旋翼气流式静电雾化装置的试验研究

将静电喷雾技术和气流辅助喷雾技术结合,设计旋翼气流式离心静电雾化装置,应用于设施农业的病虫害防治。研制环状电极使雾化后的雾滴荷电,并在旋翼气流的作用下增加雾滴的穿透性,从而提高雾滴在中下层的沉积量。建立包括荷质比测试、雾滴粒径测试和雾滴沉积效果试验的雾化性能测试系统,并开展试验研究。研究结果表明,雾滴的荷质比会随充电电压的增大而增大,随转盘转速的增大有增大的趋势,荷质比最大值为1.58mC/kg;转盘转速对雾滴粒径有明显影响,随着转盘转速增加,雾滴粒径变小,其变化范围为86.55~118.62μm,能够满足设施农业超低量喷洒作业要求。当离心式喷头转盘转速为6 000r/min、旋翼转速1 200r/min、充电电压8kV时,雾滴在靶标中层、下层的均匀性和沉积效果较好。研究结果对旋翼气流式离心静电雾化装置在设施农业上的应用提供技术参数。     

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。     

罩盖喷杆喷雾机的设计与防飘试验

在机动背负式喷杆喷雾机的基础上设计了一台适合大田作业的手扶式罩盖喷杆喷雾机,分别进行了田间和室内防飘性能试验。结果表明,罩盖喷雾能增加雾滴在冠层中的穿透性,尤其使用小流量喷头时防飘效果更加明显。罩盖能够显著增加药液在喷头附近的沉积,减弱雾滴向下风向的运动能力,减少飘失。使用ST110-015型喷头,喷雾压力0.4MPa时罩盖的防飘效果最好。在相同风速下,罩盖对雾滴的防飘失效果不同,对较小雾滴的防飘失效果优于较大雾滴。     

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%。     

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.     

风送喷雾辅助气流对雾滴粒径影响规律研究

风送喷雾技术被广泛运用在果园喷雾机研究中,辅助气流能够对雾滴进行二次雾化以进一步降低雾滴粒径。为进一步研究扇形喷头与辅助气流的角度和距离对雾滴粒径的影响,设计了一种喷头角度和喷头距离可调的喷雾装置,研究了喷头角度、喷头距离和喷雾压力对雾滴粒径的影响规律。结果表明：在辅助气流作用下,喷雾压力增大,雾滴粒径呈现降低趋势,但雾滴粒径均匀度先减小后增大;当喷雾压力0.3MPa、喷头角度10°～20°、喷头距离约为95mm时,雾滴粒径明显降低但雾滴粒径均匀度变大,雾滴粒径相对无辅助气流作用降低了10.35%。     

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。     

植保无人机作业参数对棕榈树雾滴沉积的影响

为探究单旋翼油动无人机对高大乔木棕榈树的雾滴沉积效果,设置三因素三水平的正交试验,通过方差分析研究喷头流量、作业高度、飞行速度对棕榈树雾滴沉积、雾滴穿透性、地面流失量的影响程度,并分析试验指标与雾滴沉积、雾滴穿透性、地面流失量的关系。结果表明:最佳作业参数为喷头流量4.2 L/min、作业高度3 m、飞行速度3 m/s,此时雾滴沉积量和雾滴穿透性为0.397μL/cm~2和5.01%;影响雾滴沉积效果的主次顺序依次为:作业高度、飞行速度、喷头流量;适当的增加作业高度可以提高雾滴穿透性,增加飞行速度可减小地面流失量。针对棕榈树型高大特点和病虫害位置,优选植保无人机的作业参数,以保证其良好的雾滴沉积效果,本试验可为棕榈树病虫害飞防作业提供参考。     

植保无人机作业参数对水稻冠层雾滴沉积分布影响研究

为获得相对较好的植保无人机水稻病虫害防治效果,以小型四旋翼农用植保无人机开展水稻喷雾试验,采用三因素三水平正交试验法对无人机喷头流量、作业高度、飞行速度的三个作业参数优化组合。根据雾滴沉积密度和沉积量及其均匀性结果,较佳的作业参数是喷头流量3.0 L/min、作业高度2.5 m、飞行速度4.5 m/s;影响雾滴沉积密度的因素主次顺序为作业速度、飞行高度、喷头流量,而影响沉积量均匀性的因素主次顺序亦是作业速度、飞行高度、喷头流量。通过优选植保无人机作业参数,既能提高喷雾雾滴沉积效果,又为获得较好病虫害防治效果奠定基础。     

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。     

植保无人机旋翼下洗气流对喷幅的影响研究

基于XV-2植保无人机,利用流体仿真,探究了该无人机旋翼下洗气流的速度分布特性。在此基础上,分析了在下洗气流影响下的雾滴运动方式,并进行实地测试。仿真分析说明:旋翼下洗气流从中心向外的流速差使流场从上向下有向外的铺展效应,使得喷幅增大,且喷幅与飞行高度成正比;旋翼外沿的卷扬气流使得喷幅范围内的雾滴沉积数出现2个峰值。试验结果表明:当飞行高度为6 m时,有效喷幅为10 m;飞行高度8 m时,有效喷幅为12 m。2种飞行高度下的雾滴分布均匀性基本一致。试验结果与仿真结果基本一致。研究结果可为无人机喷雾系统设计和航空植保作业参数的选择提供参考依据。     

