王杰 邱威 丁為民 等 Y型棚架式果園的3WZ 300風(fēng)送噴霧機(jī)設(shè)計與試驗 J 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2021 42 6 60 70 WANG Jie QIU Wei DING Weimin et al Design and experiment of 3WZ 300 type air assisted sprayer for orchard with Y typed trellis J Journal of South China Agricultural University 2021 42 6 60 70 Y型棚架式果園的3WZ 300 風(fēng)送噴霧機(jī)設(shè)計與試驗 王 杰 邱 威 丁為民 張鎮(zhèn)濤 聞楨杰 蘇永喜 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院 江蘇 南京 210031 摘要 目的 針對Y型棚架式果樹的需風(fēng)特性設(shè)計一款風(fēng)送噴霧機(jī) 探究機(jī)具對此樹形的施藥規(guī)律 為新式果 園栽植工藝的植保機(jī)具設(shè)計提供參考 方法 結(jié)合棚架梨樹Y型樹冠需風(fēng)特性 設(shè)計一款異形導(dǎo)風(fēng)管 確定發(fā) 散型射流口 噴霧范圍可全面覆蓋冠層 并進(jìn)行整機(jī)配置 風(fēng)機(jī)使用無級調(diào)速帶輪進(jìn)行調(diào)速 以作業(yè)速度 出口 風(fēng)速 出風(fēng)口與冠層中部高度差作為試驗參數(shù) 以靶標(biāo)霧滴覆蓋率 靶標(biāo)霧滴沉積量以及地面霧滴沉積量作為評 價指標(biāo) 設(shè)計田間試驗 利用Design Expert軟件建立響應(yīng)曲面分析參數(shù)對指標(biāo)的影響 并對機(jī)具作業(yè)參數(shù)進(jìn)行 優(yōu)化 結(jié)果 優(yōu)化結(jié)果表明 3WZ 300風(fēng)送噴霧機(jī)在作業(yè)速度0 8 m s 出口風(fēng)速22 m s 出風(fēng)口中部與梨樹冠層 中部高度差為5 1 cm時 靶標(biāo)霧滴覆蓋率為39 79 靶標(biāo)霧滴沉積量為9 89 L cm2 地面霧滴沉積量為5 41 L cm2 有效附著藥液占比60 1 結(jié)論 該噴霧機(jī)滿足果園作業(yè)要求 施藥效果較好 為棚架式果園噴霧機(jī)的 設(shè)計及機(jī)具參數(shù)優(yōu)化提供了參考 關(guān)鍵詞 Y型棚架 風(fēng)送噴霧機(jī) 優(yōu)化 覆蓋率 霧滴沉積量 中圖分類號 S491 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 1001 411X 2021 06 0060 11 Design and experiment of 3WZ 300 type air assisted sprayer for orchard with Y typed trellis WANG Jie QIU Wei DING Weimin ZHANG Zhentao WEN Zhenjie SU Yongxi College of Engineering Nanjing Agricultural University Nanjing 210031 China Abstract Objective This study was aimed to design a air assisted sprayer for the wind requirement of fruit tree with Y typed trellis explore the spraying regularity of applying the machine to such type of tree and provide references for designing plant protection equipment for the orchard with new planting technology Method According to wind demanding characteristic of the Y typed canopy of pear trees a special shaped duct was designed The duct could be adjusted according to different conditions and the range of spray could cover tree canopy completely The whole machine was configured and the fan speed was adjusted using a stepless speed regulation pulley The operating speed outlet wind speed and height difference between the outlet and the middle of canopy were taken as test parameters and the droplet coverage rate on target the droplet deposition of target and the droplet deposition on ground were taken as evaluation