基于PWM变量喷雾的单喷头动态雾量分布均匀性实验

为研究PWM变量喷雾系统的动态雾量分布均匀性特点,以胭脂红溶液为喷雾试剂,在输送带上放置矩阵式集雾穴盘收集雾滴,采用浓度-吸光度法测量雾量沉积浓度,对单个喷头分别测试了不同PWM频率、PWM占空比和喷雾压力对总体区域、喷雾前进方向和喷杆方向上雾量分布均匀性的影响。研究发现,相较于喷杆方向,PWM频率对单喷头在喷雾前进方向上的雾量分布均匀性影响更大,某一速度条件下PWM频率的最小值应至少保证喷雾的连续性,且无需过大,从而保证电磁阀的使用寿命;当PWM占空比增大到一定值使喷雾流量基本稳定时,PWM占空比的继续增大可同时提高单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性,而在PWM占空比增大到该定值之前,仅对喷雾前进方向上的雾量分布有明显影响;在雾化效果较好的前提下,喷雾压力对单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性均有较大影响,且影响效果相反,主要因为随着喷雾压力的增大,雾量更多地向喷杆方向上的两侧和喷雾前进方向上的中间聚集。     

同尺寸异型喷头潜在飘移特性风洞试验研究

为探究脉宽调制变量喷雾系统对同尺寸异型喷头的潜在飘移特性影响,选取Hardi ISO F110-03标准扇形雾喷头、Teejet XR 110-03扇形雾喷头、Hardi MD 110-03微飘喷头和Teejet AIXR 110-03防飘喷头,在IEA-II型风洞内,通过聚乙烯收集线和Spraytec雾滴粒径仪研究了4种喷头的雾滴谱、雾滴相对分布跨度、飘移量和飘移潜在指数。试验结果表明:雾滴谱与喷头型号相关,XR扇形雾喷头VMD最小,为164.37μm,AIXR防飘和MD微飘喷头与ISO F标准扇形雾喷头相比,VMD分别增加88.91%和96.60%;XR扇形雾喷头喷出的雾滴相对分布跨度最小,为1.54,相比ISO F标准扇形雾喷头增加16.76%,其喷雾雾滴更均匀;随着垂直方向高度的降低和水平方向距离的减少,4种喷头的归一化飘移量均增加,AIXR防飘喷头归一化飘移量平均值最小,为1.21×10~4,相比ISO F标准扇形雾喷头减少72.99%,XR扇形雾喷头归一化飘移量平均值最大,为4.17×10~4,相比ISO F标准扇形雾喷头增加10.61%;AIXR防飘喷头雾滴粒径较大,雾滴飘移指数最小,防飘效果最显著。该研究可为农业田间实际生产中防飘施药技术应用提供依据。     

脉宽调制型变量喷雾系统雾量沉积分布

通过实验和理论分析建立了雾量分布模型,研究了雾量分布规律。研究表明:喷杆方向沉积变异系数在两喷头之间出现最低,而在两喷头正下方出现极高值;行驶方向的沉积变异系数沿着一定规律周期性变化,其周期与占空比相关;在相同压力的情况下,同一喷头的行驶方向及喷杆方向沉积变异系数的峰值均随着车速的提高而上升,随占空比的上升而下降;在研究范围内(40~60cm),变异系数的峰值随喷头高度的升高而降低;若车速和占空比均相同,110°扇形喷头的雾量分布较80°扇形喷头在时空方向上都更加均匀。     

温室轴流风送药雾靶标沉积试验

为研究药液雾滴在温室靶区内和植株靶标上的沉积量及分布情况,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,在相同风机频率、喷雾压力和喷雾流量条件下,通过改变喷头高度和静电电压对风送药雾进行靶标沉积试验和分析.结果表明:沿风送轴线上距喷头150～200cm靶区内的药雾沉积量都出现一个沉积高峰区;随着静电电压的增大,植株靶标上的药雾沉积量明显增加,荷电后的药液雾滴在风送射程和喷幅内的靶标沉积率显著提高.根据实际喷施作业目标,合理布置喷头高度和调节合适电压,是增加靶标沉积率的重要手段.     

