6HW-12B高射程森林病蟲害防治噴霧機的研制

6HW-12B高射程森林病蟲害防治噴霧機的研制

雒鷹1，山廣茂1，黃國樑2，張楊1，陳玲1，胡旭光2，陳彧橫3

(1.吉林省林業(yè)科學研究院，長春 130033；2.哈爾濱大東人造板設備制造有限公司，哈爾濱 150040；

3.吉林省長嶺縣森林病蟲防治檢疫站，吉林 松原131506)

摘要：6HW-12B高射程森林病蟲害防治噴霧機，是繼6HW30和6HW-12A兩款高射程噴霧機研制成功之后又一款極具創(chuàng)新意義的新型森林病蟲害防治設備。本文介紹了該機型主要研究內容：將6HW-12A高射程森林病蟲害防治噴霧機的操控方式從“電控氣動式”升級為“電控液壓式”；駕駛棚從“簡易駕駛棚”變?yōu)椤叭忾]異形駕駛室”；報警系統(tǒng)從“玻璃溢位計”升級為“電控聲光溢位報警器”。在總體方案設計上，為提高“6HW-12B高射程噴霧機”的有效射程，還對主機和風機的功率進行了全面提升，分別從“6HW-12A高射程噴霧機”的22KW和15KW提高到“6HW-12B高射程噴霧機”的26KW和22KW。功率的全面提升，使得整機噴高也從原來的20 m提高到現(xiàn)在的22 m以上，水平射程大于35m，平均霧滴直徑達到131 μm。6HW-12B高射程噴霧機的研制成功，使丘陵和平原地區(qū)森林病蟲害防治全面實現(xiàn)現(xiàn)代化成為可能。

關鍵詞：高射程；噴霧機；病蟲害防治；操控方式；溢位報警器

中圖分類號：S 776.28

文獻標識碼：A

文章編號：1001-005X(2015)03-0085-05

Abstract：Following 6HW30 and 6HW-12A，6HW-12B high rage sprayer is another highly successful development of innovative new forest pest control devices.6HW-12B high rage sprayer has been upgraded based on 6HW-12A high rage sprayer.The main development contents of the sprayer are introduced in this paper：the electronic-control pneumatic controlling mode is upgraded to electronic-control hydraulic controlling mode；the simple driving cab is upgraded to “whole closed special-shaped” driving cab；the “glass overflow meter” alarm system is upgraded to “electronically controlled sound and light overflow” alarm system.In terms of the overall design，to improve the effective range of 6HW-12B high rage sprayer，based on 6HW-12A high rage sprayer，the power of the main engine is increased from 15 kW to 22 kW and the power of the fan unit is increased from 22 kW to 26 kW；then the spray height is increased from 20 m to more than 22 m，the horizontal range reached more than 35 m，and the average diameter of droplets reached 131 μm.Therefore，the successful development of 6HW-12B high range sprayer made the modernization of forest pest control in hilly and plains region become possible.

Keywords：high range；sprayer；forest pest control；controlling mode；overflow alarm

收稿日期：2014-11-15

基金項目：吉林省科技廳重點科技攻關項目(20130206057NY)

作者簡介：第一雒鷹，學士，研究員。研究方向：林業(yè)機械。E-mail：ly13578671811@163.com

Development of 6HW-12B High-Range Sprayerfor Forest Disease and Pest Control

Luo Ying1，Shan Guangmao1，Huang Guoliang2，Zhang Yang1，Chen Ling1，Hu Xuguang2，Chen Yuheng3

(1.Jilin Provincial Academy of Forestry Sciences，Changchun 130033；

2.Harbin Dadong Wood-based Panel Equipment Manufacturing Co.，Ltd.，Harbin 150040；

3.Jilin Province Changling County Forest Pest Control and Quarantine Station，Songyuan 131506，Jilin Province)

引文格式：雒鷹，山廣茂，黃國樑，等.6HW-12B高射程森林病蟲害防治噴霧機的研制[J].森林工程，2015，31(3)：85-89.

