小型背負便攜式煙霧機的改良設計

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Small smoke machine of simple structure, light weight, easy operation, high efficiency, the dosage, the prevention and control of low cost, good diffuse, high adhesion, is resourceful agricultural rubber trees, pest control, hygiene and epidemic prevention, has broad application prospects. Therefore, according to research results at home and abroad, to the knapsack smoke machine to improve the design, to develop more perfect, more stable performance, technical preparation of a new generation of smoke machine, to promote the popularization of the smoke machine, the application and the design of the smoke machine production is of great realistic significance. Paper first to domestic and foreign research status and development trend of smoke machine to understand; Then the knapsack smoke machine of the structure, composition and working principle of this section makes a deep analysis; Then the small knapsack smoke machine all parts of the design, including the design of the starting system, fuel supply system design, combustion nozzle system design, the design of cooling system and chick system design. Then, according to the principle of ergonomics, straps, smoke machine on the pump handle on the improvement design. At the same time, considering the color psychological impact on people, analyzing the colour collocation of the knapsack of smoke machine. And analyzes the causes of smoke machine noise, in the understanding of noise sources on the basis of the practical noise reduction measures are put forward. Key Word: Knapsack; Fogger; Improved Design;Ergonomics 目 錄 1 緒論..............................................................1 1.1 小型便攜式煙霧機的概念及技術思想..............................1 1.2 國內(nèi)外煙霧機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢..............................1 1.2.1 國內(nèi)外煙霧機的基本類型....................................1 1.2.2 國外煙霧機研究與發(fā)展概況..................................2 1.2.3 國內(nèi)煙霧機研究與發(fā)展概況.................................4 1.2.4 國內(nèi)外煙霧機性能、結構特點比較............................6 1.3 本文主要研究內(nèi)容..............................................7 2 小型背負便攜式煙霧機的整體結構設計................................8 2.1 背負式煙霧機的整體分析........................................8 2.1.1 背負式煙霧機的主要參數(shù)....................................8 2.1.2 背負式煙霧機的性能特點....................................8 2.1.3 背負式煙霧機的外觀造型分析................................9 2.2 背負式煙霧機的構成簡介........................................9 2.2.1 背負式煙霧機的組成.......................................10 