２０１４年３月 农机化研究 第３期 静电喷雾装置雾化效果试验研究 王靖，果红忠，谢守勇 ４００７１６） （西南大学工程技术学院，重庆摘要：通过对静电雾化理论和试验方法的简单探讨，搭建了静电喷雾试验平台，并对静电喷雾在不同静电电压 的条件下的雾化质量进行了对比试验。结果表明：静电喷雾装置能够达到较好的静电雾化的效果，其静电喷雾 的雾滴粒径细小，均匀度较高，附着效果好；随着静电电压的增加，雾化质量有一定的改善，但变化越来越小。 关键词：静电喷雾；静电电压；雾化质量 中图分类号：￥４９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１４）０３—０１５９—０４ ０ 引言 传统的喷洒方式仅有少部分农药附着在植物叶冠 表面上，绝大部分药液或药粉都散落到地面上成为环 境的污染源 。为提高农药利用率和环境友好度，需 要具有各种雾化特性较好的喷施机具，以实现农药精 确喷洒 。 其他外力的联合作用下吸附到靶标物上，从而更有效 地提高药液雾化效果进而达到防治病虫害的目的。 静电喷雾装置一般通过不同充电方式使雾滴带 电，使喷头和作物间产生静电场。常见的充电方式包 括感应充电、接触充电和电晕充电３种。其中，实现 充电的关键部件是静电发生器，该部件质量轻、体积 小，极易作为背负式、手推式等轻便式静电喷雾装置 的静电发生装置。 高压静电喷雾是现代喷雾技术的发展方向之一， 其优势已经在国内外的植保领域得到了明确且良好 雾滴粒径、均匀度、雾滴覆盖率是衡量喷雾装置 雾化效果的重要指标。雾滴粒径的测量方法一般有： 机械测量、电子测量以及目前应用最为普遍的光学测 量方法 。机器视觉作为光电技术应用的一个特定 领域，目前已应用于各个领域且发展已经成熟 Ｊ。本 的认证 Ｊ。静电喷雾装置利用带电后的雾滴间同性 电荷相互排斥的原理，可降低雾滴表面张力，使药液 再一次雾化 Ｊ，从而有效改善雾滴的粒径及其尺寸分 布，提高雾滴在靶标物上的沉积、吸附、均匀性等，因 而在植物保护、卫生防疫等领域得到广泛应用 Ｊ。为 此，通过对静电喷雾系统在不同静电电压的条件下雾 试验通过电子显微镜采集雾滴图像信息，通过ＭａｔＬａｂ 除噪、对比度和亮度调节以及二值化等处理后，统计 其雾滴数量、直径以及分布情况等信息。 化质量的对比试验，研究喷雾静电电压对雾化质量的 影响，以便找出最佳的静电电压。 ２试验平台搭建 ２．１ 平台组成 １原理与方案 喷雾装置中液体的雾化方式大体可分为液力式、 离心式以及气助式３种 Ｊ。液力式雾化是我国目前 最常见、最通用的方式，但该雾化方式单一作用下形 成的雾滴直径大、粒径均匀度低、沉积效果差且漂移 失散量大，易导致药物的严重浪费，同时因药物的残 留也会给环境带来极大的污染。静电喷雾方式产生 试验平台主要由变频器、静电发生器、液压泵、油 纸、定时器、黑色染料、电子显微镜和电子液压表等仪 器组装而成，如图１所示。 的雾滴初始速度小、易使带有电荷的雾滴在静电力和 收稿日期：２０１３—０３—１９ 基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（２０１２１０６３５１ １６） 作者简介：王 靖（１９９０一），男，四ＪＩ Ｊ阆中人，本科生，（Ｅ—ｍａｉｌ） ６０１６８３１１１＠ｑｑ．ｅｏｍ。 通讯作者：谢守勇（１９６９－），男，重庆人，教授，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｘｓｙｓｗｕ＠１６３． 图１试验平台 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ・１５９・ ２０１４年３月 农机化研究 第３期 Ｄ一图像雾滴粒径； 一３）雾滴直径均匀度用雾滴数量中径与雾滴体积 中径的比值表示，如式（２）所示，则 ＤＲ＝ （２） 校正系数，通常情况为０．４２。 １２０ １Ｏ０ 删８０ 式中 一雾滴粒径均匀度。 蓬６０ 蝻４Ｏ ２Ｏ ０ ｌＵ ｊ【】 ｂ０ ，Ｕ ９０ ｌｌＵ ｌ Ｕ ｌｂ０ Ｉ，Ｕ ｌ Ｕ 有相应的雾滴分布曲线，如图７所示。 ３．２．３雾滴附着率 雾滴的附着率，即采样图像上雾滴附着的面积占 图像总面积的比值，有 雾滴商径／．ｍ Ｋ＝ 总 （３） 图４雾滴谱 Ｆｉｇ．４ Ｄｒｏｐｌｅｔ ｓｉｚｅｓ ｏｆ ｓｐｒａｙｉｎｇ 式中 雾滴附着率； ．Ｓ雾一雾滴附着面积； Ｓ总一采样总面积。 ０ｋＶ雾滴分布曲线 ３．２．２雾滴数量中径和粒径均匀度计算 １）将雾滴粒径按由小到大顺序排列，并依次向后 累计。当雾滴数量累计达到全部雾滴数的５０％时，则 称该对应的雾滴粒径为雾滴数量中径，用ＮＭＤ表 示 ，如图５所示。 