在线混药技术的发展与优势

施药是保证农作物健康生长的重要手段,当前我国人工预混药对操作人员和生态环境存在危害,且易造成剩余药液浪费,更无法随时调整药液浓度。在线混药技术,可以解决上述问题。论述了在线混药优势,分析了射流式、水力比例泵注入式、直接注入式几种在线混药的方式以及优缺点,随着施药方式的不断升级换代,必将会促进生态农业的进一步健康发展,也必将为我国的环境保护和农业可持续发展作出更大的贡献。

喷杆式喷雾机在线混药试验研究

为研究射流混药器在实际喷雾作业时对喷雾系统的影响,搭建应用射流混药装置的喷杆式喷雾机在线混药系统。通过改变喷头型号、喷雾压力和混药喷雾系统的总喷雾量,研究射流混药装置在混药喷雾系统中的工作特性。结果表明,当混药系统的工作参数与射流混药装置匹配不当时,系统的药液管路会出现药液回流现象;射流混药装置在混药喷雾系统中有最小工作流量Qmin;为评价混药均匀性提出空间变异系数这一指标,试验结果表明该在线混药系统的空间变异系数在5%以内。

在线混药技术国内外研究现状

混药是施药的第一步,混药质量的高低直接决定着病虫害防治效果。在线混药技术将药和水分开储存,施药作业时根据实际需要,对水和药进行控制并在线混合,相较于传统的人工预混药技术,减少了农药的浪费,保护了环境,同时避免了人与药液的接触,减少中毒的可能。

果园在线混药型静电喷雾机的设计与试验

为提高果园轻型机动喷雾机的作业性能,设计了一种果园在线混药型静电喷雾机,进行了混药均匀性与稳定性试验和静电喷雾沉积试验。试验测得混药均匀性和混药稳定性的最大变异系数分别为4.46%和3.51%。采用风辅静电喷雾方式的无冠层采样架上采样点正面的雾滴附着率相对于无风辅无静电喷雾方式分别提高了9.3%、46.3%和53.2%,采样点反面的雾滴附着率分别提高了82.9%、164.3%和184.2%。风辅静电喷雾下在仿真柑橘树冠层内部叶片正面的雾滴附着率为48个/cm2左右,叶片反面为37个/cm2,相对于无风辅无静电方式分别提高了166.7%和428.6%。试验结果表明:所设计的在线混药系统具有良好的混药性能,风辅静电式喷雾系统可提高雾滴吸附能力和穿透能力,能够满足25个/cm2的病虫害防治附着率要求。该研究为果园喷雾机的机构设计和性能优化提供参考。

基于CFD的射流式在线混药装置设计与试验

射流式混药装置是实现药水分离、农药在线混合的关键部件,在大型植保机械上具有较好的应用前景。理论分析了射流式混药装置最佳面积比、工作喷嘴截面面积和喷嘴与混合室的距离等关键结构参数;采用标准的k-ε双方程湍流模型数值研究混药装置内部流场,并结合试验数据研究混药装置结构参数对其性能影响及其特性曲线。研究结果表明,最佳面积比与工作压力、出口压力、引射压力有关,喷嘴与混合室的距离应等于最佳自由流束长度;不同面积比下可达相对压力降模拟值与试验值的最大相对误差和平均误差分别为0.125和0.051,验证了本文所选数值模型与模拟方案可以满足工程需求;当相对压力降大于0.3后,吸入流量急剧减小。不同可用压力降下所达到最大相对压力降介于0.5~0.6之间;射流式混药装置的最佳面积比在1.6~2.0之间,喷嘴与混合室的最佳距离为2.6~4.6 mm之间。

射流式在线混药装置汽蚀特性数值分析与试验

为了解不同压力比下的汽蚀特性,该文采用试验与数值分析相结合的方法,测量不同出口压力下(0.25、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.35 M'Pa)的工作流体、吸入流体与混合流体的质量流量,得到压力比与混药比的特性曲线;采用Mixture模型中的Zwart-Gerber-Belamri汽蚀模型,分析了不同出口压力下的内部静压分布和气相分布;对试验值与仿真值进行拟合分析,拟合优度R^2=0.9618,验证了模型的准确性;研究结果表明,当压力比大于0.6时,混药性能较差,甚至会出现逆流。当压力比在0.4~0.6之间时,混药比与压力比负相关。当压力比小于0.4时,混药比与压力比无关,即达到汽蚀混药比:在工作压力为2.0 MPa,吸入口压力为0下,当出口压力为0.8:MPa(压力比为0.4)时,内部流体发生汽蚀,且出口压力越低,汽蚀现象越严重。该研究为提高装置混药比稳定性能,保障流式混药装置高效运行提供理论依据。

