喷雾助剂类型及浓度对喷头雾化效果影响

为达到农药减施增效的目的,助剂逐渐成为农药喷洒过程中必不可少的部分,其效果及浓度直接影响着施药过程中农药利用率。为探索不同助剂及浓度对喷头雾化效果的影响,该文利用激光粒度仪比较分析了IDK120-025型和LU120-015型喷头喷施不同浓度典型增效剂意欧、减量增产助剂激健、尿素时,其雾滴体积中径及雾滴分布相对跨度差异。两款喷头应用广泛,喷雾角度相同、喷腔雾化结构相异。结果表明：3种助剂溶液对IDK120-025型喷头的影响效果相比于LU120-015型喷头更为显著,但是LU120-015喷头喷雾雾滴均匀性较优于IDK120-025。激健溶液配比为1:3 000时,在0.4 MPa喷雾压力条件下,与水相比可将IDK喷头雾滴体积中径增加20.43%,粒径分布相对跨度减小1.74%;意欧溶液配比为1:2 000时,在0.4 MPa喷雾压力条件下,与水相比可将IDK喷头雾滴体积中径增加11.10%,粒径分布相对跨度减小8.86%;意欧溶液配比1:3 000时,在0.2 MPa喷雾压力条件下,与水相比可将LU喷头雾滴体积中径减小5.99%,粒径分布相对跨度增大1.56%;尿素溶液在配比1:2 000时,在0.4 MPa喷雾压力条件下,与水相比可将IDK喷头雾滴体积中径增加16.92%,粒径分布相对跨度减小6.92%。该试验可为田间农药施用中助剂及喷头的选择提供依据,为进一步研究喷头及助剂提供数据基础。     

基于高频电磁阀的脉宽调制变量喷头喷雾特性

为探究基于高频电磁阀的变量喷雾特性,该研究采用高频、对信号快速响应的电磁阀设计了高于20 Hz的脉宽调制(pulse width moderation,PWM)变量喷雾系统;针对农业施药作业上常用ST标准扇形和IDK防飘喷头,测试了不同频率和占空比对流量、雾滴粒径、雾化过程、纵向沉积分布均匀性的影响。结果表明,在高频下,流量与占空比呈线性关系,随着频率的增大,流量线性区间减小,增大压力和频率,可以有效增大流量调节倍数,30 Hz时最大可达10倍;PWM喷雾时,瞬间雾滴粒径发生周期性变化,增大频率,雾滴体积中值中径(volume medium diameter,VMD)平均值受占空比的影响变小,占空比增大,VMD有减小的趋势,对于ST110-02号喷头各频率下VMD从占空比20%~100%下降了100μm;沉积试验中,频率和占空比都会影响沉积均匀性,对于IDK120-04号喷头,占空比为40%时,30 Hz下的C.V(coefficient of variation)值较15Hz减小了6.07%;15 Hz时,IDK120-02和04号喷头在占空比40%到100%变异系数分别下降了11.75%和18.31%;30 Hz时,两喷头在占空比40%到100%变异系数分别下降8.72%和12.24%,并且,ST喷头沉积均匀性优于IDK喷头。该研究为高频电磁阀在PWM变量施药系统中的应用及参数选择提供理论基础。     

雾滴大小、叶片表面特性与倾角对农药沉积量的影响

为提高农药的有效利用率,研究雾滴大小、叶片表面性质与倾角对农药雾滴沉积量的影响,选用6种喷头ST110-01、ST110-02、ST110-03、ST110-04、ST110-05及IDK120-03,在设定叶片倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°时在棉花、水稻与小麦叶片上进行试验研究。结果表明:叶片表面性质、叶片倾角对沉积量影响差异显著,喷头类型,即雾滴大小,对沉积量影响不显著;减小叶片倾角有助于增加沉积量;叶片微结构可能是作物影响沉积量的原因。该研究可为农药有效利用率的提高提供参考。     