2.2.2 背負式煙霧機的工作原理...................................12 2.3 本章小結.....................................................13 3 小型背負式煙霧機的各組成部分設計.................................14 3.1 煙霧機起動系統(tǒng)的設計.........................................14 3.1.1 氣泵的確定...............................................14 3.1.2 蓄電池的選用與安裝.......................................14 3.2 氣泵起動方式.................................................16 3.3 供油系統(tǒng)設計.................................................16 3.3.1 油箱的設計...............................................17 3.3.2 化油器的結構.............................................18 3.4 燃燒室-噴管系統(tǒng)的設計........................................19 3.4.1 燃燒室的尺寸和結構設計...................................19 3.4.2 噴管結構分析的設計.......................................20 3.5 冷卻系統(tǒng)的設計...............................................22 3.6 供藥系統(tǒng)的設計...............................................24 3.6.1 藥箱的設計...............................................24 3.6.2 藥劑開關的設計...........................................25 3.7 本章小結.....................................................25 4 小型背負便攜式煙霧機的改良設計...................................26 4.1 打氣筒手柄的改良設計.........................................26 4.2 背負式煙霧機的色彩搭配分析...................................27 4.3 背帶的改良設計..............................................30 4.4 背負式煙霧機的噪聲控制.......................................31 4.4.1 噪聲產(chǎn)生的危害...........................................31 4.4.2 背負式煙霧機產(chǎn)生噪聲的原因分析...........................33 4.4.3 降噪措施分析.............................................33 4.5 本章小結.....................................................36 5 主要研究結論及進一步研究建議.....................................37 5.1 主要研究結論................................................37 5.2 展望........................................................37 參考文獻...........................................................38 附錄...............................................................40 1 緒論 據(jù)不完全統(tǒng)計，中國森林病蟲害的發(fā)生面積20世紀50年代為100萬hm2，60年代為140萬hm2，到了90年代上升至1100萬hm2，平均年遞增25%，每年因森林病蟲害造成的經(jīng)濟損失達50多億元。全國森林病蟲害的發(fā)生面積占總森林面積的8.2%，占人工林面積的23.7%，已成為制約中國林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一[1]。煙霧機是一種新型的、高效快速化學防治病蟲害機械，它在森林病蟲害防治中具有十分重要的作用。因此，煙霧機的研究與發(fā)展對我國植保機械和森林病蟲害防治技術具有重大的推動作用。 1.1小型便攜式煙霧機的概念及技術思想 便攜式煙霧機是一種新型的、高效快速化學防治病蟲害機械。煙霧機通過煙霧發(fā)生裝置，將農(nóng)藥制劑霧化成煙霧，這種煙霧霧滴直徑一般小于50μm，非常細小，可充滿在一定的空間內(nèi)，能較長久地懸浮在空氣中，非常均勻地擴散彌漫到作物的枝葉中去，深入到一般噴霧的霧滴或噴粉的粉粒所不能到達的空隙地方，通過觸殺和熏蒸作用消滅病蟲害。尤其在防治高大馬尾松林松毛蟲，橡膠林及地形復雜，山高坡陡、人行困難地區(qū)是其他植保器械無可替代的。采用煙霧載藥技術防治病蟲害，具有功效高、用藥經(jīng)濟、使用方便等特點。