一种多旋翼植保无人机静电喷雾系统研究

为提高多旋翼植保无人机的植保效果,设计一种用于多旋翼植保无人机的静电喷雾系统。该静电喷雾系统包括静电喷头、喷雾流量控制模块。基于感应式荷电原理设计了感应式静电离心喷头,基于PID算法设计喷雾流量控制模块,基于网状目标法设计荷质比测量装置。结果表明,该多旋翼植保无人机静电喷雾系统中静电喷头可使雾滴荷电,喷雾流量控制模块能够稳定地控制喷雾流量,荷质比测量装置能够稳定测量雾滴荷质比,随着荷电电压增加,雾滴荷质比逐渐增加,当荷电电压为8 kV时,荷质比达到最大值,为0.59 mC/kg。     

双气流道辅助静电喷头设计与试验

针对荷电雾滴在喷头处易吸附,且荷电量在射程方向上易衰减等问题,结合气流辅助喷雾与静电喷雾技术,设计双气流道辅助静电喷头。采用理论分析与公式方法,计算感应电极结构参数与位置、气流道结构与参数;采用静电喷雾试验测试喷头压力的流量特性,工作参数对荷质比的影响,雾滴的空间分布和飘移特性等。喷雾量与喷雾压力的关系为y=0.366 7x~(0.467 3);在1.0 m以内的喷雾距离下,荷质比与喷雾压力、气流速度、感应电压呈正相关关系,喷雾距离越小荷电雾滴的荷电量衰减越剧烈。荷质比沿射程方向逐步衰减,在0.6~1.0 m处衰减最剧烈,而后趋于平缓;气流速度在15、22、32 m/s时,静电喷雾的飘移率分别降低50.0%、22.5%、10.7%。当喷头在额定喷雾压力为0.4 MPa、感应电压为6 k V,采集距离在1.0 m以内时,静电喷雾的反面雾滴覆盖密度比非静电喷雾提高15%以上;当采集距离在1.0~2.0 m之间时,静电喷雾的反面雾滴覆盖密度提高10%左右;当采集距离大于2.0 m时,静电喷雾的反面雾滴覆盖密度反而低于非静电喷雾。因此,风送静电喷雾应用时的气流速度和喷雾高度须根据作物冠层特征选择。本研究可为喷头的应用和大型静电喷雾机的设计提供依据。     

果园风送静电喷头设计与试验

[目的]针对雾滴在叶背面覆盖密度低的问题,设计了一种风送静电喷头。[方法]根据感应充电模型,同时进行理论计算,从而设计出电极及电极帽的尺寸。电极设计成锥形电极,开角为80°,高10 mm,厚2 mm,材料为铜,具有高导电性;电极帽设计成仿锥形,防止电极被药液腐蚀,材料选用环氧树脂制作,可提高介电常数,增大感应充电电场电荷。并对喷头进行了3个方面的性能试验,包括荷质比测量、静电雾滴覆盖密度对比试验和田间验证试验。[结果]荷质比测量表明:雾滴在喷头处的最大荷质比为1.167 m C·kg-1,并且距离喷头1 m处的雾滴仍然带电。雾滴覆盖密度对比试验表明:静电及喷雾距离对正、背面覆盖密度影响显著,在喷雾距离1～2 m内,背面覆盖密度相对增幅可达70%以上。田间验证试验证明:静电作用同时作用了叶片正、背沉积;风机转速对荷质比的影响与对叶片正、背沉积量的影响结果一致。[结论]研究证明该静电喷头具有明显的静电喷雾效果,可为果园风送静电喷头的设计与效果检验提供参考。     

风速、喷雾压力和静电电压对雾滴沉积性的影响

为提高农药喷洒过程中雾滴的沉积效果,在试验基础上研究不同风速、喷雾压力和静电电压下雾化靶标荷电效果和沉积效果的综合影响,优化选配影响因素的参数。试验结果表明,荷质比在4 k V之后趋于稳定,当风速为0 m/s,喷雾压力为0. 3 MPa,静电电压达到6 k V时,雾滴粒径达到最小值137. 79μm,荷质比达到最大值0. 128 m C/kg,靶标背部在荷电电压大于4 k V以后出现雾滴沉积,在0. 3 MPa以后沉积率增大幅度趋于平缓。正交试验得出,风速、喷雾压力和静电电压均对雾滴沉积率有显著影响,影响主次顺序分别是静电电压、喷雾压力、风速。本系统喷雾的最佳组合是风速为0 m/s喷雾压力为0. 4 MPa和静电电压为6 k V,总沉积率达到最大值48. 01%。研究结果为进一步研究喷雾技术参数优化选配和提高喷雾沉积效果提供了依据。     

