The potential environmental impact of pesticides removed from sprayers during cleaning

BACKGROUND: There is concern that pesticide residues on the external surfaces of sprayers could have an adverse impact on the environment if they are washed off, yet there is a need to remove these residues for health reasons. The aim of this study was to quantify pesticide residues contained in washings from cleaning discrete parts of a sprayer and to assess their likely environmental impact. RESULTS: The boom/rear of the sprayer and the spray tank accounted for 80% of the total pesticide load in the washings. Predicted environmental pesticide concentrations from sprayer washings were lower than predictions from the FOCUS surface water model for pesticides used under normal agricultural conditions, although for tebuconazole this difference was smaller than for the other compounds investigated. The field area over which the residues may need to be uniformly deposited to avoid overdosing during infield cleaning was typically less than 0.5 m(2), with a maximum value of 4 m(2). CONCLUSIONS: It is unlikely that infield cleaning will lead to overdosing. External residues are not insignificant, so any adverse impact on the environment must be mitigated. Appropriate measures include cleaning in the field away from surface waters and other sensitive areas, and cleaning machines over bunded areas or similar.     

农林仿形对靶喷雾及其控制技术研究进展

仿形对靶喷雾是实现农林精确施药的一种重要技术方式,近年来在理论发展和技术应用中取得重要进展。文中从仿形喷雾目标探测技术、常用仿形机构、仿形对靶控制及算法、仿形变量喷雾测试技术和典型农林仿形喷雾机方面评述现有仿形对靶喷雾技术,归纳包括红外线、超声波、图像和LIDAR等仿形喷雾目标探测方法与技术;分析常用仿形机构的仿形原理和各自设计的优缺点,强调轻量化是仿形机构设计的趋势;综述仿形对靶喷雾控制系统硬件和软件方面的发展,强调智能算法的应用能有效提高仿形喷雾控制系统的鲁棒性;分析评述仿形变量喷雾测试装置、喷雾系统数学模型和PWM变量喷雾技术的进展;介绍几种典型的农林仿形喷雾机,并提出农林仿形对靶喷雾的研究建议。     

喷雾机喷杆结构形状及截面尺寸优化与试验

针对喷雾机喷杆结构动力学特性原始设计缺陷,该文提出了一种基于遗传算法的多变量优化方法。以平面十八杆桁架单元为基础结构,在Abaqus平台中建立了单侧喷杆参数化有限元模型。基于Isight多学科多目标优化平台提取模型设计变量组及优化目标,采用多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)对喷杆桁架结构形状及杆件截面尺寸进行优化,得到了一阶固有频率为10.87 Hz,质量为35.82 kg,幅宽为5 m的单侧喷杆结构模型。根据优化后模型的结构参数制造喷杆样品,通过对其进行模态试验验证了数值模型的准确性。针对优化前、后喷杆模型进行了以位移功率谱密度(power spectrum density,PSD)函数为激励的随机振动仿真,结果表明,优化后喷杆模型的质量下降并没有明显增加其在竖直方向上振动位移响应量。该文研究结果可为进一步研究喷雾机喷杆结构的动力学性能优化提供依据。     

高地隙植保机速度自动控制系统研制

针对当前高地隙植保机自动化程度不高、作业时行驶速度变化较大影响施药质量等问题,设计具备手动、自动切换功能的速度自动控制系统。以雷沃ARBOS高地隙植保机为研究平台,采用机电一体化控制方法对其变速执行机构、速度控制过程与特性进行分析,采用基于比例微分算法的速度控制方法,实时计算并控制速度执行机构的动作,实现行驶速度的自动调节。田间试验表明,高地隙植保机速度自动控制系统能够按照速度指令控制静液压行走驱动系统的输出,在平均行驶速度为0.21、0.83和0.94 m/s时,最大速度控制误差分别为0.05、0.10和0.10 m/s,满足高地隙植保机行驶速度控制的基本要求。     

风送喷雾气流衰减与扩展规律分析与试验

针对果园风送喷雾对气流的特定需求,为了明确喷雾机出口处到果树冠层间的气流分布规律,在环向出风式喷雾机基础上,采用量纲法理论分析喷雾气流的轴向速度衰减规律、射流扩展规律,并在Ansys 15.0 Fluent平台上选用Realizableκ-ε模型仿真了初速度为10、15、20m/s下的衰减与扩展规律。同时,结合试验数据建立了喷雾气流衰减模型uc=0.5 7 8 u0x^-0.5,模型显著性检验F值小于临界值;气流边界扩展模型b=0.154 x,模型的决定系数为0.972 4。该研究可为果园风送喷雾机设计及气流场分析提供参考。     

