低矮果园自走式风送喷雾机研制与试验

针对传统果园株行距普遍偏小、树冠交叉、大型植保机具入园作业困难等特点,该文研制了一种适于低矮果园的自走式风送喷雾机。该机各工作部件独立控制,利用设置在发动机飞轮上的分动箱把动力传递给轴流风机、隔膜泵、液压装置、行走系统等工作部件;风送装置流道型式为R+S级,叶轮直径0.6 m,叶片数为9,后导叶叶片数为11,宽度为0.1 m。通过室内试验和样机田间试验分别测试了风机性能特性和树冠中的雾滴覆盖率及沉积密度,结果表明,风机转速在1 400 r/min时风量为2.7 m3/s,全压效率值为82%,满足风送作业要求;风机转速1 600 r/min时全压效率最高,达到86%;树冠内部枝叶正反面雾滴覆盖率分别为58.76%、19.60%,树冠外层枝叶正反面雾滴覆盖率分别为与69.35%、32.66%,树冠内部枝叶正反面沉积密度为115、79个/cm2,树冠外层枝叶正反面沉积密度为105、96个/cm2,满足病虫害防治雾滴沉积密度要求20个/ cm2;作业效率为0.91 hm2/h。     

组合圆盘式果园风送喷雾机设计与试验

针对药液难以穿透篱笆型果树冠层,施药机具对果树冠层的适应性差等问题,提出双侧同时气流辅助喷雾方法,采用电动丝杆调节雾化器的上下左右运动,以变频法调节风机转速,设计了可根据果树外形来调节喷雾位置的组合圆盘式果树风送喷雾机。设计的圆盘式雾化器为单叶轮级(R级),风机叶轮直径为400 mm,当风机转速大于1 300 r/min时,风量大于1 m3/s;试验结果表明,组合喷雾执行装置完成升降、伸缩和旋转的时间分别为51.3、50.5、26.5 s;在0.4 MPa工作压力、风机转速为1 400 r/min时,不同喷头的喷雾量差异较小;雾滴粒径在射程方向上先增大后减小;垂直雾量分布的范围为1~2.4 m,雾量分布较均匀;在叶面积指数为37.6的非洲茉莉上,树冠外围的正反面覆盖率一致,冠层内叶片正反面覆盖率分别达到为12.77%和9.74%,最小雾滴数为47滴/cm2,大于通用试验方法对风送喷雾中喷幅界定的20滴/cm2。该研究为篱笆型果树病虫害防治提供新装备,为果园风送喷雾机改进设计提供参考。     

手持式风送授粉机工作参数优化与试验

针对果树授粉作业普遍存在授粉量大、授粉作业不均匀等现象,采用Box-Benhnken的中心组合试验设计理论对风送式授粉作业工作参数作优化研究。以手持式风送授粉机为研究对象,以喷管直径、收缩管直径、电机电压等工作参数为影响因素,以花粉授粉量、喷管出口固相质量浓度、花粉覆盖率为目标函数,建立两者之间的多元数学回归模型,探索各因素之间的影响规律及最佳水平组合。利用Design-Expert 8.0.6软件的回归分析法和响应面分析法对模型进行优化分析,得到风送式授粉机最优工作参数。性能试验结果表明:喷粉量、固相质量浓度影响因素显著顺序依次为喷管直径、电机电压、收缩管直径;覆盖率影响因素显著顺序依次为电机电压、收缩管直径、喷管直径;最优参数组合为喷管直径为5 mm、收缩管直径为7.5 mm、电机电压为8.0 V,对应的花粉喷粉量、固相质量浓度、覆盖率分别为1.70 g/min、17.28 g/m3、77.71%,且各性能指标与理论优化值相对误差均小于6%。田间试验结果表明:猕猴桃花朵柱头的覆盖率为67.11%,与性能试验结果相比相对误差小于16%。研究结果可为进一步完善风送授粉机的结构设计和作业参数优化提供参考。     

