果园风送式喷雾机在矮砧苹果园的应用与喷施效果评价

为综合评价3WG-1200A型风送式果林喷雾机在现代矮砧栽培苹果园的应用与喷施效果,本试验对该喷雾机在苹果树体上、中、下不同冠层(2.0、1.5、1.0 m)以及东、南、西、北、中5个方位的雾滴密度、覆盖率及雾滴粒径进行研究。结果显示:树体上的雾滴密度为每平方厘米166.99个,雾滴覆盖率为48.23%,雾滴粒径为138.63μm;雾滴密度和覆盖率在树体上、中、下冠层的变化趋势一致,上部冠层与中部冠层差异不显著,但均高于下部冠层,而树体不同冠层的雾滴粒径变化趋势与之相反。雾滴覆盖率和粒径在树体东、南、西、北、中5个方位的变化趋势一致,中和东方位的数值最高,其次分别为北、南和西方位。本试验表明,3WG-1200A型风送式果林喷雾机在现代矮砧苹果园中的雾滴特性符合病虫害防治要求,可为矮砧苹果园中施药器械的应用及改进提供参考。     

3WPZ-300喷杆喷雾机甘蓝地施药作业性能试验研究

为探究喷杆喷雾机在甘蓝菜园的喷雾效果、作业防效、漂移性能、雾滴大小及均匀度,以‘中甘二十一’甘蓝为试验对象,采用水敏纸检测喷雾雾滴,试验分析3WPZ-300喷杆喷雾机在地膜覆盖甘蓝菜园药液喷洒作业的各项性能指标。结果表明：喷雾机的纯工作小时生产率约是3.32 hm²/h,用水量约是389.81L/hm²,比电动喷雾器节水13.4%,可满足大面积甘蓝种植园的植保作业需求;雾滴在甘蓝叶面覆盖率均值为39.82%,叶背为19.21%,可实现药液的均匀覆盖;经喷杆喷雾机施药作业,对甘蓝的有效防护天数平均为7.8 d,满足防效要求。     

单旋翼油动无人机与圆形果园风送喷雾机作业性能对比试验研究

为验证单旋翼油动无人机在丘陵山地果园的喷雾效果,将单旋翼油动无人机与圆形果园风送喷雾机在矮砧密植苹果园进行喷雾性能对比试验,结果表明:单旋翼油动无人机喷雾作业的果树上中下层雾滴沉积覆盖率分别为0.66%~21.98%、1.20%~16.17%、0.38%~3.96%,雾滴平均体积中值直径大小顺序依次为上层>中层>下层;圆形果园风送喷雾机喷雾作业的果树上中下层雾滴沉积覆盖率分别为5.68%~24.94%、2.64%~34.61%、3.15%~21.78%,雾滴平均体积中值直径大小顺序依次为下层>中层>上层;单旋翼油动无人机喷洒的雾滴在果树中上层的沉积效果显著,圆形果园风送喷雾机则为中下层效果显著。排除机具故障等不确定因素影响,无人机作业的工作效能与节水省药性能优于喷雾机;在果园生产抢农时和病虫害应急处理中,无人机表现出较好的实用性能。     

宽喷幅风送式喷雾机在果树冠层中喷雾有效性及雾滴穿透性试验研究

风送式喷雾可以有效地抵御自然风的干扰,减少雾滴的漂移,其喷雾有效性及雾滴的穿透性直接影响着喷雾机的喷雾性能.以宽喷幅风送式喷雾机为试验平台,用0.1％的罗丹明B为示踪剂,对靶标树进行了喷雾试验,研究宽喷幅风送式喷雾机雾滴沉积的有效性与穿透性.结果表明:喷雾雾滴在树冠前冠面及内膛均有较高的效率,在靶标树的前冠面、中膛、后冠面和距离树冠后方10 cm的外截面等4个截面上都有雾滴沉积,喷雾有效率分别为100％、86.2％、48.3％和62.1％;树冠前冠面、中膛、后冠面雾滴沉积量分别为0.028、0.007、0.003 mL,树冠前后地面上有明显的雾滴沉积,地面采样点上的沉积量分别为0.044、0.031 mL;喷雾过程中气流在靶标树两边存在绕流是引起树冠后方雾滴沉积的原因,关闭处于喷口下方的喷头可以减少雾滴在地面上的沉积.     

