風(fēng)送施藥機研究現(xiàn)狀及趨勢

翟兆煊 郭培全 喬 陽

（濟南大學(xué) 機械工程學(xué)院，濟南 250022）

目前，防治病害、害蟲問題的主要手段仍然是噴灑農(nóng)藥，資料顯示，果樹在一年的生長周期內(nèi)需噴灑藥液8～15次，農(nóng)藥的使用可使全世界每年挽回20%～25%的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量[1-5]。但傳統(tǒng)果園園區(qū)狹窄，難以進行大規(guī)模機械化施藥作業(yè)，為此，我國多地果園推廣了高紡錘樹形的栽植技術(shù)[6-8]。高紡錘形種植模式下的新型果園如圖1所示，新型果園大株距、小行距，樹體冠幅較小，適合果園機械化施藥作業(yè)[9]。而我國傳統(tǒng)施藥機械雖然種類較多，但應(yīng)用在新型種植模式下存在施藥效率低下、污染浪費嚴重的問題，我國缺少專門適用于新型種植模式的風(fēng)送施藥機[10-11]。

圖1 高紡錘形種植模式下的新型果園

1 風(fēng)送施藥機研究現(xiàn)狀

風(fēng)送施藥機以風(fēng)送噴霧技術(shù)為核心，先將藥液霧化，然后靠風(fēng)機產(chǎn)生的氣流使霧滴進一步霧化并輸送到靶標上，攜帶有細小霧滴的氣流驅(qū)動葉片翻動，一定程度上增加了樹葉間的擾動，使葉片的正、反面都能著藥，提高了霧滴的穿透能力和藥液的覆蓋率，改善了施藥效果[12]。目前，風(fēng)送施藥機的種類較多，按行走方式可分為自走式、牽引式和懸掛式三種；按風(fēng)機類型，又可分為軸流風(fēng)機式和離心風(fēng)機式[13]。下面從行走方式和風(fēng)機類型兩個方面對國內(nèi)外風(fēng)送施藥機研究現(xiàn)狀進行分析。

1.1 行走方式

1.1.1 懸掛式風(fēng)送施藥機

懸掛式風(fēng)送施藥機大多采用焊接整體式機架，安裝和固定藥桶、液泵、風(fēng)機和噴霧支架等，通過三點式懸掛裝置將上述工作部件與拖拉機掛接。因懸掛式施藥機與拖拉機頭配套使用，主體安裝固定在拖拉機頭上，所以其具有高效、機動、靈活的特點[14]。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李超等針對中國葡萄園行間距較小、大功率拖拉機難以入園作業(yè)的情況，設(shè)計了一款與小功率拖拉機配套使用的懸掛式立管風(fēng)送施藥機[15]。經(jīng)試驗驗證，該施藥機適合矮栽密植果園作業(yè)。

1.1.2 牽引式風(fēng)送施藥機

牽引式風(fēng)送施藥機多與拖拉機頭配套使用，采用牽引架與拖拉機的后置拉桿連接，作業(yè)半徑大，霧化效果理想。

美國、德國、日本等國在施藥植保作業(yè)時考慮到農(nóng)機應(yīng)與農(nóng)藝相結(jié)合，已經(jīng)大范圍地采用大行距、小株距的現(xiàn)代化果園栽培模式，果樹的株、行距及樹形大小規(guī)范統(tǒng)一，施藥作業(yè)基本上由拖拉機配套的牽引式風(fēng)送施藥機完成[16]。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張亮等研制了與拖拉機配套使用的3WFQ-1600型牽引式風(fēng)送施藥機，總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，該施藥機承載能力強，能夠長時間進行施藥作業(yè)[17]。

圖2 3WFQ-1600型牽引式風(fēng)送噴霧機

1.1.3 自走式風(fēng)送施藥機

自走式風(fēng)送施藥機具有獨立的動力系統(tǒng)，作業(yè)效率高，農(nóng)藥用量較少，防治效果理想，目前在歐美等發(fā)達國家被廣泛使用。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)傅錫敏等研制的自走式風(fēng)送定向噴霧機，結(jié)構(gòu)緊湊，采用單動力輸出，可完成風(fēng)送、噴霧等作業(yè)要求，適合低矮密植果園的作業(yè)要求[18]。

南京農(nóng)業(yè)機械化研究所丁素明等研制了適用于低矮果園的自走式風(fēng)送噴霧機，優(yōu)化動力傳遞系統(tǒng)，提高了行間通過性能[19]。

山東華興機械股份有限公司研制的自走式遠射程風(fēng)送噴霧機，作業(yè)半徑大，霧化效果理想，適合大中型果園作業(yè)[20]。

1.2 風(fēng)力類型

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)宋淑然等提出采用控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速的方法，以改變霧滴在果樹樹冠層中的沉積量[21]。研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)變化時，霧滴在作業(yè)對象上的總沉積量隨著風(fēng)機轉(zhuǎn)速的增大而增大，因此風(fēng)機的選取對風(fēng)送施藥機的施藥功能十分重要。目前被廣泛應(yīng)用在施藥機上的風(fēng)機主要分為兩種，一種是軸流風(fēng)機，另一種是離心風(fēng)機，下面對應(yīng)用這兩種不同類型風(fēng)機的施藥機進行分析。