基于农药光透性的混药比反馈在线混药装置

设计了基于农药光透性的混药比检测单元、采用PWM波占空比控制注入量的药液注入单元和以MSP430F149单片机为核心的低功耗控制单元,分别对各功能单元进行性能测试和标定实验,在此基础上构建了药液混药比反馈在线混药装置,并对农药百草枯进行1∶200混药比定点跟踪实验。结果表明,基于农药光透性的混药比反馈在线混药方法及装置可以实时获取混药比反馈信息,自动调节药液注入量,准确跟踪设定混药比,有效满足农药在线自动混药要求。

基于流量调节阀和神经网络的植保机械在线混药装置

农药的小流量、高精度实时动态测控是在线混药装置急需解决的一个关键问题。流过调节阀的流量与阀前后压差、流体密度、阀开度有关，通过建立流量与这3个变量间的关系表达式，即可利用调节阀对药液流量进行实时检测和控制。设计了利用流量计和调节阀分别对水和农药原液进行计量的在线混药装置，在提出调节阀相应标定方法的基础上，建立了调节阀的流量关系表达式，并在室内进行了测试。结果表明，农药流量在24—240mL／min范围内时，混药装置的药液流量相对偏差均小于4％。

喷雾机在线混药装置的研究现状

混药是实行机械化施药的基本操作环节,其混药质量的高低直接决定着病虫害防治的效果。传统的混药方式都是预混式混药,由人将农药和水进行人工混合。本文综述了国内外几种在线混药装置的研究现状,提出了实际应用中存在的问题,并进行了展望。

在线混药式变量喷雾系统设计与试验

为实现在线混药式变量喷雾技术,设计了药、水独立存放混药装置,差压式流量计,流量控制阀,以及相应的控制系统。应用该系统对药、水分别进行流量计量和对药流量控制,达到变量喷雾的目标。试验结果表明,流量计误差在±2.0%以内,药流量控制误差在±3.0%以内。

在线混药技术在植保无人机应用系统设计

将农业植保无人机与在线混药技术相结合,利用植保机作为应用载体,并配置智能可变施药系统设备,建立一种可以进行农药药液化学浓度实时监测、喷施量基本恒定、可根据作业需要调整农药流量、农药与水自动在线混合的可变控制系统。在线混药技术的使用,可以实现高效混药和超低的农药使用量,为大面积植保防治提供技术支持,以实现现代农业的精准作业。

植保机在线混药系统的设计及混药性能试验

为提高植保机喷雾作业中的农药利用率,设计了一种在线混药系统。混药系统主要包括取水单元、取药单元、混合器和控制单元。系统工作时,控制单元控制取水单元和取药单元抽取水溶液和农药,注入混合器混合,混合液经隔膜泵加压后经过喷头喷施。基于计算流体力学理论,建立内置7块扰流板且注药口和注水口沿边壁垂直分布并正对第1块扰流板的圆柱形静态混合器模型,运用Fluent软件对模型进行数值分析,结果常压(0.1MPa)时,混合器出口处药水混合均匀性变异系数为2.2%,药水混合效果最佳,但注药口有药剂回流现象,故提出药剂加压的模拟方案。药剂加压1MPa时,注药口无药剂回流现象,药水混合均匀性变异系数为2.0%,药水混合效果优于常压。用胭脂红溶液替代农药进行试验,加压状态下,混药系统喷头处混药稳定性最大相对误差为4.301%,药水混合变异系数最大,为3.989%,混药性能优于常压,与仿真结果基本吻合;对在线混药系统进行隔膜泵变工况试验,结果水流量在35~140 L/min时,药水配比为(1∶300)^(1∶3 000)时,在线混药系统混合均匀性系数最大,为4.670%。

农药喷雾作业中在线混药技术及展望

在线混药是安全、可靠、高效使用农药和消除农药残留对环境污染的有效途径。为此,回顾和整理了国内外关于在线混药技术研究的成果与相关文献,总结了在线混药技术的研究视角、研究方法和最新进展。总体而言,国外对在线混药技术的研究较早,主要体现在农药直接注入系统的应用和成熟的混药浓度检测方法等方面;国内对在线混药技术的研究虽已取得一些成果,但在生产应用中还具有一定的局限性,存在混药比过大且不稳定、混药浓度检测方法不成熟等诸多问题。根据国内外在线混药技术的发展情况,指出该技术在我国山地果园管道喷雾中的应用存在空白,为在线混药技术在山地果园管道喷雾的进一步研究提供理论和技术支持。

