噴頭綜合性能精密測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的研制及扇形霧噴頭性能研究.pdf

1、化學(xué)農(nóng)藥的過量使用，給人們的身體健康及生態(tài)平衡帶來了嚴(yán)重威脅。施藥器械落后、噴施方法及工藝不完善是導(dǎo)致農(nóng)藥過量使用的主要原因。大部分農(nóng)藥的施用，以藥液霧化噴灑方式為主，噴頭是植保機(jī)械中實(shí)現(xiàn)液體霧化的關(guān)鍵部件，噴頭性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系著農(nóng)藥有效利用率的高低。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，目前我國(guó)制造的植保噴頭，品種少，質(zhì)量差，“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象嚴(yán)重。科研條件落后，科研儀器普遍缺乏，是我國(guó)植保行業(yè)面臨的共同問題，對(duì)噴頭性能的研究也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，研制

2、噴頭綜合性能精密測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)噴頭綜合性能進(jìn)行深入研究具有十分重要的意義。 本論文的研究工作包括： (1)噴頭綜合性能精密測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的研制 為研究噴頭的綜合性能，研制了噴頭綜合性能精密測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)臺(tái)能夠精確測(cè)量噴頭的總流量、霧量分布、噴霧角、系統(tǒng)壓力以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度等參數(shù)。流量是選擇噴頭的重要指標(biāo)，試驗(yàn)臺(tái)流量的測(cè)量是用高精度的電磁流量計(jì)完成的，由變送器通過總線把測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)。噴頭的霧量分布是衡量噴頭噴

3、灑質(zhì)量的重要指標(biāo)，霧量分布是通過六十個(gè)微型重量傳感器采集集霧槽集液量實(shí)現(xiàn)的。為防止液體飛濺，在集霧槽的設(shè)計(jì)中采用了獨(dú)特的“迷宮”結(jié)構(gòu)。傳感器采集的信息由采集卡收集，多個(gè)采集卡通過總線互連構(gòu)成了一個(gè)信息采集網(wǎng)絡(luò)。噴霧角也是噴頭的一個(gè)重要參數(shù)，噴霧角的測(cè)量是通過圖像處理的方式完成的。系統(tǒng)壓力的調(diào)整是由計(jì)算機(jī)通過兩種方式實(shí)現(xiàn)的：一種是通過調(diào)壓閥進(jìn)行控制，調(diào)壓閥用一微型馬達(dá)通過渦輪渦桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，采用PID算法實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的自動(dòng)調(diào)整；另一種是通過改

4、變液泵電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)的，液泵電機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)，數(shù)控系統(tǒng)以通訊方式通過模糊控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制。試驗(yàn)臺(tái)還能夠模擬噴頭在田間動(dòng)態(tài)作業(yè)的情形，噴頭的運(yùn)動(dòng)是由計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)汽缸實(shí)現(xiàn)的。閉環(huán)控制方式及圖形化操作界面的運(yùn)用，提高了控制系統(tǒng)的可靠性及操作的方便性。 (2)噴頭綜合性能精密測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)專用數(shù)控系統(tǒng)的研制 為提高測(cè)控系統(tǒng)的性能、可靠性及系統(tǒng)的易擴(kuò)展性，研制了噴頭綜合性能精密測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)專用數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)既可配合上位管

5、理機(jī)完成數(shù)據(jù)采集及各項(xiàng)控制任務(wù)，也可由數(shù)控系統(tǒng)單獨(dú)完成各項(xiàng)測(cè)控功能。數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，微處理器選用的是16位的、具有超低功耗特性的、功能強(qiáng)大的MSP430F149。在擴(kuò)展接口電路設(shè)計(jì)中，74LVC4245及光電耦合器的結(jié)合使用，提高了數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。串行通訊接口的多路設(shè)計(jì)，提高了串行通訊電路的靈活性及穩(wěn)定可靠性。用DS18820采集環(huán)境溫度，由數(shù)控系統(tǒng)完成對(duì)DS18820的控制及數(shù)據(jù)讀取。OCMJ4*8C液晶顯示器采用串行接口方式，

6、并用光電耦合器與系統(tǒng)隔離。鍵盤與單片機(jī)的接口也通過光電耦合器進(jìn)行了隔離。系統(tǒng)中軟硬件多種抗干擾措施的綜合運(yùn)用，有效地提高了數(shù)控系統(tǒng)的抗干擾能力。 (3)扇形霧噴頭結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究 扇形霧噴頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本相對(duì)較低，在植保領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。扇形霧噴頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括噴頭內(nèi)腔直徑、相對(duì)切深和V型槽角度，性能參數(shù)主要包括噴頭流量、噴霧角及霧量分布。論文對(duì)扇形霧噴頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響進(jìn)行了深入研究。 ①結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)

