筑床施藥機(jī)噴施性能參數(shù)試驗(yàn)研究

楊雪峰，李應(yīng)珍，張樹(shù)君，吳兆遷，3，牛曉華，3，樊冬溫，朱立丹

(1.國(guó)家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所，哈爾濱 150086；2.黑龍江省亞布力林業(yè)局，黑龍江 亞布力 150633；3.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院新技術(shù)研究所，北京 100091)

0 引言

由于林木種子稀缺珍貴，為了提高保苗率和優(yōu)質(zhì)苗木產(chǎn)出率，我國(guó)林業(yè)育苗技術(shù)規(guī)程[1]明確規(guī)定，育苗前要根據(jù)具體情況分別采用藥劑消毒、燒土等方法進(jìn)行土壤處理，各個(gè)省級(jí)的相關(guān)技術(shù)規(guī)程[2]的要求更加具體嚴(yán)格。其中，最為常用的消毒滅菌藥劑為3%工業(yè)用硫酸亞鐵水溶液，要求在播種作業(yè)7天前將藥液均勻澆在土壤中，施藥量為2kg/m2。這意味著每公頃地要澆灑10 800kg藥液，對(duì)于完全依靠人工進(jìn)行土壤消毒滅菌作業(yè)的苗圃而言，是一項(xiàng)非常艱巨的生產(chǎn)任務(wù)。手工作業(yè)難以控制澆灑量及均勻度，作業(yè)效果也受影響。那么，施藥量為什么如此之大呢？有兩個(gè)不能抗拒的理由：一是藥液濃度不能太高，濃度過(guò)高會(huì)污染土壤，反而損傷幼苗；二是不能攪拌，只能靠滲透達(dá)到底部土壤消毒滅菌。

為了解決育苗生產(chǎn)中的這個(gè)難題，筆者根據(jù)林業(yè)苗圃實(shí)際生產(chǎn)工藝要求，提出在整地筑床作業(yè)過(guò)程中，采用新型高效噴施技術(shù)，將藥液直接噴到正在筑床機(jī)旋耕器中進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)攪拌的土壤中,從而一次性完成筑床和施藥作業(yè)，實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量、低污染、低耗能，一機(jī)多用。

1 試驗(yàn)樣機(jī)的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1.1 總體結(jié)構(gòu)

筑床施藥機(jī)由筑床機(jī)和藥液噴施系統(tǒng)兩部分組成。筑床機(jī)[3]由三點(diǎn)懸掛架、左右步道犁總成、動(dòng)力傳動(dòng)裝置、旋耕碎土裝置及成形器等零部件組成；藥液噴施系統(tǒng)由活塞式隔膜泵、取力裝置、噴灑裝置、藥箱及管路過(guò)濾組合等零部件組成，如圖1所示。

1.三點(diǎn)懸掛架 2.左右步道犁總成 3.動(dòng)力傳動(dòng)裝置 4.旋耕水土裝置 5.成型器 6.管路過(guò)濾組合 7.藥箱 8.噴灑裝置 9.取力裝置 10.活塞式隔膜泵圖1 筑床施藥機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 The structure diagram of seed bed former with the function of pesticide application

其中， 三點(diǎn)懸掛架由立桿、橫拉桿、桿座和銷軸等零部件組成;步道犁總成由犁柱、犁托焊合、犁臂，以及犁側(cè)板和犁鏵等零部件組成；動(dòng)力傳動(dòng)裝置由萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸、安全銷、輸入軸、錐齒輪變速箱、中間傳動(dòng)軸、雙排鏈傳動(dòng)裝置及其罩殼等零部件組成；旋耕碎土裝置由刀軸、刀褲、旋耕刀和棱角式機(jī)罩等零部件組成；成形器由左右翼板焊合、平床板及其連接件等零部件組成；活塞式隔膜泵為通用產(chǎn)品，可直接選項(xiàng)配套；取力裝置由皮帶、帶輪、軸承、離合器等零部件組成；噴灑裝置由噴頭、安裝架、噴角調(diào)整機(jī)構(gòu)等零部件組成；藥箱由塑料制成，管路過(guò)濾組合包括進(jìn)水軟管、出水管、管接頭及過(guò)濾器等。

1.1.2 工作原理

筑床機(jī)與拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛連接，左右兩個(gè)步道犁分別開(kāi)出步道溝并同時(shí)將土翻到中間，由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸經(jīng)萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸輸入到動(dòng)力傳動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)旋耕碎土裝置將床體土壤進(jìn)行碎化、疏松、均布處理后，成形器再進(jìn)行壓實(shí)整形作業(yè)。藥液噴施系統(tǒng)的活塞式隔膜泵通過(guò)取力裝置從筑床機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)裝置獲取動(dòng)力，噴灑裝置將高壓霧化的藥液直接噴到正在筑床機(jī)旋耕器中進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)攪拌的土壤顆粒表面。

1.2 試驗(yàn)樣機(jī)的總體設(shè)計(jì)參數(shù)

筑床施藥機(jī)以2MCX-1100A型精細(xì)筑床機(jī)[4]為基本主體配置藥液噴施系統(tǒng)，三點(diǎn)懸掛架、動(dòng)力傳動(dòng)裝置和旋耕碎土裝置均有了相應(yīng)的改進(jìn)。試驗(yàn)樣機(jī)型號(hào)為2MYX-1130，設(shè)計(jì)參數(shù)如表1和表2所示。

表1 藥液噴施系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 The design parameters of the liquid spraying system

表2 筑床機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)Table 2 The design parameters of the seed bed former

