第八章 植物保护机械 第三节喷雾机的喷射部件

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第三节喷雾机的喷射部件
植保机械最终通过雾化装置(即喷射部件)将药液分布在农作物上，喷射部件的性能优劣直接影响对作物病虫害的防治效果。在喷药量相同的情况下，雾滴直径越小，雾滴数目也就越多，覆盖面积大且比较均匀，并能渗入微细空隙粘附在植株上，流失少，防治效果好。因此，喷射部件是植保机械的重要工作部件，同时也是国内外专家目前主要研究的对象。
按照工作原理，喷雾机的喷射部件一一喷头可分为液力式、气力式、离心式等型式。另外，目前还有一种利用上述三种喷头之一与静电场原理相结合的静电喷头，我们将在后面单独介绍。
一、液力式喷头
液力式喷头是目前植保机械中应用最广的一种雾化装置。主要有涡流式喷头、扇形喷头、撞击式喷头三种型式。

图8—4切向离心式喷头
1．进液管2．喷头体3．喷头芯4．喷孔 5．喷孔片6．垫圈7．喷头帽
1．涡流式喷头其特点是喷头内制有导向部分，高压药液通过导向部分产生螺旋运动。涡流式喷头根据结构不同分为切向离心式喷头、涡流片式喷头和涡流芯式喷头三种型式。
(1)切向离心式喷头它由喷头帽、喷孔片、垫圈和喷头体组成(图8—4)。喷头体加工成带锥体芯的内腔和与内腔相切的输液斜道。喷孔片的中央有一喷孔，孔径有O．7、1．0、1．3、1．6mm四种规格(NJl30一75)。内腔与喷孔片之间构成锥体芯涡流室，为了防止腐蚀，喷头中与药液接触的零件多用铜材或塑料制成。
切向离心式喷头的工作原理如图8—5所示。高压液流从喷杆进入输液斜道，由于斜道的截面积变小，流速迅速增大，高速液流沿斜道按切线方向进入涡流室，绕着锥体作高速螺旋运动，在接近喷孔时，由于回转半径减小，则药液质点的圆周速度更大。由喷孔喷出的药液质点具有两种速度：一是平行于喷孔中心线的前进速度νc，一是高速回转的切线速度νt，两者的合成速度ν即为药液质点实际的运动方向，它与中心线间有一夹角为a，2a即为雾锥角。由于药液的喷射过程是连续的，因此，药液自喷孔喷出后，成为锥形的散射状薄膜，距孔愈远，液膜愈薄，以致断裂成碎片，凝聚成雾滴。由于受到空气阻力的作用，大雾滴继续破碎为更细小的雾滴。
切向离心式喷头结构简单，不易堵塞，但雾化程度较差，雾滴直径一般大于250μm，多用于手动喷雾机。为了提高工作效率和与较大的机动喷雾机配套使用，除了制造成单个喷头外，还制有两喷头和四喷头。例如与工农-36机动式喷雾机配套使用的切向离心式喷头就
是双喷头或四喷头式的组合喷头。
(2)涡流片式喷头它由喷头帽、喷头片、垫片、涡流片和喷头体组成(图8—6)。在涡流片上沿圆周方向对称地冲有两个贝壳形斜孔。在喷孔片与涡流片之间夹有一垫圈，由此构成一个涡流室。涡流片式喷头的雾化原理与切向离心式喷头的雾化原理相似，其特点是压力药液通过涡流片的斜孔进入涡流室，产生高速螺旋运动。这种喷头工作压力为300～400kPa，雾化性能好，雾化药液直径大小为150～300kPa，结构简单，多用于手动喷雾机。

图8-5切向离心式喷头雾化原理

图8—6涡流片式喷头
1．喷头片2．垫圈3．喷头帽4．喷头体5．涡流片

图8—7涡流芯式喷头
1．涡流室2．喷孔3．喷头帽4．涡流芯5．喷头体
(3)涡流芯式喷头它由喷头帽、涡流芯、喷头体等组成(图8-7)。其工作原理与切向离心式喷头基本相同，工作时药液从液管或喷管中输进，沿着具有螺旋角的斜槽流动，产生离心力，使药液从喷孔以雾锥状喷出，在离心旋转中与周围空气撞击成雾滴直径为150～300 kPa的细小雾滴，工作压力一般为150～300kPa，结构比较复杂，可用于大田喷雾和果园喷雾。
2．扇形喷头扇形喷头有狭缝式喷头和冲击式(反射式)喷头，药液经喷孔喷出后均形成扁平扇形雾，其喷射分布面积为一矩形。
(1)狭缝式(又称缝隙式)扇形喷头它由垫圈、喷嘴和压紧螺母组成(图8—8)。这种喷头在喷嘴上开有内外两条互相垂直的半月形槽，两槽相切处形成一正方形的喷孔。其雾化原理(图8—9)：当压力药液进入喷嘴后，受内半月形槽底部的导向作用，药液分为两股相对称的液流A和B。两者流至喷孔处汇合，经相互撞击细碎成雾滴喷出。喷出后又与外半月形槽两侧壁撞击、细碎和受其约束，以及外半月形槽底部的导向作用，便形成一扇形雾状喷出，而后又与相对静止的空气撞击进一步细碎成细小雾滴，喷洒到农作物上。

