作物冠层雾滴沉积研究进展与展望

精准施药的目标是实现冠层内雾滴的全覆盖和均匀沉积。然而,作物冠层形态、郁闭度和枝叶力学参数等特征差异大,需综合靶标特征参数、器械施药能力、施药环境条件等作业工况参数,才能实现最少药液用量和最佳雾滴沉积的双重目标,从而提高药液利用率、确保防治效果、降低环境污染。雾滴沉积机理、检测与分析是精准施药参数优化与控制的决策依据,成为数字化、智能化植保作业装备技术发展的研究热点。首先分析了不同施药方式下冠层内雾滴沉积过程及辅助手段对沉积性能的影响机理,归纳了改善作物冠层内雾滴沉积的不同研究视角、方法和层次。然后从沉积性能田间试验研究、沉积机理分析与建模、雾滴沉积检测与评价、施药作业参数优化等方面重点阐述,分析了近年来冠层雾滴沉积中雾滴、枝叶、气流等交互作用研究的共性关键问题,归纳了该领域技术研究的开放性问题。最后总结了精准施药技术中作物冠层雾滴沉积相关研究面临的挑战和机遇,提出了融合多源传感技术和大数据分析及深度学习等人工智能技术,构建作物冠层雾滴运移及沉积数字孪生体,实现冠层雾滴运移沉积过程数字化描述与分析的研究建议。     

多肥料变比变量施肥过程模拟与排落肥结构优化

变比变量施肥中,排肥管和落肥管结构对多种肥料的掺混性能和排肥滞后有重要影响。在已完成掺混腔结构优选的基础上,使用离散元法对变比变量施肥和撒播过程加以仿真,分析不同排肥管高度与落肥管三角波纹形状对颗粒运动的影响,依据提出的性能评价指标,优化排肥管和落肥管结构。计算结果及机理分析表明:排肥管高度越大,颗粒在下落、碰撞及混合各阶段的速度越大,颗粒与掺混腔壁面碰撞后形成的散布面积越大,颗粒混合均匀性越好,颗粒混合配比标准差越小;落肥管三角波纹高度在4~6 mm范围内,相对于无波纹情况,可增加颗粒与落肥管间和颗粒间的碰撞次数进而促进颗粒均匀掺混,但高度过大会延缓与其接触的颗粒下落。当落肥管三角波纹高度约为2 mm时,即为肥料颗粒直径的40%~60%,最有利于促进肥料颗粒之间的混合,同时三角波纹对颗粒下落的滞后影响较小。     

喷杆喷雾机精确对靶施药系统设计与试验

为减少大田施药时农药浪费,有效控制农药残留污染,针对植株行距、株距较大的作物对行施药的农艺要求,设计了喷杆喷雾精确对靶施药系统并进行试验。该系统以大田常用喷杆喷雾机为载体,沿喷杆方向按一定间距布置对应行和垄沟的超声测距传感器,实时采集喷杆到植株冠层以及喷杆到垄沟底部的距离信号;通过信号调幅消除由垄沟凹凸不平以及喷杆自身振动所产生的噪声影响。将调幅后的冠层高度信息依据植株株高、冠层胸径和冠层株高标准差等特征进行模式分析,从而识别靶标位置实现精准对靶。以大田团棵期烟草植株为对象,在烟草植株的株高达到30 cm左右,展开叶达15片左右时开展田间试验。结果表明:设计的精确对靶施药系统在植株平均胸径31 cm,株距比例39.2%的大田里,节省药液30%左右;在植株平均胸径35 cm,株距比例31.6%的大田里,节省药液20%左右。因此,此系统对大田植株间距在15 cm以上的对靶施药作业中具有较好的实用性。     

