混药质量浓度在线检测装置

根据溶液质量浓度不同,其折光率不同的原理,设计了一种混药质量浓度在线检测装置。采用波长650 nm二极管激光器作为光源,PSD作为光斑位置探测器,设计和制造了有机玻璃材质的三角形检测管和以OPA4277芯片为主的信号调理电路。在流量为4.7、5.4和6.1 L/min时得到的光斑位置与质量浓度拟合曲线的决定系数R2均大于等于0.983 1,且随着流量的减小,其拟合曲线的决定系数逐渐增大。在流量为6.1 L/min时,在线测量混药质量浓度存在最大偏差为0.075 1 g/L,平均相对误差为8.99%。表明该装置可用于混药质量浓度的在线检测。     

折光法混药浓度在线检测装置的设计与试验研究

根据不同浓度溶液折光率不同,设计了一种混药浓度在线检测的装置。同时,选用650nm二极管激光器作为光源、PSD作为信号接收器,设计和制造了三角形流道和以OPA4277芯片为主的信号放大电路。试验结果表明:在总流量为4.77L/min时,其线性度较高(R2=0.9 9 5 3),数据离散程度较低(CV=2.4%),检出时间小于5s,检测最大偏差为0.015 2g/L,可用于混药浓度的在线检测。     

基于线性CCD混药浓度在线检测装置性能试验研究

使用基于线性CCD传感器的混药浓度检测装置对混药的浓度进行在线检测,在喷雾流量为3.2 L/min时对该检测装置进行标定,给出每种标定浓度下,每个像素点随采样时间的灰度值图。选用灰度值数据变异系数小于5%的第32～120号像素点作为有效像素点,用有效灰度值表示浓度。将每种浓度的胭脂红溶液下采集的50组有效值数据平均值与标准浓度采用最小二乘法对数拟合,得到有效灰度值与浓度之间的曲线关系,其相关系数为0.978 5。使用标定后的装置检测标准浓度溶液,每种标准浓度下记录连续的5组实测浓度,5组实测浓度间的变异系数均小于1.38%,说明检测装置稳定性较高。每种浓度下实测的5组浓度值的平均值与标准浓度之间的偏差均不大于0.018 4 g/L,相对误差均不大于3.081%,优于使用平均灰度值表征浓度的检测方法。     

基于流量调节阀和神经网络的植保机械在线混药装置

农药的小流量、高精度实时动态测控是在线混药装置急需解决的一个关键问题。流过调节阀的流量与阀前后压差、流体密度、阀开度有关,通过建立流量与这3个变量间的关系表达式,即可利用调节阀对药液流量进行实时检测和控制。设计了利用流量计和调节阀分别对水和农药原液进行计量的在线混药装置,在提出调节阀相应标定方法的基础上,建立了调节阀的流量关系表达式,并在室内进行了测试。结果表明,农药流量在24~240 m L/min范围内时,混药装置的药液流量相对偏差均小于4%。     

混药器混合均匀性分析方法与在线混合变工况试验

直接注入式变量喷雾系统中药水混合均匀性是衡量系统性能的重要指标。为了评价混药器在线混合农药的能力,提出了混药器混合均匀性分析方法,并进行了旋动射流混合装置混合脂溶性农药的变工况(不同载流流量Q以及不同药水混合比P)在线混合试验。以基于像素的变异系数α和均匀性指数γ作为均匀性评价指标,对混药器的药水混合图像进行处理,定量分析混合均匀性。采用人工预混的方法,通过和无混药器混合图像及静置图像进行对比,验证了评价指标的准确性。变工况试验结果表明:旋动射流混药器混合脂溶性农药时,在混合比P一定的条件下,载流流量Q越大,则混合均匀性越高;不同P条件下,均在Q=2 400 mL/min(试验条件下最大载流流量)时混合均匀性达最高,Q过小,会造成混合均匀性明显下降;Q一定时,P越大,则混合均匀性越高,P较低时,需要有较高的Q才能取得良好的混合均匀性。综合分析知:2 000 mL/min≤Q≤2 400 mL/min时,可以完成不同混合比P下的药水均匀混合;800 mL/minQ2 000 mL/min时,可完成较高混合比P下的在线均匀混合;Q≤800 mL/min时,基本无法完成各种混合比P下的在线均匀混合。     

喷杆喷雾机射流混药装置试验研究

根据喷杆喷雾机喷雾系统设计了射流混药装置,并对射流混药装置进行了在线混药试验研究。测量两种不同参数的射流混药装置应用于不同的喷雾系统的工作参数和工作状态,结果显示,射流混药装置与喷雾系统存在参数匹配。若匹配不当,射流混药装置出现回流无法实现在线混药。射流混药装置的结构参数与喷雾系统共同决定射流混药装置的工作状态,喷杆喷雾机射流混药装置的结构设计应考虑喷雾系统的流量特性。     