ｌ２０ ＼ 哦 ｌ００ ∞ ∞ ∞ ∞ 加 Ｏ ８０ 趔 ６０ 嘴 ４０ ｌＯ ３Ｏ ５０ ７０ ９Ｏ】ｌ０ １３０ １５Ｏ １７Ｏ １９０ 雾滴直径／ｐｍ ２０ １２０ ｂＯ ９Ｕ ｌ ｔｌ Ｉ Ｕ （ａ）静电电压为０ ｋＶ １０ｋＶ雾滴分布曲线 Ｏ 儿Ｊ １ＯＯ 雾滴直径／ｐｍ 图５雾滴数量分布曲线 Ｆｉｇ．５ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ＣＨＩＶｅ ｏｆ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｄｒｏｐｌｅｔ 量８０ ６０ ２）将雾滴粒径按顺序排列，并依次向后累计对应 雾滴粒径的雾滴体积。当某雾滴粒径对应的雾滴累 嘴４０ ２０ Ｏ 计体积占所有雾滴总体积的５０％时，则称该对应雾滴 的直径称为雾滴体积中径，用ＶＭＤ表示 “ ，如图６所 示 ｌ２０ ｌ０ ３０ ５０ ７０ ９Ｏ １１０ ｌ３０ １５０ １７０ １９０ 雾滴赢径／ｐｍ （ｂ）静电电压为１０ ｋＶ ２ＯｋＶ雾滴分布曲线 １００ ８０ ６０ ４Ｏ ２Ｏ ０ １Ｏ ４Ｏ ７０ １００ Ｉ３０ ｉ６０ １９０ ｌＯ ３Ｏ ５Ｏ ７Ｏ ９０ ｌ１Ｏ １３Ｏ ｌ５０ ｉ７０ ｉ９０ 雾滴赢径／¨ｍ 雾滴直径／ｐ＿ｍ 图６雾滴体积分布曲线 Ｆｉｇ．６ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｅｎｔｒｅ ｏｆ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｄｒｏｐｌｅｔ （ｅ）静电电压为２０ ｋＶ ２０１４年３月 ３０ｋＶ雾滴分布曲线 ＼ 一１＿ ２ Ｏ ８ ６ ４ ２ 农机化研究 第３期 由吸附率 值可看到，静电喷雾较常规喷雾吸附 效果好，最高增幅达２７．８％，且随着静电电压的升高 有所提高；当静电电压为３０ｋＶ时反而较２０ｋＶ有所降 低，但幅度很小，可能由于雾滴在喷雾过程或图样采 集过程中的蒸发引起。 ５ 结论 １）试验表明：静电喷雾较常规喷雾雾滴直径、均 ０ ：ｊ（）５（）７（）９（）Ｉ１０ ｉ：｛（）ｌ５０ １７Ｏ ｌ９０ 匀度和吸附效果均有较大幅度的提高，且随着静电电 压的升高雾滴直径和均匀度均有所提高，但幅度越来 越小。利用静电喷雾装置有利于药液的精准喷洒，并 在静电作用下长时间有效地附着在农作物上，从而节 省农药，节约成本。 雾滴赢径／ｇｉｎ （ｄ）静电电压为３０ ｋＶ 图７雾滴分布曲线 Ｆｉｇ．７ Ｄｉｓｔｉｂｕｔｒｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｄｒｏｐｌｅｔ 表１雾化特性试验表 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔａｂｌｅ ２）由于对于大多数生物靶标，３０～ｌＯＯＬｍ是最佳 粒径范围，而该静电喷雾装置的雾滴粒径都能达到， 且在静电电压为２０ｋＶ时达到最佳，能有效防治病虫 害。 ３）将该喷雾装置应用于温室智能控制，不仅能有 效提高药液利用率，降低环境污染，还能有效减轻劳 动力，提高工作效率。 测定时：气温为２４℃，湿度为８０％，喷雾压力值为 ０．２ＭＰａ。 参考文献： ［１］ 吕太国．静电喷雾系统特性研究［Ｊ］．农机化研究，２００９， ３１（８）：５４—５７． ４试验结果 比较试验结果：静电喷雾的雾滴直径明显小于常 规喷雾，且常规喷雾的雾滴数量主要集中在７０～ １３０１＊ｍ之间；而静电喷雾的雾滴数量大多集中在直径 ３０～１００Ｉｘｍ之间，并且静电喷雾的雾滴谱明显较常规 喷雾窄；２０ｋＶ时的雾滴谱较１０ｋＶ时稍窄，但３０ｋＶ时 雾滴谱较２０ｋＶ时稍宽；在常规喷雾和静电喷雾的雾 滴谱中均出现较大的雾滴，可能是由于喷射时间较长 或电场分布不均造成部分雾滴重叠。 数量中径的变化显示：静电喷雾的雾滴直径较常 规喷雾明显减小，减小幅度分别为２２．１％，３２．６％， ３３．７％；静电电压为２０ｋＶ时的雾滴直径较ｌＯｋＶ时有 ［２］ 邓巍，何雄奎，丁为民．基于压力变量喷雾的雾化特性及 其比较［Ｊ］．江苏大学学报，２００９，３０（６）：５４５—５４８． ［３］ 高雄，王安亭，刘玉洲，等．静电电压对喷雾特性的试验 研究［Ｊ］．农机化研究，２０１２，３４（９）：１８０—１８６． ［４］余泳昌，王保华，史景钊，等．手动喷雾器组合充电式静 电喷雾装置的雾化效果试验［Ｊ］．农业工程学报，２００５， ２１（１２）：８５－８８． ［５］ 贾卫东，李成，薛飞，等．背负式静电喷雾器设计与试验 ［Ｊ］．高压电技术，２０１２，３８（５）：１０７８—１０８３． ［６］ 何雄奎，严苛荣，储金宇，等．