机采棉种植模式对植保机械化学脱叶作业效果的影响

种植模式优化是实现新疆棉花高产优质的重要途经，但其对机采棉化学脱叶环节农机农艺融合的影响还不明确。该研究开展了"矮密早"（1膜6行，66 cm + 10 cm宽窄行，R6）、"宽早优"（1膜3行，76 cm等行距，R3）2种机采棉种植模式下多旋翼植保无人机和自走式喷杆喷雾机2种植保机械的化学脱叶田间试验，通过测定叶片尺度脱叶剂雾滴粒径分布和沉积参数，系统分析了不同种植模式和植保机械组合对棉花冠层脱叶剂雾滴沉积特性、行间地面雾滴损失以及最终脱叶效果的影响。结果表明无人机作业的雾滴粒径分布、覆盖率、沉积量及行间地面损失与喷雾机相比均有显著差异（P<0.01）。喷雾机和无人机作业的100～300 μm粒径有效雾滴占比分别为2.60%和61.00%，无人机较喷雾机提高了58.40个百分点，雾滴粒径分布更均匀；雾滴覆盖率分别为42.05%和3.22%，喷雾机作业的雾滴覆盖率是无人机的13倍；沉积量分别为0.49和0.69 μg/cm2，喷雾机作业的雾滴沉积量仅为无人机的71.00%，这是因为无人机喷雾具有高浓度、低容量的特点。喷雾机喷施后棉花冠层下部较冠层上部的雾滴覆盖率和沉积量相对降低17.99%和17.63%，无人机作业后冠层下部的雾滴覆盖率和沉积量较冠层上部相对降低35.45%和53.71%，说明无人机喷施的雾滴穿透性不足；喷雾机作业后行间地面雾滴沉积损失量为无人机的1.91倍。种植模式对雾滴沉积特性有显著影响（P<0.01），与"矮密早"相比，"宽早优"模式冠层下部雾滴覆盖度提高18.59个百分点（相对提高117.60%），变异系数降低43.73个百分点（相对降低43.83%）；冠层下部雾滴沉积量提高0.33 μg/cm2（相对提高125.60%），变异系数降低31.63个百分点（相对降低36.00%），提高了雾滴的穿透性和均匀性。无人机二次喷施作业后，脱叶率在90%～94%间，满足棉花机采作业要求。综上，采用无人机进行化学脱叶作业雾滴粒径分布合理但穿透性不足，而采用"宽早优"模式可以改善无人机雾滴穿透性不足的问题，提升冠层内雾滴分布均匀性，在满足棉花机采对化学脱叶要求的前提下，降低作业过程对棉花生长和土壤环境的潜在影响。     

助剂S240对水分散性粒剂及乳油药液雾化的影响

为探究药液性质对喷头雾化的影响,该文应用粒子图像分析系统、高速摄影仪及粒径分析仪对ST110-03喷头与IDK120-03喷头进行试验研究,分析了水分散性粒剂Don-q、乳油Score及2种药剂条件下助剂Breakthru S240浓度对雾化区及雾滴谱的影响。未添加助剂时,农药剂型不同,2类喷头的雾化区及雾滴体积中径(volume medium diameter,VMD)均发生显著变化,水分散性粒剂溶液与自来水的雾化区结构、液膜长度和VMD相差不大;乳油溶液可以使2类喷头的雾化区结构发生显著变化,液膜长度分别减小35.2%和40.5%,VMD分别增大13.5%和28.9%;不同剂型农药条件下,随助剂浓度增大,2类喷头液膜区及破碎区结构均发生不同程度的变化,液膜长度均先减小后增大,VMD先增加后减小,即液膜长度变化与VMD变化呈现负相关性。结合药液理化性质研究发现表面张力是影响雾化的重要因素之一。该研究可为田间助剂浓度的添加范围及喷头雾化特性的模拟与模型建立提供参考。     

植保无人机低空低量施药雾滴沉积飘移分布立体测试方法

随着植保无人机在中国的广泛使用,植保无人机的沉积分布均匀性与雾滴飘移流失也引起各方面的重视。目前,针对植保无人机施药雾滴沉积飘移的测试方法较少,且着重于从沉积或飘移中某一方面分析植保无人机雾滴沉积飘移规律,未对作业中全方位的雾滴的沉积飘失规律进行系统测试。该文基于国际标准ISO22866和ISO24253建了1套针对低空低量植保无人机的立体测试方法,分别在地面布置沉积和飘移收集器,在空中架设立体沉积和空中飘移收集器,结合航拍影像所获取的植保无人机准确作业参数,对4个型号植保无人机分别搭载德国Lechler公司的IDK120-015和TR80-0067喷头进行了测试,系统分析了无人机周边的总沉积以验证方法准确性,计算了总地面沉降以表征可利用部分和空中耗散以评估环境风险。结果表明,各植保无人机地面沉积率在53.6%~76.6%,地面飘移率最高17.4%,空中飘移率可高达14.7%;该测试系统可收集62.4%~101.7%无人机喷洒出的雾滴。测试的4种植保无人机在搭载IDK喷头后均明显降低了雾滴飘移,但也同时降低地面沉积率;各植保无人机在搭载2种喷头时沉积规律不同,不同植保无人机设计需要选择不同喷头。该测试方法能够有效的收集并分析植保无人机在作业区域的雾滴立体分布状态,可为植保无人机综合评估提供新的参考依据。     

