风送式喷雾机风筒结构设计

风送式喷雾机风筒结构设计

宋锦涛

中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 陕西省西安市 710068

摘要：新疆自治区地广人稀是我国的最重要的棉花种植区，适合机械化大规模种植。我国棉花种植采用矮化密值种植模式，现阶段大型喷雾剂施药效果不尽人意，对此企业和学者对风送式喷杆喷雾机展开了研究。风送式喷雾技术主要是利用气流将农药雾滴喷入作物冠层，该方法可大幅度增加冠层内部的药液沉积量。风筒作为其核心部件，风筒的结构对喷雾效果显著影响，本文对风送式喷雾机风筒结构设计进行介绍，为后面研究学者提供一定的参考。

关键字：风送式喷雾机；风筒；结构设计；数值分析；

0 绪论

棉花是一种矮化密集的作物，普通的喷杆喷雾机不能穿透棉花表面，喷雾效果不好。在现有普通喷雾机的基础上，出现了风送式喷雾机，虽然风送式喷雾机的液体分布和应用效果有所改善，但雾滴很难在冠层中扩散。气流喷射技术主要利用气流向作物冠层喷射农药液滴，这种方法可以大大增加冠层的积液量^[1]。

在喷洒过程中，雾滴漂移是造成环境污染、农药流失和农药用量低的主要原因之一。 施药时，控制液滴漂移，提高农药溶液的附着率是减少农药流失，减少对土壤和环境污染的重要措施。空气喷射喷雾技术主要是利用一股气流将农药液滴喷入树冠。这种方法可以显着增加顶篷中积聚的液体量。风筒作为风送式喷雾机最为重要的结构，其结构直接影响喷雾效果。本文以风送式喷雾机风筒为研究对象，对其风筒结构设计进行介绍，着重介绍了两种风筒的介绍，并对其进行CFD数值模拟分析内部流程。本文的介绍为后面学者研究风送式喷雾机风筒结构提供参考。

1 风送式喷雾机介绍

喷杆式喷雾机作为一种高效、优质的耕地作物农药喷洒机，近年来在我国广受欢迎。深受广大农民的青睐 本机常用于大豆、小麦、玉米、棉花等作物的播种前和播种前，植物生长早期的土壤处理、杂草控制和害虫控制。带有高离地间隙的臂架和拖拉机的喷洒器可用于棉花、玉米等作物中后期的病虫害防治。这类机器的特点生产效率高，喷雾质量好，是理想的农作物大型植保设备^[2]。

风送式喷雾机在喷雾棒上方装有空气管，风扇向空气管供应空气。气管底部有多个出风口，运行时风管底部有一系列出风口，形成一系列出风口。快速均匀的气幕形成一道屏障。若因拖拉机自身行驶速度过快而出现外风或大风，可相互减弱，减少飘散的水滴量；从喷嘴喷出的水滴从风管的出风口喷出，气流通过旋转作用于栽培植物的枝叶上，促使水滴渗透到叶子内部，到达叶子的背面和表面，叶子均匀附着^[3]。

2喷杆式喷雾机风幕结构介绍

风幕辅助喷雾技术是利用鼓风机产生气流，主要用于克服自然风对液滴飞行方向的影响，也进而影响气流在植被冠层的穿透，同时促进植被冠层面的液滴沉积，因此，喷雾分布的均匀性和雾滴的沉积率 受到风筒出口风速影响，特别是当空气到达作物顶部时的风速分布。

与国外风幕辅助喷雾机相比，我国现有的风助喷雾机平均风速较低，降低雾滴飘动的效果受自然风速影响较大。另外，如果出口风速过慢，气流难以转动枝叶，无法穿透植物；如果风速过高，气流会穿透植物，撞击地面并弹跳，去除飞沫，浪费药液和污染。因此，风幕风道的优化设计必须保持足够的出口风速，并在风道纵向具有良好的风速恒定性^[4]。

