筑床施藥機噴施性能參數試驗研究

楊雪峰，李應珍，張樹君，吳兆遷，3，牛曉華，3，樊冬溫，朱立丹

(1.國家林業局哈爾濱林業機械研究所，哈爾濱 150086；2.黑龍江省亞布力林業局，黑龍江 亞布力 150633；3.中國林業科學研究院新技術研究所，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質苗木產出率，我國林業育苗技術規程[1]明確規定，育苗前要根據具體情況分別采用藥劑消毒、燒土等方法進行土壤處理，各個省級的相關技術規程[2]的要求更加具體嚴格。其中，最為常用的消毒滅菌藥劑為3%工業用硫酸亞鐵水溶液，要求在播種作業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，對于完全依靠人工進行土壤消毒滅菌作業的苗圃而言，是一項非常艱巨的生產任務。手工作業難以控制澆灑量及均勻度，作業效果也受影響。那么，施藥量為什么如此之大呢？有兩個不能抗拒的理由：一是藥液濃度不能太高，濃度過高會污染土壤，反而損傷幼苗；二是不能攪拌，只能靠滲透達到底部土壤消毒滅菌。

為了解決育苗生產中的這個難題，筆者根據林業苗圃實際生產工藝要求，提出在整地筑床作業過程中，采用新型高效噴施技術，將藥液直接噴到正在筑床機旋耕器中進行高速旋轉攪拌的土壤中,從而一次性完成筑床和施藥作業，實現高效率、高質量、低污染、低耗能，一機多用。

1 試驗樣機的總體結構和設計參數

1.1 總體結構及工作原理

1.1.1 總體結構

筑床施藥機由筑床機和藥液噴施系統兩部分組成。筑床機[3]由三點懸掛架、左右步道犁總成、動力傳動裝置、旋耕碎土裝置及成形器等零部件組成；藥液噴施系統由活塞式隔膜泵、取力裝置、噴灑裝置、藥箱及管路過濾組合等零部件組成，如圖1所示。

1.三點懸掛架 2.左右步道犁總成 3.動力傳動裝置 4.旋耕水土裝置 5.成型器 6.管路過濾組合 7.藥箱 8.噴灑裝置 9.取力裝置 10.活塞式隔膜泵圖1 筑床施藥機結構簡圖Fig.1 The structure diagram of seed bed former with the function of pesticide application

其中， 三點懸掛架由立桿、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，以及犁側板和犁鏵等零部件組成；動力傳動裝置由萬向節傳動軸、安全銷、輸入軸、錐齒輪變速箱、中間傳動軸、雙排鏈傳動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品，可直接選項配套；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、噴角調整機構等零部件組成；藥箱由塑料制成，管路過濾組合包括進水軟管、出水管、管接頭及過濾器等。

1.1.2 工作原理

筑床機與拖拉機三點懸掛連接，左右兩個步道犁分別開出步道溝并同時將土翻到中間，由拖拉機動力輸出軸經萬向節傳動軸輸入到動力傳動裝置，驅動旋耕碎土裝置將床體土壤進行碎化、疏松、均布處理后，成形器再進行壓實整形作業。藥液噴施系統的活塞式隔膜泵通過取力裝置從筑床機動力傳動裝置獲取動力，噴灑裝置將高壓霧化的藥液直接噴到正在筑床機旋耕器中進行高速旋轉攪拌的土壤顆粒表面。

1.2 試驗樣機的總體設計參數

筑床施藥機以2MCX-1100A型精細筑床機[4]為基本主體配置藥液噴施系統，三點懸掛架、動力傳動裝置和旋耕碎土裝置均有了相應的改進。試驗樣機型號為2MYX-1130，設計參數如表1和表2所示。

表1 藥液噴施系統設計參數Table 1 The design parameters of the liquid spraying system

表2 筑床機設計參數Table 2 The design parameters of the seed bed former

2 噴施性能參數試驗

2.1 試驗目的

到目前為止，還搜索不到大田土壤消毒滅菌藥液噴施設備的相關數據參數。本次試驗的目的是當噴施水泵選型和噴嘴數量確定后，探索噴嘴等效噴孔孔徑與系統壓力、系統流量之間的相互變化關系，選擇最佳配置組合，為定型樣機提供依據。

2.2 試驗條件

試驗期間應保證試驗機組的技術狀態良好，并按使用說明書的規定進行維護和保養，試驗中不應更換配套動力和駕駛員。試驗地應選擇適合于機組作業的具有代表性的地塊，試驗地長度[5]不小于50m，試驗用儀器應按國家有關標準在試驗前進行校正和標定。試驗儀器及其精度要求如下：①流量計，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 試驗方法

筑床施藥機要同時完成筑床和施藥兩種作業工序，因而其作業速度應按照筑床工藝要求確定機組作業速度，即慢速Ⅱ擋；確定每次試驗距離為80m，試驗前預設系統壓力，試驗中觀察系統壓力和噴嘴霧化效果(分好、中、差Ⅲ檔)，試驗后記錄時間和流量，計算作業速度和施藥量。

2.4 試驗數據整理

2018年4月17-18日，項目組在黑龍江省亞布力林業局亮河苗圃進行了筑床施藥機噴施性能參數試驗。6502型噴嘴的試驗數據(等效噴孔孔徑0.91mm)如表3和圖2所示；6503型噴嘴的試驗數據(等效噴孔孔徑1.10mm)如表4和圖3所示；6504型噴嘴的試驗數據(等效噴孔孔徑1.30mm)如表5和圖4所示；6505型噴嘴的試驗數據(等效噴孔孔徑1.40mm)如表6和圖5所示。

表3 6502型噴嘴的試驗數據(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型噴嘴的試驗數據(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型噴嘴的試驗數據(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型噴嘴的試驗數據(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型噴嘴的試驗數據圖(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型噴嘴的試驗數據圖(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型噴嘴的試驗數據圖(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型噴嘴的試驗數據圖(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 試驗結果分析

2.5.1 系統壓力

藥液噴施系統為開式管路配置。系統壓力是由藥液噴灑裝置的6個噴嘴的工作背壓形成的，當噴嘴的等效噴孔孔徑達到一定數值時，系統壓力也達到極限不再增加，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 系統流量

系統流量隨著系統壓力的變化而變化。當等效噴孔孔徑較小時，背壓較大，系統流量隨著系統壓力的增加而增加；當等效噴孔孔徑較大、背壓較小，調壓閥不起作用時，系統流量也會隨著系統壓力達到一個穩定的數值。

2.5.3 霧化效果

霧化效果與系統壓力有直接關系。當系統壓力小于1.00MPa時，霧化效果較差，當系統壓力為1.00～1.50MPa時，霧化效果適中，當系統壓力大于1.50MPa時，霧化效果較好。

3 結論

本次試驗基本達到了預期目標，為下一步進行筑床施藥機試驗樣機生產試驗和定型樣機設計提供了第一手數據資料，并奠定了不可或缺的理論基礎。

1)確定選用6503型噴嘴為試驗樣機生產試驗和定型樣機噴灑裝置的噴嘴，數量6個，等效噴孔孔徑1.10mm。

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

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