王利源，李 鑫，趙 鵬，李建平，王鵬飛，楊 欣

(河北農(nóng)業(yè)大學 機電工程學院,河北 保定 071001)

0 引言

中國是世界上最大的水果出產(chǎn)國，居全球13個產(chǎn)量超1 000萬t的國家之首[1]。水果總面積和總產(chǎn)量一直穩(wěn)居世界第一，水果的質(zhì)量與產(chǎn)業(yè)化水平也在不斷發(fā)展和提高[1]。2015年末，中國園林水果種植總面積12 816.67khm2，水果總產(chǎn)量達到27 375.03萬t。其中，蘋果種植面積2 328.53khm2，占水果種植總面積的18.17%；蘋果產(chǎn)量達到4 261.29萬t，占水果總產(chǎn)量的15.57%。近年來,中國在蘋果種植模式上學習推廣了國際先進的蘋果矮砧密植栽培栽培模式(行距3.5～4.0m、株距1.2～2.0m)，果樹樹齡均處在5年以下，壽命可達50年，所以蘋果產(chǎn)量在今后的數(shù)十年間還會不斷地提高。

國外果園施藥機械已經(jīng)普遍應用風送噴霧技術(shù)，美、日等發(fā)達國家已將農(nóng)機與農(nóng)藝相結(jié)合。中國在農(nóng)藥應用方面的總體技術(shù)較發(fā)達國家相比還有很大差距，但近年來我國加大對現(xiàn)代化果園建設的扶持力度，果園機械化施藥技術(shù)取得很大進步[2]。但總體來說，果園施藥機械作業(yè)有限噴幅偏窄，噴霧精度較低，霧滴的吸附、沉淀性不高和霧滴的穿透力不強等問題，且有大部分噴霧機械不適用于近年來中國采用矮砧密植栽培模式建成的現(xiàn)代型果園。針對現(xiàn)代新型果園的種植及管理模式研制了3WFQ-1600 型牽引式風送噴霧機，并對3WFQ-1600 型牽引式風送噴霧機的藥液殘留量、有效噴幅測試及藥液覆蓋率與霧滴沉積密度進行果園內(nèi)試驗。

1 整機結(jié)構(gòu)和工作原理

3WFQ-1600型牽引式風送噴霧機主要包括機架、藥箱、風機、噴頭、牽引架及隔膜泵等部件[3]，如圖1所示。該噴霧機在果樹噴霧作業(yè)時，機組在進行藥物噴灑作業(yè)時可同時對4行果樹進行病蟲害進行防御與治理等一系列作業(yè)工作，完成果園病蟲害防疫與治理。

1.風機輔助裝置 2.噴頭 3.承重軸 4.機架 5.藥箱 6.隔膜泵 7.支架 8.牽引架

噴霧機與拖拉機形成后牽引式，拖拉機的下拉桿與噴霧機的牽引架連接，通過拖拉機后置動力輸出提供動能來驅(qū)動噴霧工作。工作時，動力由拖拉機后置動力輸出經(jīng)聯(lián)軸器傳遞到隔膜泵，再通過隔膜泵傳遞至風機變速箱。在噴霧機工作前，先將可溶性的藥物溶于水中，工作時，藥箱中藥液通過隔膜泵加壓后，將機械能轉(zhuǎn)化為液壓能，一部分藥液回流到藥箱，其余藥液流經(jīng)輸液管和三通，最后到達噴霧機尾部噴頭進行噴霧；風機變速箱為風機提供動能使風機產(chǎn)生氣流，風機軸向進風，徑向出風呈輻射狀；氣流能使霧滴二次霧化，將霧滴送到植株上，氣流還能翻動果樹枝葉，使果樹葉葉面與葉背兩面均勻吸附霧滴。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗裝置與試驗環(huán)境

試驗用3WFQ-1600型牽引式風送噴霧機的尾部剖視結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。該噴霧機的主要參數(shù)如表1所示。

1.噴頭 2.風機輔助裝置 3.風機扇葉

參數(shù)單位數(shù)值整機尺寸(長×寬×高)mm4005×1434×1465配套功率kW29.4～58.8整機質(zhì)量kg455噴頭型號Teejet Lechler噴頭數(shù)量個12工作壓力MPa0.3～2.5風機形式軸流式