3 风筒结构设计

为提高风送喷雾器的使用效果，在实际使用过程中，气缸出风口处的风速分布应尽可能保持均匀，内部流场面积应尽量小尽可能减少每个地方路口的空气消耗量。

风管出口处的风速对雾滴分布影响非常明显，尤其是气流在达作物顶部时的风速分布以及风速大小，对喷雾分布的均匀性和液滴沉积的均匀性影响很大。风道纵向风速不均匀，导致水滴在宽度方向上分布不均。目前科学家在设计风道时，在原有风道的基础上加装挡板，优化流场结构，减少损失，提高效率，保持合理的出口风速，赋予流场良好的纵向流场，风速恒定。

3.1 两种类型风筒结构

3.1.1第一种风筒及导流板设计

如图3所示是风筒结构设计图，从图中发现，风筒是由外风筒和内部的导流板两部分组成。风筒直通和锥形筒中间有过渡引流的导流板，引流板夹角与风筒夹角一样均为160度。锥形段内部有3片导流叶片，锥型出风口为导向叶片之间的夹角为60度。

图3风筒结构示意图 图4风筒结构示意图

3.1.2第二种风筒及导流板设计

风道外部结构见图4，这种设计能量损失小，风道比较短且顺畅。本设计的导流板结构如下图所示，出风口有2片水平叶片和5片垂直叶片，这样的导流设计使得气流分布均匀不会在某一部位过度集中，同时也可以减少能量的损失。

3.2对两种风筒CFD数值分析

随着数值模拟技术的发展，大量的ANSYS/FLUENT等数值分析软件得到了大力发展。现阶段，国内外的科学家都在利用CFD模拟技术对雾化器空气管的结构和性能进行研究。大量研究表明，风机喷雾器的风道结构和内翼形状对风道内的流场分布和出口速度分布有重要影响，并影响喷雾的均匀性。本文也将利用数值分析软fluent来分析上述两种风管结构的流场。

（1）第一种风筒结构流场分析

选取风管两侧观察风管内气流速度或风管外气流场速度云图如图5所示，整个风管的气流趋势轨迹图不同颜色表示不同的风速.根据风道内流场的速度分布，只在导流板与导流板的交界处产生很小的空气涡流，对耗气量影响不大。风道均匀。风速变化系数在整个风道的流场面积较小，对应风道外流场的速度分布在风道内，从风道出风口的风速约为3-12 m/s到外流场，有利于送风和喷洒。当植物叶片有翻转动作时，雾滴穿透罩壳，有效进入罩壳内部，提高雾滴的分离率。

图5第一种风筒结构流场结果 图6第一种风筒结构流场结果

（1）第二种风筒结构流场分析

流场仿真结果导入ANSYS进行后处理。风管内外流场气流图如图6所示显示，对比发现离出风口水平距离L=400mm，最大风速达到4m/s，满足风棉机最大风速要求。图中观察还宪法，风速分布均匀，变异系数小。

结束语

风筒作为风送式喷雾机最为重要的结构，其结构直接影响喷雾的雾化和药液的沉积效果。本文对风送式喷雾机进行简单介绍，接着对两种风筒结果进行介绍，最后对两种风筒进行数值模拟仿真。仿真结果表明：两种风筒的导流板设计合理，气流分布均匀，整个作业区域风速均匀且达到了4m/s左右，满足作业要求。

参考文献

[1]魏新华，邵菁，等.棉花分行冠内冠上组合风送式喷杆喷雾机设计与试验[J].农业机械学报，2016,47(1):101-107.

[2]宋淑然，夏侯炳，卢玉华，洪添胜等.风送式喷雾机导流器结构优化及试验研究[J].农业工程学报，2012,28（6）：7-12.

[3] 张铁，杨学军，董祥，等．超高地隙风幕式喷杆喷雾机施药性能试验[J].农业机械学报，2012，43 (10) :66一71

作者简介：（姓名，宋锦涛。性别，男。名族，汉。籍贯，陕西延安市。出生年月，1986.12.20学历，本科.职称：工程师。工作单位：中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 。