混药器混合均匀性分析方法与在线混合变工况试验

直接注入式变量喷雾系统中药水混合均匀性是衡量系统性能的重要指标。为了评价混药器在线混合农药的能力,提出了混药器混合均匀性分析方法,并进行了旋动射流混合装置混合脂溶性农药的变工况(不同载流流量Q以及不同药水混合比P)在线混合试验。以基于像素的变异系数α值和均匀性指数γ值作为均匀性评价指标,对混药器的药水混合图像进行处理,定量分析均匀性。采用人工预混的方法,通过和无混药器混合图像及静置图像对比,验证了评价指标的准确性。变工况试验结果表明:旋动射流混药器混合脂溶性农药时在药水比例P一定的情况下,载流流量Q越大则混合均匀性越高;不同混合比P条件下,均在载流流量Q=2400 ml/min(试验条件下最大载流流量)时均匀性达最大,Q过小会造成混合均匀性明显下降;在Q一定时,混合比P越大则混合均匀性越高,混合比P较低时,需要有较高的载流流量Q才能取得良好的混合均匀性。综合分析知:2000ml/min≤Q≤2400ml/min时可以完成不同混合比P下的药水均匀混合;800ml/minQ2000ml/min时可完成高混合比P下的在线均匀混合;Q≤800ml/min时基本无法完成各混合比P下的在线均匀混合。     

基于农药光透性的混药比反馈在线混药装置

设计了基于农药光透性的混药比检测单元、采用PWM波占空比控制注入量的药液注入单元和以MSP430F149单片机为核心的低功耗控制单元,分别对各功能单元进行性能测试和标定实验,在此基础上构建了药液混药比反馈在线混药装置,并对农药百草枯进行1∶200混药比定点跟踪实验。结果表明,基于农药光透性的混药比反馈在线混药方法及装置可以实时获取混药比反馈信息,自动调节药液注入量,准确跟踪设定混药比,有效满足农药在线自动混药要求。     

农药喷雾作业中在线混药技术及展望

在线混药是安全、可靠、高效使用农药和消除农药残留对环境污染的有效途径。为此,回顾和整理了国内外关于在线混药技术研究的成果与相关文献,总结了在线混药技术的研究视角、研究方法和最新进展。总体而言,国外对在线混药技术的研究较早,主要体现在农药直接注入系统的应用和成熟的混药浓度检测方法等方面;国内对在线混药技术的研究虽已取得一些成果,但在生产应用中还具有一定的局限性,存在混药比过大且不稳定、混药浓度检测方法不成熟等诸多问题。根据国内外在线混药技术的发展情况,指出该技术在我国山地果园管道喷雾中的应用存在空白,为在线混药技术在山地果园管道喷雾的进一步研究提供理论和技术支持。     

在线实时混药喷雾系统设计与试验

在线混药喷施技术具有喷施效率高、用药精准、环境污染小等特点。针对在线混药系统混药比范围小和农药小流量检测难等问题,设计了一种在线实时混药喷雾系统,作业过程中直接将混药注入喷雾泵的入口端实现混药的在线喷雾。设计了一种螺旋蜂孔板式混药器,蜂孔板有左旋和右旋两种,且交替安装。设计了一种碟形混药箱,由混药器流出的水药混合液在混药箱中进一步混合。系统使用精量柱塞泵供药,将药液直接注入喷雾系统;采用基于STM32嵌入式控制器实时检测到的水箱和混药箱的液位信息,通过电磁开关阀控制水的流量;水和药在螺旋蜂孔板式混药器中混合,切向流入碟形混药箱,最终由喷雾泵抽取进行喷施。为实现精准控制,对水箱出口的流量计和底部的压力计进行标定,得到水箱水位和压力计输出电压的关系模型及压力传感器输出电压和流量计之间的变化关系,并对水流量的控制精度进行了试验;对精量柱塞泵的转速与控制信号的脉冲频率以及转速和流量进行了标定,得到了转速与控制信号脉冲频率的变化关系,并对精量柱塞泵的供药精度进行了试验。在精量柱塞泵的工作流量范围内,采用同时对水和药分别进行测量的方法对混药比进行了试验,得到了混药比误差变化曲线。采用毒死蜱作为试验药液,对在线混药系统进行了混药试验,采用岛津液相色谱仪对采样点进行了浓度检测,得到各采样点实际浓度值,并与人工充分混药效果进行了对比。试验表明：混药比为150∶1～1000∶1时,混药比误差最大为6.75%;水流量平均误差为1.35%,最大误差为7.15%;农药流量平均误差为2%,最大误差为3%;在毒死蜱混药试验中,药水混合液浓度平均误差为11.7%。     

变量混药系统的研究

针对传统预混式混药方式和现有射流混药系统、静态混药系统等在线混药系统存在的问题,设计了由电磁计量泵、比例溢流阀、单向阀所构成供药回路,配合打药机的主供水回路,形成农药注入计量系统,可按实际混药需求相应控制药、水流量,达到在线精确混药的目的。对设计的混药系统在喷雾性能综合试验台进行混药试验,结果表明:在理论喷雾压力0.3～0.5MPa范围内,可精确满足1:1～1:100范围内的稀释倍数,能实现较大的混药比,混药比稳定;在不同作业条件下,流量总体误差小于5%。     

