扇形雾喷头雾滴飘失机理

为了分析雾滴飘失机理和提出针对性的防飘措施,使用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对常规扇形雾喷头雾化产生的喷雾扇面中的雾滴粒径与运动速度分布进行了分析。结果表明:喷雾截面上雾滴体积中值直径(VMD)分布为中间低、边缘高的凹面形态,在喷雾扇面横向和纵向对称面上,VMD形态呈二次多项式分布;易飘失雾滴主要集中在距离喷头300～500 mm喷雾扇面的中心位置;喷雾扇面截面上的夹带气流速度符合高斯分布,气流分布与空气淹没射流类似;喷雾扇面中易飘失区域是喷雾扇面末端、喷雾扇面两翼、喷雾扇面迎流面外层。

“Π”型循环喷雾机设计

针对篱壁式种植葡萄缺乏病虫害防治专业施药机具,农药利用率低等问题,设计了能够将未沉积在靶标上的农药雾滴截留回收再利用的"Π"型循环喷雾机,并测试了该喷雾机的药液回收率与冠层中药液沉积分布状态。结果显示:两侧喷杆交错喷雾和喷头上仰能够提高药液回收率44.0%和18.4%,并能够增加冠层内部与叶片背面药液沉积量。栅格端面罩盖能够有效改变气流方向,提高药液回收率10%以上。

罩盖喷杆喷雾机的设计与防飘试验

在机动背负式喷杆喷雾机的基础上设计了一台适合大田作业的手扶式罩盖喷杆喷雾机,分别进行了田间和室内防飘性能试验。结果表明,罩盖喷雾能增加雾滴在冠层中的穿透性,尤其使用小流量喷头时防飘效果更加明显。罩盖能够显著增加药液在喷头附近的沉积,减弱雾滴向下风向的运动能力,减少飘失。使用ST110-015型喷头,喷雾压力0.4MPa时罩盖的防飘效果最好。在相同风速下,罩盖对雾滴的防飘失效果不同,对较小雾滴的防飘失效果优于较大雾滴。

对靶施药技术装备在植物病虫草害防控中的应用及展望

近年来,绿色农药及靶向农药等新农药被广泛应用到作物保护中,但国内植保从业者对对靶施药技术的了解并不深入.本文将对靶施药技术类比于靶向农药和机器人控制技术,并将其分为实现过程和载体来进行描述,具体从4个部分展开介绍.第一,用于感知信息的传感器和技术,类似于机器人的“感知”功能,可以看作是人体的“眼睛”;第二,对靶施药技术的计算和决策模型,类似于机器人的“决策”功能,可以看作是人体的“大脑”;第三,对靶施药技术的施药量控制方法,类似于机器人的“控制”功能,可以看作是人体的“手”;第四,几种典型的对靶施药机.本文亦指出了对靶施药技术装备的未来发展方向,即向着本土化、智能化、傻瓜化和农艺农机相结合的方向发展.

智慧植保装备与技术发展现状及展望

智慧植保装备和技术的发展极大促进了农业生产无人化和智能化.本文旨在综述智慧植保装备与技术的最新进展,进一步分析其在农业生产中的应用和潜在影响.通过对相关文献和研究成果的综合分析,本文首先对不同智慧植保装备与技术进行了相应分类与描述,然后探讨了智慧植保装备与技术在病虫害监测与预警、精准施药、施肥与灌溉管理等方面的应用与发展.最后,本文讨论了智慧植保装备与技术面临的挑战和未来发展方向.

喷杆式喷雾机雾流方向角对药液沉积影响的试验研究

为了研究喷杆式喷雾机的雾流方向角对靶标上药液沉积量的影响，设置±40°、±30°、±20°、±10°、0° 9个雾流方向角，选用标准扇形雾喷头ST120—015，喷雾压力0．25MPa，分别以1.18m／s、0．59m／s的前进速度，按照150L／hm^2和300L／hm^2的喷量针对水平靶标和垂直靶标进行喷雾试验。试验结果表明，改变雾流方向角会增加药液在水平靶标上的沉积量，药液在中部和下部靶标沉积量的增加程度比上部显著，喷量150L／hm^2和300L／hm^2的最佳喷雾雾流方向角分别为20°和30°；对于垂直靶标，喷量150L／hm^2时改变雾流方向角只会增加上部和下部靶标的药液沉积量，而喷量300L／hm^2时改变雾流方向角会使上、中、下三部分靶标的沉积量都增加，且增加程度一致。当喷量150L／hm^2时垂直靶标的最佳雾流方向角为20°～40°，喷量300L／hm^2时的最佳雾流方向角为30°。试验结果表明喷杆前进速度会对最佳雾流方向角产生影响。

