扇形雾喷头相关技术参数设计

　　引言

　　植保机械中的喷雾机是通过雾化装置和喷射部件将药液分布在喷施对象上，雾化装置的优劣直接影响防治效果和机具的使用经济性。在喷药量相同的情况下，雾滴越小，雾滴数目也越多，覆盖面积大且比较均匀，并能渗入微细空隙黏附在植株上，流失较小，防治效果好。因此，雾化装置及喷射部件是植保机械的重要工作部件。

　　随着拖拉机配套的宽幅横喷杆喷雾机具的发展及化学除草剂的广泛应用，扇形雾喷头喷量范围大，适应在不平地面上作业，故广泛应用于宽幅横喷杆机具上。

　　根据喷洒雾形不同，可分为扇形雾、均匀扇形雾、偏心扇形雾和反射式扇形雾喷头。试验表明，扇形雾喷头的雾量分布状态取决于喷头的终端形状，球头形喷嘴雾量的分布按正态曲线分布，长椭球形喷嘴则为均匀性分布。因此，多喷头组合使用的宽幅横喷杆喷雾机适宜采用球头形扇形雾喷头。

　　1 结构示意图

　　喷头性能的主要指标是雾滴尺寸、雾化均匀度、射程、喷幅和喷量等。设计扇形雾喷头时，必须考虑的重要指标是雾角。影响雾角的主要因素为相对切深 HT、切槽角 α 和喷孔直径 D 等几何参数。

　　球头形扇形雾喷头的结构示意图如图 1 所示。【图1】

　　
　　2 试验分析

　　2． 1 孔边距 h 的影响

　　孔边距 h 为喷孔终端理论连续形状的最突点和喷头端面的距离。

　　对于 Φ1、Φ2 两组喷头，保持相同相对切深 HT及切槽角 α，在 3kgf/cm2压力下测定不同孔边距 h 对喷头雾角 β 的影响，数值列于表 1、表 2 中。【表1-2】

　　
　　根据上述结果，得出孔边距 h 对 Φ1( 15°) 和 Φ2( 25°) 喷孔喷头雾量雾角的影响曲线，如图 2 所示。【图2】

　　
　　试验表明: 孔边距 h 对喷头雾角 β 的影响并不显着，因此孔边距 h 的确定可按零件结构强度及工艺要求选择。

　　2． 2 相对切深 HT的影响

　　表 3 为 Φ1 喷头组在相同的切槽角( α=15°) 及孔边距 h 在 3kgf/cm2压力下，测定的相对切深 HT对喷雾特性的影响数值。【表3】

　　
　　表 4 为 Φ2 喷头组在相同的切槽角( α=25°) 及孔边距 h 在 3kgf/cm2压力下，测定的相对切深 HT对喷雾特性的影响数值。【表4】

　　
　　表 5 为 Φ2 喷头组在相同的切槽角( α=45 °) 及孔边距 h 在 3kgf/cm2压力下，测定的相对切深 HT对喷雾特性的影响数值。【表5】

　　
　　根据以上 3 个表中的数据绘制出图 3、图 4 的性能曲线。由此图可见，雾角 β 和相对切深 HT之间呈二次抛物线关系; 同时，产生最大雾角时的相对切深 HT值是随切槽角 α 的增加而减少。【图3-4】

　　因此，相对切深 HT的变化对喷头喷雾量及喷雾角的影响是显着的。具体来说，当 HT很小时，喷雾角 β0随 HT的增大而增大; 但当 HT增大到一定值时，喷雾角β0随 HT的增大而减少。对于 90°和 120°扇形雾喷头来说，由于 HT一般较大( 大于 0． 7) ，所以可以认为喷雾角 β0随 HT的增大而减少; 而对于喷雾量，它将随 HT的增大而显着增加。由此可见，设计时选择合适的相对切深 HT对达到性能要求是很重要的。
　　
　　2． 3 切槽角 α 的影响

　　切槽角 α 是扇形雾喷头产生平面雾状的关键。通过实验测定不同孔径的喷头组保持相同相对切深HT及孔边距 h 在 3kgf/cm2压力下切槽角 α 与雾量、雾角关系的。结果表明: 喷雾量将随 α 的增大而增加，而喷雾角 β0将随 α 的增大而减少，切槽角 α 对性能的影响较大。

　　表 6 为 Φ2 喷头组保持相对切深 HT及孔边距 h在 3kgf/cm2压力下测定的切槽角 α 对雾角的影响数值。根据表 5 的数据，绘制出切槽角 α 对雾角 β 的影响性能曲线，如图 5 所示。该曲线比较形象地表示了这一规律。【表6.图5】

　　2． 4 喷口直径 D 的影响

　　喷口直径 D 的变化对喷头喷雾量的影响是显着的。实验数据如表 7、表 8、表 9 和表 10 所示。【表7-10】


　　
　　以上 4 个表中所提供的数据表示切槽角 α 分别为 15°、30°、45°、60°时的各组喷头在相对切深 HT保持不变时，喷头内腔直径 D 变化对雾角 β 的影响。根据表中的数据绘制成如图 6 所示的性能曲线。

　　从图 6 可见，随着喷头内腔直径 D 的增大，雾角 β按反正切函数关系变化。具体来说，喷雾量将随喷孔直径 D 的增大而增大; 但当喷孔直径 D 增加到一定值时，喷雾角 β0增大趋势变得相当平缓，此时，可以认为喷雾角 β0不随喷孔直径 D 的增大而变化。对于90°和120°扇形雾喷头来说，由于喷孔直径 D 一般较大，所以喷雾角 β0不随喷孔直径 D 的变化而变化。实际上，此时喷孔直径 D 对喷雾角 β0的影响是通过相对切深HT来体现的。【图6】

　　3 结论

　　1) 增大喷头内腔直径 D，而其它参数不变时，雾角 β、喷量 Q 随之增大。

　　2) 单纯增大喷头的相对切深 HT时，喷量 Q 随之增大; 而雾角 β 开始是随之增大，当 HT增到某一值时，β 增到最大; 当 HT继续增加时，雾角 β 反而出规了随之减少的现象。

　　3) 单纯增大切槽角 α 时，喷量 Q 随之增大，而雾角 β 却随之减小。

　　4) 扇形雾喷头加工过程中的误差也影响其性能的优劣。

　　参考文献:

　　［1］ 王荣． 植保机械学［M］． 北京: 机械工业出版社，1990．
　　［2］ 中国农业机械化科学研究院． 农业机械设计手册［K］． 北京: 中国农业科学技术出版社，2007．
　　［3］ 陈魁． 试验设计与分析［M］． 北京: 清华大学出版社，2005．
　　［4］ 张德丰． MATLAB 数值分析与仿真案例［M］． 北京: 清华大学出版社，2011．