轻量化在线分批预混药系统的设计及试验

针对市场上现有水田施药机械作业过程中易陷车及水药混合方式较为落后的问题,设计开发了水田施药机在线混药系统,提出了就地取水及在线分批精准混药的设计方案。系统采用PLC控制单次取水量及取药量的方式,实现水药的在线精准配比,并减轻了机组的质量。本文建立的在线精准分批混药系统,以PLC为控制核心,采用控制电磁阀的通断单次取水量、直线模组行程控制单次取药量的方式,进行了混药精度和混药均匀度的试验。试验结果表明:系统实现了在线分批预混药的功能,水药混合比误差小于7%,基本满足了设计期望及目标。     

猕猴桃果园有机肥免开沟施肥机设计与试验

针对猕猴桃等藤架式果园狭小空间对有机肥施肥机的限制及现有施肥方式费工费时、肥效低的问题，结合猕猴桃根系浅层分布的生长特点，提出了一种机械化有机肥免开沟施肥方法。该方法包括撒肥、肥-土混合和覆土3个一体化连续步骤，施肥过程不开沟，地表不露肥。基于此，设计了有机肥免开沟施肥机，整机高度1.5 m,配套动力37.5 kW,肥箱容积1.2 m³,主要包括低矮侧座拖拉机、施肥拖车、抛肥装置、混肥装置、抗扭装置、卷轴装置。混肥装置旋转切土，实现肥-土混合以及混合层的土壤覆盖。确定了抗扭轮半径以平衡混肥装置单侧布置产生的扭矩，设计的卷轴装置可同步收放混肥与抗扭装置，并根据地形调整混肥装置倾角。通过混肥装置离散元仿真确定最优的刀机速比为32。试验结果表明，在最大设计施肥深度150 mm、施肥量5 kg/m工况下，肥-土全层混合，施肥深度的相对误差小于等于7.73%,露肥率小于等于5.56%,混肥装置平均功耗为4.7 kW,满足猕猴桃果园有机肥施肥要求。     

射流混药装置内部流场的数值模拟和实验研究

采用实验验证和数值模拟相结合的方法,利用Pro/e建模,Gambit网格划分,FLUENT三维流场模拟对射流混药装置内部流场进行计算分析,针对射流混药装置工作流体和吸入流体密度不同时,研究其对射流混药装置性能的影响。模拟计算中采用k-ε湍流模型,使用SIMPLEC算法;实验流体采用不同密度的NaCl溶液。模拟结果可以为射流混药装置的内部流场的性能研究提供依据。     

基于酶传感的农药浓度快速检测装置研究

基于酶传感对农药浓度进行检测,设计了以丝网印刷酶电极作为敏感元件、由SOC单片机和微电流测量电路组成的检测装置。通过与CHI660B型电化学工作站测量对比实验可知:该装置对微电流测量的精度达0.01uA,最大误差小于0.19uA,检出时间小于3min;装置尺寸小,适合于现场农药浓度的快速检测。     

两级射流泵混药装置试验研究

设计了一种用于农药混合的两级射流泵混药装置，实现了在线自动混合，避免了农药对操作者的伤害，对环境的污染，降低了植保机械的生产成本，通过单级，两级射流泵混药装置喷雾工作性能测试，确定了两级射流泵混药装置的结构参数。     

射流混药装置结构参数对混药性能影响的模拟分析

以射流混药装置结构优化为目标,采用CFD方法研究了混药装置的嘴管距、面积比和吸入口角度等主要参数对混药性能的影响.用混药装置流动性能的实测值对射流混药装置数值模拟方案进行对比表明,确定的射流混药装置数值模拟方案合理.对嘴管距、面积比和吸人口角度3个参数进行了数值模拟.结果表明:这3个参数均不改变h-q单调递减关系类型;嘴管距和吸入口角度的变化不改变η-q关系类型,但面积比会改变η-q曲线变化趋势.     

新型喷雾混药装置性能研究

对新型喷雾混药装置的性能进行了理论和实验研究。用无因次参数密度比ρso,压强比h，流量比q,面积比m和4个阻力系数来描述新型喷雾混药装置的性能，并建立了它们之间的理论关系。实验研究了混合管与喷嘴面积比为1．49、2．07和3．03三种新型喷雾混药装置的性能。理论和实验研究结果表明：该新型喷雾混药装置可以应用于机动喷雾机的自动混药。     

在线混药式变量喷雾系统设计与试验

为实现在线混药式变量喷雾技术,设计了药、水独立存放混药装置,差压式流量计,流量控制阀,以及相应的控制系统.应用该系统对药、水分别进行流量计量和对药流量控制,达到变量喷雾的目标.试验结果表明,流量计误差在±2.0%以内,药流量控制误差在±3.0%以内.     

母液比重对射流式混药器吸入性能影响的试验研究

喷药浓度和单位面积喷药量是植保工作的两个非常重要的指标.本文根据射流式混药器在实际作业时必须满足不同农药母液的要求,以不同浓度的盐水模拟不同比重的农药母液,对混药器进行了吸入性能试验.试验在两种不同管径、4种不同工作压力条件下进行,测定混药器吸入不同比重母液时的吸入流量,得出了母液比重与混药器吸入流量的关系曲线,为射流式混药器的合理使用提供了参考.