筑床施药机喷施性能参数试验研究

杨雪峰，李应珍，张树君，吴兆迁，3，牛晓华，3，樊冬温，朱立丹

(1.国家林业局哈尔滨林业机械研究所，哈尔滨 150086；2.黑龙江省亚布力林业局，黑龙江 亚布力 150633；3.中国林业科学研究院新技术研究所，北京 100091)

0 引言

由于林木种子稀缺珍贵，为了提高保苗率和优质苗木产出率，我国林业育苗技术规程[1]明确规定，育苗前要根据具体情况分别采用药剂消毒、烧土等方法进行土壤处理，各个省级的相关技术规程[2]的要求更加具体严格。其中，最为常用的消毒灭菌药剂为3%工业用硫酸亚铁水溶液，要求在播种作业7天前将药液均匀浇在土壤中，施药量为2kg/m2。这意味着每公顷地要浇洒10 800kg药液，对于完全依靠人工进行土壤消毒灭菌作业的苗圃而言，是一项非常艰巨的生产任务。手工作业难以控制浇洒量及均匀度，作业效果也受影响。那么，施药量为什么如此之大呢？有两个不能抗拒的理由：一是药液浓度不能太高，浓度过高会污染土壤，反而损伤幼苗；二是不能搅拌，只能靠渗透达到底部土壤消毒灭菌。

为了解决育苗生产中的这个难题，笔者根据林业苗圃实际生产工艺要求，提出在整地筑床作业过程中，采用新型高效喷施技术，将药液直接喷到正在筑床机旋耕器中进行高速旋转搅拌的土壤中,从而一次性完成筑床和施药作业，实现高效率、高质量、低污染、低耗能，一机多用。

1 试验样机的总体结构和设计参数

1.1 总体结构及工作原理

1.1.1 总体结构

筑床施药机由筑床机和药液喷施系统两部分组成。筑床机[3]由三点悬挂架、左右步道犁总成、动力传动装置、旋耕碎土装置及成形器等零部件组成；药液喷施系统由活塞式隔膜泵、取力装置、喷洒装置、药箱及管路过滤组合等零部件组成，如图1所示。

1.三点悬挂架 2.左右步道犁总成 3.动力传动装置 4.旋耕水土装置 5.成型器 6.管路过滤组合 7.药箱 8.喷洒装置 9.取力装置 10.活塞式隔膜泵图1 筑床施药机结构简图Fig.1 The structure diagram of seed bed former with the function of pesticide application

其中， 三点悬挂架由立杆、横拉杆、杆座和销轴等零部件组成;步道犁总成由犁柱、犁托焊合、犁臂，以及犁侧板和犁铧等零部件组成；动力传动装置由万向节传动轴、安全销、输入轴、锥齿轮变速箱、中间传动轴、双排链传动装置及其罩壳等零部件组成；旋耕碎土装置由刀轴、刀裤、旋耕刀和棱角式机罩等零部件组成；成形器由左右翼板焊合、平床板及其连接件等零部件组成；活塞式隔膜泵为通用产品，可直接选项配套；取力装置由皮带、带轮、轴承、离合器等零部件组成；喷洒装置由喷头、安装架、喷角调整机构等零部件组成；药箱由塑料制成，管路过滤组合包括进水软管、出水管、管接头及过滤器等。

1.1.2 工作原理

筑床机与拖拉机三点悬挂连接，左右两个步道犁分别开出步道沟并同时将土翻到中间，由拖拉机动力输出轴经万向节传动轴输入到动力传动装置，驱动旋耕碎土装置将床体土壤进行碎化、疏松、均布处理后，成形器再进行压实整形作业。药液喷施系统的活塞式隔膜泵通过取力装置从筑床机动力传动装置获取动力，喷洒装置将高压雾化的药液直接喷到正在筑床机旋耕器中进行高速旋转搅拌的土壤颗粒表面。

1.2 试验样机的总体设计参数

筑床施药机以2MCX-1100A型精细筑床机[4]为基本主体配置药液喷施系统，三点悬挂架、动力传动装置和旋耕碎土装置均有了相应的改进。试验样机型号为2MYX-1130，设计参数如表1和表2所示。

表1 药液喷施系统设计参数Table 1 The design parameters of the liquid spraying system

表2 筑床机设计参数Table 2 The design parameters of the seed bed former

2 喷施性能参数试验

2.1 试验目的

到目前为止，还搜索不到大田土壤消毒灭菌药液喷施设备的相关数据参数。本次试验的目的是当喷施水泵选型和喷嘴数量确定后，探索喷嘴等效喷孔孔径与系统压力、系统流量之间的相互变化关系，选择最佳配置组合，为定型样机提供依据。

