履带自走式果园自动对靶风送喷雾机研究

为提高较小树龄或稀疏果园的雾滴沉积量和省药率,将风送施药技术与物联网技术相结合,设计了履带自走式果园自动对靶风送喷雾机。该机主要由机架、操控系统、动力部分、行走系统、传动系统和风送系统等组成,其中控制部分由超声波传感器感知层、单片机数据处理层、Wi-Fi无线传输层及手机上位机控制层组成。手机能实时显示施药状态参数并向微处理器发送操控指令。对样机进行了性能试验,试验结果表明：有风送时雾滴沉积量相对无风送时提高了34.57%,变异系数降低了13.39个百分点;自动对靶风送喷雾比普通喷雾综合省药率大于30%;风机气流提高了雾滴的靶标附着率和沉积均匀性;超声波传感器及在线处理喷药状态参数的控制系统实现了对有效靶标的间歇性喷药,节省了农药使用量,降低了农药残留量。该机尺寸小、行动灵活、通过性强,满足矮化果园植保机械作业要求。     

有边界式棉田喷雾机的研制与试验

针对棉花生长前期,行间距较大,普通风送植保作业机存在气流扩散严重,对靶性不强,设计有边界式棉田喷雾机,该机基于高地隙通用底盘,通过动力输出和液压系统带动药泵、液压装置和轴流风机工作。采用Pro/E5.0进行零部件三维设计和模拟仿真,在计算流体力学CFD的基础上,对有边界式轴流风送系统中轴流风扇气流场相关参数等性能进行模拟改进优化。对轴流风送系统和液压系统等关键部件进行设计、计算和验证,实现有边界式定向喷洒。试验结果表明:有风送比无风送时雾滴沉积量提高了23.75%,变异系数降低了11.24%,有风送喷雾附着率达到40%以上,喷雾效果良好,适用于棉花前中期植保作业。     

温室自走式风送喷雾机设计与试验

本文提出了一种远程遥控式植保作业方法,并结合风送喷雾技术研制出一种适用于温室大棚的自走式风送喷雾机。在确定喷雾机总体方案和主要技术参数的基础上,对喷雾系统、履带行走系统和通讯控制系统进行了设计和选型。雾滴冠层沉积分布与穿透性的试验结果显示,不同冠层沉积量均在1.5μL/cm^2以上,同冠层内不同植株雾滴密度变异系数较小,对植株叶片的正反面穿透性较好。因此,自走式风送喷雾机能够很好地满足设施内的植保施药作业。     

对靶喷雾机喷雾参数对雾滴沉积分布的影响试验

为研究果园对靶喷雾机喷雾参数对雾滴沉积分布的影响,设置了不同的行驶速度和株距组合,3种采样冠层,对单排仿真树进行喷雾试验并与连续喷雾方式进行对比试验。试验结果表明:行驶速度对雾滴沉积分布影响明显,且行驶速度在对靶喷雾时的影响比连续喷雾时更显著,行驶速度为0.5m/s时仿真树冠层内的雾滴覆盖率最大,达到48%,冠层内雾滴沉积分布的均匀性最好,变异系数仅为14.3%;对靶喷雾时,要确保株距大于对靶传感器的最小靶标识别间距,当株距≤1m时对靶传感器无法准确识别靶标,容易造成误喷;由于对靶响应的延迟,会造成一定距离的滞后喷雾,使得雾滴沉积在冠层内呈现左侧低、中间和右侧高的特点。因此减缓行驶速度、选择合适的株距、降低对靶响应延迟时间,是提高对靶喷雾时雾滴在冠层内沉积分布均匀性和增强雾滴覆盖率的有效途径。     

轴流风送静电喷雾试验

运用高压静电雾化和轴流风送技术设计了轴流风送高压静电喷雾试验装置,在风机出口设置导流器以提高流场品质。对气相流场、雾滴粒径、沉积分布进行了试验研究。结果表明:轴流风送静电喷雾技术可以有效地细化雾滴粒径,改善喷雾的均匀性和沉积性能,减少环境污染。灭菌测试表明静电的作用能增强雾滴的表面活性,提高雾滴捕捉细菌粒子的能力,灭菌效率提高了20%。     

