CN109944814A - 一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统，该系统由贯流风机、扩散管、蜂窝器、阻尼网、水平导流板、交流电动机、变频器和皮带轮机构等组成。贯流风机包括上贯流风机和下贯流风机两部分，下贯流风机两侧的交流电动机通过皮带轮机构分别驱动上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮旋转，由此在上、下贯流风机的出风口产生高速气流，高速气流通过柔性联结管、扩散管、方形风道流向风送系统出口。该系统通过变频器调节交流电动机的转速，进而改变上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮的转速，从而调节风送系统出口的高速气流流速。通过该系统产生均匀的高速气流，可以为植保喷雾机械雾滴飘移试验提供均匀的环境风场条件。

Description

一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统

技术领域

本发明属于植保喷雾机械技术领域，具体是一种喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统，即发明提供了一种模拟田间实际作业条件，可准确控制风速、风向作业参数的风送系统，可有效避免外界条件对试验重复性的影响。

背景技术

我国是一个拥有13亿人口的大国，同时是一个农业大国，粮食历来都是国家长治久安百姓幸福生活的保障。农业作为一国之本，我国逐渐加大了对农业方面的发展重视程度。发展农业自然离不开植保作业，植保一直作为农业生产中的重要环节，其作业的好坏直接影响农产品的品质。雾滴飘移问题始终是植保作业过程中所面临的主要问题。受环境风场等因素的影响，化学农药的使用会产生飘移浪费和污染，非目标的雾滴飘移会产生严重危害，如土壤、空气和水源的污染，最终对人类造成危害。环境保护是当下世界性的难题，在喷雾技术领域，减小农药飘移所达到的环保意义可推动喷雾技术的快速发展。因此，减少雾滴飘移逐渐成为植保机械领域的研究重点。

目前，一般采用田间试验的方法对喷雾参数进行控制，而这个过程往往需要技术人员针对特定喷洒构件或喷洒方式进行田间喷洒飘移数据的现场采集和分析，以此减少飘移，提高农药的利用率。然而，由于室外试验环境风速以及风向的不确定性，常常会导致试验结果具有不可重复性，因此试验结果可参考价值值得商榷，很难获得真正的最佳施药结果。

公告号CN108279108A的中国专利公开了一种田间雾滴飘移模拟测试装置；该测试装置包括：多风扇系统、风场整定系统、风场加速系统和试验段。该田间雾滴飘移模拟测试装置：通过模拟测试装置能够通过模拟风速、风力、风向、农药喷洒时喷杆的振动以及湿度、温度等参数，进而得出农药喷洒时的最佳喷洒参数。但是该专利并没有提供详细模拟风场的设计方案。

公告号CN108557113A的中国专利公开了一种植保无人机模拟喷雾测试装置，包括由两直线导轨机构组成的测试轨道架，测试轨道架上设有行走机构等。风场模拟装置包括两个测风风机和多个横风风机。其发明装置能够再现各种试验条件，保证试验具有可控性，试验结果可重复。但是该专利对模拟风场的可控性有待加强。

随着植保机械日益发展，而上述模拟环境风场的发生装置存在操作繁琐、工作量大、不能模拟贴近于实际的环境风场等缺点，最终导致飘移试验结果存在很大误差，无法获得雾滴飘移规律，从而无法对实际的生产作业提供高效的指导。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统，其包括上贯流风机、下贯流风机、上柔性联结管、下柔性联结管、上扩散管、下扩散管、蜂窝器、阻尼网、水平导流板、方形管道、交流电动机、变频器、皮带轮机构、风速传感器和工控机；上贯流风机和下贯流风机的结构相同，均为水平布置，上贯流风机位于下贯流风机的正上方，上贯流风机和下贯流风机呈上下对称布置；下贯流风机两侧均安装有交流电动机和皮带轮机构，下贯流风机两侧的交流电动机通过同侧的皮带轮机构分别驱动上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮旋转，由此在上贯流风机出风口和下贯流风机出风口产生高速气流，上贯流风机出风口的高速气流依次通过上柔性联结管、上扩散管和方形风道流向风送系统出口，下贯流风机出风口的高速气流则依次通过下柔性联结管、下扩散管和方形风道流向风送系统出口，由此在风送系统出口形成均匀的高速气流；蜂窝器位于方形管道前端，在蜂窝器远离进风口的一侧布置阻尼网，方形管道尾端设置水平导流板，使得阻尼网与水平导流板间隔一段距离，便于安装风速传感器；该风送系统通过工控机控制变频器，并通过变频器调节交流电动机的转速，进而改变上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮的转速，从而实现调节风送系统出口的高速气流流速的目标；下贯流风机固定安装在支架的上端，支架和交流电机均安装在底板上。

