CN108617620A - 一种脉冲式喷雾机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲式喷雾机，包括脉冲式发动机、喷管和喷剂容置箱，脉冲式发动机工作时产生的高温高压气流经喷管喷出，喷管上设有至少两个喷剂入口，喷剂入口沿高温高压气流的喷出路径间隔设置，并且喷剂入口与喷剂容置箱连接，喷剂容置箱用于容置喷剂，使得喷剂可通过至少两个喷剂入口经喷管喷出。本发明能够实现烟雾、弥雾二合一，通过喷剂入口的设置降低了高温高压气流加热导致的药雾有效成分降解，进而能够减少药物的使用量，利于保护环境，同时，也提高了喷剂的利用率，缩短了作业时间，降低了使用成本，增加了利用无人机远程启动和关闭脉冲式喷雾机的功能，无人机的运转也更安全，使喷雾作业更方便、安全、可靠。

Description

一种脉冲式喷雾机

技术领域

本发明涉及烟雾载药技术领域，具体涉及一种脉冲式喷雾机。

背景技术

目前，现有的弥雾机是一种农业领域使用的机械，其能将药液雾化，用于农业病虫害的防治。因弥雾机具有药液雾化充分、药雾颗粒小、药雾能长时间弥漫于作业区等优点被广泛地应用。现有弥雾机的结构主要包括：机架、设置在机架内的燃烧室和喷管、连接着燃烧室的单向膜片和化油器、气筒，其它还有药箱、油箱、气筒、防护罩等。现有弥雾机的设计是将药液通过燃料在燃烧室内爆炸产生高速气流，高速气流通过喷管时对连接的药箱产生虹吸作用，吸引药箱内的药液进入喷管，并随喷管内高速气流喷出，形成弥散的烟雾状药雾。

现有的烟雾机与弥雾机类似，其区别在于，其药物载体为烟雾剂，烟雾剂的成本比较高，虽然烟雾的弥漫效果非常好，但是有它很大的局限性，杀虫药可以使用烟雾剂，而杀菌药是不溶于烟雾剂的，一般适用于卫生防疫、消毒等。

但是，上述脉冲式喷雾机，在药雾经过喷管时，受到喷管内高温高压气流加热，温度显著升高，使其活性成分迅速降解，导致喷出的药雾有效成分含量降低。为了弥补这一不足，使用中不得不加大药雾的浓度，增加喷雾量和药物使用量，这无形中增加了使用成本，延长了作业时间，也加重了环境污染。

另外，在未来土地流转的大趋势下，随着种植面积越来越大，需要造雾能力越大越好，喷药效率越高越好，喷药穿透性越高越好，喷药的适用性越广越好，然而，传统弥雾机一直有脉冲发动机启动点火时间长于10秒，甚至点不着，有时点着10秒后还有熄火现象。因此，有必要对以上以及安全、可靠等方面的不足加以改进。

发明内容

为克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种可节约使用成本、缩短作业时间并减少环境污染的脉冲式喷雾机，其高温高压气流加热导致的药雾有效成分降解少。本发明通过以下技术方案实现：一种脉冲式喷雾机，包括脉冲式发动机、喷管和喷剂容置箱，所述脉冲式发动机工作时产生的高温高压气流经所述喷管喷出，所述喷管上设有至少两个喷剂入口，所述喷剂入口沿所述高温高压气流的喷出路径间隔设置，并且所述喷剂入口与所述喷剂容置箱连接，所述喷剂容置箱用于容置喷剂，使得所述喷剂可通过至少两个所述喷剂入口经所述喷管喷出。

