山西省噴霧性能綜合測試實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

張小剛，李 丹

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西太原 030002）

噴嘴是噴淋、噴霧、噴油、噴砂、噴涂等多種設(shè)備里較為關(guān)鍵的一個(gè)部件。噴嘴在行業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，材質(zhì)從不銹鋼、塑料到碳化硅、聚四氟乙烯、PP（工程塑料）、鋁合金和鎢鋼等。農(nóng)業(yè)上的用途主要在于植保機(jī)械和種植施肥機(jī)械。

由于噴嘴是按其在多種不同噴霧條件下工作而設(shè)計(jì)的，因而選用適合需要的噴嘴，以便在使用中達(dá)到最佳噴霧性能。噴嘴的特性主要體現(xiàn)在噴嘴的噴霧類型，即液體離開噴嘴口時(shí)形成的形狀及其運(yùn)行性能。選用噴嘴的因素有流量、壓力、噴霧角度、覆蓋范圍、沖擊力、溫度、材質(zhì)、應(yīng)用等，這些因素之間往往相互牽連、相互制約。流量與壓力，噴霧角度與覆蓋范圍均呈正比例關(guān)系。任何噴嘴的噴射目的都是要維持連續(xù)不斷，使槽液與工件接觸，流量是比壓力更為重要因素。

噴霧性能綜合檢測平臺主要對噴頭、液泵產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測測試，是噴嘴選擇的良好助手，它能測定液體的工作壓力和額定工作壓力下的霧錐角、流量、單個(gè)噴頭的最大噴量等，還能測定額定工作壓力下組合的各噴頭噴霧量分布均勻性等[1]。結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，噴霧性能綜合檢測平臺特別適用于我國的植保機(jī)械和種植施肥機(jī)械的選擇和檢測。

1 實(shí)驗(yàn)室主要設(shè)備分析

山西省噴霧性能綜合測試實(shí)驗(yàn)室主要設(shè)備為WFS-Ⅱ型噴霧性能綜合試驗(yàn)臺。

1.1 WFS-Ⅱ型噴霧性能綜合試驗(yàn)臺的主要功能

試驗(yàn)臺包裝尺寸4 m×2 m×2 m，質(zhì)量為1 t；配有數(shù)據(jù)采集用計(jì)算機(jī)（聯(lián)想計(jì)算機(jī)）、打印機(jī)（惠普）、進(jìn)行霧滴檢測的激光粒度儀（濟(jì)南微納公司）、調(diào)節(jié)距離的超聲波液位傳感器（進(jìn)口傳感器）等設(shè)備。

試驗(yàn)臺能完成GB/T 20183.1—2006/ISO5682-1：1996《噴霧機(jī)噴頭試驗(yàn)方法》及 GB/T 20183.2—2006/ISO5682-2：1997《液力噴霧機(jī)試驗(yàn)方法》所規(guī)定的主要綜合試驗(yàn)內(nèi)容。一是噴頭性能測試部分；二是噴桿式噴霧機(jī)沿噴桿各噴頭噴量一致性及總噴量、噴霧分布均勻性、調(diào)壓性能等測試；三是液泵測試部分，包括泵的出口壓力、流量、扭矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的測量[2]。

1.2 工業(yè)噴霧激光粒度儀

工業(yè)噴霧激光粒度儀是一款大量程、開放式、針對霧滴粒度測定的噴霧激光粒度儀。采用了夫瑯禾費(fèi)衍射原理和典型的平行光路設(shè)計(jì)，配備高性能大功率激光器，能夠滿足測樣環(huán)境復(fù)雜、粒徑分布較大的測試需求，是實(shí)驗(yàn)室重要組成部分。

工作原理圖見圖1。

圖1 工作原理圖

激光粒度儀采用分體式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，測量區(qū)間0.1～10.0 m可調(diào)，使用功率更大的半導(dǎo)體激光器，抗干擾能力得到極大增強(qiáng)；其軟件功能強(qiáng)大，可以通過移動(dòng)噴嘴，實(shí)時(shí)記錄和統(tǒng)計(jì)分析測量區(qū)域內(nèi)所有霧滴的粒度分布，并獲得霧場在不同截面和高度的霧滴粒度分布；具有多重散射自動(dòng)校正功能，保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，可適應(yīng)不同濃度噴霧的測量[3]。該儀器通用性和適用性強(qiáng)，具有自動(dòng)對中系統(tǒng)，可便捷完成儀器的光路對中工作。針對噴霧測試中霧滴易對鏡頭污染的問題，設(shè)計(jì)研發(fā)了氣流保護(hù)系統(tǒng)，可有效保護(hù)鏡頭，在測試中避免了霧滴對鏡頭的污染，延長了儀器的使用壽命。

1.3 主要性能指標(biāo)

液體壓力、流量傳感器測量精度為±2 mL，角度的測量精度為±1°，單次試驗(yàn)時(shí)間設(shè)定范圍30～60s，噴頭最大噴量0～4 L/min，系統(tǒng)最大可測量壓力0～1.0 MPa，液泵出水口傳感器最大可測量流量0～100 L/min，液泵調(diào)速范圍 0～960 r/min，噴桿架上下調(diào)節(jié)距離300～700 mm，試管容積測量精度為±2 mL。

WFS-Ⅱ型噴霧性能綜合試驗(yàn)臺見圖2。

圖2 WFS-Ⅱ型噴霧性能綜合試驗(yàn)臺

2 實(shí)驗(yàn)室主要用途

該實(shí)驗(yàn)室設(shè)立在山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心農(nóng)機(jī)研發(fā)部，其各項(xiàng)用途也主要圍繞研發(fā)部的職能展開。