indexes The Design Expert 收稿日期 2021 05 10 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)時間 2021 10 09 13 07 20 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)地址 作者簡介 王 杰 1996 男 碩士研究生 E mail njauwangjie 通信作者 丁為民 1957 男 教授 博士 E mail wmding 基金項目 江蘇省農(nóng)業(yè)自主創(chuàng)新資金 CX181007 國家自然科學(xué)基金 51805271 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)SRT專項計劃 S20190037 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 Journal of South China Agricultural University 2021 42 6 60 70 DOI 10 7671 j issn 1001 411X 202105017 software was used to establish response surface analyze the influence of parameters on the indexes and optimize the operating parameters of the machine Result The optimization results showed that when the operating speed was 0 8 m s the outlet wind speed was 22 m s and the height difference between the middle part of the air outlet and the middle part of the pear canopy was 5 1 cm the droplet coverage rate on target was 39 79 the droplet deposition was 9 89 L cm2 the droplet deposition on ground was 5 41 L cm2 and the ratio of effectively attached liquid was 60 1 Conclusion This machine can satisfy the requirements of orchard operation with good spraying effect It provides a reference for the design of sprayer for rack type orchard and the optimization of machine parameters Key words Y typed trellis air assisted sprayer optimization coverage rate droplet deposition 近年來 我國引進(jìn)并應(yīng)用棚架栽培技術(shù) 利用 金屬 竹 水泥柱等材料搭成棚架 支撐果樹樹冠 通過合理 科學(xué)的栽培技術(shù) 實現(xiàn)水果的優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn) 其中 蘇南觀光梨園采用Y字樹形的整形技術(shù) 該 技術(shù)樹冠形成快 抗風(fēng)能力強(qiáng) 早期豐產(chǎn) 方便機(jī)械 化作業(yè) 韓國園藝所的試驗表明 一般栽植4 6年 的梨樹 在密植條件下Y字樹形比開心樹形可增 產(chǎn)5 10倍 栽植后第7 8年 每1 000 m2產(chǎn)量達(dá) 3 5 t 1 3 在目前對梨品質(zhì)要求較高的形勢下 棚架 栽培具有明顯的優(yōu)勢 經(jīng)栽培試驗表明 Y型棚架 樹體結(jié)構(gòu)簡單 操作方便 高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn) 較適合新發(fā)展 的蘇南地區(qū)梨園 4 果園施藥技術(shù)目前向著精準(zhǔn)化 智能化和信息 化發(fā)展 主要研究方向有仿形噴霧 5 6 變量噴施 7 視覺與傳感技術(shù)輔助噴施等 8 9 探究噴霧參數(shù)影響 規(guī)律并進(jìn)行針對性噴施是目前主要研究方向 前人 已在此方向做出大量研究 如進(jìn)行冠層體積計 算 10 13 通過傳感器控制風(fēng)量霧量等方法達(dá)到節(jié)約 藥量的效果 14 17 通過試驗探究噴霧因素影響 確定 不同參數(shù)對施藥效果的影響規(guī)律 繼而對噴霧機(jī)進(jìn) 行調(diào)整 研究表明 施藥效果受到作業(yè)速度 噴霧高 度以及風(fēng)速等因素影響 18 20 根據(jù)冠層信息調(diào)節(jié)至 理想?yún)?shù) 并實現(xiàn)仿形噴霧 有助于提高施藥效 果 21 22 但以上大部分針對的仍是傳統(tǒng)的紡錘形或 開心形梨樹 很少有針對新型棚架技術(shù)施藥的研究 根據(jù)實際調(diào)研得知 棚架果園使用傳統(tǒng)噴霧 機(jī) 經(jīng)常出現(xiàn)以下情況 小噴量噴霧機(jī)無法覆蓋整 個冠層 大噴量噴霧機(jī)無差別噴霧在冠層下方較為 