丘陵果园自走式小型靶标跟随喷雾机设计与试验

针对丘陵果园传统大型施药装备入园难、施药劳动强度大、作业效率低及药液浪费严重等问题，根据丘陵果园农艺特点和病虫害防治需求，设计一种丘陵果园自走式小型靶标跟随喷雾机，可配合植保无人机作业，提升果树冠层药液覆盖效果。喷雾机上集成靶标探测追踪系统与自主导航系统，靶标跟随喷雾机构采用双喷头联动式设计，喷雾角度与高度的调节范围根据雾滴运动规律进行确定，实现了果园植保自主作业。果园试验结果表明，对靶喷雾时果树冠层不同高度叶片正面的平均雾滴沉积个数变异系数为34.22%，同一高度不同采样点叶片正面的平均雾滴沉积个数变异系数为34.56%，相比于非对靶喷雾，喷施用水量、地面流失量与冠后飘移流失量分别降低26.70%、84.93%和53.50%，在减少药液浪费的同时，有效提高了果树冠层中下部叶片正面的雾滴分布均匀性。     

密植矮化茶园地面低容量仿形喷雾液滴沉积性能研究

为探究地面低容量仿形喷雾技术在茶园植保作业中的适应性,以自主设计的茶园低容量仿形喷雾轨道式测试系统为喷雾载体,通过正交试验方法对茶园地面低容量喷雾的雾滴沉积性能进行了试验研究。阐述分析了喷雾测试系统的结构及控制电路,依据解析法确定了喷头安装参数;以雾滴沉积密度、沉积均匀性为主要喷雾指标,探究了喷雾高度、喷施方向、风扇转速、喷头类型和冠层梯度对茶树低容量喷雾时液滴沉积的影响。田间试验结果表明:茶树冠层梯度对雾滴沉积密度有显著性影响,其雾滴数量在冠层上、中、下部依次减少,冠层上部雾滴个数明显多于中、下部,中、下部雾滴数量没有显著性差异;喷雾高度与雾滴沉积数量呈负相关,且喷雾高度30 cm时的雾滴个数明显多于50 cm时的雾滴数量,而40 cm高度与30、50 cm时的雾滴数量无显著性差异。喷施方向、冠层梯度对雾滴分布均匀性有显著性影响,喷施方向45°时,其变异系数均值为0. 610,显著大于0°、15°、30°时的变异系数,雾滴分布均匀性最差,而0°、15°、30°时变异系数无显著性差异;不同冠层梯度上的雾滴分布均匀性差异显著,其中冠层上部雾滴分布最均匀,而冠层中部雾滴分布均匀性最差。与常规喷雾相比,低容量喷雾的雾滴沉积量整体偏小;冠层梯度对雾滴沉积量有显著性影响,其中冠层上部沉积量均值为0. 608μL/cm2,显著大于中、下部沉积量,而中、下部雾滴沉积量差异不显著;喷施方向0°时,其雾滴沉积量均值最大,显著大于沉积量最小的45°方向。茶树低容量喷雾时,雾滴平均沉积密度均大于26个/cm2,冠层顶部变异系数均不大于标准中规定的0. 5,满足国家标准中农药喷雾机喷洒质量要求。     

小型自走式高地隙棉田喷雾机的设计及试验

为对棉花植株中、下部病虫害进行有效的防治,结合我国棉花种植的特点,设计小型自走式高地隙棉田喷雾机。该喷雾机将普通喷雾机的横向喷杆与吊杆相结合组成门型喷雾系统,并通过理论计算与试验研究确定各喷头的位置及雾锥角。试验表明:在样机速度为1.5km/h,喷雾压力为0.5MPa时,门型喷雾系统比普通喷雾机的雾滴沉积量提高了52.11%,且雾滴覆盖更加均匀,实现棉花病虫害的有效防治。     

多风筒风送喷雾系统的设计与试验

为改善环形风送喷雾系统的对靶仿形喷雾效果,设计了一种多风筒风送喷雾系统,并试验研究了风场分布特性和喷雾作业性能。结果表明:风筒轴线上的风速值随风送距离的增加呈幂函数衰减,射流边界曲线先线性扩展,达到最大喷幅后开始无规律地衰减和收缩。当风筒间距为41cm和33cm时,垂直截面的风场存在3个高峰区;当间距缩小为25cm,可形成风速值均匀稳定的风幕。冠层不同高度处的叶片正、反面的雾滴平均覆盖率(正面53.25%～57.21%,反面17.72%～20.72%)基本一致,雾滴沉积密度最小值为66.6个/cm~2,满足病虫害防治要求。研究结论可为多风筒风送喷雾机的设计与优化提供参考。     