水田自走式喷雾机喷杆自动调平系统设计与试验

为提高水田自走式喷雾机喷施作业均匀性,设计了喷杆自动调平系统,包括自动调平机械结构、喷雾机车身倾角传感器和控制器,以及车身倾角传感器和控制器的硬件系统和软件系统,并研究了对加速度计和陀螺仪数据进行融合的卡尔曼滤波算法和喷杆自动调平PID控制算法。以井关JKB18C型喷雾机为平台,采用叉车调节喷雾机车身倾斜角度,用2台MTI-300高精度惯性传感器分别测量喷雾机车身和喷杆倾角,并进行了测试试验。结果表明:随着车身倾角变化速率的增加,喷杆倾斜角度的平均绝对误差、均方根误差和最大误差增大,平均绝对误差最大为0. 90°,均方根误差最大为1. 39°,最大误差为1. 70°,车身倾角变化速率对喷杆控制精度影响较大。为检测喷杆自动调平控制系统的田间作业性能,采用双天线RTK-GNSS导航定位系统测量喷雾机作业过程中喷杆水平倾角,并进行了田间试验。试验结果表明:喷杆相对于水平面的平均绝对误差最大为0.79°,均方根误差最大为0. 85°,最大误差为1. 70°,喷杆自动调平控制系统可以有效地控制喷杆的水平姿态。     

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。     

果园变量喷雾技术研究现状与前景分析

果园变量喷雾是提高农药有效利用率、提升果品品质的重要手段之一,已经成为国内外学者研究的热点课题。为明确果园变量喷雾技术与装备已处的研究阶段、所面临的挑战和未来发展的方向,该文从果园变量喷雾技术中冠层结构探测与重构、施药智能决策和变量喷雾执行系统3个主要环节,重点概述了冠层结构探测的主要技术手段及其优缺点,认为机器视觉技术、超声波传感技术、LIDAR(light detection and ranging)探测技术及其相互之间的组合传感技术是未来最主要发展的冠层结构探测技术;综述了当前所采用的基于果园面积GA(ground area)模型、基于冠层高度的LWH(leaf wall height)模型、基于树体面积的LWA(leaf wall area)模型和基于冠层体积的TRV(tree row volum)模型,在此基础上阐述了这4种模型之间的内在联系;在分析了对靶开关决策、离散型决策和连续型决策模型的现状和特点的基础上,提出基于模糊算法的施药量智能连续决策是未来重要的发展方向;从果园变量喷雾机所采用的传感技术、决策模型和所取得的技术指标方面论述了当前世界最典型的装备现状,进一步分析了施药量调控系统、风量调控系统和喷雾位置调控系统的研究现状,提出了风量快速调控系统和喷雾位置快速响应系统的发展方向,以期为果园变量喷雾技术与装备研究提供参考。     

轻便型高地隙喷杆喷雾机大豆田间施药试验

针对大豆作物生长中后期施药难、施药效果差的问题,设计了一种轮距1600～1750mm可调、地隙800mm、轴距2000mm、喷幅8000mm、具有风幕辅助喷雾系统的轻便型高地隙喷杆喷雾机,并进行了田间施药试验。试验结果表明：在作业速度4km/h时,通过提高喷雾压力可使大豆冠层叶片正面的雾滴覆盖率在上层提高19.0个百分点,中层提高17.0个百分点,下层增加不到5个百分点;叶片背面的雾滴覆盖率在上层提高5.5个百分点,中层提高2.3个百分点,下层增加不足1.0个百分点。通过更换喷嘴而提高雾滴的喷施量可以使大豆冠层叶片正面的雾滴覆盖率在上层提高210个百分点、中层提高26.0个百分点,下层提高10.0个百分点;叶片背面的雾滴覆盖率在上层提高5.0个百分点,中层提高1.0个百分点,下层无显著影响。当风幕出口风速为11.5m/s时,风幕系统能够使大豆冠层中部叶片正面雾滴覆盖率提高26.8个百分点,下部提高22.0个百分点,对大豆冠层上部叶片背面雾滴覆盖率提高23.1个百分点,中部提高18.1个百分点,下部提高8.4个百分点;风幕式施药技术能够有效提高雾滴在大豆冠层中的穿透性和分布均匀性,增加雾滴在植株各冠层叶片背面的附着率,但雾滴的地面流失率相对不使用风幕有所增加。     

松毛虫赤眼蜂结合自走式高秆作物喷雾机防治玉米螟的效果

为探索防治二代玉米螟幼虫的新技术,在田间释放松毛虫赤眼蜂后,应用自走式高秆作物喷雾机喷药防治玉米螟.结果表明,此综合技术防治玉米螟的平均防治效果达64.22％,挽回玉米产量损失率11.20％,而仅用赤眼蜂防治一代玉米螟的平均防治效果为56.95％,挽回玉米产量损失率9.25％.因此,自走式高秆作物喷雾机喷药对玉米螟二代幼虫有控制效果.松毛虫赤眼蜂结合自走式高秆作物喷雾机喷药的综合防治技术能够减少田间玉米螟一代和二代幼虫数量,在玉米螟多代发生区可根据玉米螟发生情况和粮食生产的需要进行选用.