冗余 農(nóng)藥浪費嚴(yán)重 沉積在土壤中的農(nóng)藥被作物 吸收并富集于植物器官中 繼而影響產(chǎn)品品質(zhì) 且 藥量較大對作業(yè)人員的身體健康產(chǎn)生不利影響 23 24 針對上述問題 本文以燁佳梨園Y型棚架梨樹為對 象 以機(jī)具小型化和提高農(nóng)藥利用效率 減小藥液 地面沉積為目標(biāo) 設(shè)計一款風(fēng)送噴霧機(jī) 并結(jié)合試 驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析優(yōu)化 探究不同參數(shù)對棚架梨樹施 藥效果的影響規(guī)律 1 機(jī)具設(shè)計 1 1 噴霧機(jī)設(shè)計指標(biāo) 棚架梨樹行距5 m 株距3 m 主干高約0 8 m 上方冠層枝條沿棚架向兩側(cè)分離 無主干 梨樹高 度約2 5 m 機(jī)具使用拖拉機(jī)作為動力源 節(jié)約自走 底盤等部件的成本 且方便更換牽引機(jī)具 綜合成 本較低 相較于傳統(tǒng)梨園 棚架式梨園的機(jī)具活動 范圍較小 對機(jī)具的靈活性 小型化要求較高 大型 牽引式噴霧機(jī)在作業(yè) 轉(zhuǎn)彎時均較為不便 故初步 擬定設(shè)較為小型的懸掛式噴霧機(jī) 噴霧機(jī)寬度不超 過拖拉機(jī)最大寬度 L hm 2 L hm 2 L hm 2 機(jī)具設(shè)計功率不超過10 kW 可掛載于中小型 拖拉機(jī) 藥箱容積可支撐單次作業(yè)30 min以上 噴 霧機(jī)向兩側(cè)施藥 單次作業(yè)2行 噴幅與梨樹行距 相同 5 m 梨園現(xiàn)使用的傳統(tǒng)高塔式噴霧機(jī)共 20個噴頭 經(jīng)測量 其單位面積施藥量為1 333 去除非向樹冠施藥噴頭后 共有10個噴頭有效作 業(yè) 施藥量約670 擬定本噴霧機(jī)噴霧量最多 不超過600 故藥箱容積大于300 L 1 2 噴霧機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理 如圖1所示 噴霧機(jī)由機(jī)架 風(fēng)機(jī) 藥泵 可調(diào) 節(jié)導(dǎo)風(fēng)管以及傳動系統(tǒng)組成 噴霧機(jī)架由方鋼 角 鐵等材料焊接而成 其上方為藥箱托架以及出風(fēng)口 支撐架 下部分為傳動系統(tǒng)底座以及風(fēng)機(jī)卡槽 并 于其上焊接三點懸掛連接件 如圖2所示 作業(yè)時 機(jī)具以拖拉機(jī)后動力輸 出軸為動力源 通過萬向節(jié)聯(lián)軸器帶動軸1轉(zhuǎn)動 軸1通過帶傳動驅(qū)動藥泵 同時利用帶傳動1 2增 速帶動軸2 軸2與軸3通過無級調(diào)速裝置連接 旋 轉(zhuǎn)此裝置可進(jìn)行無級變速 最大可進(jìn)行2倍增速 軸3通過帶傳動連接風(fēng)機(jī)軸承座 繼而帶動風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn) 第 6 期 王 杰 等 Y型棚架式果園 的 3WZ 300風(fēng)送噴霧機(jī)設(shè)計與試驗 61 動 氣流由風(fēng)機(jī)進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)裝置 最后由出風(fēng)口射出 同時軸1通過帶傳動驅(qū)動藥泵 藥泵使藥液通過管 路到達(dá)噴頭處霧化并噴射至外界 被氣流帶至冠層內(nèi) 2 機(jī)具設(shè)計 2 1 風(fēng)機(jī)選型 根據(jù)果園調(diào)研得知 棚架梨樹樹枝主要集中于 棚架處 厚度約0 5 m 棚架距離噴霧機(jī)垂直距離約 1 m 距離較短 針對這一情況 置換原則計算需風(fēng) 量較為合理 25 如圖3所示 單位時間內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)量 Q 的計算公式為 Q L1 L2 HvK 1 L1 L2 v K 式中 H是樹冠厚度 是棚架內(nèi)側(cè)樹冠幾何長度 是棚架外側(cè)樹冠層幾何長度 是噴霧機(jī)作業(yè)速 度 是氣流衰減和沿途損失系數(shù) Q 1 475 m3 s Q 5 310 m3 h Q 1 5 m 3 s Q 5 400 m 3 h 求得被置換的風(fēng)量 即 擬定3WZ 300風(fēng)送噴霧機(jī)風(fēng)量 即 機(jī)具出風(fēng)口距果樹垂直距離為1 1 m 以此距 離為噴霧機(jī)射流提供數(shù)據(jù)支持 根據(jù)末速度原則公式 v2 H1v1KH 2 2 得到 v1 H2v2H 1K 3 v2 v1 H1 H2 v1 19 4 m s 式中 是氣流到達(dá)樹體的末速度 是導(dǎo)風(fēng)裝置 出口風(fēng)速 是單側(cè)出風(fēng)口總長度 是樹高 求得 根據(jù)氣體自由淹沒射流運動特性關(guān)系式軸 線速度公式 1 2 8 7 6 3 4 5 b v b Photograph of sprayer a e m a Structure diagram of sprayer 1 藥箱 2 機(jī)架 3 傳動箱 4 柱塞泵 5 動力輸入軸 6 離心風(fēng)機(jī) 7 導(dǎo)風(fēng)裝置 8 噴頭 1 Sprayer tank 2 Boom frame 3 Transmission case 4 Plunger pump 5 Power input