基于Design Expert的噴霧實驗與分析

何光宇，繆 宏，李孟麗，李 爽，雷金海，張玉華

（1.揚州大學機械工程學院；2.揚州威特科技股份有限公司；3.揚州市三江農業科技發展有限公司，江蘇 揚州225128）

0 引言

目前水生蔬菜是我國區域性特色明顯的優勢農產品，種類繁多。水生蔬菜的病蟲害防治存在傳統機載施藥方式霧滴粒徑大、覆蓋率低的問題，本文基于超聲氣力霧化原理，設計噴霧實驗，建立超聲功率和氣壓值的變化對霧滴體積中徑的影響規律模型，探究最佳霧化條件，為防治機器人的噴霧系統設計提供理論依據。

1 霧化裝備施藥基礎性能

1.1 試驗方法

針對氣力霧化狀態，研究超聲氣力霧化機器人機具在不同功率、噴霧壓力下，對霧滴粒徑的影響規律。本試驗使用注射泵作為液泵，設定噴頭流量為20 mL/min，測定該流量下氣力霧化噴頭在供氣壓力為0、0.02、0.05、0.08 MPa以及超聲功率為100、200、300 W情況下霧滴粒徑情況，并確定最佳噴霧試驗參數，試驗方案如表1所示。

表1 試驗方案

2 結果與分析

對12組不同超聲功率和噴霧壓力的情況下霧滴體積中徑的大小各做了3次測試并求得其平均值。試驗結果如表2所示。

利用Design Expert軟件對數據進行分析擬合。擬合模型采用quadratic二次函數，得到的回歸模型為：

Y=7.28-1.24A-0.58B-0.18AB-0.034A2+0.16B2

式中：Y—霧滴體積中徑，μm；

A—超聲功率，W；

B—氣壓值，MPa。

該模型能夠很好的預測超聲功率和氣壓值的變化對霧滴體積中徑的影響規律。此外，利用Design Expert中的3D Surface模塊對試驗結果做了響應面分析，結果如圖1所示。

結合試驗結果表和響應面曲線圖可知，超聲氣力噴頭產生的霧滴粒徑在28.63～83.08 μm，大致屬于超低容量噴霧（15～75 μm）。通過對比同一氣壓值下的霧滴粒徑情況，可以明顯發現超聲功率越高，霧滴粒徑越小，霧化程度越好；同一超聲功率，氣壓值越大，霧滴粒徑越小，霧化程度越好。為了兼顧實際工作要求和霧滴霧化性能，要求超聲功率不大于260 W、霧滴粒徑不低于20 μm、噴霧壓力越小越好。利用Optimization功能對噴霧工作參數做優化設計，結果如圖2所示。結果顯示：超聲功率為188 W，氣壓值大約為0.03MPa時，霧滴體積中徑大約為58μm，此時工作性能最優并能很好地滿足霧化性能要求。

表2 不同工況下霧滴粒徑

圖1 響應面曲線圖

圖2 優化結果