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。     

两种小流量喷头的粒径谱和速度场测量试验

针对两种小流量喷头,进行离喷头不同高度、不同压力的粒径谱测量,分析粒径谱随高度、压力变化情况;比较清水和乳油混合液的粒径谱,分析农药剂型对粒径谱的影响;进行清水和乳油喷雾时喷头出口处的雾滴速度场测量,分析农药剂型、喷头类型,压力等对喷头喷雾特性的影响.试验结果表明,压力、剂型对不同喷头的喷雾效果影响不同.总体上,喷雾压力越大,雾滴体积中径越小;相同压力下,扇形雾喷头在乳油喷雾时的粒径大于清水喷雾,而空心锥形雾喷头在乳油喷雾时粒径谱发生变化,产生细小雾滴分布.在乳油和清水喷雾时,扇形雾喷头的雾滴速度随压力增大而增大;在清水喷雾时,空心锥形雾喷头在压力增大时粒径减小,雾滴平均速度变化不大;在乳油喷雾时,空心锥形雾喷头由于产生细小雾滴,雾滴平均速度减少.     

面向设施农业的背负式喷杆喷雾机结构改进与性能试验

针对设施农业病虫害问题更加突出,而植保喷雾机械仍以背负式手动喷雾机为主等现象,对常规背负式喷雾机的混药方式和喷杆结构进行改进,采用后混式在线混药,设计具有伸缩、展叠、升降等功能的喷杆架,可实现多喷头组合式喷雾。同时对改进后的喷雾机雾量分布均匀性进行试验,结果表明,喷雾机工作压力为0.4MPa,喷雾高度为750mm,喷头间距为500mm。喷杆水平布置时多喷头雾量分布变异系数为5.8%,均匀性较好,垂直布置时雾量分布变异系数为15.5%,虽略高于国家标准,但可通过增加喷雾压力或调节喷头间距满足喷雾均匀性要求。该设计既具有手动喷雾机结构简单、携带轻便的特点,又具有大型喷雾机施药精准、工作效率高的特点,适合设施农业的工作环境和病虫害防治。     

玉米植保无人机热雾喷施系统设计与雾滴分布特性试验

针对玉米中后期封行后高地隙植保机难以下田、传统植保无人机雾滴穿透性差导致病虫害难以防控等问题,本文将脉冲烟雾机的热力雾化和低量喷雾技术与高效率的植保无人机进行结合,提出了植保无人机搭载热雾喷施系统的植保作业方案,设计了热雾喷施管路与遥控作业系统,并开展了灌浆期玉米植保作业试验。以清水代替农药进行喷雾作业,在试验区域设置水平和垂直采样点,通过水敏试纸收集沉积在各采样点的雾滴,并利用雾滴分析软件测出热雾植保无人机雾滴在不同采样区域的沉积分布结果。试验结果表明：喷雾区域采样范围-2~6m的雾滴粒径和雾滴密度分布差异较为明显,在距喷口0~2m水平位置雾滴较为集中,垂直方向玉米冠层至底层的雾滴粒径和密度依次减小,整个采样区域内雾滴密度均超过20个/cm2。雾滴覆盖率和沉积量总体变化趋势一致,其中,距喷口前方1m位置各垂直采样层叶片正面的雾滴覆盖率均取到最大值,从上层到地表依次为18.02%、13.48%、4.37%和2.11%,冠层叶片正面雾滴沉积量在此区域也达到最大值,为0.36μL/cm2,整体上叶片正面的雾滴覆盖率和雾滴沉积量均大于同位置叶片反面数值。此外,除少数采样点位置因雾滴重叠、黏连导致雾滴谱宽度大于2μm以外,其他采样点的数据均符合低容量喷洒条件下雾滴谱宽度小于等于2.0μm的技术指标。该研究可为热雾植保无人机在玉米等高秆作物中后期植保作业的参数优化和使用提供参考依据。     