axis 6 Centrifugal fan 7 Air guiding device 8 Nozzle 圖 1 3WZ 300風(fēng)送噴霧機(jī)總體結(jié)構(gòu)示意圖 Fig 1 Overall structure of 3WZ 300 type air assisted sprayer 1 2 3 4 5 9 8 7 6 1 拖拉機(jī)后動力輸出軸 2 萬向節(jié)聯(lián)軸器 3 軸1 4 帶傳動機(jī)構(gòu) 5 軸2 6 無級調(diào)速裝置 7 軸3 8 離心風(fēng)機(jī) 9 柱塞泵 1 PTO of tractor 2 Universal joint 3 Axis 1 4 Belt drive 5 Axis 2 6 Stepless speed regulating device 7 Axis 3 8 Centrifugal fan 9 Plunger pump 圖 2 3WZ 300風(fēng)送噴霧機(jī)傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 Fig 2 Transmission system structure of 3WZ 300 type air assisted sprayer 9 5 7 0 7 2 0 0 0 L1 L2 H L1 L2 樹冠橫截面內(nèi)側(cè)尺寸 樹冠橫截面外側(cè)尺寸 H 冠層厚度 L1 L2 Inner dimension of the canopy cross section Outer dimension of the canopy cross section H Canopy thickness 圖 3 Y型棚架梨樹置換原則示意圖 Fig 3 Replacement principle of Y typed trellis tree 62 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 第 42 卷 v2 v1 0 966 as R0 0 294 4 a s R0 a v2 9 81 m s 式中 是試驗系數(shù) 是噴口至任一斷面處距離 是導(dǎo)風(fēng)裝置出口風(fēng)半徑 其中 的范圍為 0 066 0 080 當(dāng)噴口速度比較均勻且擾動較小時取 小值 反之取大值 由于導(dǎo)風(fēng)裝置出風(fēng)口處風(fēng)場較 為復(fù)雜 擾動較為強(qiáng)烈 故取其最大值0 08 計算出 1 1 m距離處氣流末速度 關(guān)于圓形噴嘴射流理論 根據(jù)不可壓三元定長 紊流自由射流主段流速分布推導(dǎo)結(jié)果公式得知 v2 v1 d0 1 61s 5 d 0 式中 是導(dǎo)風(fēng)裝置出口風(fēng)直徑 求得1 1 m距離處 v2 11 12 m s 氣流末速度 式 5 結(jié)果大于式 4 結(jié)果 并均大于實際測量 結(jié)果 結(jié)合公式推導(dǎo)過程及試驗過程分析 初步判 定其較大原因是公式推導(dǎo)過程較為理想化 而導(dǎo)風(fēng) 裝置內(nèi)部形狀較為復(fù)雜 試驗過程中一定程度上受 外界影響 故其結(jié)果較推導(dǎo)結(jié)果偏小 但結(jié)果相近 有一定指示參考作用 表明當(dāng)風(fēng)速為19 m s時符合 果樹最大需風(fēng)要求 由于噴霧機(jī)向兩側(cè)多出口噴 霧 導(dǎo)風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 阻力較大 擬選擇離心 風(fēng)機(jī)作為風(fēng)源 將上述結(jié)果設(shè)定為額定值 結(jié)合廠 家手冊得知 4 72式離心風(fēng)機(jī)為常用工業(yè)風(fēng)機(jī) 工 作介質(zhì)為常規(guī)空氣 其風(fēng)量跨度較大 風(fēng)壓相對軸 流風(fēng)機(jī)較高 滿足使用要求 根據(jù)此風(fēng)量 初步擬定 選用4 72 3 6c型離心風(fēng)機(jī) 其參數(shù)如表1所示 表 1 4 72 3 6c式風(fēng)機(jī)參數(shù) Table 1 Parameters of 4 72 3 6c fan 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 r min 1 Fan speed 風(fēng)機(jī)功率 kW Fan power 風(fēng)量范圍 m3 h 1 Range of air volume 全壓范圍 Pa Range of total pressure 2 900 3 00 2 664 5 268 989 1 578 2 600 2 20 2 730 4 058 1 009 1 230 2 200 1 50 2 310 3 434 723 881 1 800 0 75 1 890 2 810 483 590 m3 h 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 900 r min時 由于導(dǎo)風(fēng)裝置阻力 遠(yuǎn)小于989 Pa 根據(jù)表1可知風(fēng)機(jī)理論風(fēng)量可達(dá)到 5 268 風(fēng)機(jī)功率3 kW 滿足噴霧機(jī)需求 2 2 導(dǎo)風(fēng)裝置設(shè)計 導(dǎo)風(fēng)裝置出風(fēng)口面積 S2 計算公式為 S2 Qv 1 6 如圖4所示 