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牧草气力喷播机的使用功能扩展

2018/12/10 阅读:

[摘要]由于受草场植被覆盖度、地形地貌、坡度等环境因素影响,针对天然草场人工干预恢复植被时,牧草机械播种作业对于有些地块无法顺利完成,采用牧草气力喷播机作业通过性好、效率高、相对飞播成本低,但是,天然草场喷种作业期短,设备使用率低。技术集成是按照一定技术原理或功能目的,将两个或两个以上单项技术通过重组而获得具有统一整体功能的技术创新方法。通过技术集成将牧草气力喷播机功能扩展成具有集喷雾、喷粉、抛撒等功能于一身的设备,提高了设备使用率。

[关键词]气力喷播机技术集成扩展使用功能

引言

内蒙古自治区现有草原面积8666.7万hm2,其中可利用草地目前退化面积已达3867万hm2,占可利用草原的60%。由于受长年累月超载放牧、旱灾、盲目开垦、水土流失、沙尘侵蚀等不利因素影响,使得内蒙古天然草原退化严重。为恢复草原生态,更好保护和合理利用天然草场,需要对天然草场进行人工干预以恢复植被。人工干预恢复草原植被是经常使用的有效措施,其方法主要有:机械播种、机械喷播、飞播等。机械播种作业要求草场地形相对较为平坦,这有利于机械播种作业。当作业草场凹凸不平或有较多小雨裂沟、裸露岩石、灌木丛等障碍物时;当作业草场植被覆盖率大于20%时,容易造成机具工作部件被堵塞和缠绕;当作业草场坡度大于25°时;上述这三种情况就不适合机械播种作业。而机械喷播正好弥补了机械播种作业对草场要求的缺陷。与机械播种相比机械喷播作业效率高,与飞播相比作业成本低,这是机械喷播作业方式的突出特点。机械喷播适合播种期主要集中在雨季或春季融雪期,作业时间相对集中、短暂,这也造成机具使用率低。为解决此问题,利用技术集成,扩展牧草气力喷播机使用功能,提高机具利用率是一种有效方法。技术集成是按照一定技术原理或功能目的,将两个或两个以上单项技术通过重组而获得具有统一整体功能的新技术创造方法。通过对牧草气力喷播机技术原理和功能分析,按照喷雾、喷粉、抛撒技术原理和功能满足性要求,进行技术集成模块化设计,以提高机具使用率,这也是此项技术研究目的所在。

1牧草气力喷播机作为技术集成平台的技术分析

1.1牧草气力喷播机技术原理分析

牧草气力喷播机技术原理是,当高速气流通过喉管时﹐在喉管入口处因周围空气被射流卷走而形成真空﹐输送气体和种子被吸入。两股流体在喉管中混合并进行动能量交换﹐再通过喷管使被输送气体动能增加﹐最后通过喷筒将大部分动能转换为压力能,使牧草种子喷射出去。同时,部分高速气流通过种箱分压管吹散箱内种子,使其松散流向排种器。按照上述工作原理﹐在理论上牧草气力喷播机可用于输送液体﹑气体和固体物。因此,牧草气力喷播机为技术集成喷粉、弥雾喷射、超低容量喷雾、固体颗粒喷撒提供了基础集成平台。

1.2牧草气力喷播机组成和工作原理

目前,国内悬挂式牧草气力喷播机典型机具由机架、传动系统、种子箱、排种器、输种管、风机、喉管、喷筒等组成。机架作用是支承传动总成、种子箱、风机总成和连接各个零部件,机架悬挂点与拖拉机悬挂架连接,提供牵引动力。其结构能使安装在其上的零部件便于调整、修理和更换。传动系统作用是通过联轴器将拖拉机。种子箱的作用是当牧草气力喷播机作业时,储存种子并为排种器提供种子。风机的作用是利用高速旋转叶轮将气体加速,使动能转换成压力能。叶轮在旋转时产生离心力,将空气从叶轮中甩出,在风机机壳中升高压力,产生高速气流从出风口排出。喉管是利用射流原理,当高速气流从喷嘴高速喷出时,在喉管入口处因周围空气被射流卷走而形成真空,被输送的固流体或种子即被吸入,在喉管中混合并进行动能量交换,使被输送流体或混合流体动能增加,最后通过喷管喷出。通过上述牧草气力喷播机组成和原理分析,为本文提出的相关技术集成为技术原理或类似相近技术,提供了理论保障依据,说明这样可以充分利用悬挂式牧草气力喷播机组成部件或总成,降低技术集成成本,提高单机利用率。

