电动履带式立式喷杆喷雾机设计与试验

针对我国设施作物生长中后期的植保机械化难题,采用远程遥控技术与液力雾化技术设计一款适用于设施温室大棚行间行走并进行施药作业的电动履带式立式喷杆喷雾机。该机具主要由底盘、行走系统、喷杆高度调节系统、喷杆平衡系统、喷杆安装座、喷雾系统、电动控制系统和遥控系统等组成,其中控制系统可通过遥控手柄对机具前进方向、喷雾系统调整与作业进行遥控控制。开展实验室与田间喷雾试验,对样机进行性能测试。试验结果表明:喷雾机各喷头流量误差率低于10%、不同喷雾高度之间雾滴粒径变异系数低于15%,喷雾性能良好;雾滴粒径符合最佳生物粒径理论对雾滴粒径的要求。同时由田间试验结果可知,不同冠层沉积量分布与雾滴密度分布较好,沉积量均大于0.3μg/cm~2,雾滴密度均大于25个/cm~2,作物叶片正面的沉积分布与雾滴密度分布均匀性优于叶片背面。电动履带式立式喷杆喷雾机性能良好,可满足设施温室吊蔓甜瓜的行间施药作业,达到农机与农艺结合的目标。     

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。     

基于TRIZ理论的航空静电喷雾系统的优化设计

航空喷雾作业灵活,施药效率高,地形适应度广,但存在雾滴漂移现象。为了减轻航空喷雾作业中雾滴漂移损失,提高药液在叶片的沉积量,应用TRIZ理论对普通农用圆锥形喷头加装电极进行设计。采用功能分析、物场分析等方法,结合静电感应原理,将雾滴漂移损失与农药多用性问题转化为矛盾矩阵,设计出一种静电感应式喷头。通过试验分析,验证了静电喷头的可靠性。该设计结构简单,提高了雾滴的沉积质量,为静电喷雾技术研究提供了依据。     

管道自动顺序喷雾架设计及喷雾有效性试验

管道自动顺序喷雾可解决果园种植管理中病虫害防治作业劳动强度大、效率低及人工喷药中的安全问题。为此,设计了管道自动顺序喷雾架的主体支撑部分及喷头支撑与定位部分,并以满足喷头雾滴范围既能覆盖果树树冠且不能喷在树冠外边为原则,对喷头的布置方式进行了定量的设计及计算。以管道自动顺序恒压喷雾系统为试验平台,在梅州柚子园进行了雾滴穿透性及有效性的田间试验。试验结果表明:树冠的前冠面、中膛、后冠面都有雾滴附着,喷雾有效率分别为88.9%、100%、83.3%;雾滴沉积量分别为0.032、0.033、0.029mL。通过试验,测试了果园管道自动顺序喷雾系统的性能及喷雾效果,为果树病虫害防治减量施药提供了新方法,为管道自动顺序喷雾架的优化和喷头布置的优化提供了参考。     

高地隙隧道式循环喷雾机设计与试验

为实现烟草、葡萄等作物的高效施药,本文设计了一种高地隙隧道式循环喷雾机,各控制系统模块均通过485总线连接到嵌入式工控机,通过工控机对数据采集和执行机构进行统一控制。进行了雾滴沉积试验和药液循环回收试验,试验测得在"П"式作业形态下改变喷头安装角度会影响雾滴在冠层内的沉积分布。喷头安装偏角15°时,叶片正面的雾滴沉积均匀性最好,沉积均匀性变异系数为19.22%。喷头安装偏角30°时,叶片反面的雾滴沉积均匀性最好,沉积均匀性变异系数值为25.50%。随着喷头安装偏角的增加,外冠层叶片反面的雾滴沉积量逐渐增大,而内冠层叶片反面的沉积量在喷头安装偏角为30°时达到最大值2.93μg/mL。不同喷头安装偏角下,上冠层叶片正面的雾滴沉积量明显高于中冠层和下冠层叶片正面的雾滴沉积量,上冠层叶片反面的雾滴沉积量略高于中冠层和下冠层叶片反面的雾滴沉积量。在"П"式形态循环喷雾作业下,测定喷雾机的药液回收率为7.33%左右。试验结果表明:喷雾机具有较好的药液喷雾沉积和回收性能,在喷头安装偏角为15°和30°时喷雾机有更好的雾滴沉积均匀性和更高叶片反面雾滴沉积量。     