所述的上贯流风机由上贯流风机叶轮和上贯流风机外壳组成，下贯流风机由下贯流风机叶轮和下贯流风机外壳组成，上贯流风机和下贯流风机的进风口位于同一侧，上贯流风机和下贯流风机的出风口均也位于同一侧；上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮的材料采用强度高、重量轻的铝合金材料，能够保持长久平稳运行而不变形。在出风口位置处，上贯流风机外壳与上柔性联结管相联，上柔性联结管与上扩散管相联，下贯流风机外壳与下柔性联结管相联，下柔性联结管与下扩散管相联，上扩散管和下扩散管同时与方形风道相联，上柔性联结管和下柔性联结管均采用金属波纹管制造，其可以将上贯流风机外壳和下贯流风机外壳的震动隔开，避免振动导致方形风道内的气流扰动。同时，采用此风机不用被轴向长度限制，故而可任意选择叶轮的长度来达到我们对风场的尺寸需要。贯流风机产生的气流无紊流，风力均匀且气流能够到达很远的距离。

所述的上扩散管和下扩散管是为了该系统模拟较大的环境风场，因此在方形风道和上贯流风机和下贯流风机的出风口之间设置上扩散管和下扩散管。上扩散管和下扩散管的进出口面积比As确定了扩散压力恢复和压力梯度，上扩散管和下扩散管采用同样的设计，当面积比As一定时，上扩散管和下扩散管的扩散角增加会导致摩擦损失减少而扩压损失增大，当扩散管面积比As为3～4、扩散角小于40°气流通过时不会产生明显的分离现象。本专利选定As＝4，θ＝40°，As计算如式(1)：

As＝S₁/S₂ (1)

式中：As上扩散管和下扩散管的进出口面积比；S₁为上扩散管和下扩散管出口面积，单位m²；S₂为上扩散管和下扩散管进口面积，单位m²。

所述的风速传感器，就是将四组待测风速传感器使用固定构件安装在水平导流板前面的方形风道内壁位置，具体为上下两端和左右两侧的中间四个位置。同将四组的风速传感器输出信号端接入工控机。风速传感器的固定构件包括支撑部件和旋紧部件，支撑部件来固定风速传感器，旋紧部件和支撑部件相配合用来锁紧风速传感器。采取此安装方式，可以最大幅度地减少风速传感器所占空间来减少对风场的影响。同时让风速传感器固定与拆卸变的简单易行，大大节省了安装时间。

所述的变频器，其要求是变频器的数量与交流电动机数量相同，且对于交流电动机信号控制过程中也需要一一对应。变频器信号需要接入工控机，工控机能够通过控制变频器进而根据所需风场大小来改变交流电动机的转速。交流电动机通过同侧的皮带轮机构分别驱动上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮旋转，动力传送方式采用皮带传动，皮带采用两组V带。通过皮带带动上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮旋转，这样就把电动机的动力传递给上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮，进而带动其旋转形成工作气流。

