2种喷嘴喷洒出的农药雾滴向远程分布，并在沉降区域内的靶标作物上形成有效覆盖(Ф2mm喷嘴喷洒的雾滴覆盖于最远的区域，Ф1.5mm喷嘴喷洒的雾滴覆盖于近一些的区域)；导流风筒中部的喷射部件由3只喷嘴组成，其中1只为Ф2mm的远射雾喷嘴，1只为Ф1.2mm的小孔径圆锥雾喷嘴，另1只为扇形雾喷嘴，通过液力高压喷雾使得3种喷嘴喷洒出的农药雾滴在近田块(即气流输送的雾滴尚未沉降的区域内)的靶标作物上形成有效覆盖，远射雾、圆锥雾和扇形雾3种雾型的组合喷洒，有效提高了农药雾滴在近田块的分布均匀性；通过气流辅助喷雾与液力喷雾2个覆盖区间的科学叠加，使得农药雾滴在全喷幅范围内均匀分布。其独特之处为气液组合式远程均匀喷雾，即强力气流辅助喷雾与液力高压喷雾的有效组合，不仅能使农药雾滴远程均匀分布，而且能增强雾滴的穿透性，明显提高药液在靶标作物中、下部及叶背的覆盖密度，因而在耕作道上即可进行高效的病虫害防治作业，从而有效解决我国玉米、甘蔗等高秆作物，以及油菜、棉花等作物封行后的机械化植保难题。

3.强力风送系统——包括多翼型风机、导流风筒、导流罩、风机蜗壳安装板；风筒转向机构包括风机蜗壳安装板、液压油缸；牵引式机架包括牵引轮、机架等。该强力风送远程施药装备可与拖拉机相配套，一方面，拖拉机可牵引施药装备前进、后退、转向，实现施药装备的动态作业与田间转移，另一方面，拖拉机的动力输出轴通过施药装备的传动系统来驱动喷雾系统的隔膜泵与风力辅助系统的风机叶轮运转，实现施药装备的风送远程喷雾。配套拖拉机的动力输出轴通过万向联轴结、传动轴与隔膜泵转轴的一端连接，隔膜泵转轴的另一端通过万向联轴结、传动轴与齿轮传动箱的动力输入轴连接，齿轮传动箱的动力输出轴与多翼型风机的风机叶轮连接，用来驱动风机叶轮的高速运转。风机叶轮安装在风机蜗壳内，风机蜗壳与导流风筒连接，导流风筒出风口的上部安装有帽沿式导流罩。其的独特之处包括：

3-1.能产生强力气流的多翼型风机的设计——强力气流是实现远程喷雾，以及确保雾滴在靶标作物冠层内的穿透性的必要条件。通过设计计算，当该施药装备喷雾幅宽≥50m时，风机的风压需≥3KPa、风量需≥26000m³/h。而目前已有风机或者风量、风压过低，不能满足喷雾幅宽要求，或者风机体积过大，不能满足整机轻量化、小型化(便于在田间行走)的要求。为此，本施药装备创新研制的专用风机采用高转速、双进风、多翼型、前向叶片设计，额定转速2200r/min、全风压3.3KPa、风量28800m³/h，而风机体积仅为已有同风压、同风量产品的2/3；

3-2.低风能损失的导流风筒——根据液体力学原理，进行了低风能损失的导流风筒的设计。该导流风筒包括收缩段、下直段、圆弧弯管段、上直段4段，其中收缩段的扩口与风机蜗壳相连接，缩口与下直段相连接，下直段与上直段通过圆弧弯管段连接。下直段、上直段均与圆弧弯管段相切，下直段与上直段之间呈135°的大夹角，4段的截面均为正方形。风机叶轮高速旋转产生的强力气流通过导流风筒的收缩段后，风速、风压得到进一步增加。导流风筒截面的正方形设计，下直段、上直段的大夹角设计，以及与圆弧弯管段的相切设计则有效降低了风能的损失；