进一步的，使用时，所述高温高压气流首先经过的喷剂入口的喷剂单位时间流入量小于或等于其它任一所述喷剂入口的喷剂单位时间流入量。

进一步的，所述高温高压气流流经第一所述喷剂入口的流程，与其流经第二所述喷剂入口的流程之比大致为20︰23。

进一步的，还包括内混式和/或外混式的喷嘴，所述喷嘴设于所述喷剂入口处，以用于对进入所述喷管的所述喷剂进行雾化处理。

进一步的，所述脉冲式发动机的燃烧室还设有火种金属装置，所述火种金属装置的熔点大于1000度、热导率大于40w/(m.k)。

进一步的，一所述脉冲式发动机相应设置有至少两所述喷管和至少三个化油器。

进一步的，还包括无人机，所述无人机用于携带所述脉冲式喷雾机，并控制所述脉冲式喷雾机的按钮开关和油路开关，其控制电路包括中央处理器，及与所述中央处理器连接的远程无线通信模块、第n+1陀机、第n+2舵机；控制指令通过所述远程无线通信模块接收并传送给所述中央处理器，所述中央处理器根据启动指令通过控制所述第n+1陀机的扭转方向和角度而导通或断开所述按钮开关，所述中央处理器根据关闭指令通过控制所述第n+2陀机的扭转方向和角度而导通或断开所述油路开关。

进一步的，所述无人机还包括电子调速器，以用于控制所述无人机的电机转速，所述电子调速器和/或所述电机通过所述喷剂入口与所述喷剂容置箱连接的管路进行降温。

进一步的，所述无人机还包括温度传感器，所述温度传感器用于监测所述电子调速器的温度，并用于使所述电子调速器在正常的工作温度范围内控制与其相连的所述电机的运转。

进一步的，所述无人机还包括水平传感器和加速度传感器，以分别用于监测所述无人机工作时的倾斜角度和运动加速度，并用于使所述无人机在安全的倾斜角度和运动加速度下运转。

本发明能够实现烟雾、弥雾二合一，通过喷剂入口的设置降低了高温高压气流加热导致的药雾有效成分降解，进而能够减少药物的使用量，利于保护环境，同时，也提高了喷剂的利用率，缩短了作业时间，降低了使用成本；喷剂通过喷嘴能够先一次雾化，然后再被喷管中的高温高压气体二次雾化，雾化更充分，提高了喷剂的利用率，更重要的是在同样发动机功率条件下，造雾量可由传统的输入喷剂量1.5L/min提高到4.5L/min，喷水雾长度可由传统弥雾机2-3m提高6倍，平均为15米。通过增加与单台脉冲式发动机相连的喷管和化油器数量，让水雾的弥漫效果接近烟雾效果，造雾量可扩大10倍。突破了传统打水雾的弥雾机“不能杀菌，不能施肥，不能化控，不能高树，不能户外太阳或有风”等巨大限制。现在农民手工喷药桶可以打的药，本机都能喷药。无人机的设置进一步缩短了作业时间，扩大了弥雾机的使用范围，效率提高20倍以上，可从传统每天50亩提高到1000亩；自动化程度高，更全电脑作业，GPS厘米级控制精度，喷洒均匀，不会漏喷或重喷；因可定高于作物顶部1米，紧贴作物，而且喷出来的雾被强大的螺旋桨产生的风力瞬间垂直压入作物内部，漂移少，药物利用率高；操作员不需要再负重操作，可远离药雾和震耳欲聋噪音，保护了生命安全，降低了工作强度；结合弥雾机的使用特点，增加了利用无人机远程启动和关闭脉冲式喷雾机功能，增加了无人机负载能力，修改了部分保护措施，让喷雾更加安全可靠。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例的部分结构示意图；

图2为本发明实施例另一实施方式的部分结构示意图；

图3为本发明实施例的外混式喷嘴结构示意图；

图4为本发明实施例的内混式喷嘴结构示意图；

图5为本发明实施例以无人机方式实施的原理示意图；

图6为本发明实施例的电子调速器降温结构示意图；

图7为本发明实施例的电机降温结构示意图；

图8为本发明实施例的无人机部分结构示意图。

图中各标号对应如下，脉冲式发动机1，火种金属丝11，喷管2，喷剂入口3，喷剂入口4，空气5，喷剂6，化油器7，防护罩10，喷剂容置箱12，管子14，温度传感器16，水平传感器20，接收器21，电池24，电子调速器27，电机28，螺旋桨30，下防护网60，上防护网601。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