1.2.1 軸流風(fēng)送式施藥機

軸流風(fēng)送式施藥機采用軸流風(fēng)機，軸流風(fēng)機軸向進風(fēng)，軸向出風(fēng)，管道呈炮塔狀，具有風(fēng)量大、效率高、風(fēng)速柔和均勻、噴灑范圍大及射程較遠等優(yōu)點。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)劉雪美等設(shè)計了MQ-600型氣流輔助式噴桿彌霧機（見圖3），該施藥機中的軸流風(fēng)機旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生氣流[22]。氣流不僅將噴頭霧化的霧滴進一步霧化，還使靶標的枝葉不停翻動，確保霧滴可均勻地覆蓋在作物上，提高了施藥效率。

圖3 MQ-600型氣流輔助式噴桿彌霧機結(jié)構(gòu)

1.2.2 離心風(fēng)送式施藥機

離心風(fēng)送式施藥機采用離心風(fēng)機送風(fēng)，離心風(fēng)機軸向進風(fēng)，徑向出風(fēng)，呈輻射狀噴霧，噴霧高度可調(diào)，針對不同果園、不同高度的果樹適應(yīng)性較強。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)邱威等設(shè)計的一種離心風(fēng)送施藥機，采用圓環(huán)雙流道風(fēng)機（見圖4），通過后擋風(fēng)板改變氣流方向，實現(xiàn)軸向進風(fēng)，徑向出風(fēng)，噴嘴環(huán)繞在出風(fēng)口周圍，噴灑時呈輻射狀，兩側(cè)散布，解決了噴霧機上方交叉枝葉的施藥難問題[23]。

西北農(nóng)林科技大學(xué)徐莎針對軸流風(fēng)機式施藥機難以滿足不同果樹噴霧高度的不足，基于噴霧高度可調(diào)的目的，設(shè)計了一種由一對轉(zhuǎn)向相反的離心風(fēng)機和角度可調(diào)的導(dǎo)流風(fēng)箱為核心的離心風(fēng)送式施藥機，如圖5所示[24]。該施藥機具有一對轉(zhuǎn)向相反的離心風(fēng)機和角度可調(diào)的導(dǎo)流風(fēng)箱，可滿足不同高度果樹的噴霧要求

2 目前施藥機存在的問題

2.1 風(fēng)力導(dǎo)流裝置較單一

目前，國內(nèi)風(fēng)送施藥機多采用環(huán)形導(dǎo)流板，同時噴頭按環(huán)形布置。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)曹龍龍對環(huán)形導(dǎo)流風(fēng)送施藥機的噴霧效果進行了分析，試驗表明環(huán)形導(dǎo)流風(fēng)送施藥機在施藥過程中存在施藥均勻性差等問題[25]。

2.2 智能化程度較低

傳統(tǒng)施藥機采用定量的藥液噴施量和恒定的出口風(fēng)速，并不能隨著果樹樹冠的變化而改變噴施量，智能化程度較低，無法完成精準施藥功能，導(dǎo)致施藥效率低下，污染浪費嚴重。

圖4 圓環(huán)雙流道風(fēng)機系統(tǒng)結(jié)

圖5 離心風(fēng)機導(dǎo)流風(fēng)箱工作示意圖

2.3 與新型果園栽植模式不匹配

目前，國內(nèi)果園推廣高紡錘形種植模式，高紡錘形種植模式下的果園大株距、小行距，樹體冠幅較小，適合果園機械化施藥作業(yè)。但是，傳統(tǒng)施藥機械主要應(yīng)用于低矮密植果園的施藥作業(yè)，目前缺少與新型種植模式匹配的施藥機械。

3 結(jié)語

為適應(yīng)目前大行距、小株距，果樹的株、行距及樹形大小日趨規(guī)范統(tǒng)一的現(xiàn)代化果園種植模式，應(yīng)考慮將農(nóng)機與農(nóng)藝相結(jié)合，設(shè)計一款由小功率拖拉機牽引的風(fēng)送施藥機，并具備以下特點。

一是采取一種多噴霧炮式的噴霧模式，多個軸流風(fēng)機分上、中、下三組，兩側(cè)對稱分布，每個軸流風(fēng)機出風(fēng)口處環(huán)形均布有噴嘴，噴嘴噴灑農(nóng)藥時，多個風(fēng)機同時旋轉(zhuǎn)形成藥霧輸送氣流，氣流增加了樹葉間的擾動，使葉片的正、反面都能著藥，提高了霧滴的穿透能力和藥液的覆蓋率，降低農(nóng)藥流失飄失現(xiàn)象，提高施藥均勻性和農(nóng)藥利用率。

二是每個軸流風(fēng)機設(shè)置一個步進電動機，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)軸流風(fēng)機出風(fēng)口的仰（俯）角度，改變施藥機施藥高度方面的范圍，滿足不同高度果樹的施藥作業(yè)任務(wù)。三是風(fēng)送系統(tǒng)中的風(fēng)機支架底部安裝有噴幅調(diào)整絲杠螺母平臺，可調(diào)節(jié)安裝在風(fēng)機支架上的兩側(cè)風(fēng)機之間的距離，從而滿足果園不同行間距的施藥作業(yè)任務(wù)。