气流速度对杂交水稻制种授粉花粉分布的影响

气流速度(包括自然风速)对杂交水稻制种授粉过程中花粉分布情况的影响十分显著,直接关系到制种产量。为研究流速对授粉效果的影响,该文首先分析杂交水稻气力授粉的基本原理,通过试验验证气流速度对花粉分布的影响,从花粉的分散密度、水平分布、垂直分布3个方面进行评价。结果表明:花粉分布受气流影响显著,水平分布量、竖直分布量以及花粉总量都随流速的增大而增大;水平分布出现特有的双峰图像,且后峰随流速的增大远离花粉源;竖直分布随流速的增大向气流中心靠拢,说明花粉在一定速度的定向气流中能保持较好的直线传播。气流速度为20m/s时,水平花粉量较多,且竖直分布能满足作用范围内花粉的传播要求。该文为进一步研究气力授粉机械提供依据。     

“击穗气吹式”杂交水稻制种授粉机授粉管优化与试验

为克服人工授粉效率低、花粉分布均匀性差等缺点,实现杂交水稻制种机械化授粉,该文设计并试制了击穗-气吹式杂交水稻授粉机,利用CFD数值仿真技术对该机气吹嘴式和气吹孔式2种授粉管的气流场分布进行数值模拟,测试了不同流量下授粉管各吹气孔流速;然后进行田间授粉试验,采用重力玻片法检测了授粉机授粉与人工授粉时花粉分布。结果表明,在相同进气口速度条件下,吹孔式授粉管外部分气吹孔气流倾斜,授粉管外侧存在气流未达到的死区;气嘴式授粉管外侧各气吹嘴气流方向基本一致,可为气流授粉提供均匀稳定的气流场,吹嘴式授粉管是较理想的授粉管型式;在进气口风速为5.4、10.0和13.5 m/s时,吹嘴式授粉管各气吹嘴出口气流速度的模拟与实测值沿授粉管的变化趋势一致,气吹嘴出口气流速度模拟值与实测值的平均误差分别为2.14%、2.40%和3.43%,气流沿授粉管分布的均匀性变异系数分别为14.76%、15.93%和16.31%。田间授粉试验表明,在气吹嘴出口平均流速为7.3 m/s时,该机的每行花粉量及各母本行花粉量分布的均匀性上均优于人工授粉,授粉效率高于人工授粉法,为杂交水稻制种机械化授粉提供了实用机型。     

气流作用位置对杂交水稻制种气力式授粉花粉分布的影响

摘要：为研究气流作用位置对杂交水稻制种气力式授粉花粉分布效果的影响,分析了杂交水稻气力式授粉中花粉的两种运动情况,重点分析了气流作用下植株受力及气力作用层下层的花粉运动情况,对气流不同作用位置产生的弯曲变形进行了对比分析,从花粉的分散密度、水平分布、竖直分布三个方面评价气流作用位置对花粉分布的影响效果。结果表明：气流作用位置对花粉量、水平分布、竖直分布影响明显,气流中心作用在穗头中部位置（穗顶下100 mm/200 mm）时,能得到较大的花粉扩散量,花粉水平、竖直分布量明显增多,且有利于花粉沿气流方向的分布;作用位置主要影响传播花粉量以及花粉的分布,对花粉沿气流方向分布的距离影响较小。     

果园喷雾机圆环双流道风机的设计与试验

为了解决低矮密植型果园施药机械作业范围窄、作业效率低的问题,该文设计了一种轴向进风、径向出风的圆环双流道风机,根据农艺特征,结合流体力学和施药技术,完成风机结构设计和各关键部件技术参数的确定。风机结构为R+S级型式,叶片数为9,后导轮叶片数为11。风道弯角半径为155mm,导流板弯角半径为87.55mm。对风机不同转速下的功率、风量、风速、风压、风场分布进行了测试,绘制了风机的性能曲线图。试验结果表明,该风机各项性能参数满足设计要求,效率值可以达到75%以上,风机转速在1400r/min时的最佳作业幅宽为5m。     