一种脉冲式喷雾机，如图1所示，包括脉冲式发动机1、喷管2和喷剂容置箱，脉冲式发动机1工作时产生的高温高压气流经喷管2喷出，喷管2上设有至少两个喷剂入口，本实施例为喷剂入口3和喷剂入口4，喷剂入口3、4沿高温高压气流的喷出路径间隔设置，喷剂容置箱与喷剂入口3、4连接，喷剂容置箱用于容置喷剂，喷剂可通过至少两个喷剂入口经喷管2喷出。由于流经喷剂入口3的喷剂首先与高温高压气流接触，降低往下喷的高温高压气流的温度，同时又经喷剂入口3与喷剂入口4之间流段的缓冲，温度更低，可对流经喷剂入口4的喷剂内的有效成分起到最大程度的保护。喷剂可以是载药水溶液，也可以是载药烟雾剂。

喷剂容置箱优选包括至少两个，以用于分别容置不同类型的喷剂，不同类型的喷剂通过不同的喷剂入口经喷管喷出。具体实施时，可将第一喷剂容置箱与喷剂入口3连接，用于存放不含药物的喷剂，如水；第二喷剂容置箱与喷剂入口4连接，用于存放含有药物的喷剂，如载药水溶液；还可以再增加第三喷剂容置箱与第三喷剂入口连接，用于存放载药烟雾剂，以实现烟雾、弥雾二合一作业。

使用时，高温高压气流首先经过的喷剂入口的喷剂单位时间流入量优选相对其它任一喷剂入口的喷剂单位时间流入量小或相等，具体优选为五分之一。具体实施时，喷剂入口3比喷剂入口4的开口小，在同样压力作用条件下，实现单位时间流入量和温度的控制。假定喷剂入口3的直径为Φ1，喷剂入口4的直径为Φ2，β＝Φ2/Φ1，不同的作物和药物需要不同的β，可根据实际使用情况通过调节针阀进行设置。比如一种情况：当几个喷剂容置箱连通后放入相同的喷剂，通过喷剂入口3比喷剂入口4的开口小的设置，可以解决喷剂入口3比喷剂入口4最后喷剂不同步的问题，而且对喷剂的浪费降低到最小程度。

假定高温高压气流流经第一喷剂入口3的流程为L1，其流经第二喷剂入口的流程为L1+L2,λ＝L1/(L1+L2)。具体实施时，λ经测试在20︰23比较好。λ太小，温度太低，导致第二喷剂入口处的温度和压力太低，雾化比例降级。λ太大，温度太高，导致第二喷剂入口处的温度太高，喷剂内的有效成分降解损失较多。

优选还包括喷嘴，喷嘴设于喷剂入口处，一并参考图5，喷剂容置箱A内的喷剂通过泵A，喷剂容置箱B内的喷剂通过泵B，将喷剂通过内混式喷嘴或外混式喷嘴先雾化处理，再被喷管2中的高温高压气体做二次雾化，可达到95％以上的弥雾目标。雾化形式可为压力雾化或虹吸雾化。喷嘴，如图3-4所示，喷嘴包括空气帽和液体帽，喷嘴的喷雾形状可选圆形、扇形和360度环形，还可选装调节针阀用以调节流量。内混式喷嘴和外混式喷嘴均有一个独立的液体6入口和两个空气5入口。内混式喷嘴的原理是气体、液体在空气帽和液体帽腔体内内部混合雾化，雾化原理为空气破裂和撞击，雾化效果理想，但是不适合带有黏度的液体；外混式喷嘴的原理是气体、液体在喷出后，利用高速气流对液体行摩擦产生雾化。雾化原理为摩擦和产生的切向应力，雾化效果一般，尤其适合带有黏度的液体。具体实施时，内混式喷嘴和/或外混式喷嘴可根据实际情况分别安装于喷剂入口3和喷剂入口4处。