田间药液用量影响农药单位剂量防治效果的原因分析

【目的】分析药液用量与水稻植株持液量的关系,探索稻田药液用量影响农药单位剂量防治效果的机制,为科学使用农药提供依据。【方法】在喷雾状态下计量水稻单位面积的持液量变化,明确液体在水稻叶片上的流失点和稳定持液量。依照国家标准GB/T 5549-2010测定液体表面张力,利用表面活性溶液的表面张力随表面活性剂浓度变化的规律,测定表面活性剂溶液的临界胶束浓度;用Zisman的方法测定水稻叶片的临界表面张力,分析影响水稻叶片持液量的关键因子。在喷雾塔内模拟用氯虫苯甲酰胺防治稻纵卷叶螟、用吡蚜酮和毒死蜱防治褐飞虱的试验,分析药液用量与雾滴密度的关系及农药单位剂量对防治效果的影响。【结果】随着喷液量的增加,水稻叶片的持液量经历增加、达到最大值后开始流失、随之下降到稳定值并不再随喷液量而变化,与最大值比,稳定值减少持液量约50%。供试水稻的临界表面张力为29.90-31.22 mN·m^-1,为低能表面,清水的表面张力为71.8 mN·m^-1,大于水稻的临界表面张力,限制了水稻叶片的持液量;助剂TX-10和Silwet-408可使液体的表面张力小于水稻临界表面张力,增加水稻叶片的持液量,当助剂达到临界胶束浓度时,增加持液量的效果最好;喷液量影响雾滴密度,从而影响农药单位剂量的防治效果。雾滴体积中径为200 μm时,药液量150 L·hm^-2的雾滴少于10滴/cm²,20、25和30 g 3个有效剂量的氯虫苯甲酰胺对稻纵卷叶螟的防治效果不足60%;药液量450 L·hm^-2的雾滴少于40滴/cm²,氯虫苯甲酰胺3个有效剂量对稻纵卷叶螟的防治效果分别为56.92%、62.86%和65.07%;药液量900 L·hm^-2的雾滴为82滴/cm²,氯虫苯甲酰胺3个有效剂量对水稻纵卷叶螟的防治效果最好,达到70%以上。减小雾滴体积中径,增加单位体积液体的雾滴数量,可以适量减少喷液量。雾滴体积中径为75 μm、药液量450 L·hm^-2时,雾滴为140滴/cm²,氯虫苯甲酰胺防治稻纵卷叶螟的效果与雾滴体积中径为200 μm、药液量900 L·hm^-2的防治效果无显著差异。由于水稻冠层的阻挡,叶面喷雾时冠层下的雾滴极少,雾滴体积中径200 μm喷药液量900 L·hm^-2和雾滴体积中径75 μm喷药液量450 L·hm^-2,冠层下的雾滴不足20滴/cm²,农药对褐飞虱防治效果差。冠层下喷雾,直接将农药喷洒到褐飞虱栖息危害的部位,显著提高了吡蚜酮和毒死蜱单位剂量对褐飞虱的防治效果。【结论】药液用量影响农药在水稻植株上的沉积量和水稻单位面积上的雾滴密度,从而影响农药单位剂量对害虫的防治效果。当稻田药液用量在450 L·hm^-2（雾滴体积中径75 μm）或900 L·hm^-2（雾滴体积中径200 μm）,冠层上下喷雾均匀,能确保药液在水稻最大持液量范围内并使植株表面有足够的雾滴密度,可取得良好的防治效果。     

