基于农药喷施溯源的精准变量喷药监控系统设计与试验

针对现有大田精准施药系统主要以药量变量控制为主,缺乏农药喷施作业数据远程监测与溯源管理等问题,本文设计了基于农药喷施溯源的精准变量喷药监控系统,可实现农药精准变量喷施,作业地块、作业时间、作业面积、农药种类与配比、喷施药量、喷雾压力、实时流量和作业速度等信息的在线监测、实时显示和溯源管理。基于该系统分别开展了施药量计算精度、作业面积计算精度、物联网数据传输稳定性、变量调控系统动态响应、变量调控精度和农药喷施均匀性等试验。试验结果表明,北斗定位测速最大误差为1.33%,平均误差为0.82%,施药量计算误差为1.73%,作业面积计算误差为2.61%,数据丢失率为3.51%;速度连续变化下系统稳定调节时间为4~5 s;不同设定施药量和作业速度下,变量调控精度误差为2.45%;雾滴沉积点密度大于20滴/cm^(2)下,在喷雾机行走和喷雾方向上的喷雾覆盖率变异系数均小于10%,满足精准变量作业要求。本研究可在实现药量变量调控下对农药喷施数据进行溯源管理,为后续开展大田作物农药残留风险评估提供支撑。

宽幅喷杆喷雾机的使用调整及维护保养

高效、精准的植保作业是确保农作物健康生长、提高产量的关键环节,在现代农业生产过程中,宽幅喷杆喷雾机作为现代农业植保机械的重要组成部分,以其作业效率高、喷洒均匀、覆盖面积广等优势,在病虫害防治、作物营养补给等方面发挥着重要作用。为进一步提升宽幅喷杆喷雾机使用规范性,该文分析了喷杆喷雾机技术现状及使用保养过程存在的问题,深入探讨宽幅喷杆喷雾机的使用调整及维护保养技巧,以期为农业从业者提供一套科学的技术建议,促进宽幅喷杆喷雾机规范使用,提高设备可靠性、延长使用寿命,促进农业可持续发展。

喷杆式喷雾机降低药液喷雾漂移技术研究

通过对喷杆式喷雾机降低药液喷雾漂移技术的研究,加强植保工作者在农作物保护过程中对环境保护的重视,在提高喷雾效率的同时更要注重环境保护。通过对喷杆式喷雾机降低药液喷雾漂移的先进技术分析,对植保机械产品研发工作者在产品开发中的技术方向提供启发。

喷杆式喷雾机喷杆高度及平衡在线调控系统

为保证喷杆式喷雾机工作过程中,喷杆与冠层之间始终保持近似平行并相距适当距离,以保证施药效果,并避免喷杆倾斜刮伤作物,设计了一套喷杆式喷雾机喷杆高度及平衡在线调控系统。该系统采用超声波测距传感器实时检测喷杆两端的实际对地距离,并根据其与喷杆设定作业高度的差别,控制油缸动作,对喷杆高度及喷杆平衡进行实时调整。给出了喷杆式喷雾机样机的总体结构,介绍了喷杆高度液压调节系统的组成和工作原理,详细阐述了喷杆高度及平衡在线调控系统的软、硬件设计方法,设计了一种对地距离检测信号枝叶遮挡干扰的滤波算法,并对喷杆高度及平衡在线调控系统的调节性能进行了场地和田间试验。场地试验表明,该调控系统可以有效改善阶跃激励路面引起的喷杆高度变化,并可以将喷杆高度变化值控制在±3 cm范围内。田间试验表明,喷杆高度信号滤波程序可以有效滤除分行器下方偶有棉花枝叶的干扰,实现喷杆高度及平衡的在线调控。

喷雾机前后轮相继激励下喷杆理想运动响应提取

为使真实路面激励可以用于喷杆喷雾机的系统辨识和系统特征评价,建立了在路面单侧激励条件下,从路面激励相继作用于喷雾机前、后轮时的喷杆运动响应中,提取路面激励仅作用于喷雾机前轮时的喷杆理想运动响应的方法。试验结果表明,所提方法可获得与实测响应值间可决系数为0.955 1的模型预测值。获得的喷杆理想运动响应用于喷杆运动响应特性分析的同时,也为路面激励仅作用于喷雾机后轮时的喷杆理想运动响应的提取提供了依据。