煙霧機結構簡單、重量輕、操作容易，具有廣闊的應用前景。其中以脈沖式噴氣發(fā)動機為動力的脈沖式噴氣煙霧機結構簡單、振動小、熱效率高，十分適合用于進行森林病蟲害防治[2]。 1.2國內(nèi)外煙霧機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2.1國內(nèi)外煙霧機的基本類型 根據(jù)霧化溫度的不同，煙霧機可分為常溫煙霧機和熱力煙霧機兩大類。 常溫煙霧機是利用壓縮空氣和氣力噴頭，在常溫下使藥液霧化，主要由噴頭、藥箱、空氣壓縮機、電動機、小型汽油機、發(fā)電機組及風機組成[13]。常溫煙霧機采用的是氣力霧化方式，主要用于溫室病蟲害防治或增濕，具有藥液噴灑均勻、擴散均勻；藥液附著能力好；省水、省藥；不受農(nóng)藥劑型限制；操作簡單，可進行定時、定量噴灑等優(yōu)點。特別適用于養(yǎng)雞場、蠶場、食用菌養(yǎng)殖場的整體消毒。常溫煙霧機的主要缺點就是體積大，只適用于室內(nèi)。 熱煙霧機是利用燃燒所產(chǎn)生的高溫氣體的熱能和高速氣體的動能，使藥劑受熱而迅速裂解揮發(fā)，霧化成細小霧滴，隨自然氣流漂移滲透到作物上。熱煙霧機主要分為廢氣加熱式、電加熱式、脈沖噴氣發(fā)動機加熱式、燃氣直接加熱噴射式四種。 (1) 廢氣加熱式煙霧機 利用發(fā)動機排出的廢氣的熱量加熱藥液，使其形成煙霧排出。其結構是在汽油機排氣管上加一個煙化器附件構成的煙霧機，將煙劑通過繞排氣管外周的螺旋管預加熱后再送到排氣管出口，利用排氣高溫使藥劑汽化，并被高速燃氣帶到大氣中，冷凝形成煙霧。由于螺旋輸藥管易堵塞，排氣管溫度較低，煙化效果不好，煙量也不夠大，加之重量大未能得到推廣使用[8]。 (2) 電加熱式煙霧機 體積小、重量輕，但噴煙量小，適用于室內(nèi)體積不大且有電源的地方。 (3) 脈沖式煙霧機 利用單缸脈沖式發(fā)動機霧化嘴處空氣與汽油的霧化氣體進入燃燒室，由火花塞點燃爆炸產(chǎn)生高溫、高壓、高速燃氣與藥劑箱借助燃燒室爆炸時的反饋氣流充氣增壓壓出的油溶性藥劑在尾噴管處相遇產(chǎn)生煙霧，噴至空間形成。高效能脈沖式煙霧機應容易起動，工作可靠，并具有足夠高的熱能和功能輸出[7]。 (4） 燃氣直接加熱噴射式煙霧機 由丁烷氣罐，螺旋管道，防護網(wǎng)組成。體積小，原理與廢氣加熱式煙霧機相似，但對螺旋管道是丁烷氣燃燒火焰直接加熱。 1.2.2國外煙霧機研究與發(fā)展概況 蘇聯(lián)是最早研制煙霧機的國家，他們在1949年就開始把煙霧法應用在農(nóng)業(yè)上，半個世紀來已創(chuàng)造和試驗了許多種型式的煙霧機。蘇聯(lián)的煙霧機與其它的植保機械一樣以大型動力為主，小型的，手提背負式較少；有AIIT-1型煙霧機外形尺寸為2150×700×700(mm)、凈重75kg，工作時重275kg噴幅達50-100m，有可裝在二輪手推車上的AAII-0.5型、AAII-0.5《米克隆》型脈沖煙霧機，也有裝在TIIT-40型拖拉機、T-16型自走底盤和IIT—14型拖拉機牽引的拖車上的JIATO型煙霧機和AT-YII-2型煙霧機，后一種型號為增壓燃燒式煙霧機，裝有8馬力的YII-2型汽油發(fā)動機和只RA3-200型空氣壓縮機，發(fā)動機與空氣壓縮機間采用軟性聯(lián)接。壓縮機通過兩層濾網(wǎng)吸入空氣，以將近2個大氣壓的壓力經(jīng)汽油噴嘴送至燃燒室，經(jīng)過汽油噴嘴時將汽油吸出霧化。霧化混合氣由磁電機的火花塞點燃，燃燒的高溫氣體以250-300m/s速度通過喉管將藥液吸出，并使其形成細滴，在高溫作用下液滴蒸發(fā)成煙霧，這種型號煙霧機所形成的煙霧微粒大，穿透力強，噴幅大。 西德是1968年由Karl-Heinz Stahl博士與他兒子Werner創(chuàng)立Puls FOG煙霧機制造公司，從1972年開始大批量生產(chǎn)銷往歐洲及東南亞各國。西德憑借雄厚的植保機械的技術力量，生產(chǎn)的煙霧機目前在世界上處于領先地位，他們生產(chǎn)有多種型號的煙霧機，有熱力煙霧機，也有常溫煙霧機有多個尾噴管的煙霧機，也有迷你型電動煙霧機。德國是世界上生產(chǎn)和應用煙霧機比較早的國家，主要生產(chǎn)脈沖式煙霧機。如IGEBA公司的“金槍牌”手提TF-35型熱煙霧機等，MOTAN公司的Swing FOG系列煙霧機，Dr Stahl＆Sohn GmbH＆Co.KG公司的Puls FOG系列煙霧機，如K2G、K10G等[11]。 如圖1-1所示為Plus FOG K2G 型煙霧機。 圖1-1 Plus FOG K2G 型煙霧機 日本是世界上植保機械較發(fā)達的國家之一，煙霧機生產(chǎn)與其它的植保機械一樣以小型、手提肩背式為主。1975年日本農(nóng)業(yè)機械化研究所開始研制煙霧機，到了80年代，己經(jīng)有許多植保機械廠生產(chǎn)如丸山制作所生產(chǎn)的LVM750型、LVM75OV型、LVM220型、LVE2300型、LVE350O型、LVE400O型熱力煙霧機，丸山LVM-751型常溫煙霧機，家庭、病房進行消毒的干燥煙霧MHF20召型煙霧機，及有光株式會社生產(chǎn)的有光LVH-78常溫煙霧機，還有共立KLM一801MF、奧林匹亞TLS-205、露萍FR-60型常溫煙霧機等。日本的常溫煙霧機采用下述三種方式輸送煙霧。(1)軸流風機式、風動機用電動機驅(qū)動，作業(yè)時整機置于溫室內(nèi)部。(2)離心風機式，多用于無電地區(qū)，由小型汽油發(fā)電機組發(fā)電來驅(qū)動風機，為避免排氣污染，常放在溫室外部。(3)壓縮空氣式，只用大排量空氣壓縮機而不用風機、整機小巧，便于移動，適用于小型溫室。 英國對煙霧機也有所研究，并且他們一直在繼續(xù)著這項工作，繼生產(chǎn)出手提式斯威梅格和Joydon公司的SN—11型手提式煙霧機后，Unifog有限公司在1980年研制成一種最新的，最先進的Unifog100型煙霧機，這種煙霧機的一切可移動的部分均封閉在箱子里，霧滴通過調(diào)節(jié)噴頭加以控制，范圍在0.2-200μm，動力為11馬力汽油機，每小時可噴出150-360 l藥液。 