图8—8狭缝式扇形喷头
1．喷孔2．垫圈3．喷嘴4．压紧螺母
狭缝式扇形喷头，工作压力为150～300kPa，雾滴直径比较粗。常用于喷施除草剂和杀虫剂。
(2)冲击式扇形喷头它由喷头帽、垫圈、喷嘴和喷头体组成(图8一10)。其雾化原理：压力药液经喷头体内腔进入喷嘴，从喷嘴流出的药液冲击在导流器(又称反射器)后而形成扇形雾状。该种喷头工作压力较低一般在40～100kPa，雾滴较粗，可避免飘移，优点是喷雾角大(约130°)，而一般液力喷头只有60°～90°。喷雾量大，多用于喷施除草剂。

图8—9雾化原理
3．撞击式喷头它由扩散片、喷嘴、喷嘴帽和枪管等组成(图8—11)。喷嘴制成锥形腔孔，出口孔径一般为3～5mm。其雾化原理：由喷雾胶管流来的高压药液，通过喷嘴到达出口处，由于过水断面逐渐减小，其压力逐渐下降，流速逐渐增高，形成高速射流液柱，射向远方。喷出的液流与相对静止的空气撞击和摩擦以致克服其本身的表面张力和粘滞力，被细碎为雾滴而喷洒。如果装上扩散片，阻击液流，可使近处农作物得到均匀雾滴散落，增大喷散面积。
撞击式喷头的特点是药液压力高，喷液量大。药液压力为1500～2500kPa，喷雾量约30L／min，最大射程为15m左右。

图8lO冲击式扇形喷头
1．喷嘴2．垫圈
3．喷头帽4．喷头体

图8—11撞击式喷头
1．喷嘴2．喷头帽3．喷杆4．锁紧帽5.扩散片
二、气力式喷头
气力式喷头是利用较小的压力将药液流导入高速气流场，在高速气流(有时在气流通道内装有板、轮、扭转叶片等)的冲击下，药液流束被雾化成为直径75～lOOμm的细小雾滴。高速气流一般由风机产生。
气力式喷头又称弥雾式喷头，可以获得比液力式喷头雾化更为细小的雾滴，以便借助风力把这些雾滴吹送到较远的目标，国内外生产的弥雾机多是利用这种喷头工作的。气力式喷头种类较多，如扭转叶片式、网栅式、远喷射式、转轮式等，但其工作原理及其效果基本相同。
1．扭转叶片式喷头它由输液管、喷管、扭转叶片等组成(图8—12)。叶片扭转一定角度，每一扭转叶片的背面有一小孔，其孔径为2mm，一般有七个叶片。喷头的喷孔一般为圆形，少数呈长方形。
2．远喷射式喷头它由输液管、喷管及远射喷嘴等组成(图8—13)。喷嘴上小孔在喷嘴上径向均布，一般七个，孔径为2mm。液流呈90°导入气流场，其射程相对较远。

图8一12扭转叶片式喷头
1．输液管2．喷管3．扭转叶片4．喷孔

图8一13远喷射式喷头
1．输液管2．喷管3．远喷射嘴4．喷孔
3．气力式喷头雾化原理从风机鼓来的高速气流，在喷管的喉管处速度增高(图8—14)。由于高速气流带走喷孔附近的空气，产生负压。药箱内增压的药液在此负压的作用下，从小孔内径向喷出呈细线液流或较粗雾滴，此时，又与其垂直方向来的高速气流相遇，液流或粗雾滴被进一步破碎成细小雾滴，并在高速气流的作用下吹送到远方。
气力式喷头结构简单，功率耗用小，雾滴细小，覆盖面积大，药液浪费少。它可采用高浓度。低喷量以节省大量稀湿用水，提高工作效率。同时由于高速气流对农作物的挠动作用，增加了雾滴的穿透能力，提高了防治效果。但气力式喷头的雾滴直径不够均匀，近处比远处雾滴直径大且分布较密。这种喷头目前广泛用于背负式机动植保机械上。

图8一l4气力式喷头雾化原理
1．药液2．雾滴3．高速气流
三、离心式喷头
离心式喷头(或超低量喷头)是将药液输送到高速旋转的雾化元件上(如圆盘等)，在离心力的作用下．药液沿着雾化元件外缘抛射出去，雾化成细小雾滴(雾滴直径为15～75μm)。
离心式喷头的雾化元件根据驱动方式不同可分为电机驱动式和风力驱动式两种基本类型。其中电机驱动式多用于手持式超低量喷雾机(又称微量喷雾机)上，也可用于大型机力式喷雾机上。风力式多用于背负式机动超低量喷雾机上。