3WQ-400型双气流辅助静电果园喷雾机设计与试验

为解决农药雾滴难以沉积到果树叶片背面,克服荷电雾滴荷电量在环境空间中快速衰退的难题。该文提出双气流辅助系统与静电喷雾系统相结合的方法,以拖拉机动力输出轴为液压传动系统动力源,研制了牵引式双气流辅助静电果园喷雾机。试验结果表明,19 kW 的拖拉机动力配置可以满足系统动力要求,轴流风机和离心风机的转速分别为1400、1800 r/min 可以满足所选试验对象对气流速度的要求;单个喷头喷出的雾滴在0.2 m 处的荷质比为1.0 mC/kg,且在喷雾距离为1.8 m 处依然带电;风送喷雾系统的垂直雾量分布规律、气流速度分布规律与纺锤型果树生物量分布规律相一致,其最大雾量与气流速度均出现在0.5～1.5 m 范围内;在施药量为3.5 L/min,作业速度为0.84 m/s 条件下,单侧喷雾时果树叶片正反面雾滴覆盖密度分别为115和47个/cm2,可以满足防治害虫的要求;冠层前部静电喷雾雾滴覆盖密度比非静电喷雾提高了20%,而冠层后部雾滴覆盖密度仅提高了7.2%。该研究为风送静电喷雾机设计与使用提供了参考。     

离心—轴流组合式清粮风机的试验研究

清选装置是稻麦联合收获机上的重要工作部件，为了提高谷粒的清洁度和降低清选损失，风机出风口的气流流速应分布均匀。目前在稻麦联合收获机上大多采用的是低压中速离心式风机，其气流沿叶轮宽度方向分布的均匀性比较差。现研究的离心—轴流组合式清粮风机，试验得到的风速标准差为0.5727，变异系数为5%，稳定性系数为95%，比普通离心式风机变异系数低，风速的稳定性系数高。同时离心—轴流组合式风机的出风口风速分布情况是两端较低、中间较高，改变了普通离心式风机的出风口风速分布情况两端较高、中间较低的弊端。     

葡萄园立管风送式喷雾机的研制与试验

针对传统的轴流式果园弥雾机在葡萄园作业时,喷药量分配不均匀、农药大量浪费的现象,研制了一种以小四轮拖拉机为动力源,适用于葡萄园作业的立管风送式喷雾机。该立管风送式喷雾机通过设置在拖拉机变速箱左侧的变速取力器把拖拉机的动力传递给后方的柱塞泵和离心风机,离心风机吹出的气流,通过固定在竖直喷架两侧的风筒出风口高速吹出,这不仅防止了雾滴的飘移,而且二次雾化了雾滴,增加了雾滴在葡萄冠层间的穿透性。利用室内试验和样机田间试验测试了该立管风送式结构的防飘、二次雾化功能以及雾滴在树冠中的附着率,结果表明:在自然风速为3.5和4.5m/s,风管出风口风速为30和35m/s的条件下,立管风送辅助喷雾技术能够有效地减少雾滴的飘失,雾滴体积中值直径在150μm以下,雾滴扩散比在0.74以上,二次雾化性能良好;在喷头距离植株30cm,拖拉机前进速度为1.5m/s,柱塞泵压力为0.25MPa、风机转速为2500r/min时,树体内部枝叶正反面雾滴附着率分别为70.2%和30.2%,树膛外部枝叶正反面附着率分别为85.6%和49.3%,满足葡萄园喷雾标准的要求。     

杂交水稻穗层埋入式管道送风辅助授粉机设计与试验

高地隙杂交水稻制种授粉机在作业过程中,当泥底层高差变化过大时,两侧的授粉器上下颠簸导致授粉器风场脱离父本穗层最佳作用位置,甚至完全脱离父本穗层,从而导致局部区域出现授粉缺失。为解决上述问题,该研究设计了一种杂交水稻穗层埋入式管道送风辅助授粉机,从减轻授粉器质量和增加有效作用深度2个方面进行优化,对授粉器的分流器和授粉管进行分析,并对分流器的气流均布效果和授粉器的气流风场特性进行仿真试验。仿真结果表明:在工作区间内,分流器的气流均布效果与入口风量无关(P0.05),根据参数优化选出的分流器可使3支授粉管的入口总压平均变异系数仅为1.14%;授粉管的喷孔直径为12 mm时,授粉边界区域风场速度约为1.2 m/s,可保证花粉横向悬浮运送至整个母本区域。根据理论分析和仿真结果试制样机并进行试验,结果表明:授粉机行走速度为1.5 m/s,作业效率约14 hm~2/h,在通过200 mm地面高差时依然具有稳定的穗层风场保持能力,授粉管喷孔轴心气流平均速度为34.2 m/s的条件下,母本厢花粉采集点的载玻片单位视野内平均粒数为8.35粒(杂交水稻制种农艺上要求至少有3粒花粉),其中平均花粉粒数多于3粒的采集点数量占比为96.02%,基本解决了局部区域授粉缺失问题。该研究可为杂交水稻制种田间机械化授粉提供参考。     

