新型背负式电动喷药机的设计

张梅+Daniel+K.Fisher+马伟

【摘要】中国小型温室的喷药作业大多采用背负式喷药，这种喷药方式具有简单轻便，适合单人操作的特点。背负式喷药方式主要有3种，一是手动按压，劳动强度大；二是高压气瓶加压，成本高，多用于短时间科研喷雾使用；三是电动加压，具有环保和省力的特点。电动加压的优势是喷雾压力恒定在0.3～0.4 MPa之间，雾滴均匀性和喷洒效率都优于手动加压。因此该装置将电动加压技术应用在背负式喷药装备上，并针对原有的薄弱技术环节进行优化设计，从而达到减轻药械自重40%以上，提高喷雾续航时间3 h以上的效果。

背景

温室喷药是温室种植生产的一个重要环节，该过程具有作业频繁和劳动强度大的特点，一般温室越冬蔬菜需要每周喷药1～2次。因此，针对这一环节的施药器械开发成为一个技术开发和研究的焦点。传统的施药器械加压方式多为手动加压，由于其价格低廉得到大范围推广，不足之处是该方式劳动强度较大，雾化均匀性不好。近年来也有通过大功率电机或汽油发动机作为动力源，利用高压柱塞泵加压，通过几十米的多层高压管来对温室进行喷药，这种方式往往需要2～4人同时拖拽高压管，能快速喷药，但缺点是施药不够精细，需要劳动力较多。国内的科研机构也开发有一些智能化喷药装备，利用传感器和单片机实现精准化控制，笔者曾主要完成的温室施肥施药一体机，温室高效喷药机等诸多施药器械，也对该领域的技术进步发挥一定作用。

考虑到有些温室空间狭小，相对四轮可推动喷药机而言，背负式喷药机更灵活、便捷。笔者曾在《温室智能装备系列之十六用于果蔬作物的背负电动变量喷药机》[1]一文中详细描述了该技术细节。该类型喷药机通过多年推广后，在实际生产中发现一些问题，对其原有的薄弱技术环节进行优化设计就非常必要。

原理

新型背负式电动喷药机的设计主要的环节包括电池、压力泵、底座、喷杆、喷嘴5个部分。通过将电池设计为新型锂电池，压力泵变为内置的紧凑型结构，提高药械的强度，极大的简化底座的结构。另外对喷杆的把手部分增加外接的压力接口，喷嘴改为组合式密封结构，具备很大的通用性。

結构

采用紧凑型内嵌式结构，压力泵由药桶护避免撞击受损。药桶采用大弯曲结构，一方面弯曲弧面可以和作业人员背负有更大间隙，提高舒适性，同时还可以增加药桶的机械强度。进一步对喷药机进行优化和提升：电池选用锂电池，20V1.5AH，重量为50 g，是原有电池重量的5%（图2、图3）。电池充好电后采用插入锁扣的方式固定在底部。压力泵采用圆柱形结构，以直接嵌入的方式固定在药桶底部，占空间少（图4）。

底座的设计选择16 mm空心铁管折弯，重量轻，成本低。通过布置圆柱形泵和电池位于药箱正下方的方法，降低重心，减少背负喷药机时对背部的压力（图5）。

把手通过增加防滑海绵的方法改善了操作舒适性。预留了用来连接压力表的快速插口，根据需要通过压力软管就能快速外接压力表，这种结构对精密喷雾的需求留出功能扩展接口（图6）。

喷杆改进后可适用于Teejet系列的喷嘴，雾滴较小的Teejet8001喷嘴方便更换。圆锥形喷嘴通过适配接头可方便的连接上去，能很好的满足大喷雾量的喷雾需求（图7、图8）。

结束语

便携轻便的喷雾器开发是施药器械研究的一个重要方向，其技术起点低，但作业针对性好。能解决实际生产大问题的思路是药械研发的重要趋势。该文通过长期以来对背负式电动喷药机用户反馈问题分析以及新技术的集成实现创新，有效解决中国温室单人背负喷雾（喷药、喷叶面肥、幼苗喷水）作业的难题。

参考文献

[1] 马伟，王秀，秦贵，等.温室智能装备系列之十六用于果蔬作物的背负电动变量喷药机[J].农业工程技术（温室园艺），2010，30（6）：38-39.endprint