續(xù)表1

試驗于2016年8月18日在河北農(nóng)業(yè)大學唐縣丹鳳山試驗示范站進行。該果園種植模式應用了矮砧密植栽培栽培模式，試驗條件：①環(huán)境溫度15℃；②環(huán)境濕度45%；③環(huán)境風速1～2級；④作業(yè)速度2.45m/s。

2.2 試驗安排

2.2.1 藥液殘留量試驗

為了確保牽引式風送噴霧機工作穩(wěn)定，試驗前在空曠地帶對牽引式風送噴霧機進行藥液殘留量試驗，試驗介質(zhì)為水。試驗分為靜止狀態(tài)與運動狀態(tài)兩種。試驗過程中記錄藥液灌注量(L)、有效噴幅(m)與藥箱殘留量(L)，并計算出殘留量(%)。試驗過程如下:

1)靜止狀態(tài)藥液殘留量試驗。首先往藥箱中加入200L水，噴霧機不行駛，打開拖拉機后置動力輸出使風機轉(zhuǎn)動，再打開噴霧開關；噴霧完成后，用容器接出藥箱內(nèi)剩余水分，如剩余過多可分多次取出，并記錄最大有效噴幅；重復試驗3次，并計算出殘留量百分比。

2)運動狀態(tài)藥液殘留量試驗。首先往藥箱中加入200L水，打開拖拉機后置動力輸出使風機轉(zhuǎn)動，拖拉機以146.8m/min的速度直線移動再打開噴霧開關；噴霧完成后，用容器接出藥箱內(nèi)剩余水分，如剩余過多可分多次取出，并記錄最大有效噴幅；重復試驗3次，并計算出殘留量百分比。

2.2.2 有效噴幅測試試驗

試驗在河北農(nóng)業(yè)大學唐縣鳳山試驗示范站進行。該果園的蘋果樹采用矮砧密植栽培栽培模式，行距3.5～4.0m、株距1.2～2.0m，樹冠呈現(xiàn)細長紡錘形或者圓柱狀，成形后樹冠冠幅小而細高，平均冠幅1.0～1.5m，樹高3.5～4.0m，主干高0.8～0.9m[3]。

在果園內(nèi)選擇果樹進行噴霧作業(yè)，如圖3所示。調(diào)節(jié)各項參數(shù)值，達到穩(wěn)定工作狀態(tài)后噴霧機以2.45m/s勻速向前前行，風機以2 200r/min轉(zhuǎn)速工作，噴霧機風速的變化很平穩(wěn)，受到其他影響比較小。圖3中，箭頭方向為小車行走方向[7]。在作業(yè)的區(qū)間外側(cè)兩行果樹中選擇同一列有代表性(果樹枝葉茂盛)的果樹，選擇果樹之間要有一定的間隔。為了確保有效噴幅測量準確，在給選定果樹噴霧時延長噴霧時間，以提高測量的準確度，測量果樹外側(cè)地面上的水跡寬度即是噴霧機在果園內(nèi)工作時的噴幅，記錄測量數(shù)據(jù)，重復測量3次。因噴霧機的噴霧高度能夠達到4m以上，通過調(diào)節(jié)導流板角度來控制噴霧高度，所以不測量噴霧高度。

圖3 3WFQ-1600型牽引式風送噴霧機作業(yè)簡圖

2.2.3 藥液覆蓋率與霧滴沉積密度試驗

試驗在河北農(nóng)業(yè)大學唐縣丹鳳山試驗示范站進行。選定兩行果樹，調(diào)節(jié)噴霧機各項參數(shù)值，達到穩(wěn)定工作狀態(tài)后噴霧機以2.45m/s勻速向前前行，風機以2 200r/min轉(zhuǎn)速進行噴霧工作。

在藥液噴灑工作區(qū)域錯位選擇有代表性(果樹枝葉茂盛)的3株果樹，選擇的果樹之間要有一定間隔。在選擇的果樹樹葉葉面與葉背兩面固定上2.5cm×2.5cm的水敏紙。選定的每株果樹按方向分為東、西、南、北4個方向；按距樹干的距離分為外膛、中膛與內(nèi)膛；按垂直方向，分為上層、中層與下層，共36點進行觀察[4,6]。在選定的范圍內(nèi)每等高平面內(nèi)選取葉片，將水敏紙固定在樹葉葉面與葉背兩面如圖4所示。

