高效自适应喷雾植保无人机设计与研究

农作物植保无人机对植株进行喷雾作业时,多由操作手进行目测无人机与植株的垂直距离进行喷雾高度的调节完成施药,而采用人眼目测法易造成喷雾沉积量、沉积密度误差的问题。为了提高对药物充分利用及植保无人机的喷雾效率,设计了一种高效自适应喷雾植保无人机,使用超声波完成无人机至植株竖直距离的数据采集,并实时检测植株密度,自动调节植保无人机飞行姿态及喷头的施药速率。试验结果表明:设计的高效自适应喷雾植保无人机喷雾姿态自适应调节响应速率快,喷雾位置精确,药物流失少。     

变量喷雾技术原理及其在机械化植保中的应用优势

机械化植保作业的质量对于农业生产的产量和农田周边的环境影响很大,合理实施农业机械的植保作业是农业生产长久发展的必然要求。变量喷雾技术作为植保机械中应用的新技术,对于改善现阶段农业生产模式具有积极作用。从传统植保喷药机存在的不足出发,说明了变量喷雾的技术原理及其研究与应用情况,并强调了基于变量喷雾技术的植保作业优势。     

自走式枸杞施肥植保一体机的研制

针对枸杞产业发展迅速但施肥植保作业机械化程度不高的情况,研制了一种自走式枸杞施肥植保一体机。该机采用履带底盘行走,龙门式连接架进行骑跨作业,液压系统控制施肥和喷药,从而实现枸杞的机械化施肥、植保作业。为此,介绍了其整体设计方案以及主要部件结构和性能参数的设计。     

山地果园管道自动喷雾系统设计与试验

基于管道的自动喷雾技术及设施可以解决山地果园植保作业中喷雾作业效率低、劳动强度大、移动式喷雾机械难以进入的问题。本研究设计了适用于山地果园的管道自动喷雾系统,主要包括喷雾首部、喷雾管道、自动喷雾控制器及喷雾小组等结构,计算了山地果园管道药液压力损失,研制了自动喷雾控制器,并开发了控制程序。喷雾作业时,喷雾首部将药液经管道引入果园,利用自动喷雾控制器控制电磁阀,逐次打开或关闭喷雾小组,实现手动控制或自动控制喷雾。为确定电磁阀持续开通时间,进行了喷雾有效性试验。结果表明,控制喷雾小组的电磁阀持续开通8 s即可保证喷雾的有效性;采用这种管道自动喷雾设施的喷雾作业效率为2.61 hm²/h,与人工喷雾相比,提高了喷雾作业的效率。本研究可为山地果园的喷雾技术及智能施药设施的研发提供参考和思路。     

智能果园植保机的设计与试验研究

针对我国现代果园生产中植保机械类型单一、喷雾效果较差造成农药有效利用率低等突出问题,研制了一种智能果园植保机。机具的行走装置、升降装置和喷药装置均由电控液压装置驱动,保证了泵、风机、传动及行走系统的有机结合,大幅提升了果园植保机的控制精度,且喷药量、喷药高度可实时调控,具有机动性强、灵活度高、操控简单、作业效率高等优点。田间试验结果表明:该机在针对苹果果园喷药作业过程中运行良好,作业幅宽为6.26 m,喷雾量为0.82 L/min,喷洒均匀性变异系数为6.24,智能化响应时间为1.9 s,生产效率为0.73 hm~2/h,作业质量符合农艺要求,机具结构设计合理,可为我国果园植保机械的研发提供理论参考和技术支持。     

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。     

飞机喷雾及影响其喷雾质量的因素

飞机喷雾是一种高效的植保施药方法,具有效率高、速度快、不受地形限制、适宜大面积集中作业等优点,在病虫害短时间内大规模爆发的情况下,相比其他植保施药方法,飞机喷雾具有明显的优势。同时,安装在飞机上的植保施药设备也具有一些明显的特点。此外,飞机喷雾还需要专用的辅助设施。飞机喷雾的质量也受到许多因素的影响,只有将这些影响飞机喷雾质量的因素都研究清楚,才能有效利用这种先进的植保施药方法,飞机喷雾这一高效的植保作业方法也才会得到较大发展。     

果园植保喷雾机研究现状与优化建议

果园植保作业机械化、智能化发展有力助推了果园经济效益的提升,植保机械经历了人背机器、机器背人、人机分离、喷药机器人等发展历程。基于此,本研究小组在总结回顾了国内外喷雾机研究概况和主要成果的基础上,分析了果园喷雾机存在的不足之处,建议在开展植保喷雾机械研究时要加强农机与农艺相融合,参考果树生长特性,优化产品结构设计,提高智能植保喷雾机械的通用性和喷雾机械的智能化技术水平,进而提高果园农药喷洒效率。     