基于CFD果园风送式喷雾机雾滴沉积特性研究

自制应用于柑橘园施药的风送式喷雾机,并基于CFD建立喷雾机雾滴运动轨迹及沉积模型,考察该喷雾机雾滴沉积特性及送风方向对雾滴沉积的影响。根据喷雾机尺寸参数,建立喷雾流场二维模型,并确定DPM模型参数,模拟获得距喷头不同距离的垂直截面上雾滴沉积量。试验结果显示:在距喷头1.0 m的范围内,雾滴沉积特性与试验结果相符,且在1.0 m范围内,送风角度的增加对雾滴飘移影响较小,随着与喷头距离的增大,送风角度对底部雾滴飘移损失的影响逐渐加剧;在距喷头1.0 m范围以外,雾滴沉积特性与实际试验结果偏差较大,但雾滴沉积量随与喷头距离的增大而逐渐减少的规律是一致的。     

果园风送式喷雾机设计

[目的]针对我国苹果生产过程中施药技术落后等的题,研究设计出一种新型果园喷雾机。[方法]通过对主要部件设计研制出了适应新型果园种植模式果园喷雾机,并进行试验验证。[结果]验证结果表明新型果园喷雾机工作效率高、噴量稳定、雾化均匀、穿透性好,能够满足新型种植模式果园施药要求。[结论]风送式果园喷雾机使用方便、节药节水,具有广阔应用前景。     

果园多风机风送喷雾机聚风筒聚风特性的试验研究

针对传统果园多风机风送喷雾机存在风能利用率低,出风口到靶标之间喷雾四散飘移的问题,对风机配置聚风筒（直筒式、渐缩式、渐开式）的风送喷雾系统的聚风喷雾性能进行研究。通过对聚风筒风场进行仿真模拟,设计对标试验确定了仿真模型与计算的可靠性。设计单因素试验和响应面参数优化试验分析风筒类型、聚风筒长度和风机转速对聚风特性的影响并确定聚风筒的最佳参数设计组合。试验结果表明：有聚风筒的风送喷雾系统对雾滴的胁迫作用明显显著优于无风筒的,且呈现了较好的聚风雾化作用,渐缩式风筒的性能尤为明显;气流集中性能由高到低排序为渐缩式、直筒式、渐开式、无风筒,聚风筒胁迫雾滴的横向穿透性能由高到低为渐缩式、直筒式、渐开式;风筒长度在30～70cm范围内,长度越长,聚风性能越好;随着转速呈倍数的增加,风场速度峰值也呈倍数增加,转速的改变不影响速度峰值的位置。聚风筒最佳参数设计组合为风筒类型为渐缩式,风筒长度为70cm,风机转速1 440r/min,此组合下的风速为4.156m/s,风场纵向幅宽为1 585.32mm。     

果园风送式喷雾机气体流场对飘移性的影响

为了确定单风筒风送式喷雾机新型风筒结构参数和风机的送风速度对雾滴飘移性的影响,对各因素取不同值时的沉积率作进一步分析研究。通过试验发现结构参数对雾滴沉积率具有显著性影响,且影响程度由高到低排列依次是同轴柱形导风筒的长度、锥形导风筒的角度、锥形导风筒的长度、同轴柱形导风筒的直径;各参数间两两交互作用中,柱形导风筒的长度和锥形导风筒的角度间的交互作用最重要。风筒进风口的风速对雾滴沉积率具有显著性影响,沉积率与风速成正相关。     

