CN107199148A - 一种低压驱动移轴维氏曲线型低频超声三次雾化喷头 - Google Patents

一种低压驱动移轴维氏曲线型低频超声三次雾化喷头 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低压驱动移轴维氏曲线型低频超声三次雾化喷头，喷头整体的振动方向主要是轴向振动，超声变幅杆为移轴维氏曲线型复合变幅杆，采用四块压电陶瓷通过紧固螺栓依次从左到右连接，四块压电陶瓷分成上下八块半圆片压电陶瓷，八块压电陶瓷半圆片通过轴向极化来实现压电陶瓷的复合弯曲振动，使得雾滴更加细化。本发明的低频超声三次雾化喷头的工作原理是：营养液从移轴维氏曲线型变幅杆上的进液口进入到超声雾化喷头内，从出液口流出，在出液口的右端面完成第一次雾化，再通过风扇风力的作用完成第二次雾化，再通过金属薄片上的激光空时完成第三次雾化。突破了低频超声雾化难以完成的极细雾滴的缺点，可用于雾化栽培及超声喷涂等领域。

Description

一种低压驱动移轴维氏曲线型低频超声三次雾化喷头
技术领域
本发明涉及农业装备技术领域，属于雾化栽培领域，具体涉及一种低压驱动移轴维氏曲线型低频超声三次雾化喷头。
背景技术
超声雾化器由于其雾滴尺寸细小均匀等优势在农业工程领域有着广泛的应用前景。超声雾化是指利用电子高频振荡，通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态水分子结构打散而产生自然飘逸的水雾，不需加热或添加任何化学试剂。目前超声雾化喷头的变幅杆的主要形状有圆锥形、贝塞尔型和阶梯型等。圆锥形变幅杆，结构简单，易于设计和制造，但是其放大系数低；阶梯型变幅杆具有高的放大系数，但是也具有高的应力集中，容易折断。圆锥形变幅杆、阶梯型变幅杆其变幅杆金属体积大，发热多，导致寿命短，现阶段绝大部分喷头喷射角度小，雾化液滴过于集中，不适应农业栽培，而且雾滴大。本发明提供一种移轴维氏曲线型变幅杆，该结构的变幅杆的主要特点是复合变幅杆放大系数大，应力均匀的优点，同时减小了谐振阻抗，使其在谐振频率工作提高了电声转化效率，有效的降低了超声波换能器的发热量，提高其使用寿命，而且结构稳定，喷射角度大，可以生成超细雾滴。
超声二次雾化喷头是超声雾化器的最关键部件，由超声换能器、变幅杆、喷嘴和钢悬浮球四部分组成，变幅杆的一端连接超声换能器，另一端连接喷嘴，在喷嘴前部分设置钢球。超声换能器将高频振荡的电信号转化成超声机械振动，变幅杆将超声换能器产生的声波振幅放大，在喷嘴前的雾化面处产生空化效应，将液体雾化，同时产生聚焦声场将钢球悬浮起来，产生的雾滴与悬浮球碰撞产生细小雾滴，这种超声喷头只能发生二次雾化。而且现阶段绝大部分喷头喷射角度小，雾化液滴过于集中，喷涂效率低，不适宜农业栽培及超声喷涂。本发明旨在克服上述现有技术的不足，提供一种低压驱动移轴维氏曲线型低频超声三次雾化喷头。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低压驱动移轴维氏曲线型低频超声三次雾化喷头，以保证结构稳定金属发热少，确保喷头不会因发热过大而导致工作不稳定，并使雾滴经过三次雾化得到超细雾滴。
采用低压驱动压电陶瓷雾化片，大大减小雾化器的电源体积，给雾化器的整体设计带来方便，使雾化器的整体做的更加小巧精致，便于使用。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种低压驱动移轴维氏曲线型低频超声三次雾化喷头，包括后盖板、薄电极、绝缘环、压电陶瓷、紧固螺栓、前盖板、移轴维氏曲线型变幅杆、金属薄片，薄电极、压电陶瓷的数量均为大于等于4的偶数个，薄电极、压电陶瓷相间排布、且套在紧固螺栓上，后盖板、前盖板分别装在紧固螺栓的两端，夹紧薄电极和压电陶瓷，薄电极、压电陶瓷与紧固螺栓之间设置绝缘环；薄电极的一端通过正极引线与正极电联接，另一端通过负极引线与负极电联接；前盖板固定在移轴维氏曲线型变幅杆的端面上；
