劉子源，李榮龍，黃宏宇，劉國雄，袁計超，尤 佳

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

0 引言

噴霧作業(yè)過程中，霧滴飄移是農(nóng)藥流失和農(nóng)藥有效利用率低的重要原因之一[1]。采用風(fēng)幕式氣流輔助噴霧技術(shù)可以增強霧滴穿透能力，減少霧滴飄移，改善靶標(biāo)藥液分布，提高霧滴在作物上的沉積率[2]。風(fēng)幕式施藥技術(shù)是利用風(fēng)機經(jīng)風(fēng)囊出口吹出高速氣流，形成風(fēng)幕，迫使霧滴沉積到作物冠層，降低了霧滴的損耗；使高速氣流直接作用于噴頭，提高了霧滴的速度，從而大大增強了霧滴在作物冠層的穿透性。風(fēng)幕的風(fēng)力會使霧滴二次霧化，從而進一步提高霧化效果，改善霧滴在作物葉片表面的沉積量和分布[3]。風(fēng)幕式施藥技術(shù)主要應(yīng)用于果園和大田作物，果園風(fēng)幕式噴霧機有單風(fēng)筒式和多風(fēng)筒式，大田作物主要使用風(fēng)幕式噴桿噴霧機。

近年來，我國植保機械發(fā)展較快，植保機械化作業(yè)面積不斷擴大，高效施藥機械及技術(shù)得到推廣應(yīng)用。但總體來說，我國植保機械性能和施藥技術(shù)仍需進一步提高，目前仍沿用傳統(tǒng)粗霧滴、大霧流施藥方式，無法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護的要求[4]。針對目前噴桿噴霧機噴霧量大，霧滴飄移擴散易造成污染、農(nóng)藥浪費等問題，課題組分析了國內(nèi)外風(fēng)幕式噴霧技術(shù)研究現(xiàn)狀，對風(fēng)幕式噴霧機原理等方面進行了闡述，并結(jié)合風(fēng)幕式噴桿噴霧機存在的問題，對其未來發(fā)展提出建議。

1 國外風(fēng)幕式技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

在20世紀(jì)80年代，國外發(fā)達國家開始將風(fēng)幕輔助氣流技術(shù)應(yīng)用于植保機械行業(yè)。丹麥HARDI公司研制了多系列風(fēng)幕式噴桿噴霧機，如圖1所示。

圖1 HARDI公司研發(fā)的風(fēng)幕式噴桿噴霧機Fig.1 HARDI air-ssisted boom sprayer

噴霧機的氣流噴射角度和噴頭安裝角度可調(diào)[4]，相較于傳統(tǒng)噴桿噴霧機可減少60%的農(nóng)藥飄移量，節(jié)省50%的用水量，很大程度地提高農(nóng)藥利用率。Quanquin和Young對風(fēng)幕式防飄移技術(shù)進行了研究，其結(jié)果表明風(fēng)幕式噴桿技術(shù)對減少飄浮霧滴是明顯有效的。Panneton等[5]研究了風(fēng)幕式噴霧技術(shù)對西蘭花葉表面沉積率的影響，其結(jié)果表明風(fēng)幕風(fēng)速對霧滴在葉片上的沉積率影響最為明顯，當(dāng)風(fēng)幕風(fēng)速為20 m/s時，對植株中上部葉片的沉降效果最好。Manor等[6]對風(fēng)幕式噴霧機在棉田中的作業(yè)情況進行了研究，試驗結(jié)果顯示，帶有氣流筒的噴霧機比僅有液力式噴嘴的噴霧機在霧滴沉積率和穿透效果上更好。

2 國內(nèi)風(fēng)幕式技術(shù)現(xiàn)狀

我國對于風(fēng)幕式輔助氣流施藥技術(shù)在植保行業(yè)的應(yīng)用研究起步較晚。中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院研究制造出3W系列風(fēng)幕式噴桿噴霧機[4]，如圖2所示，該機在新疆棉田進行了施藥作業(yè)，試驗及實際噴施效果均較為理想。劉雪美等研制了3MQ-600型導(dǎo)流式氣流輔助噴桿噴霧機，并通過試驗驗證了其具有抵抗飄移和減少霧滴沉積的性能[7]。張鐵等建立了超高地隙噴桿噴霧機風(fēng)幕式氣流輔助施藥技術(shù)霧滴沉積飄移分布模型，并對飄移率與各影響因素之間的關(guān)系進行了仿真研究[8]。毛廣陽研究了斜置式風(fēng)幕噴桿噴霧系統(tǒng)，該系統(tǒng)重點考慮了氣流噴射角和噴頭安裝角對噴霧流場的影響[9]。燕明德等運用Fluent軟件對所建立的風(fēng)幕式噴桿噴霧機數(shù)值模型的氣波兩相流場進行了數(shù)值模擬，研究了不同作業(yè)參數(shù)對噴霧流場的影響[10]。魏新華等設(shè)計了一款分行冠內(nèi)冠上組合風(fēng)送式噴桿噴霧機，對棉花進行植保作業(yè)，通過田間性能試驗驗證了其施藥效果[11]。

