果园风送喷雾风量调节研究现状与趋势

与传统喷药装备相比,果园风送式喷雾机农药利用率和作业效率都明显提高,目前已成为果园机械化植保的主要机具,提高风送喷雾作业质量是机械化植保的重要研究内容。现阶段国内风送喷雾机大多采用恒定大风量喷雾,在喷雾过程中存在风送系统结构配置不当、风量作业参数调整实时性差,难以对风量进行精准控制等问题,很难做到同时适用多种树形,智能化喷雾程度较低。国内外风送喷雾机风送系统的研究主要集中在气流场分布、气流运动规律及变风装置结构、关键部件设计等方面,本文结合现阶段研究现状,对现有试验研究中所采用的风量理论原则,CFD风场模型仿真结果和变风量装置综合分析,提出基于农机农艺结合改进果树种植模式、完善有限元仿真试验参数、提高风量机械调节智能化程度等策略,以期为风送喷雾机整机结构改进提供参考依据。     

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。     

果园风送式施药技术发展现状

近年来,果园风送式喷雾技术得到了广泛应用,在病虫害防治与农药减量增效方面效果显著。文章主要梳理了国内近年来有关喷雾机气流场研究、雾滴沉积研究和雾滴飘移等方面的研究,结合我国果园种植特点提出果园风送式施药技术发展方向。在此基础上提出了冠层结构变化的研究以及喷雾机的多技术集成化将是果园风送式喷雾机的未来趋势。     

果园风送式喷雾机仿形喷雾试验研究

为研究果园风送式喷雾机风速及雾量垂直分布对雾滴在果树冠层内穿透沉积的影响,本文通过调整喷雾机导流板角度及喷头喷雾角度,并测量风速及雾量的垂直分布,使其分布曲线与果树冠层轮廓匹配.试验结果表明,当风速及雾量垂直分布呈单边纺锤形、并与现代化种植模式果树纺锤形树冠轮廓吻合时,雾滴在果树冠层中各部分枝叶正反面都有充分而均匀的沉积,因此,通过调节风速及雾鼍垂直分布使与果树冠形匹配,是提高雾滴在冠层中沉积分布均匀性的有效途径.     

果园喷雾机喷雾量垂直分布测试系统

按照风送式喷雾机国家标准规定的试验方法,设计了果园喷雾机喷雾量垂直分布测试系统。测试系统采用V型槽式集液装置和排放系统。测试系统能自动完成数据的采集、计算和处理,实现了测试过程的自动化,能够准确获得喷雾机垂直喷雾流量分布情况。实验结果表明:喷雾压力增大使喷雾流量增加,但对喷雾药液分布均匀性没有明显影响;提高喷雾机驱动电动机的转速,增加风速,能够使垂直方向上药液分布更加均匀,提高垂直喷雾均匀性。测试系统能够获得喷雾机在垂直方向上的喷雾量分布特性。     

基于CFD的多风道风送喷雾流场数值分析与试验研究

为研究果园喷雾机的气流和雾滴沉积分布情况,通过数值分析与试验相结合的方法,研究了一种适用于果园植保的多风道风送喷雾系统气流场和气液两相流场分布规律。研究结果显示,该多风道风送喷雾系统的外部气流场分布较为均匀,喷射出风口出口处的气流速度试验值与仿真值相对误差＜13.7%,随着测量距离增大,气流速度逐渐衰减,其绝对误差基本在0~2 m/s。雾滴场在-0.6~0.6 m喷雾区域内雾滴沉积量（百分比）的仿真值和试验值相对误差＜14%,数值分析结果较为准确地反映风送喷雾系统的气流分布和雾滴沉积特征。      