例8一l 5凹面双层齿盘
1．后齿盘2．前齿盘3．隔片4．铆钉
1．电机驱动式离心喷头其主要工作部件是一个旋转的圆盘。旋转圆盘有平面单圆盘、带孔凹面单圆盘和凹面双层齿盘等三种类型。其中以凹面双层街盘(图8—1 5)应用最广。它是由两个前、后重叠的凹面齿盘组成。前齿盘直接与动力轴连接。前后齿盘用铆钉连接成整体，其间用隔片隔开为2mm的间距．齿盘外缘设置有360个小锯齿。其雾化原理(图8—16)：当动力机驱动双齿盘作高速旋转时，注入在齿盘中心附近的药液在齿盘离心力作用下，克服了齿盘对药液的摩擦阻力，沿盘表面均匀而连续不断地向外缘扩展，扩展面积越大其药液膜也就越薄。当药液膜扩展至齿盘拐角处时，药液膜部分地甩出和分流到另一齿盘上，经前后两齿盘相互交换地扩展，直到两齿盘边缘的锯齿尖处，在齿尖集中成一雾滴并迅速飞离。由于雾滴直径很小，随风飘移，最后沉降在农作物上。
单齿盘的离心喷头，在无风的情况下，射程很小，仅能达到300mm的范围内，主要是借助自然风吹散，在2～3级风的条件下，可有3～5m的喷幅。
2．风力驱动式离心喷头为了克服单一喷头的缺点，我国将旋转齿盘与高速气流配合，利用高速风流带动齿盘旋转，成功地研制出了风力式离心喷头，保证在无风的条件下，具有较好的工作性能。它由驱动叶片、分流锥、齿盘、输液管等组成(图8—17)。齿盘直径为75m m，盘外缘有180个齿，齿高1 mm，驱动叶轮有六个扭转角15°的叶片。
其雾化原理与电机驱动式离心喷头相同。
3．转笼式离心喷头它由喷管、转笼、输液管和驱动叶轮等组成(图8—18)。雾化原理：径向均匀分布许多微小喷孔的转笼，被借助高速气流作高速(可达10 000r／min)旋转的叶轮带动下，以同样速度转动。药箱内压力药液进入转笼，在离心力作用下经小孔甩出而形成细小的雾滴，然后被流经喷管的高速气流吹送到远方。转笼式离心喷头可用于机动式喷雾机及航空喷雾装置。

图8—16离心式喷头
1．药液瓶2．药液3．空气泡4．进气管5．流量器6．雾滴7．药液人口8．雾化盘9．电动机10．电池组11．开关12．把手

图8—17风力式离心喷头工作原理
1．输液管2．喷管3．驱动叶轮4．雾滴5．齿盘

图8一18转笼式离心喷头工作原理
1．输液管2．喷管3．驱动叶轮4．雾滴5．转笼
四、影响喷头工作性能的因素
雾化程度取决于雾化装置的特性和工作条件，以及被雾化液体本身的特性。雾化装置的特性一般用其性能指标来表示。喷头性能的主要指标是雾滴尺寸、雾化均匀度、射程、喷幅及喷量。由于喷头的类型不同，雾化原理也不尽相同，因而影响喷雾质量的因素也不一样，这里我们主要分析液力式喷头性能的影响因素，主要可归纳为：喷头几何尺寸(如喷孔直径、涡流芯或涡流片的尺寸、涡流室的深浅等)、药液的工作压力、药液的物理性质(如表面张力及粘度等)。
根据对涡流式喷头及扇形喷头的试验，可得出以下结论：
(1)喷雾时的工作压力，对喷雾质量有很大影响。工作压力过低，药液雾化性能差，射程及喷幅相应减小；提高工作压力，可使雾滴变细，雾化均匀，射程及喷幅增大(图8—19)。但当压力增至5000kPa时，由于雾滴过细及空气阻力的影响，射程反而减小。

图8—19喷头压力与射程、喷幅问的关系
(a)各种喷头压力与射程的关系(b)各种喷头压力与喷幅的关系
1．切向离心式喷头2．涡流片式喷头3．涡流芯式喷头4．扇形喷头
(2)在喷孔直径和涡流片或涡流芯尺寸一定的情况下，喷头的流量随压力的增加而增加(图8-20)。若压力一定时，改变喷孔直径，可以改变喷孔流量(图8-21)，并影响射程和喷幅。因此，可以用改变喷孔直径的办法调节药液的喷量。
(3)涡流芯或涡流片尺寸的改变对喷量、喷幅及射程都有影响。如增大涡流芯螺旋槽的断面，可增大喷量；螺旋升角增大，可使雾锥角减小(即喷幅降低)，而射程将增加。
(4)涡流室深度变浅，可使雾滴变细，射程减小，喷幅增加。
(5)药液的粘度较大时，则雾滴直径较粗；反之，雾滴直径变细。
对于气力式喷头和离心式喷头，影响其工作性能的主要因素除结构参数外，主要是喷头的使用参数，如工作条件等。影响雾滴直径大小的主要因素是气流速度的大小或转盘的旋转速度，当然，药液的物理性质对雾化程度也有一定的影响。另外，对于气力式喷头及风力式离心喷头来说，气流速度的大小对雾流射程影响也较大。

图8-20喷头压力变化与流量的关系

图8—21喷孔直径变化与流量的关系