传统的弥雾机喷水雾一直存在出水雾量小，水雾长度短，在2-3米，导致很多高大作物水雾不能全部覆盖喷到，限制了弥雾机的使用范围，原因是其雾化率不到70％。本发明的喷雾机的喷剂先经雾化后喷入高温高压喷管，与传统喷剂直接一水柱涌入喷管相比有以下好处：

1、去掉了液体墙。传统喷剂直接一水柱涌入喷管相当于在一直径不到40mm的圆形喷管内建立了一道液体墙。高温高压能量气流如同直接灌入水里。急剧降低了用来破碎水变雾的压力和温度。而喷剂先经雾化后喷入高温高压喷管，去掉了液体墙，最多变雾气团，对高温高压能量气流的消耗降低很多。

2、微交换，提高3倍热交换和高压气利用率。传统喷剂直接一水柱涌入喷管，相当于一碗水，把一个有表面张力的立体液体团直接用高压气撕裂成1-50微米的弥雾，并膨胀1000倍，实际雾化率不到70％。而喷剂先经雾化成300微米大小的雾气团再喷入高温高压喷管，是微雾化，微交换，每个300微米大小雾充分有空间来被高温高压气流破碎成100个左右的1-50微米的弥雾，提高3倍热交换和高压气利用率，达到95％以上弥雾目标。同样1.5升/分钟的喷剂流入，形成的雾团比以前要浓，要长，接近2倍。另一个显著特性是同样化油器供油量(也就是发动机输入功率不变)，单位时间造雾输入喷剂量提高3倍。传统的输入喷剂量最大1.5升/分钟,本发明可以到4.5升/分钟。传统的弥雾机喷水雾长度2-3米，本发明提高6倍，平均到15米左右。

3、一柱水射到喷管的钢壁，由于钢导热快，在钢壁容易水以水珠形式直接喷出而没有雾化，导致药液直接流到作物上漏到地面，浪费30％药物。而把喷剂先经雾化再到喷管，在钢壁上很少有水珠，极大提高了雾化比例。

传统弥雾机一直有脉冲发动机启动点火时间长于10秒，甚至点不着，有时点着10秒后还有熄火现象，故喷管2的燃烧室优选还设置有图1所示的火种金属丝11，火种金属丝11也可以替换为火种金属片，其为熔点大于汽油燃烧的最高温度1000度，热导率大于铁热导率，一般大于40w/(m.k)的材料，如钨铜材料来做成片、圈或丝形状。使用时，由于火种金属片或火种金属丝的热导率高，熔点大于汽油燃烧的最高温度1000度，在用户手动点火2-3秒内即可烧红。脉冲发动机点火启动后，用户停止高压包给火花塞点火后，有概率出现燃料混合气体因燃烧室内余热还不高，停止火花塞点火后没法点着燃料混合气体而熄火的问题。加入这个火种金属装置后，2-3秒内即烧红，燃料混合气体喷到这个烧红的火种金属装置就会点火，不会熄火，而且点火时间大大缩短。解决了80％客户对脉冲式喷雾机启动难的痛点。

参考图2，优选每台脉冲式发动机1和至少一个喷管2相连。随着土地流转大趋势，种植面积越来越大，需要造雾能力越大越好，为此我们在每台脉冲式发动机，连接一个、二或三个等喷管。每增加一个喷管能多50％以上的造雾量。但同样化油器供油量(也就是发动机输入功率不变)，光增加喷管数量不能数倍增加造雾量。为此，优选每台脉冲式发动机1和至少3个化油器7相连，远超过传统的双化油器。测试表明：每增加2个化油器能多30％以上的造雾量。