3-3.帽檐式导流罩的设计——导流风筒出风口的上部安装有帽檐式导流罩，该导流罩有利于形成下压气流，从而提升农药雾滴向靶标作物中、下部穿透的能力，增加农药雾滴在植株中、下部的沉积率，从而有效高对高秆作物中、下部病虫害的防治效果。导流罩的安装角度可在0～-5°之间调节，以满足田间不同气象条件对喷雾的不同要求，例如当田间的自然风速较大，或是有较强的上升气流时，调低导流罩的安装角可有效减少农药雾滴向非靶标区域的漂移。

4.风筒转向机构——为使得风机蜗壳(连同导流风筒)能灵活转动方向，从而改变施药装备的喷雾角度，该施药装备还设计有风筒转向机构，具体结构如下：传动箱体安装在机架上，传动箱体上设计有一个环形的凸缘，风机蜗壳与风机蜗壳安装板之间通过螺栓紧固连接，并形成一个环形的卡槽，该环形卡槽与传动箱体上的环形凸缘之间采用间隙配合连接，并涂有润滑黄油，传动箱体上的环形凸缘对风机蜗壳既起到安装、支撑作用，又起到滑动轴承座的作用。导流风筒与风机蜗壳之间通过螺栓紧固连接，风机蜗壳安装板通过液压转向机构与机架连接，调节液压转向机构的油缸伸缩距离，可使风机蜗壳安装板及风机蜗壳(连同导流风筒)在传动箱体的环形凸缘上转动，从而改变施药装备的喷雾角度。其独特之处在于，实现了不改变空气流场(不产生附加风能损失)的喷雾角度调节：为满足不同作物品种、不同生长期对喷雾高度的不同要求，该施药装备的喷雾角度采用垂直可调设计。具体为通过改变液压转向机构的油缸伸缩距离，使风机蜗壳安装板及风机蜗壳(连同导流风筒)在传动箱体的环形凸缘上转动，从而改变施药装备的喷雾角度。由于风机叶轮安装在齿轮传动箱的动力输出轴上，而该动力输出轴的轴心与传动箱体上的环形凸缘的轴心相重合，因此，当风机蜗壳(连同导流风筒)在传动箱体的环形凸缘上转动时，并不改变风机蜗壳及导流风筒内的空气流场，从而不产生附加的风能损失，使得导流风筒出风口的风压与风量不会因施药装备喷雾角度的改变而降低，从而确保了施药装备的有效喷幅，以及农药雾滴在靶标作物冠层内的穿透性。

5.牵引式机架——该施药装备为牵引式，机架的前部设计有牵引挂勾，可直接与配套拖拉机相连接，机架上还安装有牵引轮，因而该施药装备可在配套拖拉机的牵引下行走，大大减轻了配套拖拉机的负载，使得该施药装备与已有车载式或悬挂式的机型相比，在配套拖拉机功率相同的条件下，可配置更大容积的药箱，从而减少了配药、水源地与田块间往返等辅助时间，有效提高了机具的作业效率，满足了大面积作业的需求。