果园风送喷雾机蝶型导流结构设计仿真与试验

针对传统风送喷雾机风道气流分布不均匀的问题,设计1种蝶型导流结构,对不同进风口直径、风道倾斜角度、涡轮转速等结构参数,利用Flow simulation软件对导流结构内部气流场进行模拟仿真,监测6个出风口风速,并计算其速度均值和标准差,并通过正交实验法,以均值和标准差为优化响应值,得出最优配置参数为进风口直径535 mm、风道倾斜角度90°、风机转速190 rad/s。对调整风道参数后的导流结构内部气流场模拟仿真,分析其速度云图和相对压力云图,6个出风口风速分别为20.394、22.232、25.799、20.159、22.446、23.732 m/s,风速均值为22.627 m/s,标准差为1.93,风速分布较均匀,压力分布均匀。通过试验验证,出风口风速真实值与模拟值误差不超过5%,叶面叶背雾滴沉积密度在20滴/cm²以上,变异系数不超过10%,雾滴分布均匀,蝶型导流结构设计符合要求。     

喷雾压力对远射程及宽喷幅风送式喷雾机雾滴粒径的影响

雾滴参数是衡量喷雾效果的重要指标,为了解喷雾压力对远射程及宽喷幅风送式喷雾机雾滴参数的影响,分别以远射程及宽喷幅风送式喷雾机为试验平台,利用激光粒度仪分别测量6种喷雾压力下2种喷雾机的雾滴参数,分析雾滴粒径的大小、分布及均匀性随喷雾压力变化的规律。结果表明,喷雾压力对2种喷雾机的雾滴参数均有一定的影响。远射程风送式喷雾机射程方向7 m处没有50μm的小雾滴,400μm粗雾滴出现的比例随喷雾压力的增加而变小,粗雾滴出现的比例0.400%。雾滴扩散比随压力的增大而增大,介于0.62～0.68。喷雾压力的增加有利于喷雾质量的提升。宽喷幅风送式喷雾机射程方向2.5 m处的雾滴中,50μm小雾滴出现的比例为4.772%～22.603%,没有出现400μm的粗雾滴。雾滴扩散比介于0.77～0.88。喷雾压力的改变对喷雾质量的影响不明显。     

喷雾高度可调的果园风送喷雾机的设计

【目的】设计喷雾高度可调的牵引式果园风送喷雾机,以满足不同果树对喷雾机喷雾高度可调的要求。【方法】针对轴流风机式果园风送喷雾机难以满足不同果树喷雾高度可变的不足,基于喷雾高度可调的目的,设计了一种由1对转向相反的离心风机和角度可调的导流风箱为核心的牵引式果园风送喷雾机,在需求分析和虚拟三维建模的基础上,完成了各关键部件技术参数和整机结构的确定,并通过试验分析了该喷雾机在不同喷雾角度、风机转速、喷雾距离和喷雾压力条件下喷雾沉积量的分布情况。【结果】设计的以转向相反的离心风机和角度可调的导流风箱为核心的牵引式果园风送喷雾机,在离心风机转速为1 200r/min、喷雾距离为2.5m、喷雾压力为0.7MPa、导流风箱的角度为0°和15°时,喷雾沉积量适宜的施药高度分别为0.8~2.4m和1.6~3.2m。【结论】所设计的果园风送喷雾机可以满足果园对不同高度果树施药的农艺要求。     

A new integrated CFD modelling approach towards air-assisted orchard spraying—Part II: Validation for different sprayer types

A computational fluid dynamics (CFD) model to simulate airflow from air-assisted orchard sprayers through pear canopies was validated for three different sprayers; single-fan (Condor V), two-fan (Duoprop) and four-fan sprayers (AirJet Quatt). The first two sprayers are widely used in Belgium and the latter one is a new design. Validation experiments were carried out in an experimental orchard (pcfruit, Velm, Belgium) in spring 2008. Ultrasonic anemometers were used to measure the time-averaged velocity components at different vertical positions before the tree and after the tree when the sprayers were driven through the orchard. The model was able to predict accurately the peak jet velocity, U_m from all the sprayers considered at all distances from the sprayer centre and vertical positions. More than 95% of the local relative errors of U_m were below 20%. Average relative errors, E, and root mean square errors, E_RMS, were all less than 11.04% and 1.68 m s⁻¹, respectively. The regions of high- (up to 18.0 m s⁻¹ upstream) and low (down to 2.8 m s⁻¹ downstream)-air velocity zones for all the sprayers were accurately predicted. The simulation results showed that the Condor V sprayer had a highly disturbed vertical jet velocity profile, especially at higher heights. The Duoprop sprayer had high jet velocities at the two-fan positions and lower jet velocity in between the two fans. Within the canopy height the AirJet Quatt sprayer showed a more uniform distribution of air than the other two sprayers except the minor peaks at the fan positions. These situations were all confirmed by the measurements.     

