喷雾参数对雾滴飘移性能影响的试验研究——基于风幕式喷杆喷雾机

飘移是评价农药喷雾效果的重要指标。在室内封闭宽敞的环境下测量风幕式喷杆喷雾机在不同的喷雾工作参数下的飘移率指标,为风幕式喷杆喷雾参数的优化和防飘喷雾技术的研究提供理论依据。结果表明:喷头喷施角对飘移率指标有显著的影响,改变喷头与风幕的水平和垂直距离或风机频率对雾滴飘失的影响相对于喷施角度的改变都不显著。     

风幕式高地隙喷杆喷雾机研究与设计

针对传统喷杆喷雾机底盘较低不能满足玉米中后期植保作业,以及雾滴飘失、农药利用率低等问题,研制了高地隙底盘与风幕式防飘技术相结合的风幕式高地隙喷杆喷雾机。整机主要由驾驶室组件、高地隙静液压底盘、喷杆架组件、喷雾系统和风幕系统等组成,高地隙底盘采用静液压驱动底盘,四轮驱动,四轮转向,龙门式机架最小离地间隙为2 600mm,轮距调节范围为2 280 3 300mm。试验结果表明:有辅助气流较无辅助气流雾滴在玉米整个冠层平均覆盖率提高了57.37%,风幕系统对于增加雾滴在玉米冠层沉积及减少雾滴飘失作用明显。该机具底盘离地间隙高、防飘性能好,可以满足玉米中后期病虫害防治要求。     

不同侧风和风幕风速对风幕式喷杆喷雾飘移的影响

侧风是喷杆式喷雾机雾滴飘移的主要因素之一。为了分析不同侧风和风幕风速对风幕式喷杆喷雾飘移的影响规律,设计了风幕式喷杆喷雾性能测试系统,通过防飘对比试验,确定最佳风幕气流作用方式,然后进行雾滴飘移试验,得到雾滴飘移率和飘移质量中心距。结果表明:风幕气流最佳作用方式为喷杆正上方;无风幕作用时,雾滴的飘移质量中心距随侧风风速的增加线性上升;同一侧风风速下,雾滴飘移率随风幕风速的增大呈先快速再平稳减小后略有回升的趋势,风幕风速最佳的防飘区间为5~20m/s,最佳防飘风幕风速为20m/s;在同一侧风风速下,雾滴的飘移质量中心距与风幕风速呈负相关关系,风幕辅助气流有效减小飘移率的同时,对雾滴在喷头下方的分布具有显著影响。该研究可为风幕式喷杆喷雾机作业参数优化和防飘移研究提供参考。     

喷雾技术参数对雾滴飘移特性的影响

为了研究不同技术参数对雾滴漂移特性的影响,在可控风洞环境条件下测试了不同型号喷头在不同喷雾技术参数下的抗飘失能力,结果表明:喷头型号变小、喷雾压力和风速增大都增加了飘失对于喷雾高度变化的敏感程度,Lu喷头的敏感程度大于ID喷头;改变喷雾方向角对雾滴飘失的影响相对于风速、喷头型号并不显著.     

风幕式喷杆喷雾机性能试验

北京市农机试验鉴定推广站引进了巴西JACTO公司生产的FALCONVORTEXHORTI风幕式喷杆喷雾机,并对该机进行了性能试验。一、巴西风幕式喷杆喷雾机的技术优点一是采用风幕式防飘技术,可减少飘移损失50%以上。在喷雾机上加设风机与风囊,作业时风囊出口形成的风幕阻止了雾滴的飘失,强迫雾滴向作物冠层沉积,使喷洒在作物叶子正反两面的药液达到均匀一致,不仅增大了雾滴的沉积和穿透,而且在有风的天气(4级风下)也能正常工作,另外风幕的风力可使雾滴进行二次雾化,进一步提高雾化效果。二是采用JP-75陶瓷柱塞泵,工作压力大、流量大,能够满足…     

扇形雾喷头雾滴飘失机理

为了分析雾滴飘失机理和提出针对性的防飘措施,使用相位多普勒粒子分析仪( PDPA)对常规扇形雾喷头雾化产生的喷雾扇面中的雾滴粒径与运动速度分布进行了分析.结果表明:喷雾截面上雾滴体积中值直径(VMD)分布为中间低、边缘高的凹面形态,在喷雾扇面横向和纵向对称面上,VMD形态呈二次多项式分布;易飘失雾滴主要集中在距离喷头300～500 mm喷雾扇面的中心位置;喷雾扇面截面上的夹带气流速度符合高斯分布,气流分布与空气淹没射流类似;喷雾扇面中易飘失区域是喷雾扇面末端、喷雾扇面两翼、喷雾扇面迎流面外层.     