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。     

矮化密植果园喷雾机选型试验研究

为了提升林果生产机械化水平,北京市正大力推广林果矮化密植技术。为此,针对目前市场林果植保机械型号多及喷雾质量参差不齐的问题,开展了适合林果新种植模式下的植保机械选型试验研究,并选取了4种喷雾机。试验结果表明:针对果园篱壁型冠层,3种地面喷雾机在喷量为喷枪常规喷量条件下(施药量108L/6 6 7 m2),冠层雾滴分布平均密度均超过100个/cm2,对靶风送式变量喷雾机在施药量40L/(667m2)条件下,雾滴沉积平均密度达62个/cm2,植保多旋翼无人机在施药量为1L/(667m2)时,雾滴沉积平均密度达67个/cm2,均远超过20个/cm2的行业标准。因此,建议选用风量、施药量可调喷雾机或喷雾机配备不同型号喷头,以实现不同冠层密度变量施药。     

静电喷头电极对雾滴沉积效果的影响

静电喷雾技术可有效提高雾滴在作物表面的沉积率。为此,针对ARAG圆锥雾型喷头设计了一种圆锥形充电电极,实现了对雾滴感应充电的功能。对搭载该充电电极的喷头进行喷雾沉积性能试验,并对喷雾压力、充电电压和喷雾高度3个因素进行了正交试验,通过极差分析、方差分析得出了3种因素对雾滴沉积率的影响显著性由大到小依次是充电电压、喷雾压力、喷雾高度。静电喷雾雾滴的沉积效果的最优组合为:喷雾压力0.3MPa,充电电压10kV,喷雾高度50cm;该组合下的得到的最佳沉积率为60.12%。本研究为大田中的实际喷雾效果的提高提供了理论和数据的支持。     

高沉积静电喷雾装置试验研究

为了有效提高温室植保作业中药液雾滴在植株上的沉积率,提出了一种集高压静电喷雾技术、轴流风送技术于一体的高沉积静电喷雾装置,在实验室环境下对该装置进行了测试,获取了轴心风速、粒径和沉积率的相关信息,并进行了分析．试验结果表明：轴向气流可以有效提高喷幅,并且在距离喷头较近处,其对于提高药液雾滴的沉积率有着更明显的作用;在工作压力为0．4MPa,静电电压为40kV,静电与风送的配合下可以获得较小的雾滴粒径,并且距离喷头越远,粒径在总体上越小;轴向气流对于较小雾滴的筛出及输送作用,使得轴向喷雾范围中部的雾滴能够获得相对较好的粒径分布均匀性;植株与喷头的不同距离对应于静电与风送之间不同的配合效果,从而影响药液雾滴的沉积率,当植株与喷头之间拥有合理的距离时,药液雾滴能够获得较高的沉积率,对于本装置,在合理的距离下,可获得不小于50％的沉积率．     

不同电动植保无人机稻田雾滴沉积分布试验研究

为了研究旋翼类型和喷头类型对雾滴沉积影响,针对5种电动植保无人机进行水稻田雾滴沉积分布试验研究,试验机型包括单旋翼和多旋翼,喷头类型涉及离心式和液力式,并设置15L/hm2相同施药量,研究测定各机型的有效喷幅、雾滴沉积分布和冠层间的药液沉积量。试验结果表明:单旋翼机型具有较大的有效喷幅;离心式喷头雾滴沉积粒径较小,但雾滴沉积密度更大;各机型在作物上层的雾滴分布均匀性和药液沉积量最优,中层最差;相比液力式喷头,离心喷头可以获得更好的雾滴穿透效果。     

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%。     

喷杆喷雾机智能控制系统设计及试验

为提高喷雾均匀性和农药的有效利用率,针对大田作物施药的农艺要求,设计了一种安装于大田常用喷杆喷雾机的喷雾机智能控制系统,并介绍总体方案和工作原理。该系统主要包括变量施药、喷杆高度自动调节等功能,变量施药系统通过变量调节阀调节喷雾流量,通过喷雾量与作业速度自适应控制模型,实现作业过程中药液均匀喷施;喷杆高度调节系统采用超声波传感器检测喷头与作物顶端的距离,根据设定的目标高度,控制电动缸动作,调节喷杆高度。试验表明:变量喷雾控制系统能够根据设定喷量和作业速度的变化准确发出调控指令,控制流量调节阀动作进行流量调节,提高了喷雾作业的均匀性,喷雾精度误差最小为2.24%,能够有效提高喷药作业质量;喷杆高度调节最大误差为5.40%,提高了喷杆与作物顶端距离调整的准确度。     

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。