果园自动对靶静电喷雾机 设计与试验研究［Ｊ］．农业工程学报，２００３（６）：７８—８０． ［７］ 刘玉洲．液力式喷雾机液体雾化的试验研究［Ｄ］．呼和浩 特：内蒙古农业大学，２０１１． ［８］ 袁江涛，杨立，王小川，等．基于机器视觉的细水雾液滴 尺寸测量与分析［Ｊ］．光学学报，２００９，２９（１０）：２８４２— ２８４７． 所减小，幅度为１３．５％；静电电压为３０ｋＶ时的雾滴直 径较２０ｋＶ时几乎没有变化，幅度为１．５％。 当ＤＲ大于０．６７时，认为雾滴的粒径均匀，反之 则不均匀。从表１得知：常规喷雾的ＤＲ仅为０．６２０， 较静电喷雾分别减小１５．６％，１９．９％，２１．２％；静电电 压为２０ｋＶ时的雾滴均匀度较１０ｋＶ时减小了５％；静 电电压为３０ｋＶ时的雾滴均匀度较２０ｋＶ时几乎没有 变化，幅度为１．６％。 ［９］ 曲学基，王增福．稳定电源电路设计手册［Ｋ］．北京：电子 工业出版社，２００３，１０． ［１０］ 蒋超峰．气助式静电喷雾雾化及沉积特性研究［Ｄ］．镇 江：江苏大学，２００９． ［１１］ 张丽丽．静电喷雾的理论分析与应用研究［Ｄ］．哈尔滨： 东北农业大学，２０１１． （下转第１６６页） ２０ｌ４牛３川 好评。 农机化研究 福建农业科技，２００６（７）：５４—５５． 第３期 参考文献： ［１］ 程功．浅谈农业机械在烟叶生产中的应用及其省工效果 ［Ｊ］．农业技术与装备，２００９（３）：４５—４６． ［２］ 郭德义．影响烤烟烟碱含量的因素及其控制技术［Ｊ］． 黄卫东，彭小冬．烟叶编杆机设计与开发［Ｊ］．农机化研 究，２００９，３１（３）：９８—１００． 杨旭亮．烟草双条施肥、覆膜机研制开发与应用［Ｊ］．中 国烟草科学，２００３（１１）：４３—４４． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｔｒｉａｌ－ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｉｇ。－＿ｆｅｒｔｉｌｉｚｅ Ｍａｃｈｉｎｅ ｆｏｒ Ｔｏｂａｃｃｏ Ｐｌａｎｔｉｎｇ Ｘｕｅ Ｂｉｎｇ，Ｍａ Ｗｅｉｄｏｎｇ （Ｙｅｌｌｏｗ Ｒｉｖｅｒ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｋａｉｆｅｎｇ ４７５０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｔｏｂａｃｃｏ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｃｅｓｓｏｒｉｅｓ ａｎｄ ｍ０ｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｏｆ ｄｉｇ—ｆｅｒｔｉｌｉｚｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｔｈｕｓ，ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｏｎｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ ａｓ ｓｉｍｐｌｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ．ｆｏｒ ｄｉｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚｉｎｇ ｉｎ ｓｔｅａｄ ｏｆ ｍａｎｐｏｗｅｒ． Ｉｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｔｏ ｓｔｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｆａｒｍｅｒｓ ｐａｙ ｍ０ｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｏｎ ｔｏｂａｃｃｏ ｐｌａｎｔｉｎｇ．ａ ｂａｔｃｈ ｔｙｐｅ ｒｏｌｌｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｂｉ－ｓｌｏｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｐｐａｒａｔｕｓＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｌｏａｄｅｄ ．