6HW—12B高射程森林病虫害防治喷雾机的研制

介绍了该机型主要研究内容：将6HW-12A高射程森林病虫害防治喷雾机的操控方式从“电控气动式”升级为“电控液压式”；驾驶棚从“简易驾驶棚”变为“全封闭异形驾驶室”；报警系统从“玻璃溢位计”升级为“电控声光溢位报警器”。在总体方案设计上，为提高“6HW-12B高射程喷雾机”的有效射程，还对主机和风机的功率进行了全面提升，分别从“6HW-12A高射程喷雾机”的22KW和15KW提高到“6HW-12B高射程喷雾机”的26KW和22KW。功率的全面提升，使得整机喷高也从原来的20 m提高到现在的22 m以上，水平射程大于35m，平均雾滴直径达到131 μm。6HW-12B高射程喷雾机的研制成功，使丘陵和平原地区森林病虫害防治全面实现现代化成为可能。

关键词：高射程；喷雾机；病虫害防治；操控方式；溢位报警器

中图分类号：S 776.28 文献标识码：A 文章编号：1001-005X（2015）03-0085-05

森林灾害主要是指森林火灾和森林病虫灾害[1-3]，在人们意识当中，森林火灾始终是排在森林灾害第一位，然而，随着人们对森林防火意识的日益增强和相关领导对森林防火责任制强有力的落实，目前，森林病虫害所造成的损失已经远大于森林火灾所造成的损失[4-6]。据统计，“十一五”期间，全国林业有害生物造成的年均损失总计为1 101亿元，其中年均直接经济损失为245亿元（立木资源年均损失为128亿元，非木质林产品年均损失为117亿元），生态服务价值年均损失为856亿元[7]。经济林病虫害的年均发生面积为65万hm2，占总发生面积的5.6%，而造成的经济损失为117.1亿元，占总损失的48%[8]。2006年至2010年林业有害生物直接经济损失按病、虫、鼠兔、有害植物进行评估的结果为：虫害造成的直接经济损失最大，为179亿元，占年均直接经济损失总值的73.16%；其次是病害，造成的损失为53亿元，占总值的21.79%[9]；以吉林省西部地区为例（吉林省西部地区常年干旱少雨，是森林病虫害多发地区），该地区有林地面积仅占全省有林地面积的12.21%，而森林病虫害受灾面积却占全省受灾面积的40%左右[10]。每年造成的直接损失达数亿元人民币。由此可见，加强森林病虫害的治理已是当务之急。

1 研究的主要内容

1.1 前期研究基础

为了有效防控森林病虫害，吉林省林业科学研究院在2003年开始对平原和丘陵地区森林病虫害进行了认真的研究，总结了各个森林病虫害防治机械设备的优缺点[11-12]，在此基础上，开发研制出第一代“6HW30高射程自行式森林病虫害型防治喷雾机”（以下简称“30型喷雾机”）如图1所示。

从图1中可以看出，“30型喷雾机”虽然实现了高射程、自行式、单人单机喷雾防治的功能，但整机结构臃肿，安全性和稳定性均不理想。风机是沿用老旧的“牵引式喷雾机”的风机。该风机体积大、重量大、噪音大、整体笨重，不利于拆卸和维修。药水箱布置在驾驶员身后，使本不堪重负的拖拉机后部又增加了重量120 kg，加之一些机械传动机构，使得整机重心位置严重靠后。尽管在拖拉机最前端加装了超过100 kg的铸铁配重，在整机重载爬坡时仍旧是杯水车薪，有时甚至需要倒车上坡。“30型喷雾机”为吉林省林业科学研究院研制的第一代样机，该机的操控方式为“手控机械式”。

在此基础上，该课题组于2009年又开发研制出第二代高射程自行式森林病虫害型防治喷雾机——“6HW-12A高射程自行式森林病虫害型防治喷雾机”（以下简称“A型喷雾机”）如图2所示。

由图2可以看出，“A型喷雾机”比“30型喷雾机”有了重大改进。首先将最影响整机重心的药箱从后部移到两侧大驱动轮上方。然后，对风机加以重新选型，使得新型风机的重量仅为“30型喷雾机”风机重量的四分之一，而且，风机蜗壳的厚度也从原来的500 mm减小到150 mm。最后，操控系统也从“30型喷雾机”的“手控机械式”升级为“电控气动式”。“A型喷雾机”经过3 a实际生产使用又发现诸多弊端，课题组遂提出“6HW-12B高射程自行式森林病虫害防治喷雾机（以下简称”B型喷雾机“）的研制”课题。

