果園軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)送噴霧機(jī)噴霧性能試驗(yàn)研究

果園軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)送噴霧機(jī)噴霧性能試驗(yàn)研究

風(fēng)送噴霧技術(shù)現(xiàn)有研究進(jìn)展目前，我國(guó)主要采用液氧化技術(shù)對(duì)果園病蟲(chóng)害的防治。由于樹(shù)木高大挺拔，枝葉繁茂，純液氧化的煙霧很難穿過(guò)果樹(shù)的頂部，并分布均勻。霧滴通常集中在葉底，導(dǎo)致滴水、落土和失水，從而嚴(yán)重控制樹(shù)冠和樹(shù)干之間的內(nèi)部和外部損傷。為了增加噴霧劑的數(shù)量，必須采用縣城和清潔噴霧劑的方法。這導(dǎo)致了大量的農(nóng)藥浪費(fèi)和嚴(yán)重污染。最理想的施藥效果是將農(nóng)藥?kù)F滴均勻地分撒到靶標(biāo)上,風(fēng)送噴霧技術(shù)的應(yīng)用大大增強(qiáng)了霧滴穿透性,它是利用氣流的動(dòng)能把藥液霧滴吹送到果樹(shù)冠層中,從而改善了藥液霧化、增強(qiáng)了霧滴穿透性、提高了霧滴在果樹(shù)冠層中的沉積,成為改善藥液分布的主要措施,因此國(guó)內(nèi)外研究人員針對(duì)風(fēng)送式噴霧機(jī)應(yīng)用過(guò)程中的藥液霧滴飄移率、沉積分布特性、農(nóng)藥使用效率等作了大量的試驗(yàn)研究。研究表明,對(duì)于不同生長(zhǎng)期的不同果樹(shù)冠形與冠層密度,所需的噴霧量、霧滴粒徑、風(fēng)送強(qiáng)度、霧流方向、噴霧壓力、機(jī)具行駛速度等噴霧技術(shù)參數(shù)各不相同。因此,需尋求噴霧技術(shù)參數(shù)與果樹(shù)生長(zhǎng)期特征的最佳匹配,提高農(nóng)藥有效沉積,減少飄失,為果園噴霧機(jī)工作參數(shù)的靈活調(diào)整提供技術(shù)支持。本文針對(duì)果園軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)送式噴霧機(jī),研究噴霧壓力、風(fēng)送速度、行駛速度、采樣高度等可控噴霧技術(shù)參數(shù)對(duì)霧滴沉積分布的影響規(guī)律,為改進(jìn)其防飄移性能和參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。1試驗(yàn)材料和方法1.1試驗(yàn)方法在農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所植保機(jī)械工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,以精準(zhǔn)施藥動(dòng)態(tài)仿真試驗(yàn)車(chē)為載體搭建軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)送噴霧試驗(yàn)臺(tái),進(jìn)行室內(nèi)霧滴沉積試驗(yàn)。其中精準(zhǔn)施藥動(dòng)態(tài)仿真試驗(yàn)車(chē)軌道長(zhǎng)60m,有效工作長(zhǎng)度50m,行進(jìn)速度0.1～3.0m/s可調(diào),試驗(yàn)采用沈力SF-4型軸流風(fēng)機(jī),風(fēng)葉直徑400mm,功率0.55kW,頻率50Hz,轉(zhuǎn)速0～3000r/min。風(fēng)機(jī)出口端安裝噴霧環(huán)(直徑350mm),環(huán)上安裝4個(gè)圓錐霧噴頭,風(fēng)送式噴霧系統(tǒng)放置在試驗(yàn)車(chē)上,風(fēng)機(jī)軸線距地面1.5m,風(fēng)機(jī)出口正對(duì)靶標(biāo)水平噴霧。試驗(yàn)靶標(biāo)有2種,霧滴沉積試驗(yàn)架(高×寬)2m×1.5m,用以模擬田間果樹(shù)休眠期或萌芽期無(wú)枝葉的枝干;仿真樹(shù)2m×2m,小冠開(kāi)心形樹(shù)冠,用以模擬田間枝葉茂密的果樹(shù)冠層。