风送式集中排肥系统的设计与试验

针对外槽轮排肥装置施肥作业均匀性不高的问题,设计一种风送式集中排肥装置及同步施肥控制系统。通过台架试验比较直槽、交错槽和螺旋槽3种排肥轮结构的排肥性能,并建立排肥轮转速与排肥速率的线性回归方程;基于北斗+GPS系统和限幅平均滤波算法提高行驶速度的监测精度,并据此开发施肥控制系统。结果表明：1)排肥轮转速为10～60 r/min时,螺旋槽结构排肥轮具有较好的排肥性能,排肥量稳定性变异系数和各行排肥量一致性变异系数分别为0.15%和1.57%,排肥量均匀性变异系数<4%。2)排肥轮转速<60 r/min时,施肥控制系统的施肥调整响应时间<0.85 s;当理论施肥量和平均作业速度分别为300～600 kg/hm²和5.22 km/h时,施肥准确率>95%。该风送式集中排肥装置及施肥控制系统可以实现同步、精量和均匀施肥作业。     

喷雾器及施液量对水稻冠层农药雾滴沉积特性的影响

【目的】分析弥雾机和手动喷雾器在不同施液量条件下喷雾,农药雾滴在水稻冠层沉积分布特征,阐明农药剂量的沉积结构及空间分布对药剂防治效果的影响。【方法】以农药雾滴采集装置和水敏纸收集农药雾滴,通过DepositScan软件分析雾滴覆盖率和雾滴密度,并利用示踪剂估测农药沉积量。【结果】弥雾机和手动喷雾器不同施液量条件下喷雾,叶角45°和0°水稻叶片正面的雾滴覆盖率显著高于叶片反面。弥雾机在225、450、600 L•hm-2施液量条件下喷雾,叶角0°水稻叶片反面的雾滴密度均大于200个/cm2,施液量间差异显著。手动喷雾器在600、900、1 200 L•hm-2施液量条件下喷雾,叶角0°和45°水稻叶片反面的雾滴密度均小于15个/cm2,施液量间无显著差异。相同剂量,弥雾机在450 L•hm-2施液量条件下喷雾,水稻冠层各位点上的农药沉积量最高;而手动喷雾器不同施液量条件下喷雾,水稻冠层各位点上的农药沉积量无显著差异。手动喷雾器喷雾叶片反面的农药沉积量均低于弥雾机喷雾。用15 g a.i.•hm-2氯虫苯甲酰胺防治纵卷叶螟,弥雾机在施液量450 L•hm-2条件下喷雾的防治效果最高,手动喷雾器在施液量1 200 L•hm-2条件下喷雾的防治效果最差。【结论】弥雾机和手动喷雾器稻田喷雾,农药雾滴在水稻叶片正面的覆盖率均高于叶片反面。弥雾机喷雾时增加施液量,能提高水稻叶片反面的雾滴密度和覆盖率;手动喷雾器喷雾时增加施液量,无显著效应。与手动喷雾器相比,弥雾机喷雾显著增加了叶片反面的雾滴密度、雾滴覆盖率及农药沉积量,能显著提高药剂的防治效果。     

A new integrated CFD modelling approach towards air-assisted orchard spraying. Part I. Model development and effect of wind speed and direction on sprayer airflow