小麦宽苗带种植模式下微喷灌管网布置优化

针对小麦宽苗带种植模式下满足灌水均匀度目标的最大轮灌面积和微喷灌管网优化投入问题,研究该种植模式下的微喷带铺设及优化布置方法。首先,针对小麦宽苗带种植模式讨论微喷带田间铺设方案;其次通过对微喷带沿程压力损失和出流量进行水力解析,并考虑密植作物遮挡作用,对微喷带出水孔射流轨迹进行数值仿真,建立微喷带铺设约束条件;在此基础上,建立3种常用微喷带单、双向铺设的最大轮灌面积和单位面积管网投资费用目标函数;最后,以山东农业科学院小麦试验示范基地田间管网布置为例,在MATLAB环境下运用遗传算法进行优化求解。优化结果表明:选用喷射角度80°微喷带并且采用微喷带与作物种植方向相垂直,支管与作物种植方向平行的改良铺设方法,可以提高微喷带喷射幅度,有效改善小麦遮挡产生喷水不均匀现象,综合考虑经济性和最大轮灌面积,N63是微喷带首选型号,田间微喷带铺设以双向铺设为优。     

禽蛋自动捡拾系统结构设计及机械手运动规划

针对目前国产自动集蛋设备自动化程度低,无法满足自动化禽蛋生产需要的问题,设计了包括禽蛋运输装置、震动矫正装置和捡拾执行装置的禽蛋自动捡拾系统,开发了禽蛋捡拾控制系统,实现了传送带上禽蛋的自动捡拾装盘功能;分析确定了捡拾机械手提升舵机输出力矩和吸盘吸气压力参数,优选了捡拾机械手的提升舵机和抽气泵,研究了机械手路径规划、追踪路线预估及取蛋-放蛋方案,加工了禽蛋自动捡拾系统样机,开展了样机捡蛋成功率、捡拾速率和取蛋-放蛋方案优化试验。试验结果表明:该装置操作简单、定位可靠,捡拾机械手捡蛋成功率达到98.3%,捡蛋入盘操作速率每次最快达2.4 s;禽蛋自动捡拾系统采用从传送带远离机械手一侧开始同向取蛋与蛋托左端靠近机械手一侧开始同向放蛋的组合,捡拾30枚鸡蛋平均所用时间最短为73.2 s。该研究为禽蛋自动化生产中的捡拾系统结构设计提供了参考。     

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。     

MQ—600型气流辅助式喷杆弥雾机风机设计与试验

设计了用于MQ—600型气流辅助式喷杆弥雾机的轴流风机。根据气流辅助式喷杆弥雾机喷施作物冠层的末速度原则,确定风机的风量、风压和出流速度等参数;以此作为风机设计的依据,设计计算了轴流风机的比转数、轮毂比、外径、叶片各截面气流全压分布等关键参数,进行了风机叶片选型、叶片各截面处弦长和叶片数量计算。并对风机驱动系统进行了设计。根据设计结果加工了物理样机,并对其性能进行了试验研究,试验结果表明,风机转速1473r/min时,风助风筒出口风速32.1m/s, 出口风下方0.5m处风速8.6m/s,风机性能满足使用要求。     

植保静电喷雾技术发展现状与前景

静电喷雾技术作为现代农业的先进植保技术,相比于普通喷雾施药技术在雾滴沉积率、分布均匀性和药液利用率等方面体现出较好的改善效果,是未来农业可持续发展过程中实现节能减药、降本增效的重要技术手段。为此,对植保静电喷雾技术的发展进程进行了详细梳理,对比介绍和分析了静电喷雾3种荷电方式的基本电工学原理及其技术优缺点;追溯和介绍了国内外学者在药液荷电雾化、荷电雾滴输运、荷电雾滴与靶标的交互沉积3个方面的研究进展,并简要介绍了国内外已有的植保静电喷雾商业化产品和各式静电喷雾样机;同时,深入剖析了植保静电喷雾技术研究和应用中存在的问题,探讨了后续研究中亟需解决的难点和未来可行的应用模式,以期为植保静电喷雾技术的后续研究和应用提供借鉴与参考。