所述的方形风道分为整流段和静流段，整流段和静流段对气流的影响主要是其长度，适宜的长度对气流有较好的稳定效果，整流段由蜂窝器和阻尼网组成，方形风道的其余部分为静流段。整流段设计首先要保证蜂窝器、多层阻尼网的安装，其次还需要有一定长度的静流段。气流经过蜂窝器、多层阻尼网以后逐渐稳定并充分衰减残存的紊流度。为满足上述条件，整流段和静流段长度主要是根据静流段出口直径来确定，尺寸计算如式(2)和式(3)：

L_z＝(0.5～1.0)R_z (2)

L_j＝0.5R_z (3)

式中：L_z为整流段长度，单位是m；L_j为静流段长度，单位是m；R_z为静流段出口直径，单位是m。

本发明所述的系统由贯流风机、扩散管、蜂窝器、阻尼网、水平导流板、交流电动机、变频器和皮带轮机构等组成。贯流风机包括上贯流风机和下贯流风机两部分，下贯流风机两侧的交流电动机通过皮带轮机构分别驱动上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮旋转，由此在上、下贯流风机的出风口产生高速气流，高速气流通过柔性联结管、扩散管、和方形管道流向风送系统出口。该系统通过变频器调节交流电动机的转速，进而改变上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮的转速，从而调节风送系统出口的高速气流流速。通过该系统产生均匀的高速气流，可以为植保喷雾机械雾滴飘移试验提供均匀的环境风场条件。

附图说明

图1为本发明一种植保机械喷雾飘移试验用风送系统结构图；

图2为本发明构成系统的组成图；

图3为本发明风速传感器布置图；

图1中：1、上贯流风机；2、上贯流风机叶轮；3、上贯流风机外壳；4、上柔性连接管；5、上扩散管；6、蜂窝器；7、阻尼网；8、水平导流板；9、方形管道；10、下扩散管；11、扩散管的扩散角；12、下柔性连接管；13、下贯流风机外壳；14、下贯流风机叶轮；15、下贯流风机；

图2中：2、上贯流风机叶轮；14、下贯流风机叶轮；16皮带轮机构、17、交流电动机；18、支架；19、变频器；20、底板；

图3中：21、风速传感器；

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案和系统结构进行清楚、完整地描述：

下贯流风机两侧的交流电动机通过皮带轮机构分别驱动上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮旋转，由此在上、下贯流风机的出风口产生高速气流，高速气流通过柔性联结管、扩散管、方形风道流向风送系统出口。该系统通过变频器调节交流电动机的转速，进而改变上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮的转速，从而调节风送系统出口的高速气流流速。

本发明一实施例提供的植保机械喷雾飘移试验用风送系统结构图，其包括上贯流风机1、下贯流风机15、上柔性联结管4、下柔性联结管12、上扩散管5、下扩散管10、蜂窝器6、阻尼网7、水平导流板8、方形管道9、交流电动机17、变频器19、皮带轮机构16、风速传感器21和工控机等组成。

如图1可知，上贯流风机1和下贯流风机15的结构相同，其均为水平布置，上贯流风机1位于下贯流风机15的正上方，上贯流风机1和下贯流风机15呈上下对称布置；下贯流风机15两侧均安装有交流电动机17和皮带轮机构16，下贯流风机15两侧的交流电动机17通过同侧的皮带轮机构16分别驱动上贯流风机叶轮2和下贯流风机叶轮14旋转，由此在上贯流风机出风口和下贯流风机出风口产生高速气流，上贯流风机出风口的高速气流依次通过上柔性联结管4、上扩散管5和方形风道9流向风送系统出口，下贯流风机出风口的高速气流则依次通过下柔性联结管12、下扩散管10和方形风道9流向风送系统出口，由此在风送系统出口形成均匀的高速气流。

通过图2可知，该风送系统通过工控机控制变频器19，并通过变频器19调节交流电动机17的转速，进而改变上贯流风机叶轮2和下贯流风机叶轮14的转速，从而实现调节风送系统出口的高速气流流速的目标；下贯流风机14固定安装在支架18的上端，支架18和交流电机17均安装在底板20上。