森林災害主要是指森林火災和森林病蟲災害[1-3]，在人們意識當中，森林火災始終是排在森林災害第一位，然而，隨著人們對森林防火意識的日益增強和相關領導對森林防火責任制強有力的落實，目前，森林病蟲害所造成的損失已經遠大于森林火災所造成的損失[4-6]。據(jù)統(tǒng)計，“十一五”期間，全國林業(yè)有害生物造成的年均損失總計為1 101億元，其中年均直接經濟損失為245億元(立木資源年均損失為128億元，非木質林產品年均損失為117億元)，生態(tài)服務價值年均損失為856億元[7]。經濟林病蟲害的年均發(fā)生面積為65萬hm2，占總發(fā)生面積的5.6%，而造成的經濟損失為117.1億元，占總損失的48%[8]。2006年至2010年林業(yè)有害生物直接經濟損失按病、蟲、鼠兔、有害植物進行評估的結果為：蟲害造成的直接經濟損失最大，為179億元，占年均直接經濟損失總值的73.16%；其次是病害，造成的損失為53億元，占總值的21.79%[9]；以吉林省西部地區(qū)為例(吉林省西部地區(qū)常年干旱少雨，是森林病蟲害多發(fā)地區(qū))，該地區(qū)有林地面積僅占全省有林地面積的12.21%，而森林病蟲害受災面積卻占全省受災面積的40%左右[10]。每年造成的直接損失達數(shù)億元人民幣。由此可見，加強森林病蟲害的治理已是當務之急。

1研究的主要內容

1.1　前期研究基礎

為了有效防控森林病蟲害，吉林省林業(yè)科學研究院在2003年開始對平原和丘陵地區(qū)森林病蟲害進行了認真的研究，總結了各個森林病蟲害防治機械設備的優(yōu)缺點[11-12]，在此基礎上，開發(fā)研制出第一代“6HW30高射程自行式森林病蟲害型防治噴霧機”(以下簡稱“30型噴霧機”)如圖1所示。

圖1　30型噴霧機 Fig.1 Type 30 sprayer

從圖1中可以看出，“30型噴霧機”雖然實現(xiàn)了高射程、自行式、單人單機噴霧防治的功能，但整機結構臃腫，安全性和穩(wěn)定性均不理想。風機是沿用老舊的“牽引式噴霧機”的風機。該風機體積大、重量大、噪音大、整體笨重，不利于拆卸和維修。藥水箱布置在駕駛員身后，使本不堪重負的拖拉機后部又增加了重量120 kg，加之一些機械傳動機構，使得整機重心位置嚴重靠后。盡管在拖拉機最前端加裝了超過100 kg的鑄鐵配重，在整機重載爬坡時仍舊是杯水車薪，有時甚至需要倒車上坡?！?0型噴霧機”為吉林省林業(yè)科學研究院研制的第一代樣機，該機的操控方式為“手控機械式”。

在此基礎上，該課題組于2009年又開發(fā)研制出第二代高射程自行式森林病蟲害型防治噴霧機——“6HW-12A高射程自行式森林病蟲害型防治噴霧機”(以下簡稱“A型噴霧機”)如圖2所示。

圖2　A型噴霧機 Fig.2 Type A sprayer

由圖2可以看出，“A型噴霧機”比“30型噴霧機”有了重大改進。首先將最影響整機重心的藥箱從后部移到兩側大驅動輪上方。然后，對風機加以重新選型，使得新型風機的重量僅為“30型噴霧機”風機重量的四分之一，而且，風機蝸殼的厚度也從原來的500 mm減小到150 mm。最后，操控系統(tǒng)也從“30型噴霧機”的“手控機械式”升級為“電控氣動式”?！癆型噴霧機”經過3 a實際生產使用又發(fā)現(xiàn)諸多弊端，課題組遂提出“6HW-12B高射程自行式森林病蟲害防治噴霧機(以下簡稱”B型噴霧機“)的研制”課題。

“B型噴霧機”課題是吉林省林業(yè)科學研究院承擔的吉林省科技廳重點科技攻關項目。該項目是繼“30型噴霧機”和“A型噴霧機”研制成功后又一極具創(chuàng)新意義的新型森林病蟲害防治設備。“B型噴霧機”一方面秉承了“30型噴霧機”和“A型噴霧機”的傳統(tǒng)設計理念，同時在整機的適用性、安全性和科技含量方面取得重大突破。2013年6月26日，中華人民共和國國家知識產權局正式授予該項目國家發(fā)明專利(專利號：200910218129.9)。