使用时，操作员身负大致30公斤的喷雾机，毒性药雾和震耳欲聋的噪音，严重危害生命和健康，而且造雾量虽增加10多倍，但传统的人工走路喷洒方式限制了本喷雾机的使用效率，传统的喷雾机与无人机联合使用时，喷雾机还须手动开关机。为此我们进行了无人机的设置，引入了远程遥控。具体实施时，可参考图5所示原理，通过无人机的远程无线通信模块给中央处理器发点火指令，通过第n+2电子调速器或通道驱动执行机构第n+2舵机。通过第n+2舵机在电机的驱动下，扭转一定角度，把按钮开关闭合，从而让电池电能通过按钮开关后驱动高压包和鼓风机。当脉冲式喷雾机点火启动后，通过无人机的远程无线通信模块给中央处理器发送断开按钮开关指令，原理同上。当需要关闭喷雾机时，通过无人机的远程无线通信模块给中央处理器发送关闭油路指令，通过第n+1电子调速器或通道驱动执行机构第n+1舵机，舵机在电机的驱动下，扭转一定角度，把油路开关闭合，从而让燃油箱的油给脉冲式喷雾机的通道切断，脉冲式喷雾机熄火。

优选无人机携带至少1台喷雾机进行喷雾作业，喷雾机的出雾口优选在螺旋桨的正下方，药雾被螺旋桨产生的风力瞬间垂直压入作物内部，故漂移很少，药物利用率高。无人机携带喷雾机台数越多造雾量越大。无人机可包括多个驱动机和螺旋桨，并通过中央处理器及电子调速器控制，优选还包括定位系统、无线通信模块，喷管相当于高温高压气流的流路通道，当无人机的发动机以电机方式实施时，无人机可与脉冲式喷雾机共用电源，电源可以为锂电池，可通过高压包升压，用于火花塞的点火。参考图6和图7，优选还利用喷剂容置箱12容置的喷剂6，通过连接喷剂入口与喷剂容置箱12的管子14，对电子调速器27和/或电机28进行降温，提高它们的功率和寿命，该结构将冷却系统与喷雾系统集成，可进一步提高无人机的载药量和工作效率。电子调速器27处优选还设置温度传感器16，以用于监测电子调速器27的温度，当电子调速器27温度超过报警值T1时，电池24通过电子调速器27停止与电子调速器27相连的电机28的转动，以防止对电机28和螺旋桨的破坏。T1优选为大致100摄氏度。

一并参考图8，螺旋桨30通过电机28安装于防护罩10内，防护罩10的上下分别设置上防护网601和下防护网60，脉冲式喷雾机可通过连接件固设于防护罩10的下方，并优选于无人机的机架重力中心平面设置双轴水平传感器20(又称XY轴倾角传感器)，以用于监测无人机工作时的倾斜角度。具体实施时，水平传感器可以为安装水平方向两轴角度传感器，水平面的任意一条线为X轴，在水平面上和这个X轴垂直的另条水平线为Y轴，倾覆失控时飞机朝上的中心轴为T轴。T轴与X轴的角度θ1，以及T轴与Y轴的角度θ2。只要这2个角度值中的任意一个减去90度的绝对值大于触发角度θ0(如45度，即大于多旋翼无人机正常飞行倾斜角)时，本传感器输出信号，中央处理器控制图5的控制开关切断电池电路，从而无人机失去电源，停桨，防止摔地时因桨继续旋转而造成更大破环和损失。

但无人机摔机时还有一种情况，就是无人机还是平地落下地面(也就是无人机的倾角一直小于我们设定的触发角度θ0)，对此情况，我们采用加速度传感器，当无人机与地面的冲击加速度大于我们设定的触发加速度A0(如2倍重力加速度，为2g)时，本传感器输出信号，控制图5的控制开关切断电池电路，从而无人机失去电源，停桨。