所述的上贯流风机1由上贯流风机叶轮2和上贯流风机外壳3组成，下贯流风机15由下贯流风机叶轮14和下贯流风机外壳13组成，上贯流风机1和下贯流风机15的进风口位于同一侧，上贯流风机1和下贯流风机15的出风口均也位于同一侧；上贯流风机叶轮2和下贯流风机叶轮14的材料采用强度高、重量轻的铝合金材料，能够保持长久平稳运行而不变形。在出风口位置处，上贯流风机外壳3与上柔性联结管4相联，上柔性联结管4与上扩散管5相联，下贯流风机外壳13与下柔性联结管12相联，下柔性联结管12与下扩散管10相联，上扩散管5和下扩散管10同时与方形风道9相联，上柔性联结管4和下柔性联结管12均采用金属波纹管制造，其可以将上贯流风机外壳3和下贯流风机外壳13的震动隔开，避免振动导致方形风道9内的气流扰动。同时，采用此风机不用被轴向长度限制，故而可任意选择叶轮的长度来达到我们对风场的尺寸需要。贯流风机产生的气流无紊流，风力均匀且气流能够到达很远的距离。

所述的上扩散管5和下扩散管10的进出口面积比As确定了扩散压力恢复和压力梯度，上扩散管5和下扩散管10采用同样的设计，当面积比As一定时，上扩散管5和下扩散管10的扩散角11增加会导致摩擦损失减少而扩压损失增大，当扩散管面积比As为3～4、扩散角11小于40°气流通过时不会产生明显的分离现象。本专利选定As＝4，θ＝40°。

所述的风速传感器21，就是将四组待测风速传感器21使用固定构件安装在水平导流板8前面的方形风道内壁位置，具体为上下两端和左右两侧的中间四个位置。同将四组的风速传感器输出信号端接入工控机。风速传感器21的固定构件包括支撑部件和旋紧部件，支撑部件来固定风速传感器21，旋紧部件和支撑部件相配合用来锁紧风速传感器21。

风速传感器布置如图3所示，其特征在于：将四组待测风速传感器21使用固定构件安装在静流段后端位置，具体为上下两端和左右两侧的中间四个位置，也就是图中21a，21b，21c，21d位置。同将四组的风速传感器输出信号端接入工控机。固定构件包括支撑部件和旋紧部件，支撑部件来固定传感器，旋紧部件和支撑部件相配合用来锁紧移动部件。

所述的变频器19，其要求是变频器19的数量与交流电动机17数量相同，且对于交流电动机信号控制过程中也需要一一对应。变频器信号需要接入工控机，工控机能够通过控制变频器19进而根据所需风场大小来改变交流电动机17的转速。交流电动机17通过同侧的皮带轮机构16分别驱动上贯流风机叶轮2和下贯流风机叶轮14旋转，动力传送方式采用皮带传动16，皮带采用两组V带。通过皮带带动上贯流风机叶轮2和下贯流风机叶轮14旋转，这样就把电动机的动力传递给上贯流风机叶轮2和下贯流风机叶轮14，进而带动其旋转形成工作气流。

所述的风速传感器21的测定方法，其特征在于：启动贯流风机，通过工控机直接读取各风速传感器实时风速；

其中采样时长T0(8s～10s)时间内获取的风速数据生成数组Va＝{Va₁；Va₂；Va₃；······Va_n}，Vb＝{Vb₁；Vb₂；Vb₃；······Vb_n},Vc＝{Vc₁；Vc₂；Vc₃；······Vc_n}，Vd＝{Vd₁；Vd₂；Vd₃；······Vd_n}，并分别计算数组Va，Vb，Vc，Vd的偏离率其中：n为风速传感器序数，分别为a,b,c,d代表四组位置不同的风速传感器；