由于棚架梨樹的樹冠形狀較為特 殊 橫向噴霧會使得地面沉積量過大 農(nóng)藥浪費嚴(yán) 重 結(jié)合實際需要 擬將導(dǎo)風(fēng)裝置出風(fēng)口垂直于棚 架 噴霧中心延長線通過樹冠中層水平線與棚架交 點 兩側(cè)各4個出風(fēng)口 由于中間冠層較厚 故冠層 中部對應(yīng)2個 上下部分各1個 S2 0 078 9 m2 綜上所述 擬定導(dǎo)流裝置出風(fēng)口形狀為圓形 噴霧機(jī)兩側(cè)各有4個出風(fēng)口 其總面積 各出風(fēng)口直徑d 112 mm 而導(dǎo)風(fēng)裝置與風(fēng)機(jī)連 接 其進(jìn)風(fēng)口形狀與風(fēng)機(jī)出風(fēng)口形狀一致 確定導(dǎo) 風(fēng)裝置進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口尺寸后 將確定導(dǎo)風(fēng)裝置整 體形狀及尺寸 并對其阻力進(jìn)行估算 導(dǎo)風(fēng)裝置大 致分為3個部分 如圖5所示 b 斜向噴霧示意圖 b The diagram of oblique spray a 水平噴霧示意圖 a The diagram of horizontal spray 圖 4 不同角度的噴霧方式對比 Fig 4 Comparison of spraying methods from different angles 第 6 期 王 杰 等 Y型棚架式果園 的 3WZ 300風(fēng)送噴霧機(jī)設(shè)計與試驗 63 B A C A 進(jìn)風(fēng)口 B 整流管 C 出風(fēng)口 A Air inlet B Air rectifier C Air outlet 圖 5 導(dǎo)風(fēng)裝置示意圖 Fig 5 Schematic diagram of air guiding device 導(dǎo)風(fēng)裝置進(jìn)風(fēng)口底部與離心風(fēng)機(jī)出風(fēng)口連接 由下向上形狀逐漸變化為圓形 與整流管連接 結(jié) 合噴霧機(jī)高度限制 擬定此部分高度300 mm 整流 管的作用是改變風(fēng)向 使離心風(fēng)機(jī)吹出的氣流正對 梨樹冠外側(cè) 即達(dá)到圖4b的效果 考慮到加工便利 性 整流管橫截面為圓形 其橫截面積與單側(cè)導(dǎo)風(fēng) 裝置出風(fēng)口面積之和相同 26 具體尺寸將進(jìn)行仿真 分析后確定 由于棚架梨樹樹形特殊 其冠層中間 密度較高 樹冠頂部與底部枝葉較少 故設(shè)置2個 出風(fēng)口對樹冠密度較高的部位進(jìn)行送風(fēng)噴霧 兩端 出風(fēng)口傾斜30 整體根據(jù)樹冠厚度進(jìn)行風(fēng)量與霧 量分配 導(dǎo)風(fēng)裝置形狀確定后 通過阻力計算公式計算 其空氣阻力 局部阻力公式為 Pj v 23 2 7 摩擦阻力公式為 Pm 2 4R s v 23 2 L 8 P j v3 Pm Rs 式中 是局部空氣阻力 是局部阻力系數(shù) 是空 氣密度 是導(dǎo)風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速 是空氣 摩擦阻力 是摩擦阻力系數(shù) 是導(dǎo)風(fēng)管的水力半 徑 L是導(dǎo)風(fēng)管的沿程長度 計算出導(dǎo)風(fēng)裝置總阻力為260 Pa 此阻力小于 離心風(fēng)機(jī)全壓范圍的最小值 為了便于探究出風(fēng)口高度對噴霧效果的影響 裝置底部與出風(fēng)口用PVC管連接 可通過改變連 接螺栓位置調(diào)整出風(fēng)口高度 通過測量得知 機(jī)器穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時 流量不變的 情況下 空氣在管路內(nèi)運行時 管徑越大 流速越 小 流動阻力也越小 導(dǎo)風(fēng)裝置設(shè)計過程中 其進(jìn)風(fēng) 口與出風(fēng)口尺寸已確定 考慮到加工便利性以及成 本 其中部使用彎管作為過渡區(qū)域 導(dǎo)風(fēng)裝置形狀 較為復(fù)雜 根據(jù)常規(guī)通風(fēng)計算方法無法確定其流動 0 039 973 m2 狀態(tài) 本文遵循面積相近原則 保持中段彎管截面 積與出風(fēng)口截面積之和相同 由上述計算過程可 知 單側(cè)4個出風(fēng)口面積之和為 此面 積介于220與230 mm圓管截面積之間 便擬定選 用這2個尺寸之一的彎管作為過渡區(qū) 將模型導(dǎo)入 ANSYS Workbench平臺進(jìn)行處理 對導(dǎo)風(fēng)裝置進(jìn) 行建模并將其導(dǎo)入Workbench 采用ICEM對模型 進(jìn)行網(wǎng)格劃分 對幾何模型進(jìn)行區(qū)域離散 適當(dāng)調(diào) 節(jié)網(wǎng)格密度 對出風(fēng)口處進(jìn)行網(wǎng)格加密 使其滿足 條件 如圖6所示 圖 6 導(dǎo)風(fēng)裝置網(wǎng)格劃分 Fig 6 Meshing of air guiding device 選擇Fluent模塊對其求解 迭代運算后 對采 用2個尺寸彎管的速度云圖與壓力云圖進(jìn)行對比 分析可知 220 mm管道折彎處區(qū)域速度明顯增大 壓力明顯降低 兩側(cè)最低出風(fēng)口速度明顯較低 速 度云圖顯示其速度為16 20 m s 