“B型喷雾机”课题是吉林省林业科学研究院承担的吉林省科技厅重点科技攻关项目。该项目是继“30型喷雾机”和“A型喷雾机”研制成功后又一极具创新意义的新型森林病虫害防治设备。“B型喷雾机”一方面秉承了“30型喷雾机”和“A型喷雾机”的传统设计理念，同时在整机的适用性、安全性和科技含量方面取得重大突破。2013年6月26日，中华人民共和国国家知识产权局正式授予该项目国家发明专利（专利号：200910218129.9）。

1.2 “B型喷雾机”研究主要内容

（1）雾化喷高系统：此系统既要保证从喷雾机喷射出的药液充分雾化，同时又要保证超过“A型喷雾机”所达到的高度。

（2）喷雾机喷头水平180°角范围内即停设计：该项设计要保证实现喷雾机喷头可在水平180°角范围内任意位置牢固停止（此前研制的“A型喷雾机”不能实现此动作），这对实际生产使用有着极其重大的意义。

（3）全封闭异形驾驶室设计：鉴于该机的专业性，导致必须对驾驶室进行非标设计。如果采用原车自带驾驶室，不仅加大了整机成本，而且后部机械传动部分和药水箱也无法布置。由于采用全封闭驾驶室，驾驶员在观察喷雾机喷头摆动角度时视线会受到影响，因此，在驾驶室内设置天窗用以辅助观察喷雾机喷头摆动角度。全封闭的驾驶室虽然解决了农药对驾驶员人身安全的危害，但在夏季病虫害防治作业时驾驶室内温度会达到40℃以上。如何解决驾驶室内温度过高，同时还要防止雾化的农药大量飘入驾驶室，这也是此项课题研究的主要内容之一。驾驶室的结构形状根据喷雾机的结构尺寸，后期进行现场设计加工。

（4）溢位声控报警技术的应用：普通玻璃溢位计的功能可以满足使用要求，且成本较低，但其极易破损导致药液流失浪费，加之长时间使用，灰尘和水垢的污染会使溢位计失去作用，故采用此技术。

（5）加宽轮距：轮距加宽可以使得驾驶空间更为宽敞，横向稳定性更加安全可靠。

2 总体方案设计与结构特点

综上所述，“B型喷雾机”在总体方案设计上既考虑到“A型喷雾机”的适用性，同时也对它存在的问题进行了全面升级和改进。总体方案设计的第一步就是全面提升喷雾机主机（拖拉机）和风机功率。将主机功率由22 KW提高到26 KW，相应动力输出轴输出功率也从19.89 KW提高到23 KW。风机的功率从原来的15 KW提高到22 KW。功率的全面提升，使得整机喷高也从“A型喷雾机”20 m提高到“B型喷雾机”的22 m以上。由于新型风机在风量和风压上都有较为明显提高，所以风机的二次雾化效果得到显著加强。第二步，在喷雾机喷头水平180°角范围内即停设计上，首先考虑到的是将“A型喷雾机”的操控方式由电控气动式更改为电控液压式，这一更改使得“B型喷雾机”有了质的飞跃。具体体现在实际生产中的重要意义是：

（1）可以实施定角度喷雾防治。定角度喷雾防治就是根据树高，事先选定好喷雾角度。这样，可以实现单方向不留死角的全覆盖喷雾防治。而“A型喷雾机”则不具此项功能。

（2）可以节省不必要的农药浪费。“A型喷雾机”的喷头只能双向摆动，当喷头与地面在垂直位置附近时所喷出的农药，有相当一部分会散落到地上，造成无端的浪费。而“B型喷雾机”则完全克服了此种弊端，药液全部直喷树冠。

（3）可以实现常量定向喷雾。“B型喷雾机”在森林病虫害防治作业中，可以针对重灾林木（食叶害虫密集部位或蛀干害虫虫窝）实施常量定向喷雾，这样可以有效杀灭害虫。而“A型喷雾机”则不能。第三步，“B型喷雾机”总体设计充分考虑到驾驶室在整机防治作业中的重要作用。“A型喷雾机”采用的是简易驾驶棚结构设计（如图3所示）。