所述变幅杆的雾化端面上设有沉孔，所述变幅杆具有进液通道和进风通道，所述进风通道通过进风管与风扇相连；进液通道出液口和进风通道的出风口均位于所述变幅杆的雾化端面的沉孔底面上；
所述金属薄片固定在变幅杆的雾化端面上密封所述沉孔，所述金属薄片上具有出雾通孔。
进一步地，所述移轴维氏曲线型变幅杆主要由A和B两部分复合而成，A部分是圆柱体，圆柱体的直径为30-35mm，B部分的主要轮廓线是移轴维氏曲线，曲线的方程为：
其中，Δh为移轴量，移轴量为0.1R，R为1-2，ξ为3-5，η为1-2，移轴维氏曲线型变幅杆B部分右端面圆的直径为10-15mm。
进一步地，所述沉孔的截面形状是锥台形，深度为1.5cm-2cm。
进一步地，金属薄片上的出雾孔直径为3.5um-5um。
进一步地，所述压电陶瓷均为弯曲振动陶瓷，即陶瓷片两个半圆的极化方向相反，多个压电陶瓷中有轴向极化和径向极化的两种，且轴向极化的压电陶瓷和径向极化的压电陶瓷相间设置；电源电路采用低压稳压交流电输入，驱动电源的相位以第一块压电陶瓷为参照，其相位差依次为90°、180°、270°。
进一步地，进液通道的进液口位于所述变幅杆的上部。所述进风通道的进风口位于所述变幅杆的下部。
进一步地，所述前盖板通过紧固螺栓固定在移轴维氏曲线型变幅杆的端面上；
进一步地，所述压电陶瓷的数量为四个。
本发明的工作过程如下：
液体通过移轴维氏曲线型变幅杆的上端的进液通道进入到超声雾化喷头内部，再从移轴维氏曲线变幅杆的出液口流出，在出液口形成一滴比较大的水滴，在出液口水滴由于弯曲振动均匀展开在雾化面上成为薄水膜，即在出液口的右端面完成了第一次雾化过程，第一次雾化后的雾滴速度较低为3m/s-4m/s，雾化后的雾滴再经过风扇风力的作用下，速度增加，以较高的速度打在金属薄片的左端，使得雾滴发生第二次雾化，第二次雾化后的雾滴粒径小于第一次雾化后的粒径。第二次雾化后的雾滴在风扇的风力作用下从金属薄片的激光孔穿出，由于金属薄片随变幅杆做同频率的复合弯曲振动，所以在金属薄片的外端发生第三次雾化。
本发明的有益效果：
1.本发明的低压驱动移轴维氏曲线型低频超声三次雾化喷头采用移轴维氏曲线型变幅杆，移轴维氏曲线型变幅杆放大系数大，所用金属体积小，结构稳定发热少，克服了圆锥形变幅杆、阶梯型变幅杆其变幅杆金属体积大，发热多的缺点。
2.本发明提供一种移轴维氏曲线型变幅杆，该结构的变幅杆的主要特点是复合变幅杆放大系数大，应力均匀的优点，发热量少使得工作稳定。
3.本发明提供的移轴维氏曲线型变幅杆减小了谐振阻抗，使其在谐振频率工作提高了电声转化效率，有效的降低了超声波换能器的发热量，提高其使用寿命。
4.本发明提供的低压驱动移轴维氏曲线型超声三次雾化喷头可以使雾滴发生三次雾化，得到超细雾滴。
5.本发明采用弯曲振动压电陶瓷，陶瓷片两个半圆的极化方向相反，使得四块压电陶瓷中上部的每相邻两片将产生膨胀，中下部的每相邻两片将产生收缩形变，因此在压电陶瓷中将产生一弯曲力矩，从而激发整个结构产生复合弯曲振动，使得雾滴更加细化。
附图说明
图1为本发明所述低压驱动移轴维氏曲线型低频超声三次雾化喷头的结构图；
图2为本发明的前盖板与移轴维氏曲线型变幅杆连接处的剖面图；
图3为弯曲型压电陶瓷的结构和排列方式图；
图4为驱动电源相位图。
图5为本发明的移轴维氏曲线型变幅杆的结构图；
图6为移轴维氏曲线；
图7为低压驱动移轴维氏曲线型超声三次雾化喷头右端的放大图；
图8为雾化过程示意图.