基于仿真果园试验台的植保无人机施药雾滴飘移测试方法与试验

植保无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)果树飞防植保作业中飞行高度较高并且采用低容量细小雾滴喷雾,飘移风险极高。但是,无人机果园施药雾滴飘移特性研究尚处于初步开展阶段,缺乏全方位综合测试方法以及对不同无人机机型和喷头类型的评价。该研究在前期研究基础上,提出一种基于仿真果园试验台的植保无人机果园施药雾滴飘移测试方法,设计并制作仿真葡萄园试验台和空中飘移收集装置,结合地面飘移收集装置和冠层沉积收集带,首次通过雾滴空间飘移指数ADX定量分析评价不同机型的喷雾过程中农药雾滴空间飘移特性,并采用田间近地飘移测试平台进行无人机喷雾飘移试验,使用荧光示踪法探究4种典型植保无人机(油动单旋翼、电动6旋翼及2种电动8旋翼无人机)分别搭载IDK 120-015空气射流喷头和TR 80-0067空心圆锥喷头喷雾作业的雾滴冠层沉积分布、地面飘移、近地飘移及空中飘移特性,进而对不同喷雾飘移测试收集装置进行评估。结果表明:在侧风速2.2～3.6 m/s,温度29.8～34.3℃,相对湿度10.7%～30.6%的环境条件下,IDK空气射流喷头在作业高度1.5 m、速度2.0 m/s参数下可显著降低无人机喷雾下风向飘移水平,优化沉积分布均匀性,提高农药雾滴利用率;4种机型飘移特性无显著差异,旋翼下洗气流产生的卷扬涡流是影响无人机喷雾飘移的重要因素;葡萄园喷雾作业缓冲区至少应设置为15 m;冠层沉积率越小(P0.05,r0)、沉积分布变异系数越高(P0.01,r0)、田间飘移平台平均均值飘移率和90%累积飘移距离越大(P0.01,r0)以及ADX值越大(P0.01,r0)均表明雾滴飘移风险越高,3种收集装置及其评价指标均可有效评估下风向飘移特性;植保无人机喷雾飘移率与下风向距离满足指数函数关系。研究结果以期为新型果树专用植保无人机研发、植保无人机果园作业喷雾飘移测试方法的标准制定和田间作业参数选择提供参考和数据支持。     

农用喷头雾化粒径测试方法比较及分布函数拟合

农药雾滴粒径是影响农药在靶标上的沉积量和分布均匀性的主要因素,测试方法和仪器很多。该文使用激光粒子图像分析测试系统(particle/droplet image analysis,PDIA)、Sympatec HELOS Vario激光衍射粒度分析仪和Spraytec实时喷雾粒度分析仪3种常用的雾滴粒径分析仪对ST喷头进行雾滴粒径测试,结果表明3种仪器测得的雾滴体积中径(VMD,volume median diameter)绝对结果有差异,但是与已有的喷头雾滴细度界限值相比,该文所用的不同仪器测量结果对相同喷头的定级相同。鉴于此,选用Spraytec对Lechler公司生产的IDK、TR和ST 3种类型、2个国标流量代号(02和03)的6种型号喷头在喷雾扇面内的VMD进行测试,基于最小二乘法对测试结果进一步分析拟合,得到VMD在喷雾扇面内分布规律的函数形式。回归拟合函数以位置信息(喷雾高度,水平位置)为自变量、VMD为因变量,经回归效果检验可知各函数F统计量皆大于其F临界值(α=0.05),且相关指数都大于0.8,表明该文中所得的拟合函数可以较准确地描述雾滴粒径分布规律,并较精确地预测出扇面中非测试点的雾滴粒径。这些拟合函数为进一步研究喷杆各喷头喷雾扇面叠合后的雾滴粒径分布提供了基础。     

挡板导流式喷雾机的防飘性能试验(简报)