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%。     

黄瓜叶片喷雾药液持留量试

为研究喷雾药液在靶标植株黄瓜叶片上的流失点与最大稳定持留量,以炮塔式压力雾化轴流风送高压静电喷雾系统为试验平台,采用微称量法对其进行了测量.引用润湿方程的基本理论,对影响持留量的因素(喷雾距离、雾滴叶面接触角及施药量)进行了分析,探讨各因素对药液持留量的影响规律.试验结果表明:随着喷雾距离的增加,药液在黄瓜叶片上的流失点和最大稳定持留量先上升后下降,最大值均出现在距离喷头125cm处;药液雾滴在黄瓜叶片上的接触角θ、粘附张力β、粘附功W_a和临界表面张力γ_0的稳定值分别为85.07°、6.17mN/m、77.97mJ/m~2、61.23mN/m;黄瓜叶片持留量在施药量为1.26～3.36kL/hm~2范围内出现峰值,超过该范围后持留量随着施药量的增加而减少并逐渐趋于稳定.     

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%。     

3YZ-80A型履带自走式玉米行间喷雾机设计与试验

针对玉米中后期封行后人工施药劳动强度大、作业效率低、传统喷雾机喷药穿透性差,且窄行距下机具行走稳定性差等问题,结合玉米种植农艺和冠层中部病虫害防治的要求,设计了3YZ-80A型履带自走式玉米行间喷雾机,该机主要由自适应仿形履带差速驱动底盘、Y形双喷头脉冲式喷雾装置、喷药监控系统组成,能够满足600mm以下的窄行距玉米冠层中部叶片喷施作业的空间要求。为了提高作业效率和喷雾效果,以喷射角、药液嘴位置、喷施距离为试验因素,雾滴体积中径D50为喷雾系统性能评价指标,开展二次旋转正交组合试验,利用Design-Expert 8.0.6软件对数据进行方差和响应面分析,建立试验因素与指标之间的数学回归模型,分析了显著因素对评价指标的影响变化规律,得到喷管最优组合参数：喷射角为60°、药液嘴在喷管上的位置为610mm、喷施距离为2.37m。田间试验结果表明,随着作业速度的提升有效防控区域显著降低,当作业速度在0.6~1.1m/s时,雾滴覆盖率大于10%的有效喷施幅宽为6~8m;当作业速度大于1.3m/s时,雾滴覆盖率大于10%的有效喷施幅宽不足4m。     

施药技术参数对旋翼植保无人机喷雾特性的影响

植保无人机的高质量作业是农业航空实现精准作业的前提,因此对喷雾系统作业特性进行研究显得尤为重要。为了探究影响植保无人机喷雾质量的因素,本研究应用喷雾性能综合试验台（吉林省农业机械研究院研制）对无人机在不同旋翼转速、喷雾高度、离心喷头转速情况下的雾滴沉积分布、雾滴粒径进行了试验测试并对12组试验的沉积特性和粒径数据进行了回归分析。结果表明,同组参数的3次重复试验一致性较好,雾滴发生明显飘移且最大有效沉积率为46.31%,最小为31.74%,由此雾滴有效沉积率均低于50%;对比雾滴粒径D_V10、D_V50和D_V90的回归分析结果,喷雾高度P值大于0.5,喷头转速和旋翼转速P值小于0.5,由此可知,喷雾高度对沉积量影响极显著,但对雾滴粒径的影响不显著;喷头转速和旋翼转速对雾滴粒径影响极显著,而对沉积量影响不显著。本研究试验结果可为提高无人机作业质量和喷洒效率提供理论依据及数据支撑。     

大田对靶施药雾滴定向沉积控制方法研究

针对植保机械在大田对靶施药过程中雾滴沉积偏移导致准确率低的问题，本文基于大田对靶施药机器人，开展了雾滴定向沉积控制方法研究。以对靶喷施雾滴群体为研究对象，阐述对靶施药工作原理和作业特点，剖析雾滴群体沉积偏移成因；根据机器人空间结构位置关系，建立基于GNSS/IMU卡尔曼滤波信号的喷头运动状态感知模型与沉积位置预估模型，确定喷头响应控制准则；在此基础上以机车作业速度、喷头控制方法为试验因素，以对靶喷施准确率和沉积偏移距离为试验指标，开展平整场地对靶喷施模拟试验；选取满足作业需求的组别进行大田对靶施药作业验证。试验表明：作业速度0.5、1.0、1.5、2.0m/s下的平整地面对靶施药平均准确率分别为99.8%、98.4%、95.9%、76.5%，沉积偏移距离分别为3.8、5.4、7.5、10.0cm;作业速度0.5、1.0、1.5m/s下的田间对靶施药准确率分别为98.7%、96.7%、95.3%。结果表明，基于GNSS/IMU卡尔曼滤波的雾滴沉积位置预估喷头控制方法，满足大田对靶施药作业需求。     