喷雾机风幕系统雾滴飘移分析及结构优化

目前，高地隙喷雾机被广泛应用在大田作业中，在喷杆上方加装风幕系统可有效降低农药雾滴的飘失率，从而提高农药的利用率。为此，基于CFD软件，采用离散相模型对雾滴在不同水平风速(0、1、2、3m/s),不同喷头上游压力(0.3、0.7、1MPa)、不同喷施高度(0.5、1、1.5、2m)下的雾滴飘失进行了数值模拟研究。仿真结果表明：雾滴沉积分布在无任何因素干扰下呈圆环分布，当高度为0.5m时，即使水平风速为2m/s,雾滴飘失效果也较不明显，随着水平风速和喷施高度的增加，雾滴飘失逐渐增加；当喷头高度为2m、自然风速为3m/s时，一部分雾滴已飘离计算区域，增大喷头压力则能有效降低雾滴飘移，原因是喷头压力能够给雾滴较大的初速度，协迫雾滴向下运动，以补偿水平风速带来的飘失。通过加装导流板优化风幕结构，采用ANSA软件对风幕结构进行前处理、Fluent计算及后处理，结果表明：出口气流流速横向分布较为均匀，加装导流板的方案可行。实际作业中，应当根据实际情况合理选择喷施高度、压力，并应考虑风幕辅助气流细化雾滴和雾滴触叶反弹，可能对不同农作物防治效果造成的影响。     

自走式旋翼气流静电喷杆喷雾机喷雾性能测试

设计了一款自走式旋翼气流辅助式静电喷杆喷雾机,应用静电喷雾技术提高了雾滴在靶标上的附着性,利用气流辅助技术提高雾滴的穿透性。该机具有水平和垂直两种工作方式,可针对不同高度、不同长势的作物进行喷洒。对喷雾机开展了流量、水平喷幅测试,进行了雾滴沉积效果及雾滴穿透性等试验研究。研究结果表明:整机静态和动态流量接近,稳定性较好;随着喷头与靶标距离增大,喷雾幅宽增大。在整个幅宽范围内雾滴覆盖较均匀,当喷雾高度为1m时,9#~11#水敏纸上的覆盖率和沉积量最大;雾滴粒径为150~300μm,平均雾滴粒谱宽度1.1~1.8,说明雾滴分布较均匀。旋翼气流对雾滴在植株内的穿透性有直接影响,喷头距离靶标越近,雾滴穿透沉积效果越好。试验结果对优化旋翼气流静电喷杆喷雾机的结构,提高其应用效果具有重要意义。     

风幕式喷杆喷雾机玉米田间施药试验

针对常规喷雾方式农药利用率低、流失严重的问题,开展风幕式气流辅助喷雾技术研究。通过3WQ-3000型牵引式风幕喷杆喷雾机在玉米小喇叭口期进行的田间试验,确定施药作业中常用的4种型号(ST110-02、ST110-04、ST110-05、ST110-06)扇形雾喷头在0.4 MPa喷雾压力下,进行风幕对农药利用率、雾滴覆盖率和流失率的影响试验。试验结果表明,雾滴在玉米冠层上部的沉积量较大、下部较小;风幕能够增强雾滴的穿透性,增加喷雾药液的沉积量,使雾滴在植株各冠层的沉积分布更加均匀;风幕辅助气流对体积中径小雾滴影响明显,ST110-02喷头在使用风幕时比没有使用风幕农药利用率提高了83%;ST110-06号喷头在有风幕时农药利用率为41.93%,为各试验工况最高;使用风幕时农药在地面流失率比无风幕有所增加,ST110-02号喷头在未使用风幕时药液在地面的流失率为13.05%,是各试验工况最小值;与三轮车载式喷杆喷雾机相比,风幕式喷雾机施药雾滴覆盖率和穿透性明显升高,农药利用率平均提高了144.17%,雾滴在地面的流失率平均降低了14.46%。     