下面结合附图对本实施例的核心技术方案具体加以说明。本实施例针对高秆作物的强力风送远程施药装备如图1至图3所示，支撑在牵引轮17上的机架18中部安置药液箱4，该机架18的前端安置动力源于牵引机的隔膜泵1和传动轴2，后端安置叶轮轴铰支在机架18上的离心风机，具体结构为蜗壳7两端面外侧分别设有风机蜗壳安装板，形成一对对称的台阶形圆环凹槽，机架18上固定设置一对环形凸缘，环形凸缘与台阶形圆环凹槽采用间隙配合连接支撑蜗壳7，因此该离心风机的蜗壳7可以绕叶轮轴角向转位，蜗壳7的出风口装有导流风筒8。该导流风筒8的具体结构如图3所示，由自下至上渐缩的收缩段8-1、下直段8-2、135°圆弧弯管段8-3、上直段8-4按序连通而成；作为导流风筒8出口的上直段8-4外端上部通过铰销9-1铰装可调角度的导流罩9，该导流罩9呈具有外伸倾斜端面的帽檐状，后端的下部呈以铰销9-1为圆心的圆弧状，因此可以在一定范围调节好角向位置后，借助安装在导流风筒8上的锁紧装置9-2锁定。导流罩9外端的上侧和下侧分别装有上、下喷射部件10-1、10-2，导流风筒8收缩段8-1的上部装有朝前的底喷射部件10-3。上、下喷射部件10-1、10-2分别由两侧的Ф2mm大孔径圆锥雾喷嘴和中部Ф1.5mm的中孔径圆锥雾喷嘴组成，底喷射部件10-3由1只Ф2mm的远射雾喷嘴、1只Ф1.2mm的小孔径圆锥雾喷嘴和1只扇形雾喷嘴构成。因此借助风力喷射时，上、下喷射部件10-1、10-2可以使喷洒出的农药雾滴向远程分布，并在沉降区域内的靶标作物上形成有效覆盖(Ф2mm喷嘴喷洒的雾滴覆盖于最远的区域，Ф1.5mm喷嘴喷洒的雾滴覆盖于近一些的区域)；而底喷射部件10-3则通过液力高压喷雾使得喷洒出的农药雾滴在近田块(即气流输送的雾滴尚未沉降的区域内)的靶标作物上形成有效覆盖，这种喷嘴的合理分布组合有效提高了农药雾滴在近田块的分布均匀性，并且借助气流辅助喷雾与液力喷雾二个覆盖区间的科学叠加，使得农药雾滴在全喷幅范围内均匀分布。

药液箱4经隔膜泵1增压管路接各喷射部件。具体而言，隔膜泵1的吸水口通过进水管路14与药液箱4相连接，药液箱4中的药液经进水管路14被隔膜泵1吸入并加压后，经流量分配阀16后，进入两路出水管路13分别接各喷射部件。隔膜泵1的回水口通过回水管路15与安装于药液箱4内部的回水射流搅拌装置相连接，因此回水管路15中的药液可以形成射流，将药液箱4中的药液搅拌均匀。

传动轴2经万向联轴器3并通过齿轮箱5与具有多翼叶片的风机叶轮6传动连接。如图3所示，风机处的机架18上铰装有转位液压缸12，该液压缸12的活塞杆外端与风机蜗壳7铰接。

归纳起来，本实施例的强力风送远程施药装备主要具有如下显著优点：

1.能产生强力气流

强力气流是实现远程喷雾，以及确保雾滴在靶标作物冠层内的穿透性的必要条件。通过设计计算，当该施药装备喷雾幅宽≥50m时，风机的风压需≥3KPa、风量需≥26000m³/h。而目前已有风机或者风量、风压过低，不能满足喷雾幅宽要求，或者风机体积过大，不能满足整机轻量化、小型化(便于在田间行走)的要求。为此，本施药装备的风机采用高转速、双进风、多翼型、前向叶轮设计，额定转速2200r/min、全风压3.3KPa、风量28800m³/h，而风机体积仅为已有同风压、同风量产品的2/3。

2.低风能损失

根据液体力学原理，进行了低风能损失的导流风筒的设计。该导流风筒的收缩段的扩口与风机蜗壳相连接，上、下两直段分别通过相切的圆弧弯管段连接，之间呈135°的大夹角，截面均为正方形，有效降低了风能的损失。风机叶轮高速旋转产生的强力气流通过导流风筒的收缩段后，风速、风压得到进一步增加。

3.喷雾角度调节不改变空气流场(不产生附加风能损失)

为满足不同作物品种、不同生长期对喷雾高度的不同要求而采用了喷雾角度垂直可调设计。具体为通过改变液压缸活塞杆伸缩距离，使施药装备的喷雾角度按需改变。当风机蜗壳(连同导流风筒)在传动箱体的环形凸缘上转动时，并不改变风机蜗壳及导流风筒内的空气流场，从而不产生附加的风能损失，使得导流风筒出风口的风压与风量不会因施药装备喷雾角度的改变而降低，从而确保了施药装备的有效喷幅，以及农药雾滴在靶标作物冠层内的穿透性。