基于PWM变量射流在线混药系统研究

针对射流在线混药存在的混药比较低及混药比难以实时调节的问题,设计一套射流混药器,并采用脉冲宽度调制(pulse width modulation,简称PWM)技术控制射流在线混药系统的药液流量,开发一个基于PWM变量射流在线混药系统,并进行混药比控制试验。结果表明,采用药液流量控制系统后,系统的混药比相较于未采用PWM控制时普遍得到提高;同一频率下,随着单片机输出PWM波占空比的减小,混药比逐渐增大,当PWM信号频率为18 Hz、占空比为1/10时,系统混药比达到最大值,为154.74∶1,混药比约提高15倍,并实现了混药比在11∶1~154∶1范围内可调。

基于水和农药流量同步控制的在线混药系统设计与试验

针对现有的在线混药系统在农业作业中存在无法精确控制混药比、混药量仍然过剩等问题,设计了一种基于水和农药流量同步控制的在线混药系统.该系统主要由混药量的决策模型和控制系统组成.混药量决策模型的输入为变量喷雾系统中施药量决策模型的输出,并与混药量决策模型中的流量调节控制周期结合,用以实时计算系统中水和农药的流量.混药量控制系统中,经过处理后的脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)占空比数据传送至微控制单元(microcontroller unit, MCU),再由MCU生成PWM指令,发送至双路PWM驱动电路,并生成期望的PWM占空比数值,从而调节输送泵工作电压,进而同步调节水和农药的流量.试验结果表明:该系统中,蠕动泵和隔膜泵的流量精度分别在可控范围0~135.5 mL和0~18.65 L时,经过指定5.00 L混药量后,实测混药量误差小于5%;在混药比为100、300和500和流量调节控制周期为300、500和600 ms的条件下,进行交叉组合混药,混药比误差都保持在3.24%以内,可见混药效果良好.

混药浓度检测技术研究现状

混药是施药的基本操作环节,混合药液品质直接决定施药效果,发展浓度检测技术可以监控混合药液的品质。目前混药浓度的检测方法主要分为两大类:第一类,先采集喷雾样品溶液再利用仪器测量浓度,简称取样检测浓度法;第二类,在混合后喷雾前即在线混药时直接测量浓度,简称在线检测浓度法。重点阐述了这两大类国内外主流的混药浓度检测技术,并对其进行总结分析。

轻量化在线分批预混药系统的设计及试验

针对市场上现有水田施药机械作业过程中易陷车及水药混合方式较为落后的问题,设计开发了水田施药机在线混药系统,提出了就地取水及在线分批精准混药的设计方案。系统采用PLC控制单次取水量及取药量的方式,实现水药的在线精准配比,并减轻了机组的质量。本文建立的在线精准分批混药系统,以PLC为控制核心,采用控制电磁阀的通断单次取水量、直线模组行程控制单次取药量的方式,进行了混药精度和混药均匀度的试验。试验结果表明:系统实现了在线分批预混药的功能,水药混合比误差小于7%,基本满足了设计期望及目标。

喷杆喷雾机射流混药装置试验研究

根据喷杆喷雾机喷雾系统设计了射流混药装置,并对射流混药装置进行了在线混药试验研究。测量两种不同参数的射流混药装置应用于不同的喷雾系统的工作参数和工作状态,结果显示,射流混药装置与喷雾系统存在参数匹配。若匹配不当,射流混药装置出现回流无法实现在线混药。射流混药装置的结构参数与喷雾系统共同决定射流混药装置的工作状态,喷杆喷雾机射流混药装置的结构设计应考虑喷雾系统的流量特性。

农药精准施用技术与装备研究现状及展望

农药安全高效应用已成为全行业的共识,农药的精准施用可减少农药的浪费,并降低施药过程中带来的环境污染、农产品安全和健康危害等风险。农药精准施用为精准农业的重要组成部分。针对农药精准施用技术中的变量施药技术、雾滴飘移防控技术和在线混药技术,分析国内外研究现状和装备运用情况。目前农药精准施用存在专用关键部件自主化程度较低、精准施药装备轻简化程度不够、精准施药技术与农药剂型、作物种植模式、气象条件的结合研究缺乏等问题,对农药精准施用发展提出3点展望:加大基础研究投入,提升关键部件及模块的国产化水平;推动装备轻简化、模块化发展,增强通用性和互换性,降低应用成本;促进多学科交叉融合,提高智能化作业精度与质量。

变量喷雾系统的喷雾控制方式研究现状及展望

变量喷雾是精准施药的重要方式之一,而变量喷雾系统的控制方式是实现精确变量喷雾的关键。对国内外研究的压力调节式、流量调节式和药液浓度混合调节式变量喷雾系统等方面展开综述,对几种不同方式的变量喷雾系统的特点和控制技术进行分析,指出几种喷雾系统在实际应用中的存在的问题和制约因素,提出研究中的改进和创新思路,为将来变量喷雾技术的研究提供参考。