果园风送喷雾机出风口风场CFD建模与试验

塔式果园风送喷雾机是目前普遍使用的果园喷雾机,塔式结构易产生旋转和不规则的垂直气流,导致喷雾机出风口两侧风场分布不对称,且分布规律不易预测。为探究适用塔式果园风送喷雾机出风口风场建模方法,本研究基于喷雾机出风口风场计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）建模方法,提出了用户定义函数（User-Defined Function,UDF）分段式三维风速入口边界条件设置方法,并研究了湍流模型和计算域尺寸对喷雾机CFD风场模拟结果的影响特性。采用Fluent软件,建立了三种CFD模型：模型一以11个区域的平均风速作为边界条件;模型二采用UDF分段式三维风速入口作为边界条件;为进一步研究计算域尺寸对风场模拟的影响,建立了小计算域尺寸的模型三。三种模型均采用基于雷诺时均控制（Reynolds-Averaged Navier-Stokes,RANS）方程的k-\epsilon湍流模型和k-\omega湍流模型进行风场计算。为了验证模型的可靠性,设计了空间风场立体测量系统,实现了精确快速空间风速测量。验证结果表明,Standard k-\epsilon、Realizable k-\epsilon、BSL k-\omega和SST k-\omega湍流模型较适合风场CFD建模,其中Standard\text{?}k-\epsilon湍流模型运算结果最优,模型决定系数R²为0.81。基于UDF分段式三维风速入口边界条件设置方法不仅提高了仿真结果的准确性（提高了5%）,而且降低了计算的复杂性。在其他参数设置相同的情况下,大尺寸计算域模型的性能略优于小尺寸计算域。实际建模过程中建议根据计算机计算能力、仿真的实际要求设置合适的计算域尺寸。本研究结果可为喷雾机出风口风场CFD建模方法提供参考。     

果园风送喷雾机的设计与性能试验

目前,果园生产过程中存在着施药技术落后、施药用水量大、药液利用率低和机具田间适应性差等问题,急需设计一种喷雾机,保证果园植保的高效和低残留,促进中国果业的发展,提升果品品质,加强果品在国际市场上的竞争力。为此,应用Inventor的实体建模功能进行了喷雾机各个结构的三维建模设计,对整机质心位置进行计算以达最佳的牵引配置,优化了核心部件和重要机构的结构形式和参数;设计了一种农村小动力拖拉机牵引的风送果园喷雾机,并对喷雾机喷雾喷量、药液分布等喷雾特性进行了试验研究,旨在对药液分布对风送式喷雾机的设计提供参考。     

新型风送式喷雾机风筒设计与研究

为提高矮化密植植物的施药效果,在现有风送式喷杆喷雾机基础上,设计了一种新型风送式喷雾机风筒,并对风筒内外流场进行CFD仿真,监测外流场距离出风口不同距离平面上风速风大小。结果表明:外部气流场风速分布均匀,能量损失少;将设计的风筒安装在喷雾机上进行实际大田作业,检验风送式喷雾机的雾滴沉积分布情况,验证仿真结果的准确性。雾量沉积分布试验结果表明:棉花冠层内部叶片正面雾滴平均覆盖率达到88.30%,叶片反面达到42.83%,上、中、下部冠层叶片正面雾滴平均覆盖率最大相差7.25%,叶片反面最大相差9.75%,整个冠层雾量沉积分布均匀性较好,冠内组合风送施药效果明显提高。     

矮化密植果园摇摆变量喷雾机参数响应面法优化

针对矮化密植果园作业特点,设计了一种具有多角度变速摇摆喷头功能的电力驱动果园喷雾机。基于Box-Behnken原理设计四因素三水平的中心组合试验,并结合响应面分析法研究了喷雾流量、喷雾距离、喷雾机行走速度和喷头摆动速度对雾滴分布均匀性的影响;以雾滴分布变异系数为响应值创建二次多项式模型,并利用软件Design-Expert 8.0对模型进行分析和优化,得到喷雾参数的最佳组合。结果表明：各因素对喷雾分布变异系数的影响大小顺序依次是：喷头摆动速度、喷雾距离、喷雾流量、喷雾机行走速度;喷雾参数的最佳组合为：喷雾流量375.20mL/min、喷雾距离1.72m、喷雾机行走速度0.14m/s、喷头摇摆速度16.19（°）/s,此时雾滴分布变异系数为11.471%。     

3WZF-400A型果园风送喷雾机改进设计

3WZF-400A型果园风送喷雾机通过安装直线导流板引导了气流速度场,在一定程度上解决了传统轴流式风送喷雾机农药浪费以及防治效果差的问题,但仍无法使靶标区域的气流速度分布与作物冠层轮廓匹配。本文以计算流体力学为手段,对该型喷雾机进行了改进设计。通过设置不同数量和角度的短导流板进一步引导喷雾机气流场,并建立了对应的气流速度场分布模型。通过对比选取最佳的改进设计方案,并进行了试验验证与喷雾性能测试。研究结果表明,当短导流板数量为2,喷雾机导流板角度组合为45°、15°、-15°和5°,且风机风速为20m/s时,在靶标处的气流速度分布能够与作物冠形轮廓匹配,所建立的模型能够较准确地模拟喷雾机实际气流速度场的分布。在此基础上以雾滴覆盖率为指标评价了改进设计后的喷雾机喷雾性能,并与改进前的喷雾机喷雾性能作对比,结果表明雾滴能够在垂直平面内按照作物冠形合理分布。     