水平喷杆雾量分布的计算机模拟

本文通过对水平喷杆雾量分布状态的分析,提出了根据单喷头的雾量分布图计算水平喷杆雾量分布状态的数学模型,并设计了相应的计算程序,用计算机模拟水平喷杆的雾量分布状态,进而分析了狭缝式喷头在水平喷杆上的配置参数对水平喷杆雾量分布状态的影响。     

施肥浓度对摇臂式喷头喷灌施肥均匀性的影响

为了研究施肥浓度对喷灌施肥均匀性的影响规律,选用摇臂式喷头10PY₂H,测量其喷灌施肥时肥液体积、施肥浓度、施肥量3种参数的径向分布.试验中,氯化钾溶液质量浓度(即母液浓度)分别为0,20,35,50,65,80 g/L.采用叠加法计算组合喷洒时3种施肥参数的均匀度CU、分布均匀度DU和统计均匀度U_s.分析表明施肥浓度对摇臂式喷头的灌水施肥影响呈现非线性特点.增加母液浓度对肥液体积分布和施肥浓度分布均匀性的影响相对较小,但对施肥量分布均匀性的影响十分显著.组合喷灌加剧了不同测点的数值差异.随着母液浓度增大,施肥量径向分布变化增大,当母液质量浓度增大到80 g/L时,施肥量主要集中在20%~60%射程处,导致施肥均匀性急剧下降;当母液质量浓度小于等于35 g/L时,远端90%~100%射程处的施肥浓度相对更高,与前人得出的滴灌施肥系统施肥浓度沿管道方向递减的规律相反.3个评价指标中,均匀度CU数值最高,分布均匀度DU总体数值最低、变化最大,且以DU变化最为明显,这说明了DU能反映低值区的施肥情况.喷灌施肥等值线图表明肥液与施肥量的分布规律相似,但施肥浓度的分布情况则相反,这可能与射程远端施肥浓度更大有关.     

基于机器视觉和北斗定位的小麦变量喷雾系统研究

针对传统植保喷杆喷雾机作业时各喷头以同等药量喷洒的方式导致农药浪费、利用率低和污染环境等问题,以生长前期的小麦为研究对象,设计一种基于北斗定位系统和机器视觉的小麦变量喷雾作业系统。通过双平面高度投影法完成对感兴趣区域获取,研究了速度、植株密度对喷雾的影响,提出变量喷雾流量的控制方法。在定位系统规划的目标区域内,通过机器视觉处理实现变量喷雾,试验结果表明,相同机组速度下,植株密度稀疏区相对植株密度正常区的平均雾滴覆盖率平均减少12.06%;相同植株密度下机组前进速度0.75 m/s相对1.50 m/s的平均雾滴覆盖率平均增加3.94%。在满足喷雾标准的情况下,可以在不同速度、不同植株密度下实现变量喷雾。为验证目标区域边界行驶速度对等级变换准确度,进行定位传感器实时判断在目标区域边界喷头相对位置并控制开闭,试验结果表明,在行驶速度为0.50 m/s时准确度最高,区域边界行驶超出量误差平均值为48.72 cm;为验证行驶方式对喷雾等级变换准确度的影响,使用北斗定位系统在目标区域边界开展行驶方式对喷雾等级变换准确度的影响试验,试验结果表明,驶入目标区域超出量误差平均值为7.20 cm。     

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。     

葡萄园喷雾机螺旋风罩设计与试验#br#

基于葡萄叶片宽大,存在叶幕穿透性差和液滴分布不均匀的问题,采用螺旋风喷雾施药,利用螺旋风的强扰动性和流体螺旋运动来提高叶幕穿透性和喷雾均匀性。利用Solidworks和Fluent搭建模型,优化风罩内部结构和流体分布,对比内挡板安装角为20°、30°、40°的工况,依据仿真结果进行室内喷雾试验,以有无螺旋风、喷头孔径、喷头压力为变量,以雾滴均匀度作为评价指标,对正交试验结果用Design Expert进行方差分析和响应曲面分析。仿真结果表明：内挡板安装角度为30°时,距出风口0.1 m处有螺旋风特征、风速24.8 m/s,试验结果表明：对雾滴均匀性的影响强弱依次为有无螺旋风、喷雾孔径、喷雾压力,有螺旋风辅助、喷头孔径为0.9~1.1 mm、压力为0.28~0.32 MPa时,雾滴均匀性扩散比最优。螺旋风罩内挡板安装角度为30°、有螺旋风、喷雾压力为0.3 MPa、喷雾孔径为1.0 mm时,扩散比为0.783 6,即雾滴均匀性最好。     