高地隙喷杆式与隧道式一体喷雾机的设计与试验

针对烟草移栽后团棵期到打顶期植株形态差异显著,采用单一喷杆式喷雾病虫害防治效果差的问题,设计了一种集喷杆式和隧道式两位一体喷雾机,以实现在烟叶低矮稀疏的幼苗期进行喷杆式喷雾,在烟叶高大茂密的成熟期进行隧道式喷雾,并实现滴落药液的回收再利用。喷雾机固定在高地隙通用机架上;喷架升降和变形机构实现喷杆式和隧道式2种药液喷施模式;喷架收拢机构实现机器工作态和运输态2种机架形态的变换。试验表明:在相同行进速度和喷雾量的情况下,两位一体喷雾机与普通喷杆式喷雾系统相比,烟草打顶期和采收期时,在植株竖直方向上下层叶片正面平均单位面积雾滴沉积量提高50%左右,上下层叶片反面平均单位面积雾滴沉积量分别提高了30.56%和61.54%;在植株水平方向上内中外各层叶片正面平均单位面积雾滴沉积量提高42%以上;内中外各层叶片反面平均单位面积雾滴沉积量分别提高了46.23%、61.17%和24.11%。田间试验表明:药液雾滴雾化烟叶附着效果良好,并且几乎无烟叶损伤。在大田种植烟草的全生命周期中,该喷雾机具有更好的雾滴沉积效果和整机利用率。

水田风送低量喷杆喷雾机设计及其参数研究

为适应水稻病虫害防治的需要,研制了一种轻便、高效、省药、能减少对环境污染、与目前中国水稻插秧机通用底盘配套、可实现水稻低量风送精确喷雾的水田风送低量喷杆喷雾机.采用机电一体化技术,气流辅助技术,低量喷雾技术为中国设计生产出第一代用于水稻病虫害防治的喷杆喷雾机,提高了插秧机通用底盘的利用率;作业效率2 hm2/h(作业速度0.82～0.98 m/s),可进行150～180 L/hm2的低容量喷雾作业;风送系统风速达14 m/s;将喷雾不均匀度由常规喷雾的50%降低到10%,农药利用率达35%;并能对喷雾轨迹进行标识,同时还解决了喷杆的自动折叠问题.

喷杆喷雾雾量的分布均匀性

针对喷杆喷雾雾量分布不均的问题，采用数值计算与试验结合，分析了喷杆高度、喷头安装倾角、喷头间距、喷杆水平转动角度及喷杆的垂直和水平振动对雾量分布变异系数的影响，以指导改进喷雾机喷杆设计，改善喷杆喷雾分布均匀性，提高农药利用率．研究发现：增加喷杆的工作高度和喷头间距，可以有效地减小喷杆雾量分布的变异系数；喷头安装倾角在其变化范围内（5°～15°）对水平喷杆雾量分布状态的变异系数影响很小；喷杆的水平转动角度在顺时针变化范围内对雾量分布的变异系数影响逐步加大，但总的变动范围较小；在相同情况下，喷杆的水平振动对喷杆雾量分布均匀度的影响要比竖直振动影响大得多；增加喷头数、减小喷头间距或增加喷杆的工作高度，可以有效降低竖直振动对喷杆雾量分布均匀度的影响，但对降低水平振动对喷杆雾量分布均匀度的影响很小．

风幕式喷杆喷雾雾滴粒径与速度分布试验

为了研究风幕出口风速和风幕出风口与喷口的水平距离对雾滴粒径和雾滴速度分布的影响,运用PDPA测试系统对不同条件下的风幕式喷杆喷雾气液两相流场进行了测试,对雾滴粒径、速度分布的测量结果进行了分析和讨论。结果表明:雾滴在气流场的作用下,随着风幕风速的逐步变大,雾滴的粒径变小且分布均匀,有效地增大了雾滴的沉积、减小了飘移。风幕出风口与喷口水平距离越近时,雾滴的穿透性能越好,向后飘移的趋势越弱。

