基于Design Expert的噴霧實(shí)驗(yàn)與分析

何光宇，繆 宏，李孟麗，李 爽，雷金海，張玉華

（1.揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院；2.揚(yáng)州威特科技股份有限公司；3.揚(yáng)州市三江農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司，江蘇 揚(yáng)州225128）

0 引言

目前水生蔬菜是我國(guó)區(qū)域性特色明顯的優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品，種類繁多。水生蔬菜的病蟲害防治存在傳統(tǒng)機(jī)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(shè)計(jì)噴霧實(shí)驗(yàn)，建立超聲功率和氣壓值的變化對(duì)霧滴體積中徑的影響規(guī)律模型，探究最佳霧化條件，為防治機(jī)器人的噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 霧化裝備施藥基礎(chǔ)性能

1.1 試驗(yàn)方法

針對(duì)氣力霧化狀態(tài)，研究超聲氣力霧化機(jī)器人機(jī)具在不同功率、噴霧壓力下，對(duì)霧滴粒徑的影響規(guī)律。本試驗(yàn)使用注射泵作為液泵，設(shè)定噴頭流量為20 mL/min，測(cè)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(yàn)參數(shù)，試驗(yàn)方案如表1所示。

表1 試驗(yàn)方案

2 結(jié)果與分析

對(duì)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(cè)試并求得其平均值。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

利用Design Expert軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析擬合。擬合模型采用quadratic二次函數(shù)，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—?dú)鈮褐担琈Pa。

該模型能夠很好的預(yù)測(cè)超聲功率和氣壓值的變化對(duì)霧滴體積中徑的影響規(guī)律。此外，利用Design Expert中的3D Surface模塊對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做了響應(yīng)面分析，結(jié)果如圖1所示。

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果表和響應(yīng)面曲線圖可知，超聲氣力噴頭產(chǎn)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(duì)比同一氣壓值下的霧滴粒徑情況，可以明顯發(fā)現(xiàn)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(shí)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(duì)噴霧工作參數(shù)做優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果如圖2所示。結(jié)果顯示：超聲功率為188 W，氣壓值大約為0.03MPa時(shí)，霧滴體積中徑大約為58μm，此時(shí)工作性能最優(yōu)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(yīng)面曲線圖

圖2 優(yōu)化結(jié)果