4.导流罩有效减少了农药雾滴向非靶标区域的漂移

导流风筒出风口上部安装有帽檐式导流罩，该导流罩有利于形成下压气流，从而提升农药雾滴向靶标作物中、下部穿透的能力，增加农药雾滴在植株中、下部的沉积率，有效高对高秆作物中、下部病虫害的防治效果。导流罩的安装角度可在0～-5°之间调节，以满足田间不同气象条件对喷雾的不同要求，例如当田间的自然风速较大，或是有较强的上升气流时，调低导流罩的安装角可有效减少农药雾滴向非靶标区域的漂移。

5.实现了气液组合式远程均匀喷雾(参见图4)

由于在导流风筒的出风口、以及导流风筒的中部均安装有喷射部件，并合理配置了喷嘴类型，因此风机产生的强力气流使得喷洒出的农药雾滴向远程分布，并在沉降区域内的靶标作物上形成有效覆盖；导流风筒中部的喷射部件则通过液力高压喷雾使得喷洒出的农药雾滴在近田块的靶标作物上形成有效覆盖，远射雾、圆锥雾和扇形雾三种雾型的组合喷洒，有效提高了农药雾滴在近田块的分布均匀性；通过气流辅助喷雾与液力喷雾二个覆盖区间的科学叠加，使得农药雾滴在全喷幅范围内均匀分布。并且强力气流辅助喷雾与液力高压喷雾的有效组合，不仅使农药雾滴远程均匀分布，而且增强了雾滴的穿透性，明显提高药液在靶标作物中、下部及叶背的覆盖密度，因而在耕作道上即可进行高效的病虫害防治作业，从而有效解决了玉米、甘蔗等高秆作物，以及油菜、棉花等作物封行后的机械化植保难题。

Claims (7)

1.一种强力风送远程施药装备，包括支撑在具有牵引轮（17）的机架（18）上的药液箱（4），其特征在于：所述机架的一端安置动力源于牵引机的传动轴（2），另一端安置叶轮轴铰支在机架上的离心风机；所述风机的蜗壳（7）的出风口装有导流风筒（8），所述导流风筒的出口上部安装可调角度的导流罩（9），所述导流罩外端的上侧和下侧分别装有喷射部件（10）；所述药液箱经泵增压管路接所述喷射部件，所述传动轴经联轴器（3）与所述风机叶轮（6）传动连接；所述风机处的机架铰装有转位液压缸（12），所述液压缸的活塞杆外端与风机蜗壳铰接。

2.根据权利要求1所述的强力风送远程施药装备，其特征在于：所述蜗壳（7）两端面外侧分别设有风机蜗壳安装板并形成一对对称的台阶形圆环凹槽，所述机架（18）上固定设置一对环形凸缘，所述环形凸缘与所述台阶形圆环凹槽采用间隙配合连接支撑所述蜗壳（7）。

3.根据权利要求1或2所述的强力风送远程施药装备，其特征在于：所述导流风筒由自下至上渐缩的收缩段（8-1）、下直段（8-2）、圆弧弯管段（8-3）、上直段（8-4）按序连通而成。

4.根据权利要求3所述的强力风送远程施药装备，其特征在于：所述导流风筒（8）的上直段（8-4）外端上部通过铰销（9-1）铰装导流罩（9）；所述导流罩（9）呈具有外伸倾斜端面的帽檐状，且后端的下部呈以所述铰销（9-1）为圆心的圆弧状，并借助安装在导流风筒（8）上的锁紧装置（9-2）锁定。

5.根据权利要求4所述的强力风送远程施药装备，其特征在于：所述导流罩（9）外端的上侧和下侧分别装有上、下喷射部件（10-1、10-2），所述收缩段（8-1）的上部装有朝前的底喷射部件（10-3）。

6.根据权利要求4所述的强力风送远程施药装备，其特征在于：所述上、下喷射部件（10-1、10-2）分别由两侧的大孔径圆锥雾喷嘴和中部的中孔径圆锥雾喷嘴组成，所述底喷射部件（10-3）由远射雾喷嘴、小孔径圆锥雾喷嘴和扇形雾喷嘴构成。

7.根据权利要求5所述的强力风送远程施药装备，其特征在于：所述隔膜泵（4）的回水口通过回水管路（15）与安装于药液箱内部的回水射流搅拌装置相连接。