1.2　“B型噴霧機”研究主要內容

(1)霧化噴高系統(tǒng)：此系統(tǒng)既要保證從噴霧機噴射出的藥液充分霧化，同時又要保證超過“A型噴霧機”所達到的高度。

(2)噴霧機噴頭水平180°角范圍內即停設計：該項設計要保證實現(xiàn)噴霧機噴頭可在水平180°角范圍內任意位置牢固停止(此前研制的“A型噴霧機”不能實現(xiàn)此動作)，這對實際生產使用有著極其重大的意義。

(3)全封閉異形駕駛室設計：鑒于該機的專業(yè)性，導致必須對駕駛室進行非標設計。如果采用原車自帶駕駛室，不僅加大了整機成本，而且后部機械傳動部分和藥水箱也無法布置。由于采用全封閉駕駛室，駕駛員在觀察噴霧機噴頭擺動角度時視線會受到影響，因此，在駕駛室內設置天窗用以輔助觀察噴霧機噴頭擺動角度。全封閉的駕駛室雖然解決了農藥對駕駛員人身安全的危害，但在夏季病蟲害防治作業(yè)時駕駛室內溫度會達到40℃以上。如何解決駕駛室內溫度過高，同時還要防止霧化的農藥大量飄入駕駛室，這也是此項課題研究的主要內容之一。駕駛室的結構形狀根據(jù)噴霧機的結構尺寸，后期進行現(xiàn)場設計加工。

(4)溢位聲控報警技術的應用：普通玻璃溢位計的功能可以滿足使用要求，且成本較低，但其極易破損導致藥液流失浪費，加之長時間使用，灰塵和水垢的污染會使溢位計失去作用，故采用此技術。

(5)加寬輪距：輪距加寬可以使得駕駛空間更為寬敞，橫向穩(wěn)定性更加安全可靠。

2總體方案設計與結構特點

綜上所述，“B型噴霧機”在總體方案設計上既考慮到“A型噴霧機”的適用性，同時也對它存在的問題進行了全面升級和改進?？傮w方案設計的第一步就是全面提升噴霧機主機(拖拉機)和風機功率。將主機功率由22 KW提高到26 KW，相應動力輸出軸輸出功率也從19.89 KW提高到23 KW。風機的功率從原來的15 KW提高到22 KW。功率的全面提升，使得整機噴高也從“A型噴霧機”20 m提高到“B型噴霧機”的22 m以上。由于新型風機在風量和風壓上都有較為明顯提高，所以風機的二次霧化效果得到顯著加強。第二步，在噴霧機噴頭水平180°角范圍內即停設計上，首先考慮到的是將“A型噴霧機”的操控方式由電控氣動式更改為電控液壓式，這一更改使得“B型噴霧機”有了質的飛躍。具體體現(xiàn)在實際生產中的重要意義是：

(1)可以實施定角度噴霧防治。定角度噴霧防治就是根據(jù)樹高，事先選定好噴霧角度。這樣，可以實現(xiàn)單方向不留死角的全覆蓋噴霧防治。而“A型噴霧機”則不具此項功能。

(2)可以節(jié)省不必要的農藥浪費?！癆型噴霧機”的噴頭只能雙向擺動，當噴頭與地面在垂直位置附近時所噴出的農藥，有相當一部分會散落到地上，造成無端的浪費。而“B型噴霧機”則完全克服了此種弊端，藥液全部直噴樹冠。

(3)可以實現(xiàn)常量定向噴霧?！癇型噴霧機”在森林病蟲害防治作業(yè)中，可以針對重災林木(食葉害蟲密集部位或蛀干害蟲蟲窩)實施常量定向噴霧，這樣可以有效殺滅害蟲。而“A型噴霧機”則不能。第三步，“B型噴霧機”總體設計充分考慮到駕駛室在整機防治作業(yè)中的重要作用?！癆型噴霧機”采用的是簡易駕駛棚結構設計(如圖3所示)。