基于PWM变量喷雾的单喷头动态雾量分布均匀性实验

为研究PWM变量喷雾系统的动态雾量分布均匀性特点,以胭脂红溶液为喷雾试剂,在输送带上放置矩阵式集雾穴盘收集雾滴,采用浓度-吸光度法测量雾量沉积浓度,对单个喷头分别测试了不同PWM频率、PWM占空比和喷雾压力对总体区域、喷雾前进方向和喷杆方向上雾量分布均匀性的影响。研究发现,相较于喷杆方向,PWM频率对单喷头在喷雾前进方向上的雾量分布均匀性影响更大,某一速度条件下PWM频率的最小值应至少保证喷雾的连续性,且无需过大,从而保证电磁阀的使用寿命;当PWM占空比增大到一定值使喷雾流量基本稳定时,PWM占空比的继续增大可同时提高单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性,而在PWM占空比增大到该定值之前,仅对喷雾前进方向上的雾量分布有明显影响;在雾化效果较好的前提下,喷雾压力对单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性均有较大影响,且影响效果相反,主要因为随着喷雾压力的增大,雾量更多地向喷杆方向上的两侧和喷雾前进方向上的中间聚集。     

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。     

果园多风道喷雾机送风系统设计优化与试验

针对果园多风道喷雾机内部气流分布不均导致由出风口吹出的气流紊乱、影响使雾滴在果树冠层上均匀沉积的问题，对多风道喷雾机内部导流板长度参数进行了优化。应用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）技术，基于Star-CCM+软件对喷雾机送风系统内部气流进行了模拟分析，得到出风口1~6的风速在不同导流板长度的标准差分别为0.7468、0.6776、1.4441、5.1305、4.5768和0.8209。对风速标准差较大的出风口3、出风口4、出风口5进行响应面分析，最终确定导流板1长度200.00 mm、导流板2长度60.00 mm、导流板3长度50.00 mm为最优参数组合。在最优组合参数下，计算得到对称出风口3和出风口6的风速值分别为39.135和41.320 m/s，相对偏差为5.58%；出风口4和出风口5的风速值分别为33.022和34.328 m/s，相对偏差为3.95%，符合设计要求。室内风速试验结果表明，在距离喷雾机出风口1.25 m处，风场风速由上层到下层逐渐增大，实现风场按果树冠层形状分布，喷雾机左右两侧风场对称分布，气流分布均匀。果园多风道喷雾机设计满足要求，可为同类设计提供参考。     

喷杆运动与喷雾沉积分布变异系数关系试验研究

喷杆式喷雾机被广泛用于作物病虫草害的防治和液态化肥的喷施,可以增大农作物的产量;然而,喷雾机在起伏不平的田间行驶时,地面起伏会导致喷杆发生无规律运动。为了探明喷杆运动对喷雾沉积分布的影响规律,通过在喷杆末梢安装超声波测距传感器和加速度传感器,测量喷杆的滚转运动及垂向振动加速度,同时在田间布置水敏纸,测量沿着喷杆方向和行驶方向的雾滴分布均匀性变异系数。使用双GPS辅助的惯性测量系统获取喷雾机底盘的运动姿态和运动轨迹,将测得的喷杆运动与水敏纸测得的沉积分布量对应起来,通过对试验数据分析车体晃动、喷杆运动、喷雾分布变异系数之间的关系。结果表明:对无减振悬架的喷杆喷雾机底盘晃动越剧烈,喷杆的不规律运动及弹性变形越大;A组覆盖率试验采样位置处喷杆两侧高度差374mm,对应的横向喷雾分布变异系数为80.38%;B组位置处喷杆高度差118mm,对应的横向喷雾分布变异系数为65.48%;喷臂两侧高度差越大,雾滴分布的变异系数越大。同时,喷雾机垂向振动加速度比前进方向的加速度大,喷杆垂直面内的振动较大,导致测得的沿喷杆方向的雾滴覆盖率变异系数大于行驶方向的变异系数。     