大型喷杆及其摆式悬架减振系统动力学特性分析与试验

针对摆式悬架减振系统对喷杆动力学行为影响机理的复杂性,利用第二类拉格朗日方法建立了描述喷杆-悬架系统倾斜运动、垂向运动的数学模型。在MATLAB/Simulink中进行了瞬态响应分析、频率响应分析,研究了动力参数对其特性的影响。在此基础上,以某大型喷杆及其摆式减振悬架为试验对象,通过六自由度运动模拟平台输出翻滚和垂向运动激励,采用超声波距离传感器、IVDT位移传感器等进行数据采样分析,测得喷杆瞬态动力学响应及频率响应特性,并与模型预测进行对比,验证了数学模型的准确性。最后通过扫频振动试验确定了系统的频率响应峰值及对应频率,着重分析了阻尼、刚度系数对喷杆振动特性的影响规律:在一定范围内增加阻尼可以减弱系统振荡,增加刚度有利于提高悬架响应速度。研究为大型喷杆悬架参数优化配置提供理论依据与试验方法,有利于中国大型喷杆(大于12 m)动力学特性试验方法、检测标准的完善。

3MQ-600型导流式气流辅助喷杆弥雾机研制与试验

为减少药液的飘失和雾滴的穿透力,提高药液利用率,设计了3MQ-600型导流式气流辅助喷杆弥雾机,利用拖拉机液压和动力输出带动液压马达、轴流风机、隔膜泵等部件工作。在风筒内部加装的新型栅格状导流器,优化了风筒内的流场结构,减小了因涡流而导致的能量损耗。试验结果证明,与无风幕喷雾相比,沿喷杆方向的雾滴个数平均值提高了29.5%,变异系数降低了78.5%;飘失量减少45%以上;在雾滴对作物冠层穿透性方面,雾滴在作物中下层沉积量50.8%。该机具有较高的减飘性能和雾滴沉积性能,农药利用率更好。

喷雾参数对自走式喷杆喷雾机稻田喷雾农药利用率及雾滴沉积分布的影响

比较在不同喷雾压力和施药液量条件下,采用自走式喷杆喷雾机在水稻分蘖期、孕穗期、扬花期进行喷雾处理的农药利用率、沉积分布均匀性及水稻茎基部雾滴密度的差异,为建立自走式喷杆喷雾机在稻田的高效施药技术提供理论依据。以生物染料丽春红-G作为农药示踪剂,估测不同喷雾参数的农药利用率,并用变异系数、绝对份额比例值比较农药分布的均匀性。同时通过水敏纸收集水稻基部雾滴密度,分析不同喷雾参数下农药雾滴穿透水稻冠层的能力。结果表明:在水稻分蘖期,采用自走式喷杆喷雾机在喷雾压力为1.2 MPa、施药液量为375 L/hm^2条件下喷雾,每个采样点的丽春红-G的平均沉积量仅为0.11 mg,与喷雾压力为0.4 MPa、施药液量为300 L/hm^2条件下喷雾的沉积量相比减少了56.00%。在水稻孕穗期,当喷雾压力为1.2 MPa、施药液量为375 L/hm^2时进行喷雾处理,每个采样点的丽春红-G的平均沉积量达0.26 mg,显著高于其他4个处理。在水稻扬花期,不同喷雾参数间的沉积量差距减小。在合适的喷雾压力和施药液量时,自走式喷杆喷雾机在水稻分蘖期、孕穗期和扬花期进行喷雾处理,农药利用率分别达到40.57%、54.97%和55.50%。综合变异系数和绝对份额比例两个指标,采用自走式喷杆喷雾机在喷雾压力为0.8 MPa、施药液量为300 L/hm^2条件下喷雾,农药分布更均匀。喷雾压力对水稻基部雾滴密度有显著影响,在水稻生长中后期,当喷雾压力低于0.8 MPa、施药液量为225~375 L/hm^2时,水稻茎秆基部雾滴密度均小于30个/cm^2。研究结果表明,喷雾压力和施药液量对自走式喷杆喷雾机稻田喷雾的农药利用率、分布均匀性及水稻茎秆基部雾滴密度有显著影响。在水稻生长前期,不宜采用高压力大水量喷雾作业;在水稻生长中后期,为增加对水稻基部病虫害的防治效果,需提高喷雾压力。

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。

喷雾机喷杆有限元模态分析与结构优化

在ANSYS中建立了喷杆的参数化有限元模型,并验证了模型的准确性。根据喷杆的模态分析结果在ANSYS中对喷杆结构进行了优化,在质量增加8.4%的情况下,喷杆一阶固有频率从9.16 Hz增加到了10.41 Hz,避开了路面激励的频率区间。结合ADAMS对喷杆优化前、后作业时的弹性变形作了对比,结果表明:优化前喷杆末端在水平方向最大弹性变形Dbmax为39.6 mm,均方根为12.6 mm;优化后喷杆在水平方向最大弹性变形Damax为10.1 mm,均方根为2.9 mm,喷杆经过优化后其水平方向弹性变形明显减小。