喷雾质量影响因素分析

在农业生产中,保护农作物免受杂草、昆虫、病菌等危害是作业过程中的一个重要环节,目前农作物保护最主要的手段是化学农药。但化学农药的喷施效果受到多种因素的影响,很难达到理想的喷雾质量。这些喷雾质量影响因素包括使用的设备、天气、施药者的专业水平等。针对这些喷雾影响因素进行深入研究,了解其作用原理,影响大小,就能够在植保施药作业中选择合理的喷雾参数,从而提高喷雾作业质量。     

3WZY—100A1自走式喷雾运输机设计与试验

针对宁夏部分沙土葡萄园土质松软、喷洒作业空间小的特点,利用履带底盘通过能力强、占用空间小的优点,设计、研制一种履带自走式喷雾运输机。该机通过远程遥控喷雾机行驶和喷雾开闭,减少了植保作业对施药者的伤害,同时提高作业效率。对喷雾性能进行的试验表明,自走式喷雾运输机雾滴分布均匀性好、各喷头喷量差异小、射程适当,在满足喷雾要求的条件下节约药液。     

3MD-8型低量弥雾植保机的设计与试验

为解决现有植保机械施药量大、药液利用率低等问题,设计了3MD-8型低量弥雾植保机。该机型采用风力雾化风力传送的弥雾原理,将药液撕裂成70~150μm的雾滴,主要用于棉花、大豆等中高秆作物的植保化控作业。其主要部件包括风机、输风管、药液箱、喷头及机架等,结构简单,造价低廉;通过与拖拉机液压升降机构韧性连接实现输风管折叠,操作方便。室内和田间试验结果表明:机具各项性能良好,工作可靠,同常规喷雾机相比,可节约药液50%~70%,杀虫效果显著,达95%以上。     

3WFQ—1600型牵引式风送喷雾机研制与试验

因现代新型果园的种植模式及管理特点,小型的喷药植保机械不能满足新型果园的植保要求。为此,研制了3WFQ—1600型牵引式风送喷雾机。该机在隔膜泵和风机变速箱之间加装了联轴器,动力通过联轴器传递,优化了整机结构。通过理论计算完成了喷雾部件的选型,设计了R级风机流道结构和风机变速箱,风机叶轮直径1.0 m,叶片数为14,风机变速箱有高低两个挡位,其传动比分别是1:3.7和1:4.6,实现了风机转速0~2 0 0 0 r/min和0~2 5 0 0 r/min的无级变速。借用Inventor软件的实体建模功能,完成了喷雾机整机的设计装配。室内试验和样机的田间试验表明:风机转速达到1 500r/min时,风机两侧14个测试点的平均风速为16.3m/s,风量为12.8m~3/s,雾滴密度合格率为9 8.6 1%。     

我国植保机械化发展短板与提升对策分析

农业机械化是现代农业的装备基础,农业机械化要向全程、全面、高质、高效发展,必须加快补齐植保机械短板。我国植保机械与施药技术发展缓慢虽然与植保机械本身的特性分不开,但在近几年取得长足进步的情况下,却又遭遇农机农艺融合不够深等问题而裹足不前。自走式喷杆喷雾机和自走式风送喷雾机具有农药利用率高、施药均匀性好、对靶性强、作业效率高等优势,是解决防治效果差、农药污染重的最经济的手段,成为减轻农药负面影响,节本增效、提高防控效果和防控能力,保障农产品质量、提高农业生产能力的重要途径,更是保护农业生态环境和实现“农药使用量零增长”的根本出路。通过比较分析欧洲发达国家植保机械农机农艺融合的经验、我国部分地区开展的试验示范情况,得出结论就是农艺、农药与农机等多方面的互融互促,才能解决制约植保机械发展的瓶颈问题,才能促进整个农机化的发展速度和质量,才能推进农业现代化的发展水平。     

模拟手枸杞采摘机设计

为解决现有采摘机对果实损失较大以及采摘效率低等技术问题,根据枸杞果实成熟自然特性,设计模拟手枸杞采摘机。手持采摘头内两旋转体的表面相对称凸出设有若干胶环。两旋转体通过直流电机的传动进行相对运动,实现了模拟人手采摘动作采摘果实。整机性能测试结果表明,手持采摘头质量约300 g,直流电机转速在120 r/min,运行平稳可靠,采摘枸杞果时对树叶和不成熟果实没有损伤,不影响采后产量和生长。每小时可采摘成熟枸杞果15～20 kg,而每小时手工采摘成熟枸杞果只有2～3 kg。该机具可以满足大面积枸杞采摘的需要,采摘速度是人工的7～8倍。     