早在第二次世界大戰(zhàn)期間，美國即在汽車上安裝廢氣余熱式發(fā)煙裝置，用于戰(zhàn)地防治蚊、蠅等衛(wèi)生害蟲。到了50年代，TIFA公司生產(chǎn)的煙霧機，從小型的手提式到大型的車載式都有。GURTIS和LONDON公司也是生產(chǎn)煙霧機的大型公司，而GURTIS公司主要生產(chǎn)脈沖式煙霧機，已形成一個較完整的系列，如DynaFOG系列有Golden Eagle、Trailblazer、Superhawk、Blackhawk、Mister MAX、Mister、Silver Cloud等牌子的煙霧機，這些公司的產(chǎn)品絕大多數(shù)銷往衛(wèi)生防疫部門[12]。 其它國家還有波蘭在1976年也生產(chǎn)了Pulsophy肩背式煙霧機、噴藥量每小時0-30l，加拿大生產(chǎn)有DH-180型煙霧機。 1.2.3國內(nèi)煙霧機研究與發(fā)展概況 我國的植保機械于20世紀50年代開始發(fā)展，由于起步較晚，我國的植保機械和施藥技術與農(nóng)業(yè)發(fā)達國家相比還存在較大差距[5]。我國目前研究和應用于衛(wèi)生消殺的熱煙霧機有三種。 我國從20世紀50年代末開始研制脈沖式煙霧機。1958年試制了一批雙輪手推式噴粉、噴霧、噴煙三用機；1959年仿德國Swing FOG手提式小型煙霧機，研制生產(chǎn)了YT-5型手提式煙霧機；70年代，我國研制成3Y-10型煙霧機，主要用于林業(yè)防治松毛蟲，但因制造質(zhì)量較差、起動困難等原因，久也就停產(chǎn)了。1985年和1986年，浙江省林業(yè)科學研究所、南京農(nóng)業(yè)機械化研究所參照西德K2G、K10G型煙霧機，分別研制出3Y-35型手提式煙霧機和3YD-8型背負式煙霧機。這兩種煙霧機的研制成功，使我國煙霧機的研究上了一個新的臺階，生產(chǎn)上也形成了一定批量，但由于機器的工作可靠性不甚理想，因而未能在生產(chǎn)中得到比較廣泛的推廣和應用。如圖所示，圖1-2為3Y-35型脈沖煙霧機，圖1-3為3YD-8型煙霧機。 圖1-2 3Y-35型脈沖煙霧機 圖1-3 3YD-8型煙霧機 1991-1994年，由南京林業(yè)大學主持、浙江省林業(yè)科學研究所、南京農(nóng)業(yè)機械化研究所、南通廣益機電有限公司參加完成的林業(yè)部攻關項目“森林病蟲害煙霧載藥防治技術及設備的研究”，對脈沖噴氣發(fā)動機的理論和試驗進行了深入的研究，研制出新型6HY-25型系列脈沖式煙霧機，解決了起動和工作穩(wěn)定性的問題，具有結構簡單、重量輕、起動容易、操作簡單、熱效率高、可靠性高等顯著優(yōu)點， 1994年后，南京林業(yè)大學和南通廣益機電有限公司繼續(xù)合作，在面向市場進行推廣的同時，廣泛聽取用戶意見和建議，不斷地改進和提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，使煙霧機的穩(wěn)定性、可靠性得到了大幅度提高。 2001年南通廣益機電有限公司和南京林業(yè)大學共同承擔了江蘇省“十五”科技攻關項目“小型脈沖式熱煙霧機研制”，并于2003年通過了江蘇省科技廳主持的科技成果鑒定，解決了小型化的全部技術問題，重量僅在5-7 kg之間?，F(xiàn)在脈沖式熱煙霧機，已形成小型和中型近10多個型號品種[8]。如圖所示，圖1-4為6HYC-25A(W)型手提式煙霧機，圖1-5為6HYB-25B(W)型背負式煙霧機。 圖1-4 6HYC-25A(W)型手提式煙霧機 圖1-5 6HYB-25B(W)型背負式彎管煙霧機 1.2.4國內(nèi)外煙霧機性能、結構特點比較 從技術指標方面看，我國6HY-25煙霧機與美、德煙霧機相比，整機技術參數(shù)、外形尺寸、噴量、油箱、藥箱容量及空機重等大體相近，說明國產(chǎn)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品在技術參數(shù)上是基本一致的。另外，從起動電源來看，國產(chǎn)高壓發(fā)生裝置已超過國外水平；從使用起動性來看，由于供油方式、起動方式不一致，各有特色，總體來看，國產(chǎn)煙霧機起動性與國外一致，甚至略好。 從結構特點和性能方面比較，目前，脈沖式煙霧機從結構上來看，主要表現(xiàn)在供油系統(tǒng)的差異。德國脈沖式煙霧機采用增壓供油系統(tǒng)，儲氣平衡式化油器，無供油單向閥，手動打氣起動。這種供油系統(tǒng)比較穩(wěn)定、可靠，但對油面與化油器位置要求很高，工作中隨油位降低，供油量稍有變化會產(chǎn)生供油過量或不足的現(xiàn)象。國產(chǎn)脈沖式煙霧機采用自吸供油系統(tǒng)，普通化油器，有供油單向閥，手動打氣起動。這種供油系統(tǒng)最大特點式起動性好，工作時供油比較穩(wěn)定，但供油單向閥的狀態(tài)對工作穩(wěn)定性影響較大。目前，我國煙霧機還存在工作穩(wěn)定性較差的問題，若能得出脈沖式噴氣發(fā)動機的工作壓力、流速、溫度等參數(shù)對煙霧機的霧化性能和工作穩(wěn)定性的影響，將對推動煙霧機的推廣應用及煙霧機的更新?lián)Q代設計生產(chǎn)具有非?，F(xiàn)實的知道意義[9]。 1.3本文主要研究內(nèi)容 小型煙霧機結構簡單、重量輕、操作容易，效率高、用藥省，防治成本低，彌漫性好，附著力高，適用于林業(yè)樹木、農(nóng)業(yè)橡膠樹病蟲害防治，衛(wèi)生防疫（學校、賓館等高度密集場所、菜場、垃圾場、下水道、倉庫、船艙等處消殺)[4]。具有廣闊的應用前景。 