7、流量的影響流量反映了噴頭單位時(shí)間內(nèi)的用藥量，對(duì)扇形霧噴頭的流量進(jìn)行了理論推導(dǎo)及試驗(yàn)研究。試驗(yàn)表明，噴頭流量隨內(nèi)腔直徑的增加而增大。理論計(jì)算分析表明，內(nèi)腔直徑的增大導(dǎo)致出流口面積的增加是流量增大的主要原因。 相對(duì)切深與流量的關(guān)系。試驗(yàn)表明，增加噴嘴的相對(duì)切深H<,r>，噴霧量隨之增大，到達(dá)一定峰值后，隨著相對(duì)切深的繼續(xù)增加，流量反而減小。理論計(jì)算分析表明，相對(duì)切深的變化導(dǎo)致出流口面積的變化是流量變化的主要原因。 V型槽角度

8、與流量的關(guān)系。試驗(yàn)表明，流量隨V型槽角度的增加而增大。理論計(jì)算分析表明，V型槽角度的變化導(dǎo)致出流口面積的變化是流量變化的主要原因。 ②結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴霧角的影響噴霧角反映了噴頭霧量分布的橫向幅度。試驗(yàn)表明，噴霧角隨相對(duì)切深的增加而增大，增加到一定角度值后，隨著相對(duì)切深的繼續(xù)增加，噴霧角反而減?。浑S著V型槽開口角度的增大，噴霧角趨于減??；噴霧角隨內(nèi)腔直徑的增加而增大，當(dāng)增大到一定值后，趨勢(shì)逐漸趨于平緩。 ③結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)霧量分布變

9、異系數(shù)的影響霧量分布變異系數(shù)反映了霧量分布的均勻程度。試驗(yàn)表明，V型槽開口角度、內(nèi)腔直徑以及相對(duì)切深與霧量分布變異系數(shù)之間均沒有明顯的相關(guān)關(guān)系。 ④噴頭性能影響因素綜合分析在對(duì)噴頭性能影響因素單因素分析的基礎(chǔ)上，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)影響噴頭性能的諸因素進(jìn)行了綜合分析。構(gòu)建了噴頭內(nèi)腔直徑、V型槽開口角度及相對(duì)切深與流量及噴霧角關(guān)系的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用學(xué)習(xí)樣本訓(xùn)練后，再用測(cè)試樣本進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)值與實(shí)際值變化趨勢(shì)完全一致。這

10、說明利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)影響噴頭性能的諸因素進(jìn)行綜合分析是切實(shí)可行的，這對(duì)進(jìn)行噴頭性能研究及噴頭制造都具有十分重要的意義。 (4)噴頭使用性能研究 對(duì)于噴頭的使用性能，主要研究了壓力對(duì)流量、噴霧角及霧量分布變異系數(shù)的影響；高度變化對(duì)霧量分布的影響；還研究了噴頭組合使用情況下壓力、噴頭間隔及高度變化對(duì)霧量分布的影響；最后還對(duì)一些噴頭的質(zhì)量及不同材質(zhì)噴頭的使用壽命進(jìn)行了試驗(yàn)研究。 ①壓力變化對(duì)流量、噴霧角及霧量分布的影響流

11、量隨壓力的增加而增大。不同類型的噴頭對(duì)壓力的敏感程度略有差異；噴霧角隨壓力的增加而增大，增加趨勢(shì)較為平緩；壓力變化對(duì)霧量分布變異系數(shù)沒有明顯的影響，說明霧量分布與壓力間沒有明顯的相關(guān)關(guān)系。 ②高度變化對(duì)霧量分布的影響。 隨著噴頭高度的增加，霧量分布范圍增大，霧量分布平均值趨于減小；在壓力等其它條件不變的情況下，霧量分布變異系數(shù)隨高度變化有一定的變化規(guī)律，都有一個(gè)最佳高度，噴頭在此位置時(shí)，霧量分布變異系數(shù)最小，霧量分布也最

12、均勻。 ③噴頭組合使用性能研究噴頭組合使用時(shí)，壓力、間距和高度都是非常重要的影響因素，主要研究了高度變化對(duì)組合噴頭使用性能的影響。試驗(yàn)表明，在噴頭間隔及壓力一定的情況下，噴頭的霧量分布變異系數(shù)隨噴頭高度變化而變化。存在一最佳位置，組合噴頭在該位置時(shí)，霧量分布變異系數(shù)最小，霧量分布也最均勻。不同間距及不同壓力條件下，噴頭的最佳高度一般是不一樣的。在霧量分布變異系數(shù)最小值處進(jìn)行噴施作業(yè)，效果最佳。 ④噴頭其它的性能試驗(yàn)對(duì)TE