雾滴在水稻叶片上的沉积部位分析与显微试验

针对农药雾滴难以在水稻叶片上沉积持留的问题,以叶片显微结构为基础研究了药液在水稻叶片的主要沉积部位。采用扫描电镜法观察研究了两种水稻品种在分蘖期、孕穗期叶片正、反面的显微结构,并对结构性状作了数据统计分析,测得球粒状乳突直径为1.5～4.2μm,而钩毛高度在70.4～154.5μm,其尺寸差异很大并且单位面积上乳突数量较多。以水稻叶片湿润性理论分析为基础,推导了雾滴临界脱落直径。依据水稻叶片不同表面微结构上农药雾滴的脱落直径,推断农药雾滴在水稻叶片上主要沉积部位为硅化木栓带的钩毛。通过滑石粉悬浮液喷雾试验及扫描电镜法,验证了农药雾滴主要沉积在水稻叶片的硅化木栓带并且在钩毛上最稳定。

三种果园施药机械施药效果研究

使用药液沉积变异系数Cv、农药有效利用率、地面药液沉积率和飘失率作为衡量指标,对比常用喷枪、改进喷枪和果园自动对靶喷雾机的施药效果进行研究。研究结果表明:改进喷枪和果园自动对靶喷雾机都能提高药液在果树冠层中的沉积均匀性,减少药液在地面的流失量,果园自动对靶喷雾机效果最佳。改进喷枪比常用喷枪的施药效果略有提高,果园自动对靶喷雾机会显著提高药液沉积均匀性和农药利用率。

隧道式循环喷雾机发展研究

尽管目前有许多研究致力于发展新的植保技术来防治病虫草害，但是化学农药还是最有力的防治手段。化学农药的防治效果很高，但是目前使用效率却很低，有时只有一小部分农药真正到达靶标发挥生物防治效果，大量的农药流失到地而或者飘失到空气中，不但浪费农药，增加成本，而且对人身和环境造成伤害和污染。

基于变量喷雾的果园自动仿形喷雾机的设计与试验

为提高果园喷雾机自动化与精准喷雾作业性能,设计了一种基于变风量与变喷雾量的果园自动仿形喷雾机,喷雾系统以冠层分割模型作为变量处方,采用扫描精度高的激光传感器作为探测源,以电磁阀和无刷直流风机为执行元件,通过探测果树冠层体积调节电机和电磁阀的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)信号以实时调节风机转速和喷头流量。设计了可独立调节风量和喷雾量的雾化单元,通过各个独立风机产生的高速气流协助雾滴穿透冠层;喷雾机最大作业高度4.2 m。田间试验结果表明,在行株距为5 m×2 m的单株苹果树左右两侧平均沉积量分别为1.92和1.37 u L/cm2,最少雾滴数为46.2个/cm2,大于常用方法对风送喷雾中雾滴喷幅界定的20个/cm2;树冠轮廓与沉积量和风速变化拟合结果显示,设计的喷雾机能够根据树冠信息实现仿形变量施药。该研究为果树病虫害防治提供新方法与新装备,为精准植保机具的结构设计和性能优化提供理论与方法参考。

无人驾驶直升机航空喷雾参数对雾滴沉积的影响

研究了无人驾驶直升机航空喷雾参数对药液雾滴沉积效果的影响。使用红外热像仪与无人机联用测试喷雾前、后作物冠层温度,通过温度变化率反映雾滴在水稻冠层的沉积效果。结果表明:以雾滴沉积量与冠层温度变化率为评价指标得到的结果一致,红外热成像技术可以准确反映雾滴在水稻上的沉积规律。WPH642型无人驾驶直升机作业时选取喷雾参数为:飞行高度2 m、飞行速度1.5 m/s。