为了测试新研制的挡板导流式喷雾机的防飘性能,本文对其与常规喷雾进行了仿真模拟试验与田间试验的对比研究。结果表明挡板导流式喷雾机改变了喷头周围的流场,使气流的水平速度减小,并产生了垂直向下的气流,减少了雾滴飘失的潜能并胁迫雾滴向靶标沉积。药液在小麦中、下冠层的沉积量分别增加了119.2%和112.3%,在冠层上总的沉积量增加了20.3%。上、中、下冠层叶面药液沉积量的变异系数分别为7.85%、6.37%和8.71%,都小于常规喷雾。     

挡板导流式喷雾机的防飘性能试验

为了测试新研制的挡板导流式喷雾机的防飘性能,本文对其与常规喷雾进行了仿真模拟试验与田间试验的对比研究.结果表明挡板导流式喷雾机改变了喷头周围的流场,使气流的水平速度减小,并产生了垂直向下的气流,减少了雾滴飘失的潜能并胁迫雾滴向靶标沉积.药液在小麦中、下冠层的沉积量分别增加了119.2%和112.3%,在冠层上总的沉积量增加了20.3%.上、中、下冠层叶面药液沉积量的变异系数分别为7.85%、6.37%和8.71%,都小于常规喷雾.     

施药喷嘴分级可行性及方法研究

针对国产农用喷嘴的雾滴粒径分级数据及方法缺失的问题,该文依据ASAE S572.1标准,以NJS-01植保低速风洞为平台建立了雾滴粒径标准测试方法。在规范的测试条件和测量程序下,以Teejet 11001、11003、11006、8008和6510不锈钢芯扇形喷嘴为参考喷嘴,测试了Teejet F110、Lurmark F110、国产Lanao F110、YZS80、YZK80等24种待分类喷嘴在0.2、0.3、0.4 MPa下的雾滴粒径。在此基础上建立了参考喷嘴的雾滴粒径分级参考图,提出了基于该参考图的喷嘴分级方法。同时用Teejet、Lurmark标准扇形雾喷嘴的测试数据和厂家提供的分级结果,验证了喷嘴分级方法的正确性和适用性。该文运用该分级方法对国产Lanao F110、YZS80、YZK80系列喷嘴在不同压力下的雾滴粒径进行分级,可为该类型国产喷嘴的选型和应用提供参考。     

高速气流条件下标准扇形喷头和空气诱导喷头雾化特性

标准扇形喷头与空气诱导喷头均为地面喷雾常用喷头,其在低速条件下的雾化特性已有较多研究,而在高速气流下的雾化特性尚不清楚。为了探究对比2种喷头在高速气流条件下的雾化特性,以及其用作航空喷头的可能性,基于北京农业智能装备技术研究中心自行设计制造的IEA-I型高速风洞,采用马尔文Spraytec喷雾粒度仪对德国Lechler公司生产的LU-120-03标准扇形压力喷头和IDK-120-03空气诱导喷头进行了测试。试验结果表明,两种类型喷头在距离出口0.15 m时,雾滴并未完全雾化。而在距离出口0.35 m时雾滴均已充分雾化。其中LU-120-03扇形压力喷头雾滴体积中径随风速增大从210μm逐渐减小至130μm,在管道压力达0.4 MPa以上时,其雾滴粒径分布跨度随风速增大逐渐从1.3增至1.5。而IDK-120-03空气诱导喷头产生的雾滴粒径相对较大,在风速为120 km/h时,达420~450μm,但其随着风速进一步增加快速减小,在风速达305 km/h时,其产生的雾滴体积中径降低到150μm。试验还发现管道压力变化对LU-120-03扇形压力喷头产生雾滴体积中径影响较大,而对IDK-120-03空气诱导喷头产生的雾滴体积中径影响较小。该研究可为固定翼有人机航空施药方案,如喷头选型、压力选择、作业速度选择等提供试验数据指导。     