本文首先對現(xiàn)有的小型背負式煙霧機進行測繪,根據(jù)測繪結果分別設計背負式煙霧機的各個組成部分，包括燃燒系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、起動系統(tǒng)和供藥系統(tǒng)。同時，在保持現(xiàn)有小型背負式煙霧機基本型式不變的基礎上重新設計外觀，使其結構精巧合理，造型優(yōu)美簡捷輕巧，線條流暢；并創(chuàng)新性的對煙霧機的打氣筒手柄、被帶和煙霧機的支撐底座等部分結構進行改良設計，使其在作業(yè)時更符合人機工程學。 2小型背負式煙霧機的整體結構設計 2.1背負式煙霧機的整體分析 2.1.1背負式煙霧機的主要參數(shù) 背負式煙霧機的主要參數(shù)，見表2-1。 表2-1背負式煙霧機的主要參數(shù) 背負式煙霧機各項指標 參數(shù) 型號 6HYB-25B（W) 外形尺寸 940×380×580mm 藥箱容積 6L 油箱容積 1.2L 噴藥量 額定25L/h，最大42L/h 重量 12kg 油耗 2.0L/h 電源 3V DC(兩節(jié)一號電) 啟動方式 手動（可加裝電啟動） 2.1.2背負式煙霧機的性能特點 6HYB-25B(W)型背負式煙霧機是以脈沖式噴氣發(fā)動機為動力，利用其尾氣的熱能和動能把油性藥物汽化后噴出成煙霧狀而達到良好防治病蟲害效果的新型超低容量噴霧設備。該機發(fā)動機采用增壓平衡式原理，豎直向下和垂直向上任意角度傾斜不熄火，工作狀態(tài)非常穩(wěn)定；采用點火棒點火，比火花塞點火更可靠、更易啟動；通過脈沖放電點燃進入燃燒室的混合可燃氣體（汽油和空氣的混合氣體），產(chǎn)生100次/秒的燃燒爆炸頻率，爆炸產(chǎn)生的熱氣流高速噴出汽化并噴施藥物。同時利用自身的爆炸余壓來支持工作時的氣壓動態(tài)平衡，使機器連續(xù)穩(wěn)定地運作。 該機工作效率高，重量輕，操作方便，適用范圍廣；其施放的煙霧粒徑小,有極好的穿透性、彌漫性和附著性,抗雨水沖刷能力強；煙霧擴散和上升達到的防治高度和廣度優(yōu)于其它機型,可獲得理想的防治效果。特別適合在橡膠林、森林等地形復雜、交通不便和其他地面機械無法作業(yè)的地方使用。在倉庫、塑料大棚、城市公共衛(wèi)生的消毒、滅菌防疫等方面使用也極為優(yōu)越。 除此之外，該機還具有以下特點： （1） 效率高、用藥省，防治成本低，彌漫性好、附著力高； （2） 采用專利結構集成式金屬模壓鑄化油器、結構精巧合理，性能穩(wěn)定可靠； （3） 設計了高可靠性供油單向球閥和新型金屬增壓單向閥； （4） 關藥、泄壓融為一體，操作更加安全； （5） 金屬管替代橡膠管； （6） 造型優(yōu)美簡捷輕巧，線條流暢，操作方便 ； （7） 不銹鋼防護罩，保證操作人員安全。 2.1.3背負式煙霧機的外觀造型分析 6HYB-25B(W)型煙霧機為背負式彎管煙霧機，這就導致了6HYB-25B(W)型煙霧機在造型上存在一個很大的缺點。彎管式的外形尺寸為940mm×380mm×580mm,在運輸煙霧機時，這占據(jù)了很大的空間；如果拆掉噴藥管可使外型尺寸縮為650mm×380mm×400mm，但這又帶來一個新的問題就是細而長的噴藥管在不工作、包裝運輸時能否拆卸的問題。從外形美觀、運輸、占用空間角度來講,最好是可拆卸的，拆下噴藥管的機身看起來比例更均衡，運輸時可節(jié)省空間50%左右，尤其是對于彎管式拆下噴藥管后更易包裝、運輸。但是從技術角度來講拆卸式的必將使機器易于損壞，增加了返修率,同時也就提高了成本，這又是不可取的。雖然現(xiàn)有產(chǎn)品是采用不可拆卸式的，但在今后的產(chǎn)品改型時應考慮如何改進技術，使外形更美觀，占用空間盡量小。 在6HYB-25B(W)機型中，為了增加機器與人體背部的接觸面積，使受力均勻，避免棱角對身體的磕碰，將藥箱和油箱一體結構設計成與人體背部曲線相吻合的曲面造型，這不僅使外形更加美觀，更重要的是使人機工作關系更協(xié)調(diào)，使人在工作中更舒適、安全。打氣筒手柄及手輪的外形設計也充分考慮了造型設計中操縱器設計的要求：即方便操作和著力。在造型時完全依據(jù)手的生理特點來設計。同時，6HYB-25B(W)煙霧機中增加了不銹鋼防護罩，以保證操作人員的安全。 2.2背負式煙霧機的構成簡介 2.2.1背負式煙霧機的組成 背負式煙霧機主要由脈沖式噴氣發(fā)動機和供藥系統(tǒng)兩大部分組成。 脈沖式噴氣發(fā)動機主要由燃燒系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)及起動系統(tǒng)組成。燃燒系統(tǒng)主要由燃燒室、噴管組成；冷卻系統(tǒng)包括前后冷卻管和導風罩等；供油系統(tǒng)包括油箱、化油器、油管、供油單向閥等；起動系統(tǒng)包括供氣和點火兩個部分，供氣部分由打氣筒、三通閥和吹氣管組成，點火部分包括電池、點火器、開關及火花塞等。 供藥系統(tǒng)由藥劑箱、過濾器、充氣管、出藥管、藥劑開關、藥劑噴嘴等組成。 其構造及外型圖見圖2-1。 圖2-1 煙霧機外型圖 1供油系統(tǒng)2點火系統(tǒng)3燃燒室4起動系統(tǒng)5供藥系統(tǒng)6噴管 如圖所示，圖2-2為背負式煙霧機的總裝配圖，圖2-3為背負式煙霧機效果圖。 圖2-2 背負式煙霧機總裝配圖 圖2-3 背負式煙霧機效果圖 2.2.2背負式煙霧機的工作原理 煙霧機的起動：先將電器開關打開，使火花塞處在連續(xù)高壓點火狀態(tài)，再抽壓打氣筒，壓縮空氣經(jīng)起動單向閥進入三通閥，三通閥將其分成兩路：一路直通出油閥組件，將油箱中的燃油壓人輸油管路中，燃油經(jīng)供油單向閥、燃油噴嘴噴入化油器內(nèi)；另一路經(jīng)其中的單向閥、進氣管，沖人化油器體內(nèi)。進入化油器的氣流與煉油在化油器喉口處混合，形成燃油混合氣。燃油混合氣流經(jīng)火花塞時被點燃，流到燃燒室后迅速完全燃燒并產(chǎn)生爆炸。