而最高處出風(fēng)口 速度明顯較高 為32 36 m s 中段管徑為230 mm 的導(dǎo)風(fēng)裝置壓力分布均勻 其出風(fēng)口壓力與速度分 布較為均勻 故優(yōu)先選擇230 mm彎管作為導(dǎo)風(fēng)裝置過 渡段 2 3 噴霧系統(tǒng)設(shè)計 圖7為3WZ 300型風(fēng)送噴霧機(jī)的噴霧系統(tǒng)示 意圖 噴霧系統(tǒng)主要包括液泵 包含壓力表及調(diào)壓 裝置 藥箱 噴頭 分流器以及三通軟管等 利用藥 泵回流對藥箱內(nèi)部藥液進(jìn)行攪拌 防止農(nóng)藥分層或 沉淀 藥液由藥泵排出后經(jīng)分流器分流進(jìn)入管路 最終進(jìn)入噴頭并霧化噴出 根據(jù)果園 GB T 17997 2008 農(nóng)藥噴霧機(jī) 器 田間操作規(guī)程及噴灑質(zhì)量評定 27 要求 噴霧機(jī)殺 蟲滅菌使用圓錐霧噴頭 且藥箱回流攪拌量不少于 藥箱體積容量的5 設(shè)計的噴霧壓力為0 4 MPa 本噴霧機(jī)共8個噴頭 經(jīng)測量其在0 4 MPa壓力下 噴量為1 3 L min 即噴頭總噴量為10 4 L min 根據(jù) 設(shè)計要求 噴霧機(jī)單次作業(yè)時間不少于30 min 藥 64 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 第 42 卷 箱容積擬定310 L 根據(jù)上述國標(biāo)要求 藥箱回流攪 拌量不少于藥箱體積容量的5 約15 L min 故藥 泵流量至少需達(dá)到25 L min 綜上所述 選用聯(lián)農(nóng) LL 88型柱塞泵 額定流量20 35 L min 額定功率 3 kW 滿足噴霧機(jī)需求 3 田間試驗 3 1 試驗條件 試驗時間 2020年6月5日 試驗地點 江蘇省 泰興市燁佳梨園 試驗時 環(huán)境溫度16 21 自然 風(fēng)速0 5 1 2 m s 試驗對象為Y型棚架式梨樹 平 均樹高2 5 m 冠徑3 m 行距5 m 株距3 m 試驗 現(xiàn)場如圖8所示 3 2 試驗材料及方法 試驗器材 東風(fēng)604 15型拖拉機(jī) 3WZ 300風(fēng) 送噴霧機(jī) 牽引式高塔噴霧機(jī) UV2000紫外可見 分光光度計 EPSON V39掃描儀 TSI 9565P 多功能風(fēng)速測試儀 麗春紅2R 便簽紙 7 6 cm 7 6 cm 試驗方案參考 GB T 17997 2008 農(nóng)藥噴霧 機(jī) 器 田間操作規(guī)程及噴灑質(zhì)量評定 27 選用 3棵具有代表性的梨樹作為采樣對象 考慮到棚架 梨的特殊性 采樣點方案有所改進(jìn) 如圖9所示 將 樹冠分為3層 高度分別為0 8 1 8和2 8 m 為測 試噴霧過程中冠層外側(cè)與內(nèi)部沉積效果 每層均沿 冠層外部與內(nèi)部布點 內(nèi)外間隔約0 8 m 每個采樣 點使用回形針固定便簽紙于樹葉兩面 同時在地面 上以樹干為中心 正方形布置6個點 將便簽紙平 鋪于布點處 試驗藥液為2 5 g L麗春紅2R溶液 根據(jù)國標(biāo)要求計算藥液覆蓋率 參照文獻(xiàn) 28 使用UV2000紫外可見分光光度計測定紙卡浸泡液 的光密度計算單位面積霧滴沉積量 其計算公式為 m D504 nmVRLS 3C 9 S3 式中 m是單位面積霧滴沉積量 D504 nm是紙卡浸 泡液光密度 V是紙卡浸泡液體積 R是吸光系數(shù) L是比色皿厚度 是紙卡面積 C是麗春紅母液 濃度 1 2 3 4 5 6 7 1 藥箱蓋 2 藥箱 3 過濾器 4 壓力表 5 液泵 6 分流器 7 噴頭 1 Tank lid 2 Tank 3 Filter 4 Pressure gage 5 Plunger pump 6 Splitter 7 Nozzle 圖 7 3WZ 300風(fēng)送噴霧機(jī)噴霧系統(tǒng)示意圖 Fig 7 Spray system structure of 3WZ 300 type air assisted sprayer 圖 8 果園噴霧試驗現(xiàn)場 Fig 8 Spraying test in orchard 行駛方向 Driving direction 內(nèi)側(cè) Inside外側(cè) Outside 行駛方向 Driving direction a 靶標(biāo)布點示意圖 a Schematic diagram of target distribution b 地面布點示意圖 b Schematic diagram of ground layout 圖 9 采樣點布置示意圖 Fig 9 Layout of sampling points 第 6 期 王 杰 等 Y型棚架式果園 的 3WZ 300風(fēng)送噴霧機(jī)設(shè)計與試驗 65 在作業(yè)過程中 影響施藥效果的主要因素有作 業(yè)速度 出口風(fēng)速和出風(fēng)口高度 其中作業(yè)速度通 過拖拉機(jī)擋位調(diào)節(jié) 調(diào)整范圍為0 8 1 6 m s 出口 風(fēng)速通過無級調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)節(jié) 風(fēng)速范圍16 22 m s 出風(fēng)口高度通過連接桿不同高度通孔調(diào)整 以樹冠幾何高度中點為零點 調(diào)整范圍為 20 20 cm 通過前期室內(nèi)試驗得出 噴霧壓力在0 25 0 50 MPa范圍內(nèi) 