2.1 提高現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的工作效率

飼料成套加工設(shè)備試驗(yàn)室是研發(fā)部的省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有飼料成套加工設(shè)備試驗(yàn)臺架1套，該試驗(yàn)臺架可以完成以糧食為主的常規(guī)飼料及其加工設(shè)備的試驗(yàn)和小批量生產(chǎn)。包括時(shí)產(chǎn)25 t顆粒飼料壓制機(jī)、微量元素電子配料秤、正壓密相氣力輸送裝置和電子稱量自動(dòng)打包秤?？梢赃M(jìn)行配合飼料的配方試驗(yàn)和小批量生產(chǎn)，也可對飼料成套加工機(jī)組的某一設(shè)備進(jìn)行檢測。

該實(shí)驗(yàn)室的自清式油脂添加系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)液體原料自動(dòng)稱質(zhì)量、高壓噴油、霧化和管路自清，實(shí)現(xiàn)這一功能的前提是一個(gè)合格的噴嘴，在山西省噴霧性能綜合實(shí)驗(yàn)室的助力下，利用已知噴嘴承受的壓力、流量等數(shù)據(jù)，通過試驗(yàn)科學(xué)選擇噴嘴，節(jié)省時(shí)間，節(jié)約成本，最大程度地保證液體組份計(jì)量和添加的精確性、可靠性。改變以往全憑肉眼觀測使用效果，憑經(jīng)驗(yàn)從市場隨機(jī)大量多渠道購買的習(xí)慣。

2.2 加快正在進(jìn)行研究項(xiàng)目的進(jìn)展

畜禽糞污無害化快速處理資源化利用技術(shù)及關(guān)鍵裝備研究（201803D221027-1）是研發(fā)部正在進(jìn)行的山西省科技廳科技攻關(guān)項(xiàng)目，該項(xiàng)目針對農(nóng)業(yè)面源污染中分布最廣、危害面大、使用普遍的畜禽糞污，進(jìn)行快速無害化處理及有機(jī)肥加工利用。研發(fā)探討畜禽糞污無害化快速處理加工工藝，開發(fā)創(chuàng)新一套畜禽糞污無害化快速、高效處理裝置。

該設(shè)備應(yīng)用高性能的發(fā)酵菌種、酶制劑等組合菌劑，實(shí)現(xiàn)畜禽糞污的快速高效無害化處理，大大縮短無害化處理時(shí)間，節(jié)約大量的堆糞用地，徹底切斷養(yǎng)殖場與場外的交叉污染。該設(shè)備機(jī)械部分已經(jīng)基本研制完畢，目前急需采購發(fā)酵菌種、酶制劑等組合菌劑的噴施設(shè)備，借助噴霧綜合實(shí)驗(yàn)臺，將大大降低噴施設(shè)備的采購成本，并提高噴施的精確度和可靠度。

2.3 為預(yù)研項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)支撐

豬場液體飼料投放項(xiàng)目是研發(fā)部畜牧機(jī)械所正在預(yù)研的一個(gè)項(xiàng)目，液體飼喂即飼喂采用食品工業(yè)廢料的混合物或者常規(guī)干料制備成的液體日糧以及固體飼料原料與水的混合物。液體飼喂與常規(guī)干料飼喂方式相比具有諸多優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在4個(gè)方面：①液體飼喂可以提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能；②液體飼喂系統(tǒng)安全可靠；③液體飼喂系統(tǒng)適應(yīng)性廣；④液體飼喂系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高。借助山西省噴霧性能綜合實(shí)驗(yàn)室，精準(zhǔn)檢測、科學(xué)實(shí)驗(yàn)，為預(yù)研項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)支撐，也為預(yù)研項(xiàng)目早日立項(xiàng)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

2.4 對我國植保機(jī)械和種植施肥機(jī)械的快速發(fā)展提供技術(shù)支持

農(nóng)業(yè)部對我國植保機(jī)械和種植施肥機(jī)械現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果表明，目前國產(chǎn)的植保機(jī)械和種植施肥機(jī)械中有80%左右處于發(fā)達(dá)國家較低階段的發(fā)展水平。噴霧機(jī)械起步晚、整體水平還不高，而且關(guān)鍵在于由于缺乏高效多能的檢測設(shè)備，對噴頭、液泵產(chǎn)品的性能測試還不完全、不規(guī)范、不標(biāo)準(zhǔn)，因而產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，總體性能不佳，存在著霧化質(zhì)量不好、滴漏現(xiàn)象嚴(yán)重等問題。山西省噴霧性能綜合測試實(shí)驗(yàn)室的建立可解決這一問題，利用噴霧性能綜合試驗(yàn)臺檢測即將上市的產(chǎn)品或已上市的產(chǎn)品或正在研發(fā)的產(chǎn)品，及時(shí)指出產(chǎn)品的缺陷或問題所在，促進(jìn)我國植保機(jī)械和種植施肥機(jī)械的快速發(fā)展。

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)室是科學(xué)的搖籃，是科學(xué)研究的基地，科技發(fā)展的源泉，對科技發(fā)展起著非常重要的作用。山西省噴霧性能綜合實(shí)驗(yàn)室（實(shí)驗(yàn)室已于2018年11月由山西省科技廳正式立項(xiàng)）的建立，適逢其會，正當(dāng)其時(shí)，必將為山西省農(nóng)機(jī)科研事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。