基于PDA系统单喷嘴雾滴参数的试验研究

雾滴粒径和速度分布共同影响着农药雾滴在靶标上的沉积量和分布的均匀性。使用PDA系统对空心圆锥喷雾喷嘴进行试验与分析,测量TR80-03C空心圆锥雾喷嘴的雾滴粒径和速度分布情况。探究了在不同压力条件下雾滴粒径和速度在喷雾空间中水平方向和垂直方向的分布,结果表明:在距离喷嘴相同的位置,压力越大,雾滴粒径越小,在相同压力条件下,喷雾范围内沿水平方向的距离越远,雾滴粒径越大;在中轴线方向,距离喷嘴200~500mm范围内,距离喷嘴越远,雾滴粒径越大。为了进一步了解雾滴粒径分布规律,对雾滴的Dv0.5和D32进行多项式拟合以及曲面拟合,结果表明:在相同阶数的拟合函数中,Dv0.5与D32的拟合趋势是一致的,压力越大,拟合结果越好;D32与Dv0.5的拟合结果相比,表现更优一些。借助拟合函数,可以更加形象地描绘雾滴粒径在空间分布规律,预测一些非测试点的粒径,进而可以有针对易飘移区域进行防飘移,提高农药的有效利用率。     

脉冲式烟雾水雾机工作频率影响因素研究

脉冲式烟雾水雾机以脉冲发动机为动力,可施放烟雾或水雾,从而满足植物不同生长时期的施药要求。脉冲式烟雾水雾机工作频率取决于其声学结构条件、加热条件以及药液烟化或雾化时反馈作用共同耦合时的振荡频率。如不满足任一条件或反馈扰动过大,则无法形成振荡系统,或使原有的系统停止振荡,从而导致发动机熄火。通过改变脉冲发动机油门开度、药液类型（用0#柴油和清水代替热雾剂农药和水雾剂农药）以及进入喷管内的药液流量,对脉冲式烟雾水雾机进行了工作频率的影响因素研究。结果表明,不喷药状态时,实际工作频率高于理论工作频率,平均相对误差为26.6%;喷药状态时,热雾剂或水雾剂农药进入喷管内热力烟化或雾化后,均会引起实际工作频率的下降,水雾剂农药雾化后工作频率的下降幅度大于热雾剂烟化后的频率下降幅度,水雾剂农药热力雾化比热雾剂热力烟化对原有脉动燃烧振荡系统的扰动大。据此重新构建了脉冲式烟雾水雾机喷烟雾或喷水雾工作频率的数学模型。喷烟雾和喷水雾状态下,工作频率与药液流量之间均呈负比例线性关系,其比例系数分别为-0.1357、-0.1157Hz·h/L;工作频率与燃油消耗率之间均呈正比例线性关系,其比例系数分别为38.58、30.73Hz·h/L。应用新构建的模型所引起的最大相对误差只有2.2%和1.4%,表明构建的工作频率数学模型可用于脉冲式烟雾水雾机在常规喷药量范围内工作频率的计算。     