矮化密植果园摇摆变量喷雾机参数响应面法优化

针对矮化密植果园作业特点，设计了一种具有多角度变速摇摆喷头功能的电力驱动果园喷雾机。基于Box-Behnken原理设计四因素三水平的中心组合试验，并结合响应面分析法研究了喷雾流量、喷雾距离、喷雾机行走速度和喷头摆动速度对雾滴分布均匀性的影响；以雾滴分布变异系数为响应值创建二次多项式模型，并利用软件Design-Expert 8.0对模型进行分析和优化，得到喷雾参数的最佳组合。结果表明：各因素对喷雾分布变异系数的影响大小顺序依次是：喷头摆动速度、喷雾距离、喷雾流量、喷雾机行走速度；喷雾参数的最佳组合为：喷雾流量375.20mL/min、喷雾距离1.72m、喷雾机行走速度0.14m/s、喷头摇摆速度16.19（°）/s，此时雾滴分布变异系数为11.471%。     

温室摇摆式变量弥雾机喷雾参数响应面法优化

设计了具有喷头变速摇摆功能和自动进、排药功能的温室摇摆式变量弥雾机。为验证和优化喷雾机的施药效果,以喷雾流量、喷雾距离、喷雾机行走速度和喷头摆动速度为自变量,雾滴分布变异系数为响应值,根据Box-Behnken试验设计原理,采用四因素三水平响应面分析方法,并利用Design-Expert软件建立数学模型,对各因素及其交互作用进行分析。结果表明：4个因素的影响显著性由大到小依次为：喷头摆动速度、喷雾机行走速度、喷雾距离、喷雾流量;喷雾机的最佳喷雾参数为：喷雾流量185mL/min、喷雾距离2m、喷雾机行走速度8cm/s和喷头摆动速度5(°)/s,此时雾滴分布变异系数为1.632%。     

无人机喷雾参数对粳稻冠层沉积量的影响及评估

主要研究了植保无人机在水稻灌浆期喷施磷酸二氢钾(KH2PO4)的作业效果及八旋翼无人机喷雾参数对水稻叶片雾滴沉积分布的影响,测试分析了无人机在水稻灌浆期植保作业时雾滴的沉积效果。研究采用雾滴测试卡接收雾滴,通过调节无人机的作业高度进行雾滴沉积量评估试验。根据作业高度不同,共设计3组试验,高度分别是3、4、5m。结果表明:不同作业高度时,雾滴在水稻冠层和下层具有不同的沉积效果,且分布均匀性的变异系数也不同。作业高度5m时,雾滴在水稻叶片上的总沉积量最少,均匀性最差,冠层和下层的变异系数分别为92.11%、150.29%;作业高度3m时,雾滴在水稻叶片上的总沉积量高于4m和5m时的沉积量,均匀性较好,冠层和下层的变异系数分别为32.94%、49.47%。3组作业高度均显示:雾滴在水稻冠层的沉积量高于下层叶片,叶片正面的沉积量高于反面,叶片反面沉积量可达到正面叶片的1/2以上。本研究对八旋翼无人机高效利用、提高农药喷施作业效率、增加水稻产量具有深远的意义。     

PWM变量喷雾系统动态雾滴分布均匀性实验

由于PWM变量喷雾作业过程中喷头不连续作业,喷雾的均匀性特别是喷雾机运动方向上的均匀性较难控制,为此通过高速电磁阀、不锈钢压力罐、压力传感器、气泵、调速输送带等构建了一套动态PWM变量喷雾实验平台,并对该平台动态喷雾雾滴分布特性进行实验研究。采用水敏试纸作为获取动态雾滴分布状态手段,通过图像处理技术以区域内雾滴覆盖率的变异系数作为动态雾滴分布均匀性判定指标,评估了在不同PWM控制信号频率、不同PWM控制信号占空比及不同喷雾压力下的单个喷头动态雾滴分布均匀程度。经实验表明,变异系数随控制信号占空比的增大而减小,控制信号频率对动态喷雾雾滴分布均匀性有较大影响,变异系数随控制信号频率增大而减小,喷雾压力对变异系数影响较小,喷雾压力越大变异系数越大。     

等离子体荷电喷雾的雾化机理与效果分析

阐述了环形电极电场中液滴的荷电雾化过程及破碎机理,并通过改变电压、极距、电极针数和电极直径等参数进行荷电雾化试验研究,揭示液滴荷电及雾化特性与诸影响参量的关系。结果表明,雾滴数量中径随着电极针数的增加、极距的增大、电极直径的减小而减小。当未加荷电电压时,雾滴扩散比RD为0.662,雾滴粒径较大、粒谱较宽;当荷电电压增大到20kV时,雾化液滴的数量分布曲线与体积分布曲线基本接近,雾滴粒径变小、粒谱变窄,雾滴扩散比达到0.813,雾滴分布均匀度明显提高。     