气力式授粉喷气管道参数优化与试验验证

杂交水稻制种气力式辅助授粉时,花粉随气流场运动,喷气管道多个喷孔的气流场叠加,表征气流场特性的射流极角、出孔动压对花粉分布均匀性、传播距离起决定性作用,为探索射流极角、出孔动压与管道参数之间的影响关系,获得较理想的气力授粉管道参数组合。该研究首先分析喷气管道气流场的叠加原理,采用消防烟雾弹发出有色气体经喷气管道的喷孔喷射并拍摄气流场图片,选取喷管直径、喷管壁厚、喷孔直径三因素为影响因子,以射流极角、出孔动压为评价指标,进行三因素五水平的单因素和多因素正交试验,通过对试验结果进行极差分析、矩阵分析,获得各因素对气流场特性的影响规律,找出较理想的因素组合并进行验证试验。结果表明,喷孔直径对射流极角和出孔动压的影响显著,3个因素的影响顺序为喷孔直径、喷管直径、喷管壁厚,较优的因素组合为喷管直径63 mm、喷管壁厚5 mm、喷孔直径12 mm,此时的射流极角为13.38°,出孔动压为31.6 Pa。验证试验表明,优化的因素组合明显提高花粉分布均匀性,花粉分布不均匀度（方差）降为1.33,花粉能形成覆盖母本行呈正态分布特性的单峰分布,能够满足气力辅助授粉对授粉管道的作业要求,研究结果为气力式授粉喷气管道的设计提供参考。     

低矮果园环流式循环风送喷雾机设计与试验

传统果园风送施药气流输送模式为出风口到冠层的一维流动,气流经过冠层时会衰减、停滞,存在穿透难、内膛与叶片背面沉积难等问题。该研究采用顶置风机方式,利用风机负压吸风引导气流在冠层内改变运动方向,实现雾滴由外及内、再由下而上运动。在分析环流作用下雾滴运动的基础上,设计一种适应于低矮果园的环流循环风送喷雾机,并开展气流场的分布规律分析与田间试验。试验结果表明:在冠层内膛(高度0.8～1.8 m)、树干中心线两侧0.25 m的中心区域气流角度变化较大,气流环绕对内膛平均风速有显著性影响(P0.05)。相较于无气流环绕模式,气流环绕风送施药的冠层总体叶片背面雾滴平均覆盖率提高了33.7%;冠层内膛叶片正面雾滴平均覆盖率提高了42.9%,叶片背面雾滴平均覆盖率提高了40.4%。研究结果可为果园风送式施药提供新的思路。     

果园风送喷雾机导流板角度对气流场三维分布的影响

风送喷雾条件下,雾滴是在空气流携带下进入果树冠层的各个部位,所以喷雾机气流场的运动和分布对雾滴的分布和穿透非常重要。为了研究果园风送喷雾机导流板角度变化对外部气流速度场三维空间分布的影响,该文采用ICEM建立几何模型,并进行全结构网格划分,采用k-ε湍流模型和CFX求解器进行数值求解。通过变换上导流板角度(30°、45°、60°、90°)与下导流板角度(0°、10°、20°、30°),来模拟分析风机外部流场在各工况下的空间稳态流场、湍流状态,以及对气流场空间分布的影响。结果表明,下导流板角度由0°增加至30°过程中,由于地面摩擦阻力对气流的影响逐渐减小,同时地面摩擦阻力与两侧空气阻力形成的夹角越来越大,因此单一气流束逐渐分成3条气流束,这样的气流分布优于单一方向气流对果树枝叶的吹动效果,有利于气流携带雾滴进入果树冠层;上下导流板导向气流主要集中在导流板指向区域,因此,导流板的角度设置应根据树冠高度、树干高度来调整。通过设置合理的导流板角度,使得风场分布与果树冠形相吻合,达到仿形喷雾效果。对于行距4 m、树高3.0~3.2 m的果园喷雾,上、下导流板角度均为30°;对于棚架果园,上导流板角度为90°(或卸掉上导流板),下导流板为30°。该研究有利于指导田间喷雾作业、喷雾参数调整,可达到更好的喷雾效果、减少环境污染。     