The current trend in modelling flow phenomena within trees such as in orchards follows the assumption of the space occupied by the trees as a porous and horizontally homogeneous medium to avoid the flow details associated with the individual plants. This being sufficient at a larger field or regional scale much has to be done at a plant scale to analyse the flow details within the plant and its elements especially for sensitive agricultural operations such as spraying. This article presents an integrated 3D computational fluid dynamics (CFD) model of airflow from a two-fan air-assisted cross-flow orchard sprayer through non-leafed orchard pear trees of 3 m average height. In this model the effect of the solid part of the canopy on airflow was modelled by directly introducing the actual 3D architecture of the canopy into the CFD model. The effect of small canopy parts, such as very short and thin branches and flowers that were not incorporated in the geometrical model, on airflow was simulated by introducing source-sink terms in the Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) momentum and k-? turbulence equations in a sub-domain created around the branches. This model was implemented in a CFD code of ANSYS-CFX-11.0 (ANSYS, Inc., Canonsburg, PA, USA). In this work it was possible to link the real 3D architecture of pear canopy into a CFD code of CFX. The model was able to capture the local effects of the canopy and its parts on wind and sprayer airflow directly by inserting the tree structure into the model which gave realistic results. The model showed that within the injection region of the sprayer there was an average reduction of the jet velocity by 1 m s⁻¹ for a distance of 2.3 m from the sprayer outlet due to the presence of leafless pear canopy. This reduction was variable at different vertical positions due to the difference in the canopy density. Maximal effect of the canopy was observed in the middle height of the trees between 0.25 m and 2.5 m which is the denser region with a bunch of several branches. The maximum velocity difference observed between these two positions was 1.35 m s⁻¹ at 1.75 m height. Thus, regions of high and low air velocity zones of the sprayer due to the variable branch density of the pear tree were predicted. The effects of wind speed and direction on the air jet from the sprayer were investigated using the model. For a cross- (direction of 90°) wind speed of 5 m s⁻¹ there was about 2 m s⁻¹ reduction in the sprayer jet velocity at the jet centre and 0.5 m horizontal shift of the jet centre towards the wind direction. Generally there was a decrease in the jet velocity with increasing cross-wind and decreasing wind direction with respect to the jet direction.     

移动式温室风幕静电施药平台设计及试验

针对传统温室人工施药时,药量分配不均匀、农药大量浪费的现象,探索温室施药的新方式,以提高农药利用率和作业效率。根据温室作业环境,研制一种适应于温室的风幕式静电施药机具,确定整机结构方案及关键部件技术参数。以出口风速为试验变量参数,以覆盖率、沉积量、覆盖率均匀度和沉积量均匀度为评价指标,分析了出口风速参数对施药效果的影响。综合流体力学和机械设计知识,计算确定出风口间距0.5 m,出风口半径0.012 5 m,风机功率3 k W。实现了风送、喷雾量和喷雾高度可调,出口风速0-35 m/s可调,喷头流量0.2-1.0 L/min可调,喷雾高度1.15-1.95 m可调。试验结果表明,出口风速为25 m/s时,相对于其他风速,沉积量和覆盖率达到较好的值,均匀度分别稳定在85%和75%。与传统人工施药相比,风幕式静电施药的雾滴穿透性高,分散程度高,可避免重复施药和减少农药施用量。同时,合理的气流参数会进一步提高机具施药效果。     

温室自走式弥雾机远程控制系统的设计与试验

针对温室内手动施药劳动强度大、容易造成施药人员中毒等问题,利用GSM网络技术平台,设计基于手机信息发送指令的自走式弥雾机远程控制系统。该系统采用GSM模块和手机及单片机之间的双向通信实现手机对弥雾机行走速度和喷雾流量设定,运用Keil C51V9.00软件编程,对动作流程进行决策,控制弥雾机自动喷药。试验结果表明:该系统响应时间约为3s,弥雾机停止工作时,有一定的响应距离,最大为0.59m;当行走速度为4~12cm/s,喷雾流量50~300mL/min时,雾滴分布变异系数为3%~5%,喷雾均匀性较好。该远程控制系统可以满足在温室大棚内的使用要求,与传统施药方法相比,简化了植保机械的操作过程,有利于减轻劳动强度,保障人身安全。