大田对靶施药雾滴定向沉积控制方法研究

针对植保机械在大田对靶施药过程中雾滴沉积偏移导致准确率低的问题，本文基于大田对靶施药机器人，开展了雾滴定向沉积控制方法研究。以对靶喷施雾滴群体为研究对象，阐述对靶施药工作原理和作业特点，剖析雾滴群体沉积偏移成因；根据机器人空间结构位置关系，建立基于GNSS/IMU卡尔曼滤波信号的喷头运动状态感知模型与沉积位置预估模型，确定喷头响应控制准则；在此基础上以机车作业速度、喷头控制方法为试验因素，以对靶喷施准确率和沉积偏移距离为试验指标，开展平整场地对靶喷施模拟试验；选取满足作业需求的组别进行大田对靶施药作业验证。试验表明：作业速度0.5、1.0、1.5、2.0 m/s下的平整地面对靶施药平均准确率分别为99.8%、98.4%、95.9%、76.5%,沉积偏移距离分别为3.8、5.4、7.5、10.0 cm;作业速度0.5、1.0、1.5 m/s下的田间对靶施药准确率分别为98.7%、96.7%、95.3%。结果表明，基于GNSS/IMU卡尔曼滤波的雾滴沉积位置预估喷头控制方法，满足大田对靶施药作业需求。     

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。     

植保无人机喷施除草剂喷头选择及参数优化

植保无人机因其具有灵活、精确的特点,在全球范围内得到迅猛发展。为获得相对较好的植保无人机喷雾雾滴沉积效果,应用电动四旋翼植保无人机在冬小麦除草过程中进行施药试验,研究喷头类型(防飘喷头DG11003型和原装喷头SX11001VS型)及喷液量(7.5、15.0、22.5及30.0 L/hm~2)对雾滴沉积分布的影响,为优选植保无人机田间除草作业参数提供数据参考。使用DepositScan软件分析雾滴沉积参数,包括不同采样点的雾滴覆盖率和雾滴密度。试验结果表明:防飘喷头DG11003的雾滴密度(27.9～73.0个/cm~2)显著大于原装喷头SX11001VS(13.7～47.2个/cm~2),而对于雾滴覆盖率二者无显著差异,其变化范围分别为2.1%～10.4%及2.0%～9.9%,同时雾滴覆盖率及密度均随喷液量增大而增大;根据不同处理雾滴沉积的变异系数差异可以看出,喷液量对雾滴沉积的均匀性无显著影响。但两种喷头类型对雾滴沉积影响差异显著,防飘喷头DG11003变异系数较小,对雾滴沉积效果更好,其雾滴覆盖率及雾滴密度变异系数的变化范围分别为43.6%～73.4%及46.0%～49.4%。论述应用植保无人机在冬小麦除草剂喷施作业时,喷液量及喷头类型对雾滴在小麦冠层的沉积分布的影响,综合分析可得,选用防飘喷头DG11003在喷液量较大的条件下进行施药,其效果最佳。该研究可为植保无人机对麦田除草剂的合理喷施提供参考和指导。     

无人直升机远程控制喷雾系统

设计了基于德国VARIO公司的多用途无人机的远程控制低量喷雾系统。在无人机上搭载了包括药箱、控制箱、液泵、管路系统、悬臂装置和雾化喷头的喷雾系统,并设计了专用于无人机喷雾的远程控制系统,通过地面远程遥控控制喷雾系统的施药工作。对影响离心雾化喷雾效果主要因素进行理论研究和性能试验,获得了雾化盘直径为80 mm的离心雾化喷头的最佳作业参数,即雾化盘转速为6 000 r/min、喷雾量为48 L/h,雾滴的体积中径为138.558μm和喷幅为3.42 m。     

履带自走式双隧道喷雾机设计与试验

针对篱架型作物施药环节存在雾滴飘失、农药利用率低等问题,设计一种履带自走式双隧道喷雾机。分析机具工作原理并设计履带行走底盘,底盘最小离地间隙289 mm。设计风送系统可增加篱架型作物雾滴沉积量及减少雾滴飘失作用;设计隧道幅宽伸缩装置,能够满足不同作物施药宽度,幅宽伸缩范围为600~1 200 mm。对喷头数量及布局进行设计,基于EDEM-Fluent耦合仿真研究不同幅宽下雾滴颗粒状态,在不同幅宽作业下,有风情况下相较于无风情况下雾滴密集程度高、颗粒运动速度快,更利于雾滴沉积。研制样机并进行田间试验,结果表明,有风情况下雾滴均匀度DR值提升8.45%;有风情况下900 mm幅宽DR平均值为0.85,更接近1,最终,试验结果与仿真结果一致。该研究为隧道喷雾机设计提供新的参考。     