2種靶標(biāo)沿行駛方向平行放置在離風(fēng)機(jī)出口1.5m處(圖1)。1.2紙卡沉沉試驗(yàn)試驗(yàn)采樣點(diǎn)布置如圖1所示,在霧滴沉積試驗(yàn)架上以風(fēng)機(jī)軸線高度為中心,上、中、下各布置一條收集線,高度分別為1.8、1.5、1.2m,在每條收集線上均勻布置A、B、C3點(diǎn),用回形針在正、反面卡住2張紙卡(紙卡尺寸7.5cm×7.5cm),用于測(cè)定正、反面霧滴沉積覆蓋率,每條收集線上正、反面各3張紙卡測(cè)到的霧滴覆蓋率取平均,即為這一距離、高度、葉片正反面上霧滴的沉積覆蓋率。同樣在仿真樹(shù)冠層內(nèi),以樹(shù)干為垂直線,如沉積試驗(yàn)架分上、中、下3層布點(diǎn)相同,在葉片正、反面同時(shí)放置紙卡,并用回形針固定,對(duì)每點(diǎn)選定的葉片作標(biāo)識(shí),以便每次試驗(yàn)紙卡布置在同一葉片上,確保所有試驗(yàn)采樣點(diǎn)統(tǒng)一。紙卡布置完畢后,根據(jù)表1調(diào)整噴霧機(jī)噴霧參數(shù),噴霧機(jī)以一定行駛速度駛過(guò),0.5%的麗春紅溶液霧滴被風(fēng)機(jī)吹出沉積到紙卡上,待霧滴干燥后,收集紙卡,用顯微照相機(jī)及霧滴圖像處理系統(tǒng)測(cè)定每張紙卡的霧滴覆蓋率,處理結(jié)果如圖2所示。2結(jié)果與分析2.1紙卡反霧設(shè)計(jì)每張紙卡對(duì)角線上選定5點(diǎn)進(jìn)行顯微照相,經(jīng)圖像處理軟件處理得到每點(diǎn)霧滴覆蓋率,取平均即為該紙卡的霧滴覆蓋率,數(shù)據(jù)記入表2、表3。由表中數(shù)據(jù)直觀分析得出:在采樣高度1.2m、風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速4.8m/s、噴霧壓力1.0MPa、行駛速度0.5m/s條件下,在沉積架上紙卡正面霧滴覆蓋率達(dá)到最大,為72.3%;在采樣高度1.8m、風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速6.4m/s、噴霧壓力2.0MPa、行駛速度0.5m/s條件下,紙卡反面霧滴覆蓋率達(dá)到最大,為64.8%。這是因?yàn)榧埧ǘ际撬椒胖?而霧滴以風(fēng)機(jī)軸線呈環(huán)形發(fā)散,上側(cè)霧滴以一定的速度更多地撞擊到1.8m處紙卡反面而沉積,下側(cè)霧滴在重力和傾斜下行速度的雙重作用下更多地沉積到1.2m紙卡正面,因此霧滴最大覆蓋率出現(xiàn)在上、下層的正、反面。由于仿真樹(shù)1.5m高度冠層最大,因此可認(rèn)為1.5m處紙卡正、反面霧滴覆蓋率最大的工作條件為最佳組合。在風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速10.8m/s、噴霧壓力0.5MPa、行駛速度0.5m/s條件下,紙卡正面霧滴覆蓋率達(dá)到最大,為13.5%;在風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速10.8m/s、噴霧壓力2.0MPa、行駛速度0.5m/s條件下,紙卡反面霧滴覆蓋率達(dá)到最大,為6.4%。2.2紙卡抗霧能力變化的影響圖3為不同噴霧壓力、采樣高度、行駛速度和風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速條件下沉積架上霧滴覆蓋率的變化。圖4為仿真樹(shù)冠層內(nèi)霧滴覆蓋率的變化。由圖3a、4a可以看出,噴霧壓力的增大,對(duì)沉積架紙卡上的霧滴覆蓋率略有影響,對(duì)冠層內(nèi)霧滴沉積覆蓋率沒(méi)有影響。紙卡正面的霧滴沉積主要依靠重力和傾斜向下的初速度,反面的霧滴沉積主要依靠?jī)A斜向上的初速度,隨著噴霧壓力的增大,霧滴尺寸略有減小,霧滴水平飛行距離增加,因此沉積到紙卡正面的霧滴減少。而沉積到沉積架紙卡反面的霧滴先增加后減少,主要因?yàn)閲婌F壓力增加,霧滴初速度增加,而霧滴尺寸減小,造成霧滴動(dòng)能衰減加速,受風(fēng)的影響更加明顯,因此在1.5MPa噴霧壓力下,霧滴運(yùn)行軌跡更多地經(jīng)過(guò)了紙卡反面而沉積。