在长期使用过程中发现，简易驾驶棚虽能遮挡住大部分自上而下散落的雾化农药，但却不能防止在前后左右飘来的雾化农药。这对驾驶员的身体健康带来极大安全隐患。鉴于此，“B型喷雾机”在总体方案设计中采用全封闭异形驾驶室（如图4所示）。

对驾驶室的技术要求是既不能封闭过严，又不能简单遮挡。封闭过严会导致驾驶室温度过高，甚至驾驶员不能正常工作。而简单遮挡则不能有效防止雾化农药从周边进入驾驶室。最后，在驾驶室总体方案设计中采用“整体封闭、下面开口”的设计思想。整体封闭就是在驾驶室非标设计时，将驾驶室的上方以及前后左右用铁板和玻璃封闭。下面开口既是在驾驶室底部设计通风口。这样，既能全方位遮挡雾化农药，同时又能通过底部通风口给驾驶室通风换气。在此基础上，在驾驶员头部右上方加装车载电风扇，有效的解决了上述矛盾。

在溢位装置的设计上，“B型喷雾机”用电控声光溢位报警器取代了“A型喷雾机”老旧的玻璃溢位计。当药箱注水到上限位置时，报警器鸣叫，报警器按钮也同时闪亮。当药液喷射到药箱下限位置时，报警器重复上述动作。电控声光溢位报警器在该机上的应用，极大提高了“B型喷雾机”的科技含量，同时也解决了玻璃溢位计极易破损，导致药液流失浪费和长时间使用，灰尘和水垢的污染使溢位计失去作用的问题。

“B型喷雾机”的组成如图5所示。其工作原理是：传动机构7用一皮带轮与主机动力输出轴6采用花键连接，然后将主机的动力输出轴输出功率通过一条16槽皮带分别传至风送系统10和药液供给系统11，药液供给系统11内的液泵再将药箱总成9内的药液泵至风机风口内的雾化喷嘴处，从喷嘴喷出的农药在雾化喷嘴内部得到第一次雾化。随即，喷出的雾化药液借助高压风机的风力进行第二次雾化，最终风机将雾化好的药液高高送入所需防治林木的树干和树冠上，最终达到杀死害虫对林木危害之目的。

值得一提的是，“B型喷雾机”在机电、液压一体化应用方面有了新的突破。首先利用主机上原有用于农机提升装置的液压系统作为液压动力源并加以改装，然后再加上一些相应的液压元（器）件，通过电路控制系统，最终实现喷雾机的喷头既可以自动摆动，也可以手动控制在水平180°角范围内任意位置停止。液压系统工作原理如图6所示。

当喷雾机工作时，将主机液压操纵手柄4（即手动三位四通换向阀手柄）向后拉动使其处于工作位置，液压油输出系统开始工作。启动左、右摆电控按扭，液压油通过双电控三位四通电磁换向阀2推动摆动油缸1摆动。摆动油缸1输出轴与喷雾机喷头上的摆臂相连接，油缸带动摆臂实现喷雾机喷头左、右摆动。喷雾机喷头的摆动速度是靠调整节流阀3控制完成的。

当喷雾机停止工作时，将主机液压操纵手柄4向前推动，使其处于卸荷位置，致此完成一工作循环。

3 “B型喷雾机”主要技术参数

3.1 主机技术参数

主机技术参数见表1。

3.2 喷雾装置技术参数

喷雾装置技术参数见表2。

4 结 论

通过实地试验表明，该机作为新一代林木病虫害防治设备，完全可以取代“A型喷雾机”在森林病虫害防治方面的工作。该机具有机动灵活性强、自动化程度高、稳定性好、操控简单、维修方便、使用安全、作业效率高、使用成本低等诸多优点。经过生产试验测算，单机单人每天作业面积相当于至少50人以上完成的作业面积。而且，人工防治森林病虫害对于10 m以上的林木是力所不能及的。作业成本仅相当于人工的30%左右。所以应用该机进行森林病虫害防治作业既可带来良好的经济效益，同时也可带来巨大的生态效益和社会效益。另外，在非防治季节还可以去掉后部喷雾总成进行农田耕作、液肥喷洒、牵引拖车等多项工作，真正实现一机多用。在实验过程中，得到了用户一致好评，有着十分广阔的应用前景。

【参 考 文 献】

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[责任编辑：刘美爽]

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