加速度传感器是一种能够测量加速力，将加速度转换为电信号的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速度计有两种：一种是角加速度计，是由陀螺仪(角速度传感器)的改进的。另一种就是线加速度计。加速度传感器原理:根据牛顿第二定律：A(加速度)＝F(力)/M(质量)。只需测量作用力F就可以得到已知质量物体的加速度。利用电磁力平衡这个力，就可以得到作用力与电流(电压)的对应关系，通过这个简单的原理来设计加速度传感器。所以，加速度传感器的本质是通过作用力造成传感器内部敏感部件发生变形，通过测量其变形并用相关电路转化成电压输出，得到相应的加速度信号。工作原理分类：1、压电式加速度传感器2、压阻式加速度传感器3、电容式加速度传感器4、伺服式加速度传感器。本项目采用的是三轴加速度传感器MPU6050芯片。它具有体积小和重量(gm)轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质，在航空航天、机器人、汽车和医学等领域得到广泛的应用。三轴加速度传感器也是基于加速度的基本原理去实现工作的，加速度是个空间矢量，一方面，要准确了解物体的运动状态，必须测得其三个坐标轴上的分量；另一方面，在预先不知道物体运动方向的场合下，只有应用三轴加速度传感器来检测加速度信号。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种脉冲式喷雾机，包括脉冲式发动机、喷管和喷剂容置箱，其特征在于，所述脉冲式发动机工作时产生的高温高压气流经所述喷管喷出，所述喷管上设有至少两个喷剂入口，所述喷剂入口沿所述高温高压气流的喷出路径间隔设置，并且所述喷剂入口与所述喷剂容置箱连接，所述喷剂容置箱用于容置喷剂，使得所述喷剂可通过至少两个所述喷剂入口经所述喷管喷出。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲式喷雾机，其特征在于，使用时，所述高温高压气流首先经过的喷剂入口的喷剂单位时间流入量小于或等于其它任一所述喷剂入口的喷剂单位时间流入量。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲式喷雾机，其特征在于，所述高温高压气流流经第一所述喷剂入口的流程，与其流经第二所述喷剂入口的流程之比大致为20︰23。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲式喷雾机，其特征在于，还包括内混式和/或外混式的喷嘴，所述喷嘴设于所述喷剂入口处，以用于对进入所述喷管的所述喷剂进行雾化处理。

5.根据权利要求1所述的一种脉冲式喷雾机，其特征在于，所述脉冲式发动机的燃烧室还设有火种金属装置，所述火种金属装置的熔点大于1000度、热导率大于40w/(m.k)。

6.根据权利要求1所述的一种脉冲式喷雾机，其特征在于，一所述脉冲式发动机相应设置有至少两所述喷管和至少三个化油器。

7.根据权利要求1所述的一种脉冲式喷雾机，其特征在于，还包括无人机，所述无人机用于携带所述脉冲式喷雾机，并控制所述脉冲式喷雾机的按钮开关和油路开关，其控制电路包括中央处理器，及与所述中央处理器连接的远程无线通信模块、第n+1陀机、第n+2舵机；控制指令通过所述远程无线通信模块接收并传送给所述中央处理器，所述中央处理器根据启动指令通过控制所述第n+1陀机的扭转方向和角度而导通或断开所述按钮开关，所述中央处理器根据关闭指令通过控制所述第n+2陀机的扭转方向和角度而导通或断开所述油路开关。

8.根据权利要求7所述的一种脉冲式喷雾机，其特征在于，所述无人机还包括电子调速器，以用于控制所述无人机的电机转速，所述电子调速器和/或所述电机通过所述喷剂入口与所述喷剂容置箱连接的管路进行降温。

9.根据权利要求8所述的一种脉冲式喷雾机，其特征在于，所述无人机还包括温度传感器，所述温度传感器用于监测所述电子调速器的温度，并用于使所述电子调速器在正常的工作温度范围内控制与其相连的所述电机的运转。

10.根据权利要求7所述的一种脉冲式喷雾机，其特征在于，所述无人机还包括水平传感器和加速度传感器，以分别用于监测所述无人机工作时的倾斜角度和运动加速度，并用于使所述无人机在安全的倾斜角度和运动加速度下运转。