若|P_Va-P_Vc|≤0.1，|P_Vb-P_Vd|≤0.1表明风速测量点a与c，b与d风速采样点数据稳定情况已达到理想情况；若|P_Va-P_Vc|>0.1，|P_Vb-P_Vd|>0.1则按照采样时长T0重新获取一组风场数据形成新数组Vn＝{Vn₁；Vn₂；Vn₃；······Vn_N}，并计算数组Vn的偏离率直至满足条件，否则测试点风场达不到理想的稳定状态；

工控机此时还需要将数据进行处理分析，稳定系数当稳定系数W_V≤15％时，则满足于系统的风送均匀性要求，若W_V>15％时，工控机则通过变频器参数来调整各个贯流风机的电动机功率，直至满足条件。

所述的水平导流板8，水平导流板8与一个步进电机连接；将步进电机输出信号端接入工控机，当步进电机接收到工控机发出的一个脉冲信号，水平导流板8将在步进电机驱动下转动一个固定角度，本发明设置转动角度为1°，方向为上下，以向上方向为正方向，向下方向为负方向，转动区间为(-30°，30°)。

Claims (9)

1.一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统，其特征在于，所述风送系统包括上贯流风机、下贯流风机、上柔性联结管、下柔性联结管、上扩散管、下扩散管、蜂窝器、阻尼网、水平导流板、方形管道、交流电动机、变频器、皮带轮机构、风速传感器和工控机；上贯流风机和下贯流风机的结构相同，均为水平布置，上贯流风机位于下贯流风机的正上方，上贯流风机和下贯流风机呈上下对称布置；下贯流风机两侧均安装有交流电动机和皮带轮机构，下贯流风机两侧的交流电动机通过同侧的皮带轮机构分别驱动上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮旋转，由此在上贯流风机出风口和下贯流风机出风口产生高速气流，上贯流风机出风口的高速气流依次通过上柔性联结管、上扩散管和方形风道流向风送系统出口，下贯流风机出风口的高速气流则依次通过下柔性联结管、下扩散管和方形风道流向风送系统出口，由此在风送系统出口形成均匀的高速气流；蜂窝器位于方形管道前端，在蜂窝器远离进风口的一侧布置阻尼网，方形管道尾端设置水平导流板，使得阻尼网与水平导流板间隔一段距离，便于安装风速传感器；该风送系统通过工控机控制变频器，并通过变频器调节交流电动机的转速，进而改变上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮的转速，从而实现调节风送系统出口的高速气流流速的目标。

2.如权利要求1所述的一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统，其特征在于，所述的下贯流风机固定安装在支架的上端，支架和交流电机均安装在底板上。

3.如权利要求1所述的一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统，其特征在于，所述的上贯流风机由上贯流风机叶轮和上贯流风机外壳组成，下贯流风机由下贯流风机叶轮和下贯流风机外壳组成，上贯流风机和下贯流风机的进风口位于同一侧，上贯流风机和下贯流风机的出风口均也位于同一侧；上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮的材料采用强度高、重量轻的铝合金材料，能够保持长久平稳运行而不变形；在出风口位置处，上贯流风机外壳与上柔性联结管相联，上柔性联结管与上扩散管相联，下贯流风机外壳与下柔性联结管相联，下柔性联结管与下扩散管相联，上扩散管和下扩散管同时与方形风道相联，上柔性联结管和下柔性联结管均采用金属波纹管制造，其可以将上贯流风机外壳和下贯流风机外壳的震动隔开，避免振动导致方形风道内的气流扰动；同时，采用此风机不用被轴向长度限制，故而可任意选择叶轮的长度来达到对风场的尺寸需要。

4.如权利要求1所述的一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统，其特征在于，所述的上扩散管和下扩散管是为了该系统模拟较大的环境风场，因此在方形风道和上贯流风机和下贯流风机的出风口之间设置上扩散管和下扩散管；上扩散管和下扩散管的进出口面积比As确定了扩散压力恢复和压力梯度，上扩散管和下扩散管采用同样的设计，As＝4，θ＝40°，As计算如式(1)：