圖2 中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院研制的3WZG-3000氣流輔助噴桿噴霧機Fig.2 CAAMS 3WZG-3000 air-assist boom sprayer

3 風(fēng)幕式噴桿噴霧機存在的問題及趨勢展望

3.1 存在的問題

1）國外對風(fēng)幕式噴桿噴霧施藥技術(shù)研究較早，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大，引進費用高昂，并且與我國玉米或棉花等作物模式不配套。

2）風(fēng)幕式噴桿噴霧機相較于傳統(tǒng)噴桿噴霧機，沉積均勻性、藥液利用率及霧滴穿透性能均有較大的提高。但是與國外風(fēng)幕式噴桿噴霧機施藥性能相比，我國風(fēng)幕式噴桿噴霧機風(fēng)幕氣囊出風(fēng)口氣流速度均勻性和霧滴沉積均勻性還有待進一步提升。

3）目前，國內(nèi)科研機構(gòu)及企業(yè)對于風(fēng)幕式噴桿噴霧機的研究還處于設(shè)計及試驗階段，并未很好地推廣。采用風(fēng)幕式氣流輔助式噴桿噴霧機時，對于不同作物匹配的參數(shù)不同，如風(fēng)速、噴頭距靶標(biāo)作物距離、氣流速度等，調(diào)整優(yōu)化參數(shù)較為困難。

3.2 發(fā)展的趨勢

風(fēng)幕式噴桿噴霧機是一種大型的植保機械，后續(xù)進一步的研究主要從兩方面考慮。一方面，對風(fēng)送系統(tǒng)中輕型大風(fēng)量風(fēng)機進行優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化氣流輔助輸送系統(tǒng)的風(fēng)速和風(fēng)量，提高出風(fēng)口氣流速度均勻性，確保在行進過程中穩(wěn)定作業(yè)。另一方面，通過實地試驗研究確定氣流輸送系統(tǒng)的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)，比如，氣流出口的方向偏角、風(fēng)口的位置與噴頭噴口的位置搭配、風(fēng)機風(fēng)速的大小和藥液泵的功率。通過分析研究得出輔助風(fēng)量對霧滴飄移的實際影響規(guī)律，確定噴霧速度和空氣壓力對霧滴沉積改善調(diào)節(jié)的最佳搭配。

4 結(jié)語

國外的風(fēng)幕式噴桿噴霧機技術(shù)成熟，但是其價格是國內(nèi)價格的數(shù)倍，國內(nèi)地形地貌復(fù)雜且作物種植模式不同，許多機型不能滿足國內(nèi)噴霧作業(yè)要求。目前，國內(nèi)團隊關(guān)于噴桿噴霧機的研究相對成熟，但對于風(fēng)幕式噴桿噴霧機的研究仍處于試驗階段，還沒有適合我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式、能大面積推廣的風(fēng)幕式噴桿噴霧機。

由于我國北方的耕作活動常在有風(fēng)的環(huán)境中進行，單純的噴桿噴霧機并不能很好地完成施藥作業(yè)。而風(fēng)幕式噴桿噴霧機對噴霧環(huán)境要求低，時效性好，可以有效地減少農(nóng)藥使用量，降低生產(chǎn)成本，提高防治效果，一定程度上突破了制約低量噴霧技術(shù)推廣應(yīng)用的瓶頸。因此，應(yīng)該適當(dāng)?shù)貙⒅匦霓D(zhuǎn)移到風(fēng)幕式噴桿噴霧機的研究開發(fā)中。在綜合國外風(fēng)幕式噴桿噴霧機和國內(nèi)噴桿噴霧機優(yōu)點的基礎(chǔ)上，研制出適合我國作物的風(fēng)幕式噴桿噴霧機是十分必要的，這對推動我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展具有重要意義。