1.3以牧草气力喷播机为技术集成平台的优势及合理性

1.3.1技术集成平台适用范围广。牧草气力喷播机采用悬挂方式与拖拉机连接时,机组具有良好的通过性和稳定性,可在作业路径坡度小于14°的荒漠、半荒漠地区、流动、半流动沙地等作业现场进行各类牧草和灌木种子喷播。也可用于大面积灌木或乔木林地植保作业。机组作业时对气象条件要求较低,可以在3级风以下作业。牧草气力喷播机可与65马力以上拖拉机配套,动力适应范围广。1.3.2技术集成平台作业效率高、成本低。牧草气力喷播机经过喷播生产性试验表明,此类机具平均班生产率350亩,平均作业成本0.5元/亩,与飞播对比作业成本降低38%~40%。与6行牧草免耕播种机对比试验,作业成本降低26%~31%左右。2.3.3技术集成平台结构变动少。依据牧草气力喷播机技术原理分析表明,其风机产生的高速气流是主要工作介质,它将固体或液体被喷撒物在混合装置(喉管、雾化器)中混合后喷出。从能量观点看,流体借助风机叶轮旋转时产生离心力获得能量,压力升高,从而由一空间流向另一空间。所产生气流压力高低与风机叶轮直径大小、转速高低、以及叶轮叶片形状、导风装置和各种损失有密切关系。因此,在技术集成喷粉、弥雾喷射、超低容量喷雾、固体颗粒喷撒时,应充分考虑牧草气力喷播机的风机技术参数和牧草气力喷播机技术原理,从而最大程度减少因技术集成平台结构变动所带来的影响,确保降低技术集成成本,最大程度获得技术集成后的技术性能。

2集成技术扩展功能适应性分析

2.1喷粉功能适应性分析喷粉机

主要技术原理是:高速气流一部分通过吹粉管进入药箱吹粉,使药粉松散流向出粉口;另一部分通过输粉管使气粉相混﹐在喉管入口处因周围空气被射流卷走而形成真空﹐将输送的气体和药粉吸入。两股流体在喉管中混合并进行动能量交换﹐再通过喷管使被输送气体动能增加﹐使药粉喷出。这与牧草气力喷播机技术原理十分相近,不同之处在于喷粉机通过粉门使药粉进入输粉管,而牧草气力喷播机的种子通过排种器进入输种管。技术集成时将排种器和粉门设计为换向件,使用不同功能时进行换向,以达到功能转换;或将排种器和粉门设计成不同模块总成,通过更换功能模块实现不同功能。通过上述分析表明,在牧草气力喷播机上集成喷粉机功能适应性较好。