电动背负式风送喷雾器设计与作业性能试验

针对作物冠层高大、枝叶茂密的情况,现有的施药机具存在雾滴穿透性能差、药液沉积不均匀、不适合作业条件等问题研制了电动背负式风送喷雾器。利用水敏纸、激光粒径分析仪、高速摄影仪测试了其射程、雾滴粒径、液膜雾化形态。利用液质联用仪测试了使用该喷雾器时农药在作物上的沉积分布,并测试了生物防治效果。结果表明:该喷雾器在有风送的条件下雾滴粒径变大、喷雾角减小、液膜变短,在最大风速下射程提高2倍以上。该喷雾器可以改善农药在作物叶片正背两面分布均匀性,使用TR80-01和TR80-02号喷头时农药利用率较手动喷雾器分别提高了1.38倍和1.14倍,在分别使用TR80-01和TR80-02喷头时用药量比手动喷雾器减少1/2和1/3的情况下药效没有明显的差异且增加了农药的持效期。该喷雾器可以提高农药的沉积分布均匀性和利用率,实现减量施药。     

考虑自然风的气辅式喷雾雾滴飘失特性建模与补偿

气流辅助喷雾在雾滴减飘方面确有效果,然而大田作业时,其减飘效果受到自然风、喷雾流量、风筒出口风速、喷雾角等多种工况的严重影响。该文采用多相流计算流体动力学软件,建立三维流场几何模型,依据不同工况参数对雾滴漂移特性的影响,利用均匀设计安排试验方案,研究雾滴在自然风、辅助气流综合作用下在连续相和雾滴粒子离散相的耦合规律,通过流体动力学仿真完成训练样本采集,采用多元相关向量机回归方法建立不同自然风速下减飘模型,并通过模糊决策支持系统对作物茂密程度和喷嘴与冠层间垂直距离进行控制参数修正。试验结果表明：多元相关向量机回归模型预测飘失率的平均绝对百分比误差为2.56%,自然风扰动中实测和预测飘失率平均误差为8.92%,其飘失规律与所建飘失模型基本吻合。研究结果可为面向雾滴沉积效果的喷雾主动控制系统设计提供参考。     

果园喷雾机单双风机风道气流场仿真与试验

针对单风道果园喷雾机两侧气流场不对称、施药不均匀的现象,对自制双风道果园风送试验台气流场特性进行分析研究。该文采用CFD数值模拟和试验的方法对单双风道的气流场由内及外依次对比分析研究,以viscous-standard模型分析单双风道内部气流场分布,对仿真值与试验值拟合分析,拟合优度R2=0.8274,验证数值模拟的准确性;通过对两风道出风口及距出风口不同截面上的风速散点数据Golden software Voxler拟合处理和加权分析对比2种风道特性。结果显示:单风道内部流场右侧较强,双风道左右两侧基本一致;双风道在出风口处风速较单风道大,且两侧风速曲线走势基本相同;两侧距出风口0、1、2、3、4、5 m截面上外部气流场气流分布云图中,单风道气流场集中域有明显的偏移,两侧气流场强度差异大,双风道左右气流场基本对称;在对中性上,2 m截面上双风道左右两侧最大风速对其距中距离的加权平均数分别为-3.23、-1.33 mm,单风道为-24.99、-32.33 mm,且双风道距中偏移量随距离的变化趋势较单风道小。综合分析最终得到双风道气流场在两侧对称性和对中性上较单风道有明显的优势。该研究可为进一步优化风送喷雾技术提供参考。