植保无人机施药喷嘴的发展现状及其施药决策

农药的低利用率是影响农业生态环境和农产品品质安全的重要原因之一,优化农药喷施技术是提高农药利用率的有效手段。无人机植保喷施作业作为航空施药领域的重要组成部分,因其应对突发灾害能力强、不受作业地点限制等优势,具有巨大的发展潜力。喷嘴作为植保无人机喷施系统中的关键部件,主要分为液力雾化喷嘴和离心雾化喷嘴两大类,良好的喷嘴性能能够大大提升航空施药喷洒的均匀性,提高农药的利用效率。该文总结了各类植保无人机常用喷嘴的原理、特点以及应用场合,提出了喷嘴性能评价指标并总结了三大类常用的雾滴粒径、沉积量、分布、速度等指标的测量手段,包括雾滴收集方法,雾滴沉积量测试方法以及仪器测量法。最后,针对目前无人机施药缺乏专业的指导,农药喷施效果有待提升的现状,该文提出合理的施药决策是结合靶标作物、喷药需求以及喷施环境三方面因素共同作用的结果,并从喷嘴喷雾角、防堵塞性、喷嘴压力与流量以及最佳作业粒径4个方面分析了喷嘴选型的思路,从专业喷嘴选型决策系统的建立以及无人机植保专用喷嘴的研发两方面对今后的研究进行展望。     

航空植保作业用喷头在风洞和飞行条件下的雾滴粒径分布

为了获得GP-81A系列航空喷头的雾滴粒径分布情况,该文针对GP-81A系列航空喷头进行了风洞条件和飞行条件下的雾滴粒径及分布测试,通过高速风洞测试系统模拟飞行时产生的高速气流开展了气流大小对雾滴粒径及分布的影响研究;基于农用航空常用的Y5B飞机开展了不同型号喷嘴航空喷雾时的雾滴粒径及分布研究;同时,比较了相近喷雾压力条件下,相同喷嘴在风洞条件和飞行条件下的雾滴粒径及分布差距。试验结果表明,风洞条件测试时,当风速小于33.8 m/s时,雾滴粒径随气流的增加而增大;而当风速大于33.8 m/s时,雾滴粒径随气流的增加而减小,足够大的气流可以使雾滴进一步雾化。当气流在33.8 m/s时,7#喷嘴雾滴粒径最大,为491.1μm;当气流在84.87 m/s时,2#喷嘴雾滴粒径最小,为202.1μm。该系列喷头的6种不同喷孔的喷头的雾滴粒径均大于150μm,说明该喷头航空喷雾时的飘移损失较小。在喷雾压力基本相同的条件下,风洞条件下的雾滴粒径测试结果略高于飞行试验结果,主要原因是距离喷头出口的测试位置不同。风洞条件和飞行条件下的雾滴谱相对宽度S值均较小,表明雾滴分布较均匀,而飞行条件下的雾滴分布更均匀些。该研究为进一步优化航空喷头的作业参数,开展减少雾滴飘移研究提供参考。     

PWM连续变量喷雾的雾滴速度和能量特性

作者研发了一种基于脉宽调制技术（PWM）的连续式变量喷雾装置,并针对平口扇形、中空锥形和实心锥形3种喷嘴研究了此装置的雾化特性。该文介绍了此种装置的喷雾动态特性,即雾滴速度、喷雾比能（SE）、和喷雾动能中值直径（KEMD）随喷雾流量变化的规律。研究中采用丹麦Dantec公司生产的相位多普勒粒子动态分析仪（PDA）、在喷嘴正下方50 cm处测量了雾滴粒径和速度。对测量结果进行统计分析,得到了雾滴速度、SE、KEMD和体积中值直径（VMD）随流量变化的规律。研究结论为：雾滴速度和喷雾比能都随喷雾流量的减小而减小,尤其当占空比小于75%,雾滴速度的减小很显著;KEMD随着流量减小而减小,且与VMD的变化率一致,表明KEMD与雾滴粒径相关。     

喷管仰角和长度对负压反馈射流喷头水力性能的影响

负压反馈射流喷头(简称射流喷头)是中国自主研发的新型中程灌溉喷头。喷管是喷头的重要组成部分,对喷头水力性能影响重大。为针对性研究喷管参数(仰角、长度组合)对射流喷头水力性能的影响,寻找最优喷管参数,开展了不同喷管参数下射流喷头与PY_210摇臂式喷头水力性能对比试验。结果表明,在相同主喷嘴尺寸时,不同工作压力和不同喷管参数下,射流喷头均同比摇臂式喷头射程远1～2.5 m;射流喷头水量分布中近程呈现较好的"三角形"分布,远处出现水量"凸峰"。最后对试验数据采用综合评分法和熵权法进行分析,同时综合考虑实际喷头野外抗风性能和单一造价,确定最优综合评分下的主副喷管参数为:主副喷管长度组合4.2 cm×4.2 cm,工作压力为0.20～0.30 MPa时,主副喷管仰角40°×40°;工作压力为0.35 MPa时,主副喷管仰角30°×30°。