Box-Behnken 设计 - 响应面法优化感应静电喷雾参数

为了探究静电喷雾过程中多因素对荷质比的影响,采用感应荷电方式,先对4种孔径喷嘴的荷质比进行试验,选取一个荷质比变化较显著的喷嘴,然后采用单因素试验方法,分别对充电电压、喷雾压力、药液电导率3个因素进行试验,探讨各因素对荷质比的影响规律。在此基础上采用Box-Behnken设计-响应面法以TXVK-3型喷嘴的充电电压、喷雾压力、药液电导率进行3因素3水平的优化试验,确定最优参数。结果表明,在电压6.9 kV、喷雾压力0.3 MPa、药液电导率13.9 mS/cm时,平均荷质比为-0.227 mC/kg,相对误差不到2%。     

喷雾压力对远射程及宽喷幅风送式喷雾机雾滴粒径的影响

雾滴参数是衡量喷雾效果的重要指标,为了解喷雾压力对远射程及宽喷幅风送式喷雾机雾滴参数的影响,分别以远射程及宽喷幅风送式喷雾机为试验平台,利用激光粒度仪分别测量6种喷雾压力下2种喷雾机的雾滴参数,分析雾滴粒径的大小、分布及均匀性随喷雾压力变化的规律。结果表明,喷雾压力对2种喷雾机的雾滴参数均有一定的影响。远射程风送式喷雾机射程方向7 m处没有50μm的小雾滴,400μm粗雾滴出现的比例随喷雾压力的增加而变小,粗雾滴出现的比例0.400%。雾滴扩散比随压力的增大而增大,介于0.62～0.68。喷雾压力的增加有利于喷雾质量的提升。宽喷幅风送式喷雾机射程方向2.5 m处的雾滴中,50μm小雾滴出现的比例为4.772%～22.603%,没有出现400μm的粗雾滴。雾滴扩散比介于0.77～0.88。喷雾压力的改变对喷雾质量的影响不明显。     

静电喷雾对农药飘移及沉积分布的影响

【目的】旨在揭示静电技术对喷雾雾化性能、理化性质和沉降等方面影响,为静电喷雾技术在作物病虫草害防控应用提供依据。【方法】采用激光粒度系统比较分析静电喷雾和非静电喷雾的雾滴粒径特征,采用铂金环法和座滴法分别评测静电喷雾和非静电喷雾雾滴的表面张力和其与稗草叶片的接触角,在开放式风洞中采用麦拉片、相片纸中收集不同喷雾方式的地面飘移量及靶标的沉积量,评价静电喷雾技术对飘移沉积分布和靶标沉积量的影响。【结果】在0.3 MPa喷雾压力下,比较静电喷雾和非静电喷雾的雾滴粒径特征,发现静电喷雾的体积中径D₅₀高于非静电喷雾的,雾滴直径D₉₀却低于非静电喷雾的,但差异不显著;分布跨度S显著低于非静电喷雾的,两者的ΦVol_<150μm差异不显著,而静电喷雾粒径分布更加均匀。比较两者的理化性质发现,静电喷雾雾滴的表面张力及其与稗草叶片在200、400和600 ms的接触角均显著低于非静电喷雾。进一步采用Depositscan分析比较相片纸上飘移沉积规律,喷雾方式对飘移沉积雾滴D₅₀的影响均达到显著水平,且非静电喷雾...     

EPEC-B1型高压静电喷雾器喷雾性能试验

摘要：采用纸卡法在室内对TEPEC-B1型高压静电喷雾器进行了雾滴大小,喷雾距离,喷雾密度和喷雾量的测试,同时与常规喷雾器进行了比较。测试结果表明：TEPEC-B1型高压静电喷雾器荷电喷雾的雾滴密度显著高于非荷电喷雾,在靶标背面的雾滴密度明显增大。荷电喷雾的雾滴粒径只有常规喷雾雾滴粒径的1/3～1/4,且粒径谱较常规喷雾器窄,雾滴均匀度较高。TEPEC-B1型高压静电喷雾器通过不同档位调节可以控制喷雾量和喷雾距离,适于保护地不同类型蔬菜的病虫害防治。     

我国农药静电喷雾技术的研究及应用进展

农药静电喷雾技术可以提高雾滴的有效沉积,减少农药飘失造成的生态环境隐患,是改善我国植保施药机械相对落后现状的重要突破口.首先,介绍静电喷雾技术不同荷电方式下的工作原理及应用特点,概述静电喷雾技术的发展历程,从静电喷头的研制、雾滴的荷电效果、静电雾滴的空间运动与沉积分布、静电喷雾装备的研制等4个方面详细论述我国静电喷雾技术的发展现状.其次,指出当前我国在静电喷雾领域尚缺乏对静电雾滴飘移特性与减飘方法的深入研究,建议针对不同作物开展专用静电喷雾设备的研发,并通过喷雾模型的相关理论研究,为植保施药喷雾作业提供技术装备与理论支撑,以期提高我国的植保施药技术水平.最后,针对云南省特色烟草种植的静电雾滴沉积分布及飘移特性的研究进展进行概述,并展望静电喷雾技术在云南省特殊山地条件下烟草植保的应用前景.     