As＝S₁/S₂ (1)；

式中：As上扩散管和下扩散管的进出口面积比；S₁为上扩散管和下扩散管出口面积，单位m²；S₂为上扩散管和下扩散管进口面积，单位m²。

5.如权利要求1所述的一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统，其特征在于，所述的风速传感器为四组，将风速传感器使用固定构件安装在水平导流板前面的方形风道内壁位置，具体为上下两端和左右两侧的中间四个位置；同将四组的风速传感器输出信号端接入工控机；风速传感器的固定构件包括支撑部件和旋紧部件，支撑部件来固定风速传感器，旋紧部件和支撑部件相配合用来锁紧风速传感器。

6.如权利要求1所述的一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统，其特征在于，所述的变频器的数量与交流电动机数量相同，且对于交流电动机信号控制过程中也需要一一对应；变频器信号需要接入工控机，工控机能够通过控制变频器进而根据所需风场大小来改变交流电动机的转速；交流电动机通过同侧的皮带轮机构分别驱动上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮旋转，动力传送方式采用皮带传动，皮带采用两组V带；通过皮带带动上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮旋转，把电动机的动力传递给上贯流风机叶轮和下贯流风机叶轮，进而带动其旋转形成工作气流。

7.如权利要求1所述的一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统，其特征在于，所述的方形风道分为整流段和静流段，整流段和静流段对气流的影响主要是其长度，适宜的长度对气流有较好的稳定效果，整流段由蜂窝器和阻尼网组成，方形风道的其余部分为静流段；气流经过蜂窝器、多层阻尼网以后逐渐稳定并充分衰减残存的紊流度；整流段和静流段长度主要是根据静流段出口直径来确定，尺寸计算如式(2)和式(3)：

L_z＝(0.5～1.0)R_z (2)；

L_j＝0.5R_z (3)；

式中：L_z为整流段长度，单位是m；L_j为静流段长度，单位是m；R_z为静流段出口直径，单位是m。

8.如权利要求1或5所述的一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统，其特征在于，所述的风速传感器的的测定方法为：启动贯流风机，通过工控机直接读取各风速传感器实时风速；

其中采样时长T0(8s～10s)时间内获取的风速数据生成数组Va＝{Va₁；Va₂；Va₃；······Va_n}，Vb＝{Vb₁；Vb₂；Vb₃；······Vb_n},Vc＝{Vc₁；Vc₂；Vc₃；······Vc_n}，Vd＝{Vd₁；Vd₂；Vd₃；······Vd_n}，并分别计算数组Va，Vb，Vc，Vd的偏离率其中：n为风速传感器序数，分别为a,b,c,d代表四组位置不同的风速传感器；

若|P_Va-P_Vc|≤0.1，|P_Vb-P_Vd|≤0.1表明风速测量点a与c，b与d风速采样点数据稳定情况已达到理想情况；若|P_Va-P_Vc|>0.1，|P_Vb-P_Vd|>0.1则按照采样时长T0重新获取一组风场数据形成新数组Vn＝{Vn₁；Vn₂；Vn₃；······Vn_N}，并计算数组Vn的偏离率直至满足条件，否则测试点风场达不到理想的稳定状态；

工控机此时还需要将数据进行处理分析，稳定系数当稳定系数W_V≤15％时，则满足于系统的风送均匀性要求，若W_V>15％时，工控机则通过变频器参数来调整各个贯流风机的电动机功率，直至满足条件。

9.如权利要求1所述的一种植保喷雾机械雾滴飘移试验用风送系统，其特征在于，所述的水平导流板与一个步进电机连接；将步进电机输出信号端接入工控机，当步进电机接收到工控机发出的一个脉冲信号，水平导流板将在步进电机驱动下转动一个固定角度，本发明设置转动角度为1°，方向为上下，以向上方向为正方向，向下方向为负方向，转动区间为(-30°，30°)。