图中：1、后盖板；2、薄极板；3、绝缘环；4、压电陶瓷；5、紧固螺栓；6、前盖板；7、微型紧固螺栓；8、移轴维氏曲线型变幅杆；9、进液口；10、出液口；11、水膜；12、金属薄片；13、正极引线；14、负极引线；15、法兰盘；16、进风口；17、进风管道；18、出风口；19、风扇。
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。
如图1所示，本发明所述的低压驱动移轴维氏曲线型低频超声三次雾化喷头，包括后盖板1、薄电极2、绝缘环3压电陶瓷4、前盖板6、均由紧固螺栓5、移轴维氏曲线型变幅杆8、、金属薄片12。
薄电极2、压电陶瓷4的数量均为四个，薄电极2、压电陶瓷4相间排布、且套在紧固螺栓5上。后盖板1、前盖板6分别装在紧固螺栓5的两端，夹紧薄电极2和压电陶瓷4，薄电极2、压电陶瓷4与紧固螺栓5之间设置绝缘环3。薄电极2的一端通过正极引线与正极电联接，另一端通过负极引线与负极电联接。前盖板6的右端连接移轴维氏曲线型变幅杆8，移轴维氏曲线型变幅杆8的端面上设有数个螺纹孔，如图2所示，这两者之间通过紧固螺栓5连接。
所述压电陶瓷均为弯曲振动陶瓷，即陶瓷片两个半圆的极化方向相反，多个压电陶瓷中有轴向极化和径向极化的两种，且轴向极化的压电陶瓷和径向极化的压电陶瓷相间设置，即第一块压电陶瓷极化方向依次顺时针旋转90°，180°，270°。第一块压电陶瓷上下半部分轴向极化，第二块压电陶瓷左右各半部分径向极化，第三块压电陶瓷依然上下半部分轴向极化，第四块压电陶瓷依然左右各半部分径向极化，如图3所示。电源电路采用低压稳压交流电输入，驱动电源的相位以第一块压电陶瓷为参照，其相位差依次为90°、180°、270°，如图4所示。
如图5所示，所述移轴维氏曲线型变幅杆主要由A和B两部分复合而成，A部分是圆柱体，圆柱体的直径为30-35mm，B部分的主要轮廓线是移轴维氏曲线，如图6所示，曲线的方程为：
其中，其中，Δh为移轴量，移轴量为0.1R，R为1-2，ξ为3-5，η为1-2，移轴维氏曲线型变幅杆B部分右端面圆的直径为10-15mm。
所述移轴维氏曲线型变幅杆的应力沿杆的轴向分布均匀，随着变幅杆形状因数的提高，放大系数的增大，使得变幅杆的振幅得到增大。
如图7所示，所述变幅杆8的雾化端面上设有沉孔，所述沉孔的截面形状是锥台形，深度为1.5cm-2cm。所述变幅杆8具有进液通道和进风通道，所述进风通道通过进风管与风扇相连，有风扇提供风源。进液通道的进液口9位于所述变幅杆的上部，所述进风通道的进风口16位于所述变幅杆的下部；进液通道出液口10和进风通道的出风口18均位于所述变幅杆的雾化端面的沉孔底面上。
所述金属薄片同轴固定在变幅杆8的雾化端面上，密封所述沉孔，所述金属薄片上具有出雾通孔，出雾通孔的直径为3.5um-5um。
电源电路采用低压稳压交流电输入，当外加稳压电流信号加到压电陶瓷上时，四块压电陶瓷中上部的每相邻两片将产生膨胀，中下部的每相邻两片将产生收缩形变，因此在压电陶瓷中将产生一弯曲力矩，从而激发整个结构产生复合弯曲振动。如图1所示，整个超声雾化喷头尺寸为一个超声压力波波长，偶数个压电陶瓷轴向的中间为所述变幅杆振幅为零的第一节面，所述变幅杆振幅为零的第二节面处设置法兰盘15。第一节面距离超声雾化喷头的最左端为九分之二个波长，第一节面距离前盖板右端面为整个波长的九分之二，第二节面距离前盖板右端面九分之一个波长，第二节面出距离超声雾化喷头的最右端为九分之四个波长。如图3所示，液体从移轴维氏曲线型变幅杆8上的进液口9流入进液通道内，从出液口10流出，在出液口10形成一滴比较大的水滴，在出液口10水滴由于弯曲振动均匀展开在雾化面上成为薄水膜11，即在出液口10的右端面完成了第一次雾化过程，第一次雾化后的雾滴速度较低为3m/s-4m/s。