2 噴施性能參數(shù)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

到目前為止，還搜索不到大田土壤消毒滅菌藥液噴施設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)。本次試驗(yàn)的目的是當(dāng)噴施水泵選型和噴嘴數(shù)量確定后，探索噴嘴等效噴孔孔徑與系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)流量之間的相互變化關(guān)系，選擇最佳配置組合，為定型樣機(jī)提供依據(jù)。

2.2 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)期間應(yīng)保證試驗(yàn)機(jī)組的技術(shù)狀態(tài)良好，并按使用說(shuō)明書的規(guī)定進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，試驗(yàn)中不應(yīng)更換配套動(dòng)力和駕駛員。試驗(yàn)地應(yīng)選擇適合于機(jī)組作業(yè)的具有代表性的地塊，試驗(yàn)地長(zhǎng)度[5]不小于50m，試驗(yàn)用儀器應(yīng)按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)前進(jìn)行校正和標(biāo)定。試驗(yàn)儀器及其精度要求如下：①流量計(jì)，精度1.0%；②壓力表，精度1.0%；③秒表，精度0.2 s；④50 m卷尺，精度1.0mm。

2.3 試驗(yàn)方法

筑床施藥機(jī)要同時(shí)完成筑床和施藥兩種作業(yè)工序，因而其作業(yè)速度應(yīng)按照筑床工藝要求確定機(jī)組作業(yè)速度，即慢速Ⅱ擋；確定每次試驗(yàn)距離為80m，試驗(yàn)前預(yù)設(shè)系統(tǒng)壓力，試驗(yàn)中觀察系統(tǒng)壓力和噴嘴霧化效果(分好、中、差Ⅲ檔)，試驗(yàn)后記錄時(shí)間和流量，計(jì)算作業(yè)速度和施藥量。

2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理

2018年4月17-18日，項(xiàng)目組在黑龍江省亞布力林業(yè)局亮河苗圃進(jìn)行了筑床施藥機(jī)噴施性能參數(shù)試驗(yàn)。6502型噴嘴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(等效噴孔孔徑0.91mm)如表3和圖2所示；6503型噴嘴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(等效噴孔孔徑1.10mm)如表4和圖3所示；6504型噴嘴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(等效噴孔孔徑1.30mm)如表5和圖4所示；6505型噴嘴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(等效噴孔孔徑1.40mm)如表6和圖5所示。

表3 6502型噴嘴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(等效噴孔孔徑0.91mm)Table 3 The test data of 6502 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 0.91mm)

表4 6503型噴嘴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(等效噴孔孔徑1.10mm)Table 4 The test data of 6503 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 1.10mm)

表5 6504型噴嘴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(等效噴孔孔徑1.30mm)Table 5 The test data of 6504 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 1.30mm)

表6 6505型噴嘴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(等效噴孔孔徑1.40mm)Table 6 The test data of 6505 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 1.40mm)

圖2 6502型噴嘴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖(等效噴孔孔徑0.91mm)Fig.2 The test data of 6502 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 0.91mm)

圖3 6503型噴嘴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖(等效噴孔孔徑1.10mm)Fig.3 The test data of 6503 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 1.10mm)

圖4 6504型噴嘴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖(等效噴孔孔徑1.30mm)Fig.4 The test data of 6504 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 1.30mm)

圖5 6505型噴嘴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖(等效噴孔孔徑1.40mm)Fig.5 The test data of 6505 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 1.40mm)

2.5 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.5.1 系統(tǒng)壓力

藥液噴施系統(tǒng)為開(kāi)式管路配置。系統(tǒng)壓力是由藥液噴灑裝置的6個(gè)噴嘴的工作背壓形成的，當(dāng)噴嘴的等效噴孔孔徑達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)壓力也達(dá)到極限不再增加，如6504型噴嘴的最大壓力0.70MPa，6505型噴嘴的最大壓力0.65MPa。

2.5.2 系統(tǒng)流量

系統(tǒng)流量隨著系統(tǒng)壓力的變化而變化。當(dāng)?shù)刃娍卓讖捷^小時(shí)，背壓較大，系統(tǒng)流量隨著系統(tǒng)壓力的增加而增加；當(dāng)?shù)刃娍卓讖捷^大、背壓較小，調(diào)壓閥不起作用時(shí)，系統(tǒng)流量也會(huì)隨著系統(tǒng)壓力達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。

2.5.3 霧化效果

霧化效果與系統(tǒng)壓力有直接關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)壓力小于1.00MPa時(shí)，霧化效果較差，當(dāng)系統(tǒng)壓力為1.00～1.50MPa時(shí)，霧化效果適中，當(dāng)系統(tǒng)壓力大于1.50MPa時(shí)，霧化效果較好。

3 結(jié)論

本次試驗(yàn)基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，為下一步進(jìn)行筑床施藥機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)生產(chǎn)試驗(yàn)和定型樣機(jī)設(shè)計(jì)提供了第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，并奠定了不可或缺的理論基礎(chǔ)。

1)確定選用6503型噴嘴為試驗(yàn)樣機(jī)生產(chǎn)試驗(yàn)和定型樣機(jī)噴灑裝置的噴嘴，數(shù)量6個(gè)，等效噴孔孔徑1.10mm。

2)藥液噴施系統(tǒng)壓力為1.5～2.0MPa，這個(gè)壓力區(qū)間的霧化效果最好，也正是隔膜泵最佳的工作壓力區(qū)間。

3)由于拖拉機(jī)的型號(hào)不同，擋位配置也不盡相同。不論何種型號(hào)的拖拉機(jī)，其作業(yè)速度應(yīng)控制在2.88km/h(0.8m/s)左右，系統(tǒng)流量約15.5L/min，施藥量約1 175L/hm2。