圖3　A型噴霧機簡易駕駛棚 Fig.3 The simple driving cab of type A sprayer

在長期使用過程中發(fā)現(xiàn)，簡易駕駛棚雖能遮擋住大部分自上而下散落的霧化農藥，但卻不能防止在前后左右飄來的霧化農藥。這對駕駛員的身體健康帶來極大安全隱患。鑒于此，“B型噴霧機”在總體方案設計中采用全封閉異形駕駛室(如圖4所示)。

圖4　B型噴霧機 Fig.4 Type B sprayer

對駕駛室的技術要求是既不能封閉過嚴，又不能簡單遮擋。封閉過嚴會導致駕駛室溫度過高，甚至駕駛員不能正常工作。而簡單遮擋則不能有效防止霧化農藥從周邊進入駕駛室。最后，在駕駛室總體方案設計中采用“整體封閉、下面開口”的設計思想。整體封閉就是在駕駛室非標設計時，將駕駛室的上方以及前后左右用鐵板和玻璃封閉。下面開口既是在駕駛室底部設計通風口。這樣，既能全方位遮擋霧化農藥，同時又能通過底部通風口給駕駛室通風換氣。在此基礎上，在駕駛員頭部右上方加裝車載電風扇，有效的解決了上述矛盾。

在溢位裝置的設計上，“B型噴霧機”用電控聲光溢位報警器取代了“A型噴霧機”老舊的玻璃溢位計。當藥箱注水到上限位置時，報警器鳴叫，報警器按鈕也同時閃亮。當藥液噴射到藥箱下限位置時，報警器重復上述動作。電控聲光溢位報警器在該機上的應用，極大提高了“B型噴霧機”的科技含量，同時也解決了玻璃溢位計極易破損，導致藥液流失浪費和長時間使用，灰塵和水垢的污染使溢位計失去作用的問題。

“B型噴霧機”的組成如圖5所示。其工作原理是：傳動機構7用一皮帶輪與主機動力輸出軸6采用花鍵連接，然后將主機的動力輸出軸輸出功率通過一條16槽皮帶分別傳至風送系統(tǒng)10和藥液供給系統(tǒng)11，藥液供給系統(tǒng)11內的液泵再將藥箱總成9內的藥液泵至風機風口內的霧化噴嘴處，從噴嘴噴出的農藥在霧化噴嘴內部得到第一次霧化。隨即，噴出的霧化藥液借助高壓風機的風力進行第二次霧化，最終風機將霧化好的藥液高高送入所需防治林木的樹干和樹冠上，最終達到殺死害蟲對林木危害之目的。

圖5　B型噴霧機結構簡圖 Fig.5 The structure diagram of type B sprayer 1.主機；2.電控系統(tǒng)；3.非標異形駕駛室；4.液壓系統(tǒng)；5.懸掛總成；6.動力輸出軸；7.機械傳動機構；8.擺動機構；9.藥水箱總成；10.風送系統(tǒng)；11.藥液供給系統(tǒng)

值得一提的是，“B型噴霧機”在機電、液壓一體化應用方面有了新的突破。首先利用主機上原有用于農機提升裝置的液壓系統(tǒng)作為液壓動力源并加以改裝，然后再加上一些相應的液壓元(器)件，通過電路控制系統(tǒng)，最終實現(xiàn)噴霧機的噴頭既可以自動擺動，也可以手動控制在水平180°角范圍內任意位置停止。液壓系統(tǒng)工作原理如圖6所示。

圖6　液壓系統(tǒng)工作原理圖 Fig.6 The schematic diagram of hydraulic system 1.葉片式擺動油缸；2.雙電控電磁換向閥；3.調速節(jié)流閥；4.手動換向閥；5.溢流閥；6.齒輪泵

當噴霧機工作時，將主機液壓操縱手柄4(即手動三位四通換向閥手柄)向后拉動使其處于工作位置，液壓油輸出系統(tǒng)開始工作。啟動左、右擺電控按扭，液壓油通過雙電控三位四通電磁換向閥2推動擺動油缸1擺動。擺動油缸1輸出軸與噴霧機噴頭上的擺臂相連接，油缸帶動擺臂實現(xiàn)噴霧機噴頭左、右擺動。噴霧機噴頭的擺動速度是靠調整節(jié)流閥3控制完成的。