3WF-8型风送式果园喷雾机性能优化与改进

通过了解喷雾机内部风场的分布情况,并且根据风场的分布及实际情况,制定优化喷雾机内部风场的有效方案,最后通过试验证明优化效果.同时,结合三维实体建模与数值模拟分析,发现喷雾机管道内部的拐弯处存在涡流,说明拐弯处除了弯管本身的损失外还有涡流产生的压力损失和动能损失.试验结果表明:增加导流器后,风场的均匀性明显提高.喷雾机左侧风速提高了10.6%,右侧风速提高了1.5%,并且优化后,喷雾机左侧和右侧风速大小基本保持一致.     

六旋翼植保无人机风场竖直分布特性数值模拟与验证

植保无人机作业过程中,旋翼风场竖直方向分布特性对雾滴的输运效应及作物冠层的扰动作用直接影响施药沉积效果。本文以六旋翼植保无人机风场竖直分布为研究对象,采用基于格子玻尔兹曼方法的数值模拟技术建立了无人机前飞作业时旋翼风场仿真模型,并根据正交试验方法研究了多特征参数融合对风场竖直分布特性的影响。仿真结果表明,竖直分布风场垂直于飞行方向对称分布,当飞行高度和飞行速度增加或作业载荷减小时,风场强度逐渐减弱;竖直分布风场沿侧风方向倾斜,侧风风速大于3m/s时,风场横向倾斜超45°。基于此,采用恒温差热敏芯片研制了微型无线风速采集系统,并开展了植保无人机风场竖直分布特性的多因素田间验证试验,试验结果表明：仿真模拟与田间试验旋翼风场竖直分布规律基本一致,相对误差较小,风场竖直分布特性具有较好的一致性;数值模拟方法可有效模拟植保无人机飞行过程的非定常流动,仿真与田间试验结果为植保无人机雾滴沉积的研究提供了理论基础。     

果园风送喷雾风力调控方法研究进展

果园风送喷雾技术正朝着智能化和精准化方向发展,风送风力作为果园喷雾主要控制对象之一,对果园喷雾实现按需精准喷药至关重要.为此,从果园风送喷雾风机、风力对喷雾效果的影响和风送喷雾风力调控方法与装备3个方面对现有研究进行了综述,阐述了果园风送喷雾常用风机类型、风机选型时遵循的原则和风力调控对喷雾药液沉积与药液漂移的影响,进...     

棉花分行冠内冠上组合风送式喷杆喷雾机设计与试验

为提高矮化密植棉花的机械化施药效果,将分行冠内施药与风送式施药技术相结合,设计了棉花分行冠内冠上组合风送式喷杆喷雾机。分行器在棉花冠层内部撑开雾滴扩散空间,并通过冠内和冠上的组合式气流扰动和输送,进一步提高雾滴的扩散范围和沉积分布均匀性。介绍了喷雾机总体结构以及分行器的设计,详细阐述了风送系统和导风筒出风口的设计方法,并进行了风场测试和雾量沉积分布试验。风场测试结果表明,棉花行冠层区域气流场风速较大、横向分布较均匀。雾量沉积分布试验结果表明,棉花冠层内部叶片正面雾滴平均覆盖率达到65.30%,叶片反面达到39.83%,上、中、下部冠层叶片正面雾滴平均覆盖率最大相差10.25%,叶片反面最大相差11.75%,整个冠层雾量沉积分布均匀性较好,冠内组合风送施药效果明显提高。     

喷杆式喷雾机关键部件设计与研究

随着保护性耕作技术的推广,大型喷杆式喷雾机的需求逐渐增加,为克服目前国内普遍使用的喷杆式喷雾机喷幅小、喷杆架升降连续性差、喷杆平衡机构复杂等突出问题,对3WF-1000型喷杆式喷雾机的关键部件进行了设计,通过对升降、喷杆架平衡等机构进行了理论分析和机构设计,使之具有升降机构工作更加连续稳定、平衡调节简单有效等优点。同时,进行了不同压力对分布均匀性影响的试验,结果表明,在喷雾机标准工作压力0.4MPa、喷雾高度500mm时,沿喷杆方向的多喷头雾量叠加均匀性变异系数为3.5%,喷雾均匀性较好。该研究为后续喷杆式喷雾机的研究提供了一定的参考。