此時，燃燒室及化油器內(nèi)氣壓迅速升高。同時，化油器的進氣膜片及供油單向閥分別將進氣路與進油路關閉。燃燒室內(nèi)的高溫高壓氣體，以每秒一百多的速度迅速經(jīng)噴管噴出，形成一個脈沖（即工作循環(huán)）。 正常工作循環(huán)：當高溫高速氣體快要排完的時候，由于氣流的慣性作用，燃燒室和化油器內(nèi)生產(chǎn)一定的負壓[11]。在空氣負壓的作用下進氣閥片將進氣口打開，新鮮空氣迅速流經(jīng)化油器進入燃燒室；與此同時，供油單向閥亦被吸開，燃油迅速噴入化油器，與進氣混合，再次形成燃油混合氣氣流。燃油混合氣進入燃燒室后，與前一循環(huán)殘留的廢氣混合。同時殘留的廢氣中的余火將混合氣點燃，混合氣再次燃燒爆炸，并以同樣的方式迅速經(jīng)噴管噴出，再次形成一個脈沖（工作循環(huán)）。脈沖式噴氣發(fā)動機就這樣，按進氣—燃燒—排氣的循環(huán)過程，一個脈沖接一個脈沖地循環(huán)工作。 脈沖式噴氣發(fā)動機的作功方式為：當發(fā)動機工作時，化油器內(nèi)能產(chǎn)生一250毫米水柱的靜壓。將此壓力通過一引壓管經(jīng)增壓單向閥、藥路開關引入藥箱，加在藥劑液面上。同時，噴管中的高速、高溫氣流在經(jīng)過藥劑噴嘴處時，產(chǎn)生一定的負壓（即引射現(xiàn)象）。藥劑在此兩種壓差的迫使下，通過輸藥管經(jīng)藥劑噴嘴噴入發(fā)動機噴管。在噴管中的高速、高溫氣流作用下，藥劑中的煙霧劑蒸發(fā)膨脹，將藥劑沖碎成直徑小于50微米的煙霧粒。煙霧粒隨氣流從噴管噴出，并迅速擴散彌漫成煙霧。當防治或處理對象接觸到煙霧時即被霧粒充分覆蓋，達到殺蟲治病的防治效果。 工作原理可概括為，采用火箭動力原理，是一種以平衡增壓式化油器為動力源施放煙霧的機械：用打氣筒打氣→給油箱壓力→汽油進入化油器霧化→霧化的汽油在燃燒室爆炸→加熱護管→爆炸的熱量使藥液形成煙霧。煙霧機工作原理圖見圖2-4。 圖2-4 煙霧機原理圖 1出油閥組件 2油箱 3供油單向閥 4火花塞 5增壓單向閥 6電源 7高壓發(fā)生器 8電器開關 9燃燒室—噴管10藥劑噴嘴 11三通閥 12打氣筒 13藥路開關 14藥箱 15化油器 2.3本章小結 本章首先對背負式煙霧機做出了整體分析，主要從背負式煙霧機的主要參數(shù)、性能特點和外觀造型三個方面去分析背負式煙霧機；隨后對背負式煙霧機的各個組成部分(燃燒系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、起動系統(tǒng)和供藥系統(tǒng)）作出簡單的介紹。同時，詳細地描述了背負式煙霧機工作是的原理。 3小型背負式煙霧機的各組成部分設計 3.1煙霧機起動系統(tǒng)的設計 3.1.1氣泵的確定 氣泵是煙霧機起動系統(tǒng)的重要組成部分，主要起壓縮空氣的作用。如圖所示，圖3-1為打氣筒手柄外觀圖，圖3-2為打氣筒結構尺寸設計示意圖。 圖3-1 打氣筒外觀圖 圖3-2 打氣筒結構和尺寸設計示意圖 3.1.2蓄電池的選用與安裝 蓄電池的選用與安裝屬于煙霧機起動系統(tǒng)中的點火部分。點火系統(tǒng)的功用是產(chǎn)生高壓電火花，適時地點燃氣缸中的可燃混合氣，使汽油機工作。 煙霧機的可燃混合氣是由火花塞產(chǎn)生的電火花點燃的，要使火花塞兩電極間的間隙被擊穿而產(chǎn)生電火花，其擊穿而產(chǎn)生點火花。一次，要求點火系能按照點火次序，在一定是可供給火花塞足夠能量的高壓電，產(chǎn)生電火花點燃可燃混合氣。蓄電池點火系由蓄電池或發(fā)電機供給低壓直流電，通過點火線圈和斷電器將低壓電變成高壓電，再有配電器分配到相應的氣缸的火花塞點火。 本文設計的背負式煙霧機采用蓄電池點火方式，蓄電池為兩節(jié)一號電（3V），安裝在煙霧機的底座部分。如圖所示，圖3-3為煙霧機電池安裝位置，圖3-4為點火器開關，圖3-5為火花塞。 圖3-3 煙霧機電池的安裝位置 圖3-4 點火器開關 圖3-5 火花塞 3.2氣泵起動方式 起動系用于發(fā)動機起動時使化油器產(chǎn)生一定空氣/燃油混合比的混合氣。它由打氣筒(氣泵)、單向閥，三通閥及導管等組成。打氣筒產(chǎn)生一定流量和壓力的壓縮空氣。打氣筒前方安裝單向閥是為了防止氣筒中的活塞(皮碗)在返回行程時將油箱中的油吸入氣筒中。三通閥起著分配壓縮空氣及限制氣流流量和壓力的作用。它的一個接頭與打氣筒相通，一個接頭接油箱出油閥上的U形管。該路接頭中有一個小量孔，用以限定流經(jīng)此支路的壓縮空氣量。另一個接頭形似供油單 向閥與化油器蓋上的進氣支管相接。使用時應保證三通閥氣路通暢。孔道堵塞，氣路不通，發(fā)動機就不能起動。 3.3供油系統(tǒng)的設計 脈沖噴氣式發(fā)動機是利用汽油燃燒來提供動力和動能輸出的，因此，它的燃油供給系統(tǒng)由燃料供應和混合氣形成裝置兩部分組成。（一）燃油供應部分：由油箱、濾清器、油管、汽油泵等組成。小型汽油機的油箱一般高于化油器以便以重力向化油器供油，不需設置汽油泵。在油箱加油口和出油口處設置濾網(wǎng)或沉淀杯以濾去汽油中的雜質(zhì)。大型汽油機專門設有沉淀杯和燃油濾清器，設在油箱和汽油泵之間。一般在中、大型汽油機上菜設置汽油泵，其作用是將汽油從油箱吸出。克服油管管道和濾清器的阻力，以一定的壓力連續(xù)地向化油器輸送足夠量的汽油。（二）混合氣形成裝置：要使混合氣在極短時間內(nèi)形成。必須先將汽油霧化成極微小的油滴，這樣便大大增大了蒸發(fā)表面積，促使汽油迅速汽化。這個過程在化油器式汽油機上是在化油器中完成的。霧化了的汽油在化油器內(nèi)與被吸入的空氣進一步混合，形成均勻的混合氣。 3.3.1化油器的結構 化油器是供油系統(tǒng)中最重要的裝置，對汽油機的動力性、經(jīng)濟性均有直接影?；推魈峁┙o發(fā)動機工作所需的燃油混合氣，由化油器蓋（上有進氣孔）、進氣膜片、氣閥擋板、進氣管、化油器體、燃油噴嘴和油針閥等組成，其結構見圖3-1。 