气力式静电喷头雾化特性研究

简述了气力式雾化喷头的基本结构及工作过程,并对喷头的雾化特性进行了初步试验。试验结果表明,雾滴大小及均匀性随着气体压力的升高而减小;喷孔结构和参数对雾滴直径及雾化质量有重要影响;该喷头所得雾满尺寸满足静电喷雾要求,为静电喷雾的正常进行提供了前提。     

雾滴体积和测量时间与雾滴接触角的关系

农药喷雾质量直接关系到药效的发挥,喷雾液滴与靶标的接触角可以用来表征喷雾质量的好坏,并可说明喷洒液的表面张力与靶标的表面张力是否匹配。针对喷雾液滴在靶标上接触角测量的重现性不佳等问题,以玻璃和石蜡模拟靶标表面,研究了去离子水在亲水和疏水靶标表面上液滴体积(重力)和测量时间对接触角测量的影响,结果表明:液滴体积越大接触角越小,这种趋势在亲水表面比疏水表面上更突出,测量时体积可分别选择在0.5~1μl和1~5μl;液滴滴下30~50 s后与固体表面基本达到平衡,对接触角测量的准确度影响较小。     

农药喷雾粒径的研究现状与发展(综述)

【目的】农药的不合理使用严重威胁着我国农产品质量安全和农业生态环境安全。优化农药喷施方式,提高农药利用率与喷施效果,实现农业生产的良好发展已成为迫切需要解决的问题。【方法】从农药雾滴粒径的检测方法出发,介绍了雾滴粒径检测技术的发展、以及雾滴尺寸与农药防治效果的关系;对农药喷雾最佳粒径的研究进行了分析;总结了农药喷雾最佳粒径的研究以及所存在的不足,并对农药喷雾粒径的研究进行了展望。【结果】人工表面得到的最佳粒径与真实的喷雾最佳粒径具有明显的差异性,人工表面通常倾向于收集大液滴;细小雾滴大量漂移的发生不存在必然性;同一靶标不同时期所对应的喷雾最佳粒径是变化的;小雾滴更容易吸附在靶标表面,能穿透植物冠层杀死冠层内部的害虫。【结论】不同农药、不同靶标、不同药液浓度甚至害虫的不同时期,农药的最佳喷雾粒径大不相同。今后应加强农药雾滴最佳粒径的理论研究,从宏观和微观多角度综合分析,开发精准可控变粒径喷嘴。     

喷雾助剂类型及其在农业航空中的应用

喷雾助剂可以多方面改善农药的使用性能,常见类型有油类喷雾助剂、有机硅类喷雾助剂、液体肥料类喷雾助剂。在农业航空喷施过程中添加喷雾助剂,可大幅度提高农药利用率。本文介绍了喷雾助剂的类型,论述了加入喷雾助剂在农业航空喷施方面对药液雾滴粒径、雾滴沉积、雾滴飘移及药效的影响。     

新型种子包衣机静电雾化装置的研究

种子包衣技术普遍存在对种子呈凹凸形状的脐部覆盖不足的问题,严重影响种子的发芽率。提出将静电雾化技术应用到种子包衣中,以此解决种子包衣不足的问题。静电雾化技术的核心是使喷洒出的雾滴携带电荷,因此研究携带电荷的雾滴成为研究静电雾化技术的关键。通过静电喷雾实验及雾滴参数测试,得出在喷雾压力0.4 MPa,充电电压25 k V时,雾滴平均半径0.072 mm,拌种剂雾化效果最佳;并利用低频有限元软件Ansoft Maxwell对不同数量的荷电雾滴与平板接地导体之间的空间电场进行模拟仿真,采集不同情况下的电场强度数据,分析荷电雾滴所产生空间电场的分布规律;最后对雾滴群与更接近种子形状的球形导体之间的空间电场进行模拟仿真,从仿真结果得出雾滴群所产生的电场可以完全包围球形导体,这有利于拌种剂全面覆盖种子,特别是呈凹凸形状的脐部,提高种子包衣质量,从而得出将静电雾化技术运用到种子包衣上是可行和有效的方法。     