与此同时，在风扇19的作用下，风从进风口16进入进风通道，从出风口18流出，雾化后的雾滴在风的作用下，速度增加，以较高的速度打在金属薄片的左端，使得雾滴发生第二次雾化，第二次雾化后的雾滴粒径小于第一次雾化后的粒径。第一次雾化后雾滴在持续液压作用下，使雾滴以较高的速度打在扇形金属薄片12上，雾滴发生再雾化，从而使雾化后的雾滴粒径小于上一次雾化后的雾滴粒径。这次雾化后的雾滴在后续持续压力作用下从扇形金属薄片12的激光通孔射出，在扇形金属薄片12的右端面发生再次雾化，雾化后的雾滴粒径小于上次雾化后的雾滴粒径，实现超细雾化的效果，如图8所示。
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 (8)

1.一种低压驱动移轴维氏曲线型低频超声三次雾化喷头，包括后盖板(1)、薄电极(2)、绝缘环(3)、压电陶瓷(4)、紧固螺栓(5)、前盖板(6)、移轴维氏曲线型变幅杆(8)、金属薄片(12)，薄电极(2)、压电陶瓷(4)的数量均为大于等于4的偶数个，薄电极(2)、压电陶瓷(4)相间排布、且套在紧固螺栓(5)上，后盖板(1)、前盖板(6)分别装在紧固螺栓(5)的两端，夹紧薄电极(2)和压电陶瓷(4)，薄电极(2)、压电陶瓷(4)与紧固螺栓(5)之间设置绝缘环(3)；薄电极(2)的一端通过正极引线与正极电联接，另一端通过负极引线与负极电联接；前盖板(6)固定在移轴维氏曲线型变幅杆(8)的端面上；
所述变幅杆(8)的雾化端面上设有沉孔，所述变幅杆(8)具有进液通道和进风通道，所述进风通道通过进风管与风扇(19)相连；进液通道出液口(10)和进风通道的出风口(18)均位于所述变幅杆的雾化端面的沉孔底面上；
所述金属薄片(12)固定在变幅杆(8)的雾化端面上密封所述沉孔，所述金属薄片(12)上具有出雾通孔。
2.根据权利要求1所述的低频超声三次雾化喷头，其特征在于，所述移轴维氏曲线型变幅杆主要由A和B两部分复合而成，A部分是圆柱体，圆柱体的直径为30-35mm，B部分的主要轮廓线是移轴维氏曲线，曲线的方程为：
其中，Δh为移轴量，移轴量为0.1R，R为1-2，ξ为3-5，η为1-2，移轴维氏曲线型变幅杆B部分右端面圆的直径为10-15mm。
3.根据权利要求1所述的低频超声三次雾化喷头，其特征在于，所述沉孔的截面形状是锥台形，深度为1.5cm-2cm。
4.根据权利要求1所述的低频超声三次雾化喷头，其特征在于，金属薄片(12)上的出雾孔直径为3.5um-5um。
5.根据权利要求1所述的低频超声三次雾化喷头，其特征在于，所述压电陶瓷(4)均为弯曲振动陶瓷，即陶瓷片两个半圆的极化方向相反，多个压电陶瓷(4)中有轴向极化和径向极化的两种，且轴向极化的压电陶瓷(4)和径向极化的压电陶瓷(4)相间设置；电源电路采用低压稳压交流电输入，驱动电源的相位以第一块压电陶瓷为参照，其相位差依次为90°、180°、270°。
6.根据权利要求1所述的低频超声三次雾化喷头，其特征在于，进液通道的进液口(9)位于所述变幅杆的上部，所述进风通道的进风口(16)位于所述变幅杆的下部。
7.根据权利要求1所述的低频超声三次雾化喷头，其特征在于，所述前盖板(6)通过紧固螺栓(5)固定在移轴维氏曲线型变幅杆(8)的端面上。
8.根据权利要求1所述的低频超声三次雾化喷头，其特征在于，所述压电陶瓷(4)的数量为四个。
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