氣閥擋板和化油器蓋之間構成2毫米寬的進氣間隙帶，當發(fā)動機工作時，空氣由化油器蓋上的進氣孔，經(jīng)此通道進入化油器腔內(nèi)?？諝庠诨推鲀?nèi)腔喉口處產(chǎn)生負壓，從而將燃油從燃油箱內(nèi)經(jīng)主量孔吸入化油器內(nèi)腔。同時進入化油器的燃油形成傘狀，與空氣充分混合，形成燃油混合氣。 化油器的油量靠調(diào)節(jié)油針與油針座的配合間隙來完成。此兩者的外形與配合方式，直接影響到發(fā)動機的燃油消耗率及化油器的壽命。如圖所示，圖3-6為化油器實體圖，圖3-7為化油器構造圖。 圖3-6 化油器 圖3-7 化油器構造 1油針閥 2彈簧 3燃油噴嘴 4化油器蓋 5化油器體 3.3.2油箱的設計 背負式煙霧機的油箱的主要用途室儲存汽油，同時還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。如圖3-8所示，為煙霧機油箱的外觀圖。煙霧機油箱的尺寸為80mm×40mm×395mm，油箱容積為1.2升，油箱整體采用不銹鋼材質(zhì)，使用熱處理工藝加工。圖3-9為油箱的尺寸設計圖。 圖3-8 油箱的外觀圖 圖3-9 油箱的尺寸設計圖 3.4燃燒室-噴管系統(tǒng)的設計 燃燒室一噴管：它是發(fā)動機的主要部件，汽油和空氣組成的混合氣在燃燒室中燃燒，產(chǎn)生高速、高溫燃氣由噴管排出。燃燒室和噴管長度及出口直徑對發(fā)動機的工作性能影響很大，工作時應注意保持內(nèi)部通暢，經(jīng)常除去內(nèi)表面積炭。噴管前部焊有藥噴咀座。在燃燒室側(cè)面的進氣管上焊有火花塞座。 3.4.1 燃燒室的尺寸和結構設計 燃燒室由進氣管、柱部和錐部組成，進氣管與化油器相接，進氣管的結構和尺寸主要影響發(fā)動機的起動性能，進氣管上裝有火花塞，起動時，一定空燃比的混合氣由化油器經(jīng)火花塞，被火花塞產(chǎn)生的高壓電弧點燃。并在向柱部流動中火焰鋒面不斷擴大.進氣管直徑應較化油器出口內(nèi)徑大[3]。 燃燒室尺寸和結構設計如下圖3-10所示 圖3-10 燃燒室結構示意圖 1燃燒室柱部 2進氣管 3火花塞座 4燃燒室錐部 如圖所示，燃燒室柱部長103mm,直徑42mm；燃燒室錐部長150mm,錐部開口直徑24mm；進氣管直徑24mm；燃燒室總長為253mm。 3.4.2噴管結構分析的設計 噴氣式發(fā)動機噴管的作用是使燃氣在噴管進口處所具有的熱焙的一部分轉(zhuǎn)變成燃氣運動方向的動能。伴隨著這種能量的轉(zhuǎn)變，燃氣壓力減小，比容增加，在脈沖噴氣式發(fā)動機中混合氣的燃燒一直延續(xù)到噴管中。 噴管尺寸和結構設計如下圖3-11所示，噴管結構示意圖如圖3-12所示。 圖3-11 噴管結構示意圖 1噴管 2藥劑噴嘴 圖3-12 燃燒室-噴管結構示意圖 3.5冷卻系統(tǒng)的設計 煙霧機中冷卻系的作用及時帶走燃燒室-噴管所產(chǎn)生的熱量，并散發(fā)到大氣中區(qū)，維持噴氣式發(fā)動機在適宜的溫度范圍內(nèi)工作。在背負式煙霧機中的冷卻系主要由兩部分組成：冷卻管和燃燒室底部的散熱孔和保護罩構成，起著降低燃燒室-噴管壁面溫度和格開高溫管壁，保護人體的功能。如圖所示，圖3-13為冷卻管實體圖，圖3-14為冷卻管結構示意圖，圖3-15為煙霧機散熱孔，圖3-16為煙霧機保護罩。 圖3-13 冷卻管 圖3-14冷卻管結構示圖 圖3-15 煙霧機散熱孔位置 圖3-16 煙霧機保護罩 3.6供藥系統(tǒng)的設計 供藥系統(tǒng)是貯存煙霧劑，并將藥液輸至藥噴嘴的裝置。它由增壓單向閥、藥開關、藥箱、藥噴嘴及導管等組成。 3.6.1藥箱的設計 藥箱：它由箱體,藥箱蓋、接頭、輸藥管及濾油頭等組成。藥箱蓋和接頭實現(xiàn)藥箱的密封及與導管連接。藥箱蓋和接頭具有快速換裝結構，可實現(xiàn)工作時藥箱快速換裝。藥箱內(nèi)的濾油頭上包有濾網(wǎng)，該濾網(wǎng)應經(jīng)常檢查、清洗。如圖所示，圖3-17為藥箱外觀圖，圖3-18為 藥箱尺寸設計圖。 圖3-17藥箱外觀圖 圖3-18藥箱尺寸設計圖 3.6.2藥劑開關的設計 藥開關：它是一個板式聯(lián)動開關，當它位于“開”時(手柄向下扳)，同時實現(xiàn)向藥箱進氣加壓和藥液由藥箱向藥噴嘴的輸送[16]。當它“關”時(手柄向上)則實現(xiàn)藥箱減壓放氣，并切斷輸送藥液的通路。藥開關由上、下閥體，塑料閥片，加壓彈簧和螺栓螺母等組成。閥片起密封作用。長期使用若閥片變形應及時更換。如圖所示，圖3-19為藥劑開關實物圖。 圖3-19 藥劑開關實物圖 3.7本章小結 論文在本章主要對小型背負式煙霧機的各個組成進行設計，包括起動系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、燃燒室-噴管系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和供藥系統(tǒng)。起動系統(tǒng)的設計中包括氣泵的確定、蓄電池的選用與安裝，同時還說明了氣泵的起動方式；供油系統(tǒng)的設計主要有油箱的設計和化油器結構的設計；燃燒室-噴管系統(tǒng)的設計主要包括燃燒室尺寸和結構的設計以及噴管結構分析的設計；冷卻系統(tǒng)的設計包括冷卻管、保護罩和散熱孔的設計；供藥系統(tǒng)的設計主要有藥箱的設計和藥劑開關的設計。 4小型背負便攜式煙霧機的改良設計 4.1打氣筒手柄的改良設計 工具是人類四肢功能的擴展。使用工具使人類增加了動作力度、范圍，提高了工作效率[18]。人們在工作、生活中一刻也缺少不了工具，使用的工具大部分還沒達到最優(yōu)的形態(tài)，其形狀與尺寸等因素也不太符合人機工程學原則，很難使人有效并安全、舒適地操作。實際上，傳統(tǒng)的工具有許多已不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要與生活的要求。