植保无人机飞行参数对施药雾滴沉积分布特性的影响

为探究植保无人机喷雾田间雾滴沉积分布特性和飞行参数及参数精准度对沉积分布影响,该文采用高精度北斗卫星定位系统获取无人机精准飞行参数,以柠檬黄示踪剂水溶液代替农药对4种典型国产植保无人机进行了小麦田间喷雾试验,并将其中2种单旋翼无人机的飞行参数与其变异系数、均方根误差相结合,对雾滴沉积分布特性的影响因素进行了研究。结果表明:4种无人机施药在航线两端区域内沉积量变化剧烈,航线中间区域沉积量较稳定;影响横向雾滴沉积分布主要因素是无人机相邻喷头或喷幅间的雾滴重合度;对于单旋翼无人机,在高度1.1~1.2 m、速度4.2~4.9 m/s的范围内,沉积量与速度均方根误差呈极显著线性正相关关系(P<0.01,r=0.952),纵向沉积量变异系数与速度变异系数呈极显著线性正相关关系(P<0.01,r=0.963),总体沉积量变异系数与高度呈显著线性负相关关系(P<0.01,r=–0.888);使用速度均方根误差、速度变异系数和高度这3个飞行参数和参数精准度指标来分析和预测雾滴沉积量和分布均匀性的方法合理、有效、可行。根据试验结果,该文给出了相关合理建议以改善植保无人机施药效果,研究结果可为植保无人机田间喷雾作业参数确定、作业条件的选择和田间作业规范的制定提供参考。

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。

喷雾技术参数对雾滴飘移特性的影响

为了研究不同技术参数对雾滴漂移特性的影响,在可控风洞环境条件下测试了不同型号喷头在不同喷雾技术参数下的抗飘失能力,结果表明:喷头型号变小、喷雾压力和风速增大都增加了飘失对于喷雾高度变化的敏感程度,LU喷头的敏感程度大于ID喷头;改变喷雾方向角对雾滴飘失的影响相对于风速、喷头型号并不显著。

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。

双极性接触式航空机载静电喷雾系统荷电与喷雾效果试验

该文针对航空施药植保无人机设计了双极性接触式航空机载静电喷雾系统,分别对该系统喷施静电油剂和水的荷电与雾化效果进行了测试。将该航空静电喷雾系统搭载于3WQF120-12型油动单旋翼植保无人机喷施静电油剂,并使用该植保无人机自带喷雾系统分别喷施静电油剂和常规水基化药剂,对比了3种施药方式的沉积分布均匀性和对小麦蚜虫、锈病的防治效果。试验结果表明:当喷雾液为水时,静电喷雾系统的静电电压和极性不会改变水的雾滴谱;当喷雾液为静电油剂时,正电荷使雾滴粒径减小,负电荷使雾滴粒径增大,且静电喷头的雾滴相对粒谱宽度随静电电压的增加而增大;喷雾液的荷质比与静电电压正相关,相同静电电压和输出电极下水的荷质比大于静电油剂,同一静电电压下负输出雾化喷头药液的荷质比高于正输出。小麦大田试验表明:使用静电喷雾系统喷施静电油剂的雾滴沉积分布均匀性最好,其单位面积沉积量为0.048 6?g/cm2,沉积量的标准偏差为0.015?g/cm2,变异系数为30.43%;使用无人机自带喷雾系统喷施静电油剂和常规水基化药剂的单位面积沉积量分别为0.051 3和0.035 6?g/cm2,标准偏差分别为0.019和0.016?g/cm2,变异系数分别为42.57%和45.54%;喷施静电油剂的2个处理对麦蚜和锈病的防治效果和药效期均明显高于水基化药剂,使用静电喷雾系统的测试在药后7 d对蚜虫防治效果为87.92%,明显高于无人机自带喷雾系统喷施静电油剂76.43%的防治效果。该静电喷雾系统配合喷施静电油剂可提高沉积分布均匀性,增加防治的持效期和效果。