2.2 试验条件

试验期间应保证试验机组的技术状态良好，并按使用说明书的规定进行维护和保养，试验中不应更换配套动力和驾驶员。试验地应选择适合于机组作业的具有代表性的地块，试验地长度[5]不小于50m，试验用仪器应按国家有关标准在试验前进行校正和标定。试验仪器及其精度要求如下：①流量计，精度1.0%；②压力表，精度1.0%；③秒表，精度0.2 s；④50 m卷尺，精度1.0mm。

2.3 试验方法

筑床施药机要同时完成筑床和施药两种作业工序，因而其作业速度应按照筑床工艺要求确定机组作业速度，即慢速Ⅱ挡；确定每次试验距离为80m，试验前预设系统压力，试验中观察系统压力和喷嘴雾化效果(分好、中、差Ⅲ档)，试验后记录时间和流量，计算作业速度和施药量。

2.4 试验数据整理

2018年4月17-18日，项目组在黑龙江省亚布力林业局亮河苗圃进行了筑床施药机喷施性能参数试验。6502型喷嘴的试验数据(等效喷孔孔径0.91mm)如表3和图2所示；6503型喷嘴的试验数据(等效喷孔孔径1.10mm)如表4和图3所示；6504型喷嘴的试验数据(等效喷孔孔径1.30mm)如表5和图4所示；6505型喷嘴的试验数据(等效喷孔孔径1.40mm)如表6和图5所示。

表3 6502型喷嘴的试验数据(等效喷孔孔径0.91mm)Table 3 The test data of 6502 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 0.91mm)

表4 6503型喷嘴的试验数据(等效喷孔孔径1.10mm)Table 4 The test data of 6503 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 1.10mm)

表5 6504型喷嘴的试验数据(等效喷孔孔径1.30mm)Table 5 The test data of 6504 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 1.30mm)

表6 6505型喷嘴的试验数据(等效喷孔孔径1.40mm)Table 6 The test data of 6505 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 1.40mm)

图2 6502型喷嘴的试验数据图(等效喷孔孔径0.91mm)Fig.2 The test data of 6502 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 0.91mm)

图3 6503型喷嘴的试验数据图(等效喷孔孔径1.10mm)Fig.3 The test data of 6503 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 1.10mm)

图4 6504型喷嘴的试验数据图(等效喷孔孔径1.30mm)Fig.4 The test data of 6504 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 1.30mm)

图5 6505型喷嘴的试验数据图(等效喷孔孔径1.40mm)Fig.5 The test data of 6505 type spray nozzle (equivalent aperture of orifice 1.40mm)

2.5 试验结果分析

2.5.1 系统压力

药液喷施系统为开式管路配置。系统压力是由药液喷洒装置的6个喷嘴的工作背压形成的，当喷嘴的等效喷孔孔径达到一定数值时，系统压力也达到极限不再增加，如6504型喷嘴的最大压力0.70MPa，6505型喷嘴的最大压力0.65MPa。

2.5.2 系统流量

系统流量随着系统压力的变化而变化。当等效喷孔孔径较小时，背压较大，系统流量随着系统压力的增加而增加；当等效喷孔孔径较大、背压较小，调压阀不起作用时，系统流量也会随着系统压力达到一个稳定的数值。

2.5.3 雾化效果

雾化效果与系统压力有直接关系。当系统压力小于1.00MPa时，雾化效果较差，当系统压力为1.00～1.50MPa时，雾化效果适中，当系统压力大于1.50MPa时，雾化效果较好。

3 结论

本次试验基本达到了预期目标，为下一步进行筑床施药机试验样机生产试验和定型样机设计提供了第一手数据资料，并奠定了不可或缺的理论基础。

1)确定选用6503型喷嘴为试验样机生产试验和定型样机喷洒装置的喷嘴，数量6个，等效喷孔孔径1.10mm。

2)药液喷施系统压力为1.5～2.0MPa，这个压力区间的雾化效果最好，也正是隔膜泵最佳的工作压力区间。

3)由于拖拉机的型号不同，挡位配置也不尽相同。不论何种型号的拖拉机，其作业速度应控制在2.88km/h(0.8m/s)左右，系统流量约15.5L/min，施药量约1 175L/hm2。