喷雾雾滴滤纸率定法研究初探

本文论述了用滤纸率定法，测定喷雾雾滴的试验研究方法，并根据试验数据，应用回归分析，找出滤纸率定色斑直径与喷雾雾滴直径之间的对应函数关系，Ｙ＝０．３３４ｘ０．７４９５。为新型植保机械及高速风机的喷雾（雾滴直径为６０～４００μｍ）的研究；采集试样资料；取样；进行雾滴定量测定及均匀性对比分析；提供了一种简捷的方法     

基于介电特性的大豆油加热过程中品质无损检测技术的研究

采用自制平行电极板检测大豆油加热及贮存过程中介电特征值电容和电导的变化情况,用国家标准分析方法测定其酸价、过氧化值和色度等品质指标,分析大豆油品质参数与介电参数之间的相关性。结果表明:介电常数和电导与酸价、过氧化值和色度3项品质指标之间均存在一一对应的线性相关性,较高温加热后其相关系数大于较低温加热的;经200℃高温加热后,过氧化值与电导的相关系数最高,为0.992 9,电导与介电常数相比,更适合评价油脂的品质,进一步说明了当大豆油品质劣变较严重时,更适合采用电导为指标定量描述其品质。采用介电特性参数无损检测大豆油品质在理论上具有可行性。     

宽喷幅风送式喷雾机在果树冠层中喷雾有效性及雾滴穿透性试验研究

风送式喷雾可以有效地抵御自然风的干扰,减少雾滴的漂移,其喷雾有效性及雾滴的穿透性直接影响着喷雾机的喷雾性能.以宽喷幅风送式喷雾机为试验平台,用0.1％的罗丹明B为示踪剂,对靶标树进行了喷雾试验,研究宽喷幅风送式喷雾机雾滴沉积的有效性与穿透性.结果表明:喷雾雾滴在树冠前冠面及内膛均有较高的效率,在靶标树的前冠面、中膛、后冠面和距离树冠后方10 cm的外截面等4个截面上都有雾滴沉积,喷雾有效率分别为100％、86.2％、48.3％和62.1％;树冠前冠面、中膛、后冠面雾滴沉积量分别为0.028、0.007、0.003 mL,树冠前后地面上有明显的雾滴沉积,地面采样点上的沉积量分别为0.044、0.031 mL;喷雾过程中气流在靶标树两边存在绕流是引起树冠后方雾滴沉积的原因,关闭处于喷口下方的喷头可以减少雾滴在地面上的沉积.     

The effect of surface orientation on spray retention

Research in precision spraying investigates the means to reduce the amount of herbicide applied by directing droplets more accurately towards the weeds. The trend in the development of spot spraying equipment is an increase of the spatial resolution and new actuators that are able to target very small areas. However, there is a lack of methods for assigning rates of herbicides relating target to optimal droplet features. A wide range of droplet impact angles occurs during the spray application process because of droplet trajectories and the variability of leaf orientation. In this study, laboratory experiments were conducted to highlight the effect of surface orientation on droplet impact outcomes (adhesion, rebound or splashing) on two very difficult-to-wet surfaces: an artificial surface with a regular roughness pattern and an excised black-grass leaf with an anisotropic roughness pattern. Measurements were performed for different surface orientations with a high-speed camera coupled with backlighting LED. Droplets of two formulations (distilled water and distilled water + a surfactant) were produced with a moving flat-fan hydraulic nozzle to obtain a wide range of droplet sizes and velocities, which were measured by image analysis. Increasing surface angle reduces surface area available for droplet capture. Droplet impact behaviors are then modified since surface tilt induces a tangential velocity component at impact and, consequently, a reduction of the normal component. Impact modifications have also been observed due to the anisotropic roughness pattern of a black-grass leaf. The integration of droplet-surface interaction information offers a significant way to further improve the precision spraying efficiency by considering the optimal droplet size, speed and ejection angle depending on the target surface and architecture.