助剂类型及浓度对不同喷头雾滴飘移的影响

为探究助剂类型及浓度对不同喷头飘移的影响,该研究利用风速、温度、湿度可调风洞及荧光分析仪spectrofluorophotometor RF-1501比较分析了不同浓度抗蒸发助剂Agrospred 730(又名AS-2)、防飘移助剂Break—thru Vibrant、Silwet DRS-60、Greenwet 360对离心喷头、平面扇形雾喷头Lechler ST 110-015、空心圆锥雾喷头TR 80-015以及德国联邦农作物研究中心施药技术研究所(Julius-Kühn-Institut,JKI)规范中的对比参考喷头Lumark F110-03的飘移潜在指数(drift potential index,DIX)的影响,并利用spraytec雾滴粒径仪测试其雾滴体积中径(volume median diameter,VMD)。结果表明:AS-2的体积分数为0.05%时,与水相比可将离心喷头DIX增加81.8%,VMD增加16.7%;Silwet DRS-60、Break—thru Vibrant、Greenwet 360体积分数分别为0.8%、0.4%、0.3%时防飘效果最好,对TR80-015防飘效果最为显著,可将其DIX(相比于水)依次减小98.7%、58.2%和80.1%,3种助剂分别在上述体积分数下对3种液力式喷头的防飘效果均依次为TR80-015>ST110-015>Lumark F110-03;对于助剂Silwet DRS-60和Greenwet 360,VMD<75μm的雾滴所占体积百分比越大,喷头DIX越大,二者之间呈现正相关性(相关系数R>0.5);VMD越大,喷头DIX越小,即VMD变化与DIX变化呈现负相关性,VMD及VMD<75μm的雾滴所占体积百分比均为影响喷头DIX的重要因素。该研究可为田间实际生产中助剂的添加与选择提供依据,为进一步研究新型农药助剂、新型喷头及喷雾设备的生产提供理论基础。

风洞环境下喷头及助剂对植保无人飞机喷雾飘移性的影响

为探究和减少植保无人飞机喷雾施药过程中的雾滴飘移,采用由单个旋翼与喷头组成的喷雾单元,在可控风洞环境条件下进行了模拟飞行喷雾试验,控制风洞条件为风速5 m/s、喷雾压力0.3 MPa及旋翼转速2300 r/min不变,对比研究了11种喷头、4种代表性助剂以及不同温度/相对湿度条件对雾滴飘移的影响,采用飘移潜在指数(DIX)及相对减飘率(DPRP)两项指标进行对比评估。结果表明:在温度/相对湿度为20℃/RH 80%条件下,不同类型喷头喷雾药液在空中垂直面和水平距离上的飘移沉积量分布均呈现显著的规律性变化趋势,与对照喷头F110-03相比,喷头飘移潜在性从大到小依次为:TR80-0067>ST110-0067>XR110-01>ST110-015>TR80-01>ST110-02>XR110-03>对照F110-03>IDK系列,其中IDK120-01与IDK120-015喷头的减飘移效果相近并为最好;在30℃/RH 40%条件下,采用XR110-01喷头,分别添加助剂0.5%Silwet DRS-60、1.0%"迈飞"(MF)和1.0%Y-20079后,与不添加助剂的对照相比,平均减飘率分别为43.3%、15.6%和5.2%,表明不同助剂对飘移的影响不同,需考虑助剂类型及其减飘效果合理选用;在20℃/RH 40%、20℃/RH 80%、30℃/RH 40%和30℃/RH 60%条件下,XR110-01喷头与添加1.0%MF助剂组合有利于空中飘移的减少,尤其是高温/低湿条件下,添加助剂的减飘移效果较好。该研究结果可为植保无人飞机的喷头选择、喷雾助剂筛选和实际应用提供参考和指导,并为进一步研究喷头及助剂的减飘技术提供数据基础。

施药条件对施药者体表污染的影响

该文主要研究了在夏季高温季节使用3WS-16型手动喷雾器和WFB-18AC型机动喷雾器施药对施药者体表的农药污染情况及影响施药者体表污染的主要施药条件。结果表明:使用手动喷雾器,左手、右手、右上臂和右前臂污染较多;使用机动喷雾器,左上臂和左前臂污染较多;施药者体表主要污染部位与次要污染部位间具有高度的线性相关;施药机具和喷头流量、作业环境、作物因素和施药方式等单因素均影响施药者体表污染;单因素交互作用后,风速和作物高度是影响施药者体表污染的主要因素。此研究结果对于改进施药技术,减少施药者体表污染具有实际的应用价值。

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。