风幕式喷杆喷雾雾滴特性试验

为了研究不同工作参数对风幕式喷杆喷雾雾滴粒径和速度分布的影响,本文运用PIV和Winner318型激光粒度分析仪对不同工况下的风幕式喷杆喷雾气液两相流场进行了测试,分别对雾滴粒径、速度分布进行试验测试并利用正交试验分析和讨论。结果表明:风幕出风口风速、风幕出风口与喷头相对位置对风幕式喷杆喷雾雾滴粒径影响显著,风幕出风口风速对风幕式喷杆喷雾雾滴运动速度影响显著,改变水平距离对雾滴运动速度的影响较为显著。通过正交试验得出风幕式喷杆喷雾雾滴粒径和速度最佳工况:在喷雾压力p=0.5 MPa下,喷头与风幕出风口的水平距离Dx=60mm、喷头与风幕出风口的垂直距离Dz=190mm、喷头角度θ=5°、风机转速n=2 746r·min-1。该研究可为进一步研究风幕式喷杆喷雾雾滴特性及风幕式喷杆喷雾机的研发提供参考。     

航空双喷嘴静电喷头的设计与试验

针对航空静电喷雾装置采用的双喷嘴静电喷头进行了结构设计,从理论上分析了双喷嘴环状电极诱导的空间电场对雾滴粒径及荷电效果的影响。建立了泵-喷头-粒径分析-荷质比测量系统,对双喷嘴静电喷头的喷雾特性进行了试验分析。试验表明,当充电电压为10kV时静电喷雾可以产生分布均匀、平均体积中径为81.8μm的小雾滴,并可获得2.65mC/kg的最大荷质比。     

地面弥雾机与六旋翼植保无人机在芒果冠层中雾滴沉积性能对比

为解决芒果园传统植保作业中农药用量大、施药不均匀、作业效率低等问题,并构建智慧芒果园,本研究对比了地面弥雾机和六旋翼植保无人机两种果园施药机具在芒果冠层中的药液雾滴沉积性能。将芒果冠层分为上中下层,以柠檬黄为示踪剂,使用高清相纸与滤纸采集药液雾滴,通过图像处理等手段分析雾滴沉积分布均匀性。试验结果表明,植保无人机在芒果树上部冠层叶片表面的雾滴覆盖率显著高于地面弥雾机,在其余冠层部位,两种施药机具在叶片表面药液无显著差异覆盖;植保无人机处理组叶片正反面平均覆盖率均为地面弥雾机的1.5~2倍,对叶片背面的防治优于地面弥雾机。地面弥雾机处理组叶片正面雾滴密度显著高于植保无人机,叶片背面无显著差异,植保无人机处理组正反面均未满足低量喷雾20个/cm2的病虫害防治要求。地面弥雾机药液沉积集中在中下冠层（61.1%）,植保无人机集中在上部冠层（43.0%）,冠层内部沉积比例地面弥雾机（48.6%）＞植保无人机（25.5%）,但地面弥雾机在冠层上部沉积能力不足,沉积占比仅为17%。研究表明,相较于植保无人机,地面弥雾机适用于芒果冠层中下部及内部病虫害防治,同时该机具较高的雾滴覆盖密度在喷洒杀菌剂时也有明显优势,植保无人机适用于针对芒果上部冠层如蓟马、炭疽等易发于外部花絮的病虫害防治。     

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%。     

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。     

喷雾机雾滴运行时间和沉降规律的试验

利用光电原理,采用湿度传感器和毫秒计设计了测量雾滴运行时间的试验方案,并测量了4种常见喷嘴在不同机器前进速度和喷雾压力下的雾滴运行时间。结果表明,在喷雾机正常工作状态下,由于雾锥角的存在,雾滴总是超前于喷杆到达目标物上,这个时间上的提前量可以为变量喷雾系统的响应时间作必要的时间补偿。并通过采用三因素三水平的正交试验和方差分析,说明了喷嘴类型对雾滴运行时间的影响极为显著,而机器前进速度对雾滴运行时间的影响在5%的水平上显著。利用荧光跟踪试验,研究了3种喷嘴的不同时刻的沉降规律,从雾滴沉降的角度揭示了空心锥喷嘴存在很大的漂移性。     