由圖3b、4b可知,沉積架上采樣高度越高霧滴在紙卡正面沉積越少,在紙卡反面的沉積越多。這是因?yàn)榧埧ㄕ娴撵F滴沉積主要依靠重力和傾斜向下的初速度,反面的霧滴沉積主要依靠?jī)A斜向上的初速度。仿真樹(shù)冠層內(nèi),1.5m處冠層最厚,因此在樹(shù)冠上、下兩端紙卡正面霧滴覆蓋率大、中間小。由于冠層內(nèi)、外側(cè)氣流的擾動(dòng)和冠層內(nèi)的湍流作用,紙卡反面霧滴沉積覆蓋率是中間略大于上、下兩端。圖3c、4c顯示了機(jī)具行駛速度對(duì)霧滴覆蓋率的影響,隨著行駛速度的增加,冠層和沉積架上紙卡正、反面的霧滴覆蓋率都減少。圖3d、4d顯示了隨著風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速的增加沉積架和冠層內(nèi)紙卡正面霧滴先減少后增加,反面霧滴沉積增加。風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速增加,風(fēng)送強(qiáng)度增大,冠層內(nèi)葉片和冠層外的紙卡出現(xiàn)振動(dòng)、擺動(dòng)甚至是翻動(dòng)現(xiàn)象,因此霧滴在反面的沉積增加,而在正面的沉積有所波動(dòng)。另外,由于仿真樹(shù)枝條和葉片相對(duì)真實(shí)果樹(shù)枝葉較硬,在同樣的風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速?gòu)?qiáng)度下,擺動(dòng)強(qiáng)度較小,因此霧滴在枝葉正、反面沉積覆蓋率隨風(fēng)送強(qiáng)度增加有增大趨勢(shì),但增加量不夠顯著。2.3影響霧滴沉積的因素利用表3的數(shù)據(jù),分別對(duì)不同噴霧技術(shù)參數(shù)下霧滴在仿真樹(shù)冠層內(nèi)不同高度采樣點(diǎn)上的覆蓋率進(jìn)行回歸。對(duì)于小冠開(kāi)心形的樹(shù)冠,采用軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)送水平正向噴霧來(lái)說(shuō),噴霧壓力、風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速、行駛速度以及采樣高度均對(duì)霧滴沉積有顯著性影響,其影響程度由強(qiáng)到弱依次為采樣高度、行駛速度、風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速、噴霧壓力,分析結(jié)果如表4所示?；貧w公式為y1=0.53p-11.05vf+3.25v2ff2+1.9×10-3vm+1.1×10-6v2mm2-106.8h+36.3h2-3.9×10-3vfh+93.21(1)y2=0.14p-0.23vf-4.6×10-2v2ff2+21.95h-7.36h2-15.69(2)式中y1、y2——紙卡正、反面霧滴覆蓋率另外,由于仿真樹(shù)和真實(shí)果樹(shù)在冠層密度、枝葉擺動(dòng)強(qiáng)度、葉片形狀及表面生物特性等方面存在差異性,以上回歸公式可通過(guò)田間試驗(yàn)進(jìn)一步修正。3霧滴在紙卡表面沉積的影響(1)對(duì)于稀疏冠層,提高霧滴覆蓋率需減緩行駛速度,降低風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速,采用較大噴霧壓力噴霧,對(duì)于濃密冠層則需增大風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速。(2)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速增加,增強(qiáng)了紙卡(或枝葉)的擺動(dòng),有利于霧滴的穿透沉積,因此霧滴在紙卡(或葉片)反面的沉積增多;隨著機(jī)具行駛速度的增加,進(jìn)入冠層內(nèi)的風(fēng)量減少,冠層內(nèi)外霧滴沉積覆蓋率明顯減少。(3)由于冠形的影響,霧滴在樹(shù)冠中間正面沉積覆蓋率是中間小,