2.2喷雾功能适应性分析

2.2.1喉管式弥雾、小型雾炮功能适应性分析。喉管式弥雾主要由喷管、喉管、进液管和梅花喷嘴组成,其技术原理为,在高速气流通过喉管时﹐在喉管处形成负压﹐液体通过进液管进入喷嘴,使液体雾化喷出。与牧草气力喷播机技术原理区别在于喉管和喷嘴置于喷管前端。技术集成时将喉管和喷嘴设计为喷头总成,把牧草气力喷播机的排种器更换为进液管阀门,进液管阀门座安装尺寸与方式与排种器相同,使用弥雾功能时,将排种器更换为进液管阀门座,安装进液管阀门,连接进液管,将喷头总成安装于喷管前端。上述分析表明,在牧草气力喷播机上集成喉管式弥雾功能,具有适应性强、功能转换快等优点。小型雾炮功能技术集成原理和方法与喉管式弥雾功能基本相同,区别是在喷管前端安装小型雾炮喷头总成。2.2.2转盘式超低容量喷雾功能适应性分析。超低容量喷雾主要由喷管、进液管和转盘式超低容量喷头组成,其技术原理是:高速气流进入喷口﹐喷头的分流锥体使气流呈环状从喷口喷至叶轮上,使叶轮高速旋转,在离心力作用下液体沿齿盘边缘上的齿尖甩出,形成细微雾粒,再被喷口喷出的气流吹出。技术集成时将转盘式超低容量喷头设计为喷头总成,把牧草气力喷播机的排种器更换为进液管阀门,进液管阀门座安装尺寸与方式和排种器相同。使用超低容量功能时,关闭进液管阀门,将进液管直接从液箱接至喷头总成,并将喷头总成安装于喷管前端。上述分析表明,在牧草气力喷播机上集成超低容量功能,具有适应性较好、功能转换快等优点。

2.3固体丸粒喷撒功能适应性分析

固体丸粒喷撒技术原理、设备组成和工作原理与牧草气力喷播机完全相同。牧草气力喷播机技术集成固体丸粒喷撒功能关键控制参数是:计算喉管处负压大小及喷管中气流速度、气压,以确定输送气体给固体丸粒的动能增加值,将计算结果通过试验测试确认修正,最后确定固体丸粒最大重量,依据喷播物质比重确定丸粒直径。根据固体丸粒直径大小,确认排种器内槽轮尺寸。在实现固体丸粒喷撒功能时,只需更换排种器适宜的尺寸内槽轮即可,此功能转换方便快速。

3技术集成研发原则与方法

通过上述对以牧草气力喷播机技术原理以及技术集成平台组成和工作原理、适应性与所要集成技术的所扩展功能适应性分析对比分析,确定此项目技术集成的研发原则:提高牧草气力喷播机利用率;最大限度减少技术集成平台结构变化;降低技术集成研发成本;使喷雾、喷粉、固体抛撒扩展功能方便转换。据此,技术集成研发方法采用功能模块设计或功能总成设计,其安装尺寸与方式应与替换功能装置相同,这样既可满足扩展功能快速转换,又可最大程度减少集成平台结构变化,从而降低研发和使用成本。

4功能扩展及应用

通过单机技术集成方法对牧草气力喷播机功能扩展,扩大牧草气力喷播机应用范围,以下分别介绍功能扩展的应用。喷粉功能最显著的特点是适应于干旱缺水地区,可用于草场、农田、果园、苗圃、森林等场所的病虫害防治。喉管式弥雾、小型雾炮功能适应性较广,可用于草场、果园、苗圃、森林等场所的病虫害防治,也可用于农作物病虫害防治、化学除草、卫生防疫。小型雾炮还可用于绿化景观清洗和喷雾降温。转盘式超低容量喷雾功能主要用来喷洒农药原液或喷洒叶面肥,它能够在50~200ml/min流量下产生粒径50μm雾粒、均匀且粒谱分布集中,有良好的覆盖性能。固体丸粒喷撒功能可用于喷撒颗粒肥料、灭鼠毒饵、大颗粒包衣树种,生产效率高,但喷撒毒饵时应注意环境保护要求,防止水体和土壤污染。

5结束语

本文分析了牧草气力喷播机技术原理、组成和工作原理以及作为技术集成平台的优势及合理性,通过对比分析所集成技术,确定了技术集成研发原则与方法,使技术集成研发费用确定为牧草气力喷播机的5%~9.5%左右,实现了技术集成功能快速转换,方便应用。本文介绍的技术集成方法在农牧业机械产品研发阶段的应用,可以扩展机具的使用功能,减少农牧业机械因作业期短而长时间闲置。

作者:孙岐 杨文滨 单位:内蒙古农牧业机械技术推广站

牧草气力喷播机的使用功能扩展

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