山西省噴霧性能綜合測試實驗室的建設

張小剛，李 丹

（山西省農業機械發展中心，山西太原 030002）

噴嘴是噴淋、噴霧、噴油、噴砂、噴涂等多種設備里較為關鍵的一個部件。噴嘴在行業中的應用非常廣泛，材質從不銹鋼、塑料到碳化硅、聚四氟乙烯、PP（工程塑料）、鋁合金和鎢鋼等。農業上的用途主要在于植保機械和種植施肥機械。

由于噴嘴是按其在多種不同噴霧條件下工作而設計的，因而選用適合需要的噴嘴，以便在使用中達到最佳噴霧性能。噴嘴的特性主要體現在噴嘴的噴霧類型，即液體離開噴嘴口時形成的形狀及其運行性能。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、應用等，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系。任何噴嘴的噴射目的都是要維持連續不斷，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、液泵產品進行性能檢測測試，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]。結合多年的工作經驗，噴霧性能綜合檢測平臺特別適用于我國的植保機械和種植施肥機械的選擇和檢測。

1 實驗室主要設備分析

山西省噴霧性能綜合測試實驗室主要設備為WFS-Ⅱ型噴霧性能綜合試驗臺。

1.1 WFS-Ⅱ型噴霧性能綜合試驗臺的主要功能

試驗臺包裝尺寸4 m×2 m×2 m，質量為1 t；配有數據采集用計算機（聯想計算機）、打印機（惠普）、進行霧滴檢測的激光粒度儀（濟南微納公司）、調節距離的超聲波液位傳感器（進口傳感器）等設備。

試驗臺能完成GB/T 20183.1—2006/ISO5682-1：1996《噴霧機噴頭試驗方法》及 GB/T 20183.2—2006/ISO5682-2：1997《液力噴霧機試驗方法》所規定的主要綜合試驗內容。一是噴頭性能測試部分；二是噴桿式噴霧機沿噴桿各噴頭噴量一致性及總噴量、噴霧分布均勻性、調壓性能等測試；三是液泵測試部分，包括泵的出口壓力、流量、扭矩、轉速等參數的測量[2]。

1.2 工業噴霧激光粒度儀

工業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。采用了夫瑯禾費衍射原理和典型的平行光路設計，配備高性能大功率激光器，能夠滿足測樣環境復雜、粒徑分布較大的測試需求，是實驗室重要組成部分。

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構設計，測量區間0.1～10.0 m可調，使用功率更大的半導體激光器，抗干擾能力得到極大增強；其軟件功能強大，可以通過移動噴嘴，實時記錄和統計分析測量區域內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；具有多重散射自動校正功能，保證了測試結果的準確性和重復性，可適應不同濃度噴霧的測量[3]。該儀器通用性和適用性強，具有自動對中系統，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，設計研發了氣流保護系統，可有效保護鏡頭，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

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°，單次試驗時間設定范圍30～60s，噴頭最大噴量0～4 L/min，系統最大可測量壓力0～1.0 MPa，液泵出水口傳感器最大可測量流量0～100 L/min，液泵調速范圍 0～960 r/min，噴桿架上下調節距離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臺見圖2。

圖2 WFS-Ⅱ型噴霧性能綜合試驗臺

2 實驗室主要用途

該實驗室設立在山西省農業機械發展中心農機研發部，其各項用途也主要圍繞研發部的職能展開。

2.1 提高現有實驗室的工作效率

飼料成套加工設備試驗室是研發部的省級重點實驗室，實驗室現有飼料成套加工設備試驗臺架1套，該試驗臺架可以完成以糧食為主的常規飼料及其加工設備的試驗和小批量生產。包括時產25 t顆粒飼料壓制機、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打包秤?？梢赃M行配合飼料的配方試驗和小批量生產，也可對飼料成套加工機組的某一設備進行檢測。

該實驗室的自清式油脂添加系統可實現液體原料自動稱質量、高壓噴油、霧化和管路自清，實現這一功能的前提是一個合格的噴嘴，在山西省噴霧性能綜合實驗室的助力下，利用已知噴嘴承受的壓力、流量等數據，通過試驗科學選擇噴嘴，節省時間，節約成本，最大程度地保證液體組份計量和添加的精確性、可靠性。改變以往全憑肉眼觀測使用效果，憑經驗從市場隨機大量多渠道購買的習慣。

2.2 加快正在進行研究項目的進展

畜禽糞污無害化快速處理資源化利用技術及關鍵裝備研究（201803D221027-1）是研發部正在進行的山西省科技廳科技攻關項目，該項目針對農業面源污染中分布最廣、危害面大、使用普遍的畜禽糞污，進行快速無害化處理及有機肥加工利用。研發探討畜禽糞污無害化快速處理加工工藝，開發創新一套畜禽糞污無害化快速、高效處理裝置。

該設備應用高性能的發酵菌種、酶制劑等組合菌劑，實現畜禽糞污的快速高效無害化處理，大大縮短無害化處理時間，節約大量的堆糞用地，徹底切斷養殖場與場外的交叉污染。該設備機械部分已經基本研制完畢，目前急需采購發酵菌種、酶制劑等組合菌劑的噴施設備，借助噴霧綜合實驗臺，將大大降低噴施設備的采購成本，并提高噴施的精確度和可靠度。

2.3 為預研項目提供數據支撐

豬場液體飼料投放項目是研發部畜牧機械所正在預研的一個項目，液體飼喂即飼喂采用食品工業廢料的混合物或者常規干料制備成的液體日糧以及固體飼料原料與水的混合物。液體飼喂與常規干料飼喂方式相比具有諸多優點，主要表現在4個方面：①液體飼喂可以提高動物的生產性能；②液體飼喂系統安全可靠；③液體飼喂系統適應性廣；④液體飼喂系統的自動化程度高。借助山西省噴霧性能綜合實驗室，精準檢測、科學實驗，為預研項目提供數據支撐，也為預研項目早日立項打下扎實的基礎。

2.4 對我國植保機械和種植施肥機械的快速發展提供技術支持

農業部對我國植保機械和種植施肥機械現狀調查結果表明，目前國產的植保機械和種植施肥機械中有80%左右處于發達國家較低階段的發展水平。噴霧機械起步晚、整體水平還不高，而且關鍵在于由于缺乏高效多能的檢測設備，對噴頭、液泵產品的性能測試還不完全、不規范、不標準，因而產品質量不穩定，總體性能不佳，存在著霧化質量不好、滴漏現象嚴重等問題。山西省噴霧性能綜合測試實驗室的建立可解決這一問題，利用噴霧性能綜合試驗臺檢測即將上市的產品或已上市的產品或正在研發的產品，及時指出產品的缺陷或問題所在，促進我國植保機械和種植施肥機械的快速發展。

3 結語

實驗室是科學的搖籃，是科學研究的基地，科技發展的源泉，對科技發展起著非常重要的作用。山西省噴霧性能綜合實驗室（實驗室已于2018年11月由山西省科技廳正式立項）的建立，適逢其會，正當其時，必將為山西省農機科研事業的發展貢獻自己的一份力量。