3YZ-80A型履带自走式玉米行间喷雾机设计与试验

针对玉米中后期封行后人工施药劳动强度大、作业效率低、传统喷雾机喷药穿透性差,且窄行距下机具行走稳定性差等问题,结合玉米种植农艺和冠层中部病虫害防治的要求,设计了3YZ-80A型履带自走式玉米行间喷雾机,该机主要由自适应仿形履带差速驱动底盘、Y形双喷头脉冲式喷雾装置、喷药监控系统组成,能够满足600mm以下的窄行距玉米冠层中部叶片喷施作业的空间要求。为了提高作业效率和喷雾效果,以喷射角、药液嘴位置、喷施距离为试验因素,雾滴体积中径D50为喷雾系统性能评价指标,开展二次旋转正交组合试验,利用Design-Expert 8.0.6软件对数据进行方差和响应面分析,建立试验因素与指标之间的数学回归模型,分析了显著因素对评价指标的影响变化规律,得到喷管最优组合参数：喷射角为60°、药液嘴在喷管上的位置为610mm、喷施距离为2.37m。田间试验结果表明,随着作业速度的提升有效防控区域显著降低,当作业速度在0.6~1.1m/s时,雾滴覆盖率大于10%的有效喷施幅宽为6~8m;当作业速度大于1.3m/s时,雾滴覆盖率大于10%的有效喷施幅宽不足4m。     

智能化无人机植保作业关键技术及研究进展

搭载高性能传感器和施药装备的农业植保无人机系统是精准农业领域具有代表性的智能装备之一。本研究首先从前端田间作业环境动态感知技术出发,阐述了无人机光谱成像遥感、多传感器融合的SLAM实时环境建模等技术在无人机植保作业方面的应用情况;然后对精准施药过程建模与优化控制有关的前沿技术进行了分析,包括旋翼下方风场结构演化及雾滴沉积过程仿真建模、多区域全覆盖条件下的智能作业路径规划、精准变量施药控制等;最后论述了作业效果评估与过程监管相关技术的发展现状,包括施药作业质量评价方法、基于云平台数据管理的全过程可视化监管等。在总结现有技术发展现状基础上,对未来智能化无人机植保关键技术发展趋势进行了预测,阐明了光谱图像获取与计算智能的深度学习识别聚类、基于高精度雾滴谱和风场模型预测的精准变量施药作业路径规划、基于传感器实时数据的作业质量评估和作业监管等新技术手段,将在遥感信息反演、药液飘移抑制、作业效率优化、施药过程管控等方面带来革命性的进步,使植保作业数据化、透明化,全过程可观化可控制,推动农业生产管理从机械化向智能化和智慧化迈进。     

植保无人机喷雾性能综合实验台设计

植保无人机喷雾性能综合实验台的设计,可以模拟农业植保无人机工作状态下,对喷头的压力、流量、雾锥角、喷幅、雾滴粒径、雾滴沉积量、雾滴分布规律、雾滴分布变异系数等重要参数的测试,从而为植保无人机厂家改进喷淋系统提供重要的检测手段。     

电动履带式立式喷杆喷雾机设计与试验

针对我国设施作物生长中后期的植保机械化难题,采用远程遥控技术与液力雾化技术设计一款适用于设施温室大棚行间行走并进行施药作业的电动履带式立式喷杆喷雾机。该机具主要由底盘、行走系统、喷杆高度调节系统、喷杆平衡系统、喷杆安装座、喷雾系统、电动控制系统和遥控系统等组成,其中控制系统可通过遥控手柄对机具前进方向、喷雾系统调整与作业进行遥控控制。开展实验室与田间喷雾试验,对样机进行性能测试。试验结果表明:喷雾机各喷头流量误差率低于10%、不同喷雾高度之间雾滴粒径变异系数低于15%,喷雾性能良好;雾滴粒径符合最佳生物粒径理论对雾滴粒径的要求。同时由田间试验结果可知,不同冠层沉积量分布与雾滴密度分布较好,沉积量均大于0.3μg/cm~2,雾滴密度均大于25个/cm~2,作物叶片正面的沉积分布与雾滴密度分布均匀性优于叶片背面。电动履带式立式喷杆喷雾机性能良好,可满足设施温室吊蔓甜瓜的行间施药作业,达到农机与农艺结合的目标。     

自控式植保喷雾机械的研制

自控喷雾机械是绿色农业实施的一个重要农业机械。本文针对田间施药浪费严重的现象,设计了自控式植保喷雾机械。该机械采用直流电机PWM技术和液压技术,研究植保机械的自动升降喷杆、按程序在田间自动行走、转向和喷雾等功能,得到比较满意的自控式植保机械,同时提高了植保机械的自动化水平。