风幕式喷杆喷雾气液两相流数值模拟

建立了风幕式喷杆喷雾的数值计算模型并运用Fluent软件对其气液两相流场进行了模拟研究,分别研究了风幕气流、风幕出风口与喷口水平及垂直相对位置和喷施角度对于喷雾流场的影响。研究结果表明:随着风幕风速的逐步增大,风幕气流对于气相流场和喷出雾滴的影响逐步增大;当风幕出风口与喷口在水平方向拥有合理的距离时,风幕气流能够发挥较好的防飘移作用;风幕气流在垂直方向远离喷口等效于风幕气流速度的减小,因而其防飘移效果逐步变差;喷施角度变大后雾滴的垂直方向动能变小,有更多的雾滴因为其垂直方向动能的衰减而难以到达采样面,从而造成雾滴群的防飘移性能逐步变差。

基于PLC的喷杆喷雾机变量喷雾自动控制系统设计

针对农业精准喷雾的要求,提出了一种基于PLC的喷杆喷雾机变量喷雾自动控制系统的设计方案,分析了变量喷雾自动控制系统的工作流程,介绍了自动控制系统的硬件及软件设计,实现了对喷头流量和工作压力的自动控制,提高了喷雾作业的自动化和精准化水平。

喷雾机喷杆结构形状及截面尺寸优化与试验

针对喷雾机喷杆结构动力学特性原始设计缺陷,该文提出了一种基于遗传算法的多变量优化方法。以平面十八杆桁架单元为基础结构,在Abaqus平台中建立了单侧喷杆参数化有限元模型。基于Isight多学科多目标优化平台提取模型设计变量组及优化目标,采用多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)对喷杆桁架结构形状及杆件截面尺寸进行优化,得到了一阶固有频率为10.87 Hz,质量为35.82 kg,幅宽为5 m的单侧喷杆结构模型。根据优化后模型的结构参数制造喷杆样品,通过对其进行模态试验验证了数值模型的准确性。针对优化前、后喷杆模型进行了以位移功率谱密度(power spectrum density,PSD)函数为激励的随机振动仿真,结果表明,优化后喷杆模型的质量下降并没有明显增加其在竖直方向上振动位移响应量。该文研究结果可为进一步研究喷雾机喷杆结构的动力学性能优化提供依据。

考虑自然风的气辅式喷雾雾滴飘失特性建模与补偿

气流辅助喷雾在雾滴减飘方面确有效果,然而大田作业时,其减飘效果受到自然风、喷雾流量、风筒出口风速、喷雾角等多种工况的严重影响。该文采用多相流计算流体动力学软件,建立三维流场几何模型,依据不同工况参数对雾滴漂移特性的影响,利用均匀设计安排试验方案,研究雾滴在自然风、辅助气流综合作用下在连续相和雾滴粒子离散相的耦合规律,通过流体动力学仿真完成训练样本采集,采用多元相关向量机回归方法建立不同自然风速下减飘模型,并通过模糊决策支持系统对作物茂密程度和喷嘴与冠层间垂直距离进行控制参数修正。试验结果表明:多元相关向量机回归模型预测飘失率的平均绝对百分比误差为2.56%,自然风扰动中实测和预测飘失率平均误差为8.92%,其飘失规律与所建飘失模型基本吻合。研究结果可为面向雾滴沉积效果的喷雾主动控制系统设计提供参考。

气流辅助式喷雾工况参数对雾滴飘移特性的影响

采用三维流场的多相流计算流体力学模型,研究雾滴在自然风影响、辅助气流胁迫和自身重力作用下在连续相和雾滴粒子群离散相耦合的交互作用,并分析了不同工况参数对雾滴漂移特性的影响。结果表明:增大风筒气流出口速度,可以胁迫雾滴向靶标运动,减少雾滴飘失率。当喷嘴流量较小时,雾滴飘失率变小的趋势最为明显。然而喷嘴流量过大时,雾滴整体抗飘失能力显著下降。辅助气流的喷雾角对减少雾滴飘失相对于自然风速、辅助气流风速没有显著的影响。

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。