當噴霧機停止工作時，將主機液壓操縱手柄4向前推動，使其處于卸荷位置，致此完成一工作循環(huán)。

3“B型噴霧機”主要技術參數(shù)

3.1　主機技術參數(shù)

主機技術參數(shù)見表1。

表1　主機技術參數(shù) Tab.1 The technical parameters of the main unit

3.2　噴霧裝置技術參數(shù)

噴霧裝置技術參數(shù)見表2。

表2　噴霧裝置技術參數(shù) Tab.2 The technical parameters of the sprayer unit

3.3　整機參數(shù)

整機參數(shù)見表3。

表3　整機參數(shù) Tab.3 The parameters of the whole machine

4結論

通過實地試驗表明，該機作為新一代林木病蟲害防治設備，完全可以取代“A型噴霧機”在森林病蟲害防治方面的工作。該機具有機動靈活性強、自動化程度高、穩(wěn)定性好、操控簡單、維修方便、使用安全、作業(yè)效率高、使用成本低等諸多優(yōu)點。經過生產試驗測算，單機單人每天作業(yè)面積相當于至少50人以上完成的作業(yè)面積。而且，人工防治森林病蟲害對于10 m以上的林木是力所不能及的。作業(yè)成本僅相當于人工的30%左右。所以應用該機進行森林病蟲害防治作業(yè)既可帶來良好的經濟效益，同時也可帶來巨大的生態(tài)效益和社會效益。另外，在非防治季節(jié)還可以去掉后部噴霧總成進行農田耕作、液肥噴灑、牽引拖車等多項工作，真正實現(xiàn)一機多用。在實驗過程中，得到了用戶一致好評，有著十分廣闊的應用前景。

【參考文獻】

[1]趙鐵珍，柯水發(fā)，高嵐，等.森林災害對我國林業(yè)經濟增長的影響分析[J].北京林業(yè)大學學報，2004，26(2)：37-40.

[2]白存琳，王婷.森林病蟲害的發(fā)生及防治[J].現(xiàn)代農業(yè)科技，2013(21)：164+172.

[3]吉漢忠，顏生林，趙曉軍，等.車載式噴霧機對草原蟲害和毒草防治試驗示范[J].畜牧與飼料科學，2010(5)：26-28.

[4]森林蟲害不亞于森林火災——就森林病蟲害訪吉林省林科院研究員高長啟[N].中國環(huán)境報，2000-6-2(5).

[5]邱威，顧家冰，丁為民，等.果園風送式噴霧機防治效果試驗[J].農業(yè)機械學報，2015(1)：94-99.

[6]劉秀娟，周宏平.風送式噴霧機軸流風機的氣動工程設計[J].林業(yè)機械與木工設備，2011，39(2)：38-40.

[7]宋玉雙，蘇宏鈞，于海英，等.2006-2010年我國林業(yè)有害生物災害損失評估[J].中國森林病蟲，2011，30(6)：1-4.

[8]李育材.我國林業(yè)有害植物危害現(xiàn)狀及防控對策[J].中國森林病蟲，2009，28(5)：1-5.

[9]毛忠映.森林病蟲鼠：威脅森林資源安全的三大災害之一[J].中國林業(yè)，2009(10A)：10-12.

[10]雒鷹，黃國樑，山廣茂，等.6HW-12A高射程自行式森林病蟲害型防治噴霧機的研制[J].林業(yè)機械與木工設備，2010，38(10)：47-49.

[11]雒鷹，黃國樑，李殿鋒，等.6HW-12A型高射程自行式森林病蟲害防治噴霧機的應用[J].林業(yè)機械與木工設備，2014，42(6)：54-56.

[12]雒鷹，黃國樑，陳玲，等.6HW-12B高射程噴霧機穩(wěn)定性設計與計算[J].林業(yè)機械與木工設備，2015，43(1)：23-25.

[責任編輯：劉美爽]