在藥液噴霧完成后水敏紙未干燥前，用手持放大鏡迅速觀察水敏紙，記錄水敏紙上霧滴粒數(shù)，并在水敏紙上隨機取1cm×1cm，記錄藥液附著分級情況。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 藥液殘留量試驗結(jié)果分析

藥液殘留量試驗結(jié)果如表2所示。

圖4 水敏紙固定在樹葉上

狀態(tài)試驗次數(shù)藥箱容量/L藥液灌注量/L藥箱殘留量/L殘留量/%靜止運動第1次第2次第3次第1次第2次第3次16002006.10.385.50.345.90.376.30.395.90.375.40.34

分析表2數(shù)據(jù)可知：3WFQ-1600型牽引式風送噴霧機在靜止狀態(tài)與運動狀態(tài)藥液灌注量均為200L，且藥液殘留量不超過7L，殘留量不超過0.4%。按GB17991-2008農(nóng)藥噴霧機(器)田間操作規(guī)程及噴灑質(zhì)量評定等標準，要求殘留量≤1%，故牽引式風送噴霧機滿足技術(shù)要求。

3.2 有效噴幅測試試驗結(jié)果分析

由3WFQ-1600型牽引式風送噴霧機在空曠地帶與在果園中的噴幅測量記錄總結(jié)，繪制表3有效噴幅試驗結(jié)果。

表3 有效噴幅測試試驗結(jié)果

分析表3數(shù)據(jù)可知：3WFQ-1600型牽引式風送噴霧機噴幅受到噴霧機速度與果樹葉幕的阻擋影響較明顯。噴霧機工作時，其他條件相同，速度越快，噴霧的有效噴幅越??；其他條件相同時，果樹葉幕產(chǎn)生阻力越大，噴霧的有效噴幅越小。

噴霧機以2.45m/s的速度勻速在果園中工作時，能夠滿足同時完成4行果樹的噴霧工作需求。因為果園中果樹行間距為3.5～4.0m，而工作時的噴幅能夠同時完成4行果樹的噴霧工作，說明噴霧機的風機以2 200r/min的轉(zhuǎn)速工作時，風機產(chǎn)生的氣流的穿透能力滿足果園噴霧研制需求。

3.3 藥液覆蓋率與霧滴沉積密度試驗結(jié)果分析

在水敏紙上隨機選取1cm×1cm，記錄1cm2內(nèi)的霧滴粒數(shù)，可知藥液覆蓋率。表4、表5分別為選定3株果樹其中一株的藥液覆蓋率與霧滴沉積密度表。表6為3株果樹藥液覆蓋率與霧滴沉積密度均值。

表4 藥液覆蓋率

表5 霧滴沉積密度

表6 藥液覆蓋率與霧滴沉積密度均值

通過分析表4～表6數(shù)據(jù)可知：藥液在每株果樹樹葉的葉面與葉背都均勻吸附，且藥液覆蓋率均值高達80.0%。霧滴在果樹的上層、中層與下層三層的沉積粒數(shù)相差不大；東、西、南、北4個方向的沉積粒數(shù)有些差距，但已滿足果樹病蟲害的防疫與治理；在外膛、中膛與內(nèi)膛平均霧滴粒數(shù)差距并不大，說明噴霧機的穿透能力很強，霧滴沉積密度均值為98粒/cm2。

4 結(jié)論

1)3WFQ-1600型牽引式風送噴霧機的藥液殘留量試驗、有效噴幅測試試驗，以及藥液覆蓋率與霧滴沉積密度試驗表明：噴霧機噴霧性能很好，滿足設計時對噴霧要求。

2)噴霧機有效噴霧測試試驗與霧滴沉積密度試驗表明：風機產(chǎn)生的氣流有很強的穿透能力，風機能夠攪動葉片，使葉面與葉背藥液覆蓋率高且均勻，提高噴霧機的噴霧性能。

3)通過藥液覆蓋率與霧滴沉積密度試驗，更直觀地體現(xiàn)噴霧機性能的優(yōu)良性，藥液在葉片葉面與葉背吸附率很均勻、充分。