3WZY—100A1自走式喷雾运输机设计与试验

针对宁夏部分沙土葡萄园土质松软、喷洒作业空间小的特点,利用履带底盘通过能力强、占用空间小的优点,设计、研制一种履带自走式喷雾运输机。该机通过远程遥控喷雾机行驶和喷雾开闭,减少了植保作业对施药者的伤害,同时提高作业效率。对喷雾性能进行的试验表明,自走式喷雾运输机雾滴分布均匀性好、各喷头喷量差异小、射程适当,在满足喷雾要求的条件下节约药液。     

设施固定管道式二相流常温烟雾系统雾滴沉积试验

针对缺乏设施专用高效施药机具,现有机具雾化性能差,农药有效利用率低,人员受毒害严重等问题,设计了设施固定管道式二相流常温烟雾系统,并结合推车式常温烟雾机,进行了喷雾性能对比试验,同时以结果期苏椒5号为试验对象,研究了作物冠层对二相流烟雾系统雾滴沉积分布的影响。试验设置二相流烟雾系统的工作气压为0.3MPa,液压为0.05MPa,施药流量为2L/min;常温烟雾机放置在温室中间位置距离前方采集区域2m处,风筒与水平地面呈15°倾角,向正前方喷雾,施药流量为1.5L/min,总施药时间为5min。结果表明,二相流烟雾系统每个采集区域的沉积量最大值均出现在喷头喷射方向前方约1m处（采样点4或5,与喷头喷射方向有关）,CV1稳定在25%~35%之间,反映出横向各采样点雾滴沉积量的差异和分布规律的一致性;常温烟雾机雾滴沉积量在前、中、后各区域内的变异系数分别为70%、29%和0,导致前方（7~9m）各采样点雾滴沉积量变异系数高达70%的原因是雾滴集中沉积在烟雾机前方的固定区域（采样点3~6）,而在两侧的沉积量过低,后方（41~43m）沉积量变异系数为0,是因为烟雾机风送距离有限导致后方各采样点无雾滴沉积。从沉积量的区间分布特性看,与常温烟雾机相比,二相流烟雾系统各采集区域雾滴沉积量的变异系数仅为13%。以上结果说明,二相流烟雾系统能够实现整个棚室的无人施药作业,且雾滴沉积分布均匀性较好;棚室内作物的存在有利于雾滴在周围叶片上聚集,雾滴沉积量在竖直高度和不同区域的分布无显著差异,变异系数不大于13%。综上所述,二相流烟雾系统工作性能稳定,雾滴分布均匀,可明显提升对病虫害的防治效果,能够实现人药分离作业。     

无人机飞行高度和速度对喷药效果的影响分析

为深入分析无人机进行施药作业过程中飞行高度和飞行速度对喷药效果带来的影响,对无人机喷药系统进行了设计。以无人机整体施药运作机理为载体,结合作业过程中的喷雾流量、雾滴粒径及飞行速度等核心参数,选择雾滴沉积密度、雾滴沉积覆盖率、雾滴沉积均匀度为衡量指标,建立喷药系统理论控制模型,并进行喷药系统的硬件系统设计和软件程序编写,展开无人机施药效果试验。结果表明:在一定的施药流量控制条件下,不同飞行高度的雾滴沉积平均覆盖率整体呈现出下降趋势,且当无人机选择飞行高度H=1.4m、飞行速度V=0.5m/s组合参数条件下,该喷药系统的雾滴沉积覆盖率为26.9%,雾滴粒径分布均匀度达90%以上,雾滴沉积密度保持在70%以上,为最佳施药参数组合。     

植保无人机作业参数对雾滴在茶树冠层沉积分布影响研究

为获得相对较好的植保无人机喷雾雾滴沉积效果,提高病虫害防治效果,本文采用喷头流量、作业高度、飞行速度的三因素三水平正交试验法,应用小型四旋翼农用植保无人机进行喷雾试验。根据雾滴沉积密度和沉积量及其均匀性数据结果,分析得出影响雾滴沉积密度和均匀性,以及沉积量的因素主次顺序均为飞行速度、喷头流量、作业高度,而影响沉积量均匀性的因素主次顺序则是作业高度、喷头流量、飞行速度;较佳的作业参数组合是喷头流量2.5 L/min、作业高度2.5 m、飞行速度2.0 m/s,此参数组合下,雾滴覆盖率为17.4%,雾滴粒径DV.1、DV.5、DV.9分别为263.39μm、546.33μm、872.67μm,雾滴密度及其变异系数分别为97.30个/cm~2、57.97%,雾滴沉积量及其变异系数分别为1.45μL/cm~2、42.70%。通过优选植保无人机作业参数,不仅可以提高喷雾雾滴沉积效果,还将为获得较好病虫害防治效果奠定基础。