霧量變化較小 故將噴霧壓力固 定為0 3 MPa 每組試驗前測量環(huán)境風(fēng)速并實時記 錄 試驗參數(shù)及其具體數(shù)值確定后 試驗因素編碼 如表2所示 為使試驗結(jié)果更加直觀 便于觀察 本文采用 R1 R2 R3 Design Expert的三因素三水平Box Behnken響應(yīng) 面法進(jìn)行參數(shù)組合 組合方案及結(jié)果如表3所示 分別代表靶標(biāo)霧滴覆蓋率 靶標(biāo)霧滴沉積 量 地面霧滴沉積量 表 3 果園噴霧試驗參數(shù)組合及試驗結(jié)果 Table 3 Experiment scheme and results of orchard spraying test 序號 Test No 試驗參數(shù)編碼值 Code value of test parameter評價指標(biāo) Evaluating indicator x1 出口風(fēng)速 Air outlet velocity x2 作業(yè)速度 Working speed x3 出風(fēng)口高度 Air outlet height R1 靶標(biāo)霧滴覆蓋率 Droplet coverage rate on target R2 靶標(biāo)霧滴沉積量 Droplet deposition on target R3 地面霧滴沉積量 Droplet deposition on ground 1 1 1 0 34 56 7 807 3 661 2 1 0 1 29 17 6 208 5 923 3 1 1 0 29 69 6 216 3 584 4 0 1 1 25 26 5 596 4 120 5 1 0 1 38 02 8 948 5 478 6 1 1 0 41 41 11 268 6 587 7 0 1 1 34 64 7 361 3 657 8 0 1 1 35 42 10 731 10 157 9 0 0 0 34 37 7 307 3 434 10 0 0 0 33 86 8 551 5 047 11 0 0 0 33 33 8 117 4 533 12 1 1 0 29 69 5 188 1 772 13 1 0 1 26 04 5 995 4 111 14 0 1 1 23 05 4 038 2 085 15 0 0 0 33 61 8 491 4 915 16 0 0 0 33 33 8 573 4 275 17 1 0 1 25 52 4 658 2 630 4 試驗結(jié)果與分析 4 1 顯著性分析 R1 R2 R3 R1 采用Design Expert 8 0 6對表3數(shù)據(jù)擬合并進(jìn)行 方差分析 得到顯著性檢驗結(jié)果如表4所示 根據(jù)表4 可知 模型顯著性檢驗F 4 50 P 0 030 模型顯 著 模型顯著性檢驗F 4 06 P 0 039 模型顯 著性檢驗F 4 67 P 0 027 均達(dá)到顯著 但 的失 R2 擬項檢驗F 99 04 P 0 01 的失擬項檢驗 F 10 74 P 0 022 2個指標(biāo)的失擬項均顯著 說明 試驗范圍內(nèi)2個指標(biāo)模型擬合受到未知參數(shù)影響 結(jié)合試驗過程分析 考慮可能是由于試驗環(huán)境影響 因素較多所致 如樹冠狀態(tài)發(fā)生變化 梨園地面凹 凸不平導(dǎo)致機(jī)具晃動等 但由于模型顯著性較好 因此可以使用上述2個模型對出風(fēng)口風(fēng)速 作業(yè)速 表 2 試驗因素編碼 Table 2 Coding of factors and levels 編碼值 Code value x1 出口風(fēng)速 m s 1 Air outlet velocity x2 作業(yè)速度 m s 1 Working speed x3 出風(fēng)口高度 cm Air outlet height 1 16 0 8 20 0 19 1 2 0 1 22 1 6 20 66 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 第 42 卷 R3 x1 x2 x3 度 出風(fēng)口高度這3個因素的影響效果進(jìn)行分析及 大致預(yù)測 的失擬項檢驗F 5 66 P 0 064 失擬 項不顯著 說明不存在其他指標(biāo)對此模型產(chǎn)生較大 影響 可以使用此模型對出風(fēng)口風(fēng)速 作業(yè)速度 出風(fēng)口高度 這3個因素的影響效果進(jìn)行分 析及預(yù)測 對試驗數(shù)據(jù)回歸擬合得到的二次多項式 回歸模型為 R1 46 144 0 105x1 11 981x2 0 116x3 0 01x23 10 R2 14 321 0 017x1 5 04x2 0 059x3 0 03x23 11 R3 12 087 0 154x1 3 907x2 0 25x3 0 14x2x3 12 4 2 響應(yīng)曲面分析 圖10為靶標(biāo)霧滴覆蓋率 靶標(biāo)霧滴沉積量 地面霧滴沉積量的3D曲面圖 從圖10可以看 出作業(yè)速度 出風(fēng)口高度對靶標(biāo)霧滴覆蓋率的影 響較為顯著 而出口風(fēng)速對靶標(biāo)霧滴覆蓋率影響 較小 通過圖10b 10c可直觀地看出出風(fēng)口高度 對靶標(biāo)霧滴覆蓋率的影響較為穩(wěn)定 無論作業(yè)速 度及出風(fēng)口速度如何變化 當(dāng)出風(fēng)口高度為 4 0 cm時 靶標(biāo)霧滴覆蓋率均較大 由圖10d 10e 10f可直觀地看出作業(yè)速度 