基于靶标叶面积密度参数的变量喷雾控制系统开发与性能试验

变量喷雾技术是提高农药利用率、节省农药用量的重要手段之一。为达到果园施药减量增效的效果,本研究开发了一种变量喷雾控制系统,提出了叶面积密度参数与执行机构脉宽调制（Pulse Width Modulation,PWM）占空比的计算方法。该系统上位机基于激光LiDAR传感器探测的点云密度表征叶面积密度作为施药参数,并根据喷药处方计算各喷头对应电磁阀的PWM占空比,通过RS485通讯实时发送施药处方到下位机的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）,下位机PLC根据接收的PWM占空比控制对应电磁阀的开关频率实现喷头喷雾流量的调节。通过试验测量了施药单元网格尺寸、系统延时时间以及PWM占空比与喷头流量之间的模型参数三部分关键系统参数。结果表明在0.2、0.3和0.4 MPa压力下PWM占空比与喷头流量之间均为线性关系,线性拟合优度均在0.98以上。最后,通过喷雾试验验证变量喷雾样机的有效性,试验结果表明,采样点水敏纸上单位面积（cm²）最少雾滴个数为35滴,达到了有效喷雾效果;当靶标冠幅与总冠幅比为39.9%时,变量喷雾模式相比于连续恒定式喷雾省药71.96%,相比于对靶开关式喷雾省药29.72%,达到了减量效果。     

喷雾机预混装置动态流场分析与参数优化

针对喷雾机预混装置预混时间长、预混效果及均匀性参差不齐等植保作业中存在的实际问题，基于现有喷雾机预混装置，结合田间作业过程中1 000 L喷雾机农药制剂使用量和预混药液输送需求，确定了预混药箱、预混喷头、上药阀等关键部件的基础参数。采用ANSYS-Fluent对不同液面高度时预混动态流场特性进行分析，得到预混药箱内流场的动态分布规律；采用二次回归正交旋转中心组合优化试验方法，以预混喷头工作压力和空间位置参数为影响因素，药液均匀度变异系数为评价指标，利用多岛遗传算法优化获得预混效果较好的参数组合：预混喷头工作压力0.3 MPa、与底部平面距离200 mm、与背部垂直平面的距离70 mm。针对粉剂农药进行场地试验，结果表明：预混药液均匀度变异系数为32.99%;上药阀在压力0.2～0.5 MPa下稳定送药，无回流现象。     

筑床施药机喷施性能参数试验研究

筑床施药机旨在为苗圃进行土壤消毒灭菌作业,从而提高保苗率和优质苗木产出率。该机可以同时完成筑床和施药作业,实现高效率、高质量、低耗能,一机多用。本次试验的目的是在水泵喷嘴数量确定后,探索喷嘴等效喷孔孔径与系统压力、系统流量之间的变化关系,选择最佳配置组合,为试验样机生产试验调试和定型样机设计提供依据。试验结果表明:不论何种型号的拖拉机,其作业速度应控制在2. 88km/h(0. 8m/s)左右,系统流量约15. 5L/min,施药量约1 755L/hm2。选用6503型喷嘴为试验样机喷洒装置的喷嘴,数量6个,等效喷孔孔径1. 10mm,药液喷施系统压力为1. 5～2. 0MPa。     

喷雾参数间互作效应对农药雾滴飘移的影响

为了了解喷雾参数间互作效应对农药雾滴飘移的影响.建立了风速调节是0~6 m/s的低速风洞,采用碳纤维棒收集垂直方向和水平方向上含荧光素钠的雾滴,由荧光分光光度计测定了收集杆上的荧光素钠的含量,利用SPSS软件进行分析.结果发现：雾滴飘移沉积与喷头类型、压力、喷雾介质、风速密切相关,影响雾滴飘移沉积的喷头结构参数和操作技术参数因素次序依次为风速、喷头类型、喷雾介质、压力.喷雾参数之间存在互作效应,喷雾介质与喷头类型、风速与喷头类型、风速与喷雾介质、喷雾介质与喷头类型与风速之间的互作效应较显著,其余喷雾参数之间的互作效应不显著.随着垂直高度和水平距离的增加,雾滴的沉积减少,随着喷雾压力和风速的增大,雾滴飘失严重,为了减少飘移,在实际田间喷雾作业时,要注重风速的选择.防飘移助剂 Greenwet 720有效的控制了雾滴的飘移沉积,表面活性剂Greenwet X-100增大了雾滴的飘移沉积.研究喷雾参数对雾滴飘移的互作效应的机理能减少雾滴飘移,提高施药的作业效率、增强病虫害防治效果、减少环境污染,对农业生产具有重要的理论和现实意义.