人們在作業(yè)或日常生活中長久地使用設計不良的手握式工具和設備，造成很多身體不適、損傷與疾患，降低了生產(chǎn)率，甚至使人致殘，增加了人們的心理痛苦與醫(yī)療負擔。因此，工具的適當設計、選擇、評價和使用時一項重要的人機工程學內(nèi)容。 手握式工具的設計有以下基本原則： （1）保持手腕處于順直狀態(tài)：手腕順直操作時，腕關節(jié)處于正中的放松狀態(tài)。但當手腕處于掌屈、背屈、尺偏等別扭的狀態(tài)時，會使腕部酸痛、握力減小。如長時間這樣操作，會引起腕道綜合癥、腱鞘炎、肱骨外踝炎（網(wǎng)球肘）等癥狀。手柄彎曲式的工具可以降低疲勞，容易操作，對于腕部有損傷者特別有利。一般認為，將工具的手柄與工作不分彎曲10°左右效果最好。 （2）操作手握式工具時有時需要施加相當?shù)牧Γ绻ぞ咴O計不當，會在掌部和手指處造成很大的壓力，妨礙血液在尺動脈的循環(huán)，引起局部缺血，導致麻木、刺痛感等。手柄設計應具有較大的接觸面，使壓力能分布于較大的手掌面積上，減少應力；或者使壓力作用于不太敏感的區(qū)域。 （3）手柄是手握式工具與手接觸的不分，一般由掌面與手指周向抓握。手柄的直徑取決于工具的用途與手的尺寸。一般而言，著力抓握的手柄比較合適的直徑是30-40mm，精密抓握的手柄比較合適的直徑是8-16mm。 （4）手柄長度主要取決于手掌寬度。根據(jù)底百分位女性到第95百分位男性數(shù)據(jù)，掌寬一般為71-97mm，合適的手柄長度為100-125mm。 （5）為了增大摩擦，并使手感舒適，手柄上經(jīng)常會設置各種槽紋、凸起，還可以使用皮革、橡膠等質(zhì)地較軟的材料。因此，改良后的手柄選用橡膠材質(zhì)。 如圖4-1所示，改良前與改良后的手柄比較 (a)改良前手柄 (b）改良后手柄 圖4-1 改良前后手柄的比較 從上圖可以看出改良后的打氣筒手柄傾斜了一定角度，保證了操作人員手腕處于順直狀態(tài)；同時手柄的直徑和長度尺寸都參照人體結構的尺寸，處于合適的尺寸范圍內(nèi)；另外在手柄上設置了凸起，以增大操作人員的手掌與打氣筒的接觸面積。 4.2背負式煙霧機的色彩搭配分析 不同的色彩對操作者所產(chǎn)生的作用不同，從人機工程學的角度將其分為:色彩的辨識作用、色彩的警示作用和色彩心理暗示作用。 色彩的辨識作用：在機械設備和作業(yè)環(huán)境中有大量的信息需要操作者辨認，比如操作面板的按鈕、指針、數(shù)據(jù)等，這些信息的可辨識度與其所選用的色彩息息相關。所謂“可辨識度”就是指確認對象存在的程度以及眼睛捕捉外界物體所需要的距離或面積，影響可辨識度的重要的因素是背景色彩與主體色彩的對比度。影響這種對比度的因素又能進一步分為：明度對比、色相對比和純度對比。色彩的明度對比對可辨識度的影響最為直接。為了保證信息能夠迅速準確地傳遞到操作者，目標信息的色彩必須和背景色彩在明度上有較大差別。 結合此項依據(jù)，將背負式煙霧機的手把，藥劑開關把手和打氣筒手柄這些操作器具設計成黑色，與周圍環(huán)境色在明度上形成較大的差別，以便讓操作者能夠輕易地識別。如圖所示，圖4-2為打氣筒手柄上色圖，圖4-3為藥劑開關手柄上色圖。 圖4-2打氣筒手柄的上色 圖4-3藥劑開關手柄的上色 色彩的警示作用：在機械設備和作業(yè)環(huán)境中有些信息要求必須引起操作者的注意，這種情況下設計師可根據(jù)信息的重要程度來選擇色彩方案。最重要的信息可以選擇用紅色，以下可選擇黃色、橙色、綠色。并且要注意底色的選擇，必須保證底色和警示色在明度和純度上有較大的對比度。在特殊情況下，還可以使用閃爍的方式來強調(diào)警示作用。 從色彩的警示作用的角度，將背負式煙霧機的高壓發(fā)生器的開關控制面、油箱蓋和藥箱蓋這些重要部位設計成紅色和黃色來起到警示的作用。如圖所示，圖4-4為高壓發(fā)生器的開關控制面上色圖，圖4-5為油箱蓋和藥箱蓋的上色圖。 圖4-4 高壓發(fā)生器的開關控制面的上色 圖4-5 油箱蓋和藥箱蓋的上色 色彩的心理暗示作用：色彩的心理暗示作業(yè)在創(chuàng)造適合人操作的機械設備和作業(yè)環(huán)境中的作用同樣不容忽視，色彩能引起人們多樣的感情和心理效應，如產(chǎn)生寒暖感、輕重感、軟硬感和強弱感；在心理上產(chǎn)生明快與憂郁、興奮與恬靜等應。如果應用得當，色彩不僅可以調(diào)高人們的工作效率，甚至可以影響到人的身體機能。藍色能給人以寧靜、深邃之感，具有明顯的鎮(zhèn)定用，由于煙霧機的操作者常常會在高溫和環(huán)境惡劣的條件下工作，心理上會產(chǎn)生煩躁的情緒效，將煙霧機的底座設計成藍色可以平復操作者煩躁的情緒。紅色通常代表著積極、熱情、活潑，往往能夠調(diào)動工作人員的積極性，因此，將煙霧機箱體的兩端設計成紅色。 如圖所示，圖4-6為煙霧機底座上色圖，圖4-7為煙霧機箱體兩端上色圖。 圖4-6 煙霧機底座的上色 圖4-7 煙霧機箱體兩端的上色 4.3 背帶的改良設計 由于小型背負式煙霧機的重量較重，操作人員長期背負工作會對肩部造成疲勞，因此，本文將背帶的整體寬度加大，以減少煙霧機對操作人員產(chǎn)生的壓強，并在壓強集中的肩部特別加寬。除此以外，還在兩根背帶之間多加了一根收緊帶，使煙霧機能夠更好的與人體保持固定。如圖4-8所示，煙霧機背帶示意圖。 圖4-8煙霧機背帶 4.4背負式煙霧機的噪聲控制 4.4.1噪聲產(chǎn)生的危害 噪聲通常是指一切對人們生活和工作有妨礙的聲音，或者說凡是使人煩惱的、討厭的、不愉快的、不需要的聲音都叫噪聲。噪聲不但由聲音的物理性質(zhì)決定，而且與人們的心理狀態(tài)有關。例如，同樣的音樂在人休息時播放可以使人放松，但在人聚精會神思考時播放會使人注意力分散，成為噪聲。 噪聲對作業(yè)者的影響主要有兩方面：聽覺的影響、生理作用的影響和心理的影響。 噪聲對聽覺的影