ｉｎ ｔｈｅ ｐｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｏｔ ｉｓ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｔｏ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｅａｃｈ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｏｔ ｗｈｅｅ１Ａ ｃｈａｉｎ ．ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｅ ａｎｄ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｉｎ ｆｅｒｔｉｌｉｚｉｎｇ．Ｔｏ ｄｏ ｔｈｉｓ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｅｃｏｎｏｍｉｚｅｓ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｂｕｔ ａ１ｓｏ ｅｎ－ ．ｈａｎｃｅｓ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｅｒｔｉｌｉｚｉｎｇ；ｔｏｂａｃｃｏ ｆｉｅｌｄ；ｐｉｔｓ－ｄｉｇｇｉｎｇ；ｍａｃｈｉｎｅｒｙ （上接第１６２页） Ａｂｓｔｒａｃｔ ＩＤ：１００３－１８８Ｘ（２０１４）０３－０１５９一ＥＡ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ａｔｏｍｉｚｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｓｐｒａｙｉｎｇ Ｂｏｘ Ｗａｎｇ Ｊ ｉｎｇ，Ｇｕｏ Ｈｏｎｇｚｈｏｎｇ，Ｘｉｅ Ｓｈｏｕｙｏｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００７ １ ６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ ａ ｓｉｍｐｌｅ ｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｂｕｉｌｔｅｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔ Ｄｌａｔｆｏｒｍ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｐｒａｙｉｎｇ，ｗｅ ｈａｖｅ ａ ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｔｅｓｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｖ０ｌｔ． ａｇｅ ｂｙ Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｐｒａｙｉｎｇ ｂｏｘ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｐｒａｙｉｎｇ ｂｏｘ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｒｅｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｐｒａｙｉｎｇ ａｎｄ ｃａｎ ｇｅｔ ｓｍａｌｌｅｒ ｄｒｏｐｌｅｔ ｄｉａｍｅｔｅｒｂｅｔｔｅｒ ａｔｏｍｉｚａｔ ｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｇｏｏｄ ａｄｈｅｓｉｏｎ ，ｅｆｆｅｃｔ ｔｈａｎ ＣＯｌｎｍｏｎ ｓｐｒａｙｅｒ，ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅ ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｈａｖｅ ａ ｃｌｅａｒ ｉｍｐｒｏｖｅｌ＇ｌｆｅｎｔ ｂｕｔ 。ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｓｍａｌ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｐｒａｙｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｖｏｌｔｍｅｔｅｒ；ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ・１６６・