果园风送喷雾机性能对比试验

为探究果园静电风送喷雾机与传统风送喷雾机性能差异,预估施药过程各运行参数之间的相互关系,根据风送喷雾机试验方法国家标准,对3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机和3WFQD-1600型静电风送果园喷雾机进行雾滴垂直分布对比试验,对喷雾距离、喷雾压力、喷头型号和冠层垂直高度进行不同水平设定并进行试验,运用SPSS软件分析雾滴沉积量和雾滴沉积分布情况。结果表明:3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机在喷雾距离1.0~2.0m的范围内对雾滴沉积分布量无显著影响,靶标高度对雾滴沉积影响最大;3WFQD-1600型静电风送喷雾机在喷雾压力1.0~2.0MPa范围内对雾滴沉积分布量无显著影响,靶标高度对雾滴沉积影响最大;3WFQD-1600型静电风送喷雾机与3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机相比,雾滴由于受静电场力的作用,垂直沉积分布更加集中,垂直分布均匀性也相对稳定。     

喷雾机设计中喷头的选型

喷头在喷雾装置中起着非常关键的作用。喷雾装置通过喷头控制液体的流量,使液体雾化成雾滴并将雾滴分布在目标的表面上。喷头是喷雾机实现喷雾作业的终端件,因此在喷雾机设计时,喷头的选型对喷雾机的性能尤为重要。为此,对喷头的类型、特点及选型进行了论述。     

超高地隙风幕式喷杆喷雾机施药性能试验

对超高地隙自走式喷杆喷雾机风幕系统进行田间试验,研究了喷雾压力、喷雾机作业速度、风幕出口风速及植物冠层特性对雾滴沉积量、沉积量均匀程度以及飘移率的影响。研究结果表明,风幕出口风速是雾滴沉积量、沉积均匀程度和飘移率的决定因素,风幕出口风速与雾滴穿透性能呈正相关关系,风幕系统能够有效地减少雾滴的飘移;植物冠层的特性对雾滴穿透性能有较显著影响;相同作业速度时,增大喷雾压力可使雾滴单位面积沉积量增加,提高喷雾沉积效果,但对穿透性能影响不大;喷雾机作业速度对雾滴沉积量也有一定的影响,但影响较小。     

不同施药机具在玉米田间的雾滴沉积分布试验

针对我国玉米等高秆作物生长中后期的机械化植保难题,进行了3WX-1000G喷杆喷雾机、3WX-2 0 0 0 G喷杆喷雾机、STORM1 5 0 0风送远程喷雾机等3种大型自走式施药机具的玉米田间喷雾试验,比较分析了不同施药技术与机具对雾滴沉积分布规律的影响,为筛选技术水平先进,并与玉米病虫害防治要求相适应的施药技术与植保机具的技术提升提供依据。试验结果表明:风幕辅助气流能有效提高雾滴在玉米冠层内的沉积量和覆盖率,在冠层中部和下部的平均沉积量比无风幕时提高了36.4%和17%;冠层各部分的覆盖率均比无风幕时有所提高,冠层下部增长率最高,达到28%;风幕辅助气流还能有效改善雾滴在玉米植株上的分布均匀性;风送式远程喷雾机的风力辅助作用有助于将雾滴向远程输送,大大提高了喷幅及作业效率,但大量雾滴集中于喷幅的前段区间,使其在整个喷幅范围内的雾量分布均匀性远差于喷杆喷雾机,最大变异系数超过1。     

气流辅助式喷雾工况参数对雾滴飘移特性的影响

采用三维流场的多相流计算流体力学模型,研究雾滴在自然风影响、辅助气流胁迫和自身重力作用下在连续相和雾滴粒子群离散相耦合的交互作用,并分析了不同工况参数对雾滴漂移特性的影响.结果表明:增大风筒气流出口速度,可以胁迫雾滴向靶标运动,减少雾滴飘失率.当喷嘴流量较小时,雾滴飘失率变小的趋势最为明显.然而喷嘴流量过大时,雾滴整体抗飘失能力显著下降.辅助气流的喷雾角对减少雾滴飘失相对于自然风速、辅助气流风速没有显著的影响.