出風(fēng)口高度對靶標(biāo) 霧滴沉積量影響均顯著 其中作業(yè)速度的影響尤 為顯著 響應(yīng)曲面中靶標(biāo)霧滴沉積量增長趨勢與 靶標(biāo)霧滴覆蓋率增長趨勢相似 但沉積量的峰值 較高 在圖10d 10f中尤為明顯 這是因為部分 采樣點霧滴附著量達(dá)到一定程度后 覆蓋率趨近 于1且增長趨勢大幅減弱 而沉積量此時仍持續(xù) 增加 甚至出現(xiàn)了沖洗現(xiàn)象 由圖10g 10h 10i 可直觀看出 出口風(fēng)速 作業(yè)速度和出風(fēng)口高度 對地面霧滴沉積量均有一定影響 其中作業(yè)速度 的影響較為顯著 且作業(yè)速度小于1 2 m s時 出 風(fēng)口位置對地面霧滴沉積量的影響極大 當(dāng)作業(yè) 速度為1 0 m s時 地面霧滴沉積量隨出風(fēng)口高 度的降低顯著增大 這是因為當(dāng)出風(fēng)口高度較低 時 很大一部分藥液落在地面 而作業(yè)速度越 慢 單位時間內(nèi)落在地面的藥液越多 值得一提 的是 雖受未知因素的干擾 仍可看出風(fēng)速對施 藥效果有部分影響 與作業(yè)速度有一定耦合作 用 當(dāng)靶標(biāo)霧滴覆蓋率及沉積量均達(dá)到峰值時 地面霧滴沉積量也達(dá)到峰值 故需進(jìn)行平衡 確 定較為合適的參數(shù) 表 4 響應(yīng)曲面顯著性檢驗結(jié)果 Table 4 Significance test results of response surface 方差來源1 Soruce of variation R1 靶標(biāo)霧滴覆蓋率 Droplet coverage rate on target R2 靶標(biāo)霧滴沉積量 Droplet deposition on target R3 地面霧滴沉積量 Droplet deposition on ground 平方和 Square sum 自由度 Degree of freedom F P 平方和 Square sum 自由度 Degree of freedom F P 平方和 Square sum 自由度 Degree of freedom F P 模型 Model 329 46 9 4 500 0 030 54 34 9 4 060 0 039 51 69 9 4 670 0 027 x1 0 79 1 0 100 0 760 0 02 1 0 010 0 908 1 71 1 1 390 0 276 x2 183 74 1 22 590 0 01 32 52 1 21 840 0 01 19 53 1 15 880 0 005 x3 43 34 1 5 330 0 054 11 12 1 7 470 0 029 21 76 1 17 700 0 004 x1x2 11 73 1 1 440 0 269 1 48 1 0 990 0 352 0 31 1 0 250 0 631 x1x3 17 35 1 2 130 0 188 0 49 1 0 330 0 583 0 93 1 0 750 0 414 x2x3 0 51 1 0 060 0 809 0 82 1 0 550 0 482 4 98 1 4 050 0 084 x12 0 06 1 0 007 0 936 1 20 1 0 810 0 399 1 07 1 0 870 0 382 x22 0 02 1 0 000 0 988 0 01 1 0 008 0 930 0 005 1 0 004 0 950 x32 71 78 1 8 820 0 021 6 29 1 4 220 0 079 1 51 1 1 230 0 304 殘差 Residual 56 94 7 10 42 7 8 61 7 失擬 Lack of fit 56 19 3 99 04 s t G x1 x2 x3 33 R1 0 16 x1 22 0 8 x2 1 6 20 x3 20 16 x1 x2 x3 R1 R2 L cm2 R3 L cm2 得出最優(yōu)解及預(yù)測值為 16 m s 0 8 m s 5 1 cm 39 79 9 89 5 41 L cm2 L cm2 考慮到完成試驗并處理數(shù)據(jù)所需時間較 長 果園情況變化較大 故在試驗后進(jìn)行多次不 同參數(shù)組合試驗并保留數(shù)據(jù) 其中一組影響因 素數(shù)值為 出風(fēng)口風(fēng)速為16 m s 作業(yè)速度為0 8 m s 出風(fēng)口高度為0 cm 其出風(fēng)口高度與預(yù)測 最優(yōu)參數(shù)相差5 1 cm 其影響較小 故可將其視 為最優(yōu)組 此時靶標(biāo)霧滴覆蓋率為41 41 靶標(biāo) 霧滴沉積量為11 27 地面霧滴沉積量為 6 59 45 40 35 30 25 20 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 2221 2019 1817 16 x2 m s 1 x1 m s 1 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 2221 2019 1817 16 x2 m s 1 x1 m s 1 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 22 2120 1918 1716 x2 m s 1 x1 m s 1 2221 2019 1817 16 x1 m s 1 R 1 11 109 8 76 5 4R 2 L c m 2 12 10 8 6 4 2 0R 3 L c m 2 1