三种果园施药机械施药效果研究

使用药液沉积变异系数Cv、农药有效利用率、地面药液沉积率和飘失率作为衡量指标,对比常用喷枪、改进喷枪和果园自动对靶喷雾机的施药效果进行研究。研究结果表明:改进喷枪和果园自动对靶喷雾机都能提高药液在果树冠层中的沉积均匀性,减少药液在地面的流失量,果园自动对靶喷雾机效果最佳。改进喷枪比常用喷枪的施药效果略有提高,果园自动对靶喷雾机会显著提高药液沉积均匀性和农药利用率。     

水平棚架式梨树多旋翼无人机液体授粉试验

针对我国梨树授粉用工量大、作业效率低等问题,基于液体授粉技术,以水平棚架式栽培的梨树为研究对象,开展多旋翼无人机液体授粉试验,探究多旋翼无人机单位面积液体喷施量、飞行高度及授粉方式等对雾滴沉积分布及授粉效果的影响。试验结果表明多旋翼无人机液体喷雾授粉作业性能稳定,雾滴沉积分布组内变异系数不超过20%;雾滴覆盖率及雾滴覆盖密度均与喷施量呈正相关,当液体喷施量为6mL/m2时,飞行高度的变化对雾滴沉积分布影响显著,飞行高度为4m时,雾滴覆盖率及覆盖密度分别为7.06%、84.77个/cm2,花朵坐果率为49.70%,花序坐果率为85.83%,较自然授粉分别提高91%及43%。当花粉液体喷施量为4.5、6mL/m2时,无人机液体授粉与自然授粉花序坐果率差异显著,且无人机液体授粉与背负式喷雾器授粉花序坐果率无显著差异,花序坐果率可达80%以上。研究结果表明,无人机液体授粉作业时雾滴覆盖率及覆盖密度越高,对提升花朵坐果率、花序坐果率作用越显著,当无人机飞行高度为4m、花粉液体喷施量为4.5mL/m2时为较优的无人机液体授粉参数组合。     

扇形雾喷头雾化过程中雾滴运动特性

利用相位多普勒粒子分析仪测试了LU120—03型扇形雾喷头喷雾扇面内的雾滴运动速度,计算得出雾滴运动初速度即液膜破碎速度,确定了雾滴在喷雾扇面内的速度分布。结果表明：靠近喷头的区域,扇面边缘的最小雾滴速度小于中心位置的最小雾滴速度,更易飘失;远离喷头的区域,细小雾滴速度迅速衰减,极易受气流影响而产生飘失。     

冬小麦田植保无人飞机喷施除草剂雾滴粒径及沉积飘移分布特性评估

随着植保无人飞机作业面积的增加，雾滴飘移风险也日益凸显，尤其以除草剂飘移风险危害最高。为明确除草剂溶液对雾滴粒径的影响及植保无人飞机喷施除草剂雾滴沉积飘移分布特性，本研究通过室内雾化室测定了植保无人飞机安装的离心转盘雾化喷头喷洒清水及常用的15种麦田除草剂溶液的雾滴粒径分布，并通过田间试验在药箱中添加荧光示踪剂（60 g/hm²）测定喷施作业区和飘移区的雾滴沉积量分布。室内测定结果表明，与清水相比，除草剂溶液对雾滴粒径影响显著。除唑草酮水分散粒剂外，其余溶液经离心转盘雾化喷头喷洒后，雾滴体积中径较清水均有所降低，且最大降低22.0%；小雾滴（V<150 μm）比例均有所增加，最大增加50.8%。田间飘移试验表明，植保无人飞机喷洒150 μm雾滴，在环境侧风风速为3.76 m/s时，作业区的雾滴沉积覆盖度和雾滴沉积密度仅为风速0.74 m/s时的41.3%和42.2%，且均匀性显著降低。在飘移区下风向12 m位置，雾滴沉积量为作业区的10%以下；下风向50 m处，雾滴沉积量低于检测限（0.0002 μL/cm²）。飘移比率随风速的增加而增加，当风速达到3.76 m/s时，雾滴飘移比率达到46.4%。不同侧风风速下，90%的累积飘移位置在4.8~22.4 m。对飘移区沉积量与飘移距离、侧风风速拟合，结果表明下风向沉积量与风速呈正比。本研究为植保无人飞机冬麦田不同风速作业下的雾滴飘移距离提供数据支持，为喷雾飘移缓冲带、飘移风险评估提供依据。