移動式溫室風(fēng)幕靜電施藥平臺設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

邱威，馮超，韓如錦，馮學(xué)斌，孟沛冰，王孚康

（1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇 南京210031；2. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)灌云現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究院，江蘇 連云港 222200）

移動式溫室風(fēng)幕靜電施藥平臺設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

邱威1，2，馮超1，韓如錦1，馮學(xué)斌1，2，孟沛冰1，王孚康1

（1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇 南京210031；2. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)灌云現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究院，江蘇 連云港 222200）

針對傳統(tǒng)溫室人工施藥時(shí)，藥量分配不均勻、農(nóng)藥大量浪費(fèi)的現(xiàn)象，探索溫室施藥的新方式，以提高農(nóng)藥利用率和作業(yè)效率。根據(jù)溫室作業(yè)環(huán)境，研制一種適應(yīng)于溫室的風(fēng)幕式靜電施藥機(jī)具，確定整機(jī)結(jié)構(gòu)方案及關(guān)鍵部件技術(shù)參數(shù)。以出口風(fēng)速為試驗(yàn)變量參數(shù)，以覆蓋率、沉積量、覆蓋率均勻度和沉積量均勻度為評價(jià)指標(biāo)，分析了出口風(fēng)速參數(shù)對施藥效果的影響。綜合流體力學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)知識，計(jì)算確定出風(fēng)口間距0.5 m，出風(fēng)口半徑0.012 5 m，風(fēng)機(jī)功率3 kW。實(shí)現(xiàn)了風(fēng)送、噴霧量和噴霧高度可調(diào)，出口風(fēng)速0-35 m/s可調(diào)，噴頭流量0.2-1.0 L/min可調(diào)，噴霧高度1.15-1.95 m可調(diào)。試驗(yàn)結(jié)果表明，出口風(fēng)速為25 m/s時(shí)，相對于其他風(fēng)速，沉積量和覆蓋率達(dá)到較好的值，均勻度分別穩(wěn)定在85%和75%。與傳統(tǒng)人工施藥相比，風(fēng)幕式靜電施藥的霧滴穿透性高，分散程度高，可避免重復(fù)施藥和減少農(nóng)藥施用量。同時(shí)，合理的氣流參數(shù)會進(jìn)一步提高機(jī)具施藥效果。

溫室；風(fēng)幕；噴霧；均勻度；沉積量；覆蓋率

邱威， 馮超， 韓如錦， 馮學(xué)斌， 孟沛冰， 王孚康. 移動式溫室風(fēng)幕靜電施藥平臺設(shè)計(jì)及試驗(yàn)［J］. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究， 2016，37（5）: 1001-1007.

Qiu W， Feng C， Han R J， Feng X B， Meng P B， Wang F K. Design and test of air-assisted electrostatics prayer in greenhouse［J］. Research of Agricultural Modernization， 2016， 37（5）: 1001-1007.

隨著溫室在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣普及，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)不斷擴(kuò)大，對生產(chǎn)設(shè)施安全和環(huán)境保護(hù)要求逐漸提高［1］。然而，我國仍廣泛使用背負(fù)式手動噴霧機(jī)，“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象嚴(yán)重，造成病蟲害防治效果差、農(nóng)藥利用率低，有效利用率僅20%-30%，無法達(dá)到理想防治效果。過量使用農(nóng)藥，容易對土壤造成污染，以及農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo)、病蟲害產(chǎn)生抗藥性等問題［2］。所以，急需發(fā)展溫室施藥技術(shù)水平，解決施藥效率低、污染嚴(yán)重等問題。

目前，國內(nèi)外許多科研單位為研制自動化程度高、系統(tǒng)操作簡單的施藥機(jī)器做了大量的工作，并取得了一些成果［3-6］。但研制的施藥機(jī)械成本較高，多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)用性和推廣受限，與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用需求有較大的差距。風(fēng)幕技術(shù)于20世紀(jì)末在歐洲興起，噴頭上方采用強(qiáng)制送風(fēng)形成風(fēng)幕，不僅增大了霧滴穿透力，而且有效減免了自然風(fēng)下霧滴漂移現(xiàn)象，可節(jié)省藥液20%-60%［7-8］。靜電在均勻、細(xì)化霧滴及提高霧滴在目標(biāo)物的沉積量、均勻性、吸附性等方面有明顯效果 。因此，本文根據(jù)我國溫室環(huán)境及作業(yè)特點(diǎn)，采用風(fēng)送、靜電噴霧等施藥技術(shù)，設(shè)計(jì)和開發(fā)移動式溫室風(fēng)幕靜電施藥平臺，探討風(fēng)幕式噴霧出口風(fēng)速對施藥效果的影響，為機(jī)具設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)控提供依據(jù)。

1　整機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

1.1整體結(jié)構(gòu)與參數(shù)

機(jī)具主要由車架、風(fēng)幕輔助系統(tǒng)、靜電系統(tǒng)、高度調(diào)節(jié)組件等組成（圖1）。常規(guī)溫室內(nèi)過道寬度為0.8-1.2 m，溫室蔬菜高度在0.15-1.0 m，植株間距離在0.2-0.55 m。為了保證施藥機(jī)有良好的輪廓通過性，秉承農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合的原則，設(shè)定機(jī)具輪距為0.6 m，高度調(diào)節(jié)范圍為1.15-1.95 m，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1　溫室風(fēng)幕式噴霧機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖Fig. 1 Structure diagram of air-assisted electrostatic sprayer

表1　噴霧機(jī)參數(shù)Table 1 Parameters of air-assisted electrostatic sprayer

1.2工作原理

噴霧機(jī)工作時(shí)，電機(jī)通過皮帶輪組驅(qū)動液泵，一部分藥液從藥箱經(jīng)高壓管輸送至高壓靜電噴頭，另一部分藥液經(jīng)過回水管回流到藥箱內(nèi)，起到了調(diào)節(jié)壓力和攪拌的作用。同時(shí)，可以通過調(diào)控風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速、靜電電壓、噴霧壓力，出風(fēng)口距地高度等參數(shù)，使機(jī)具適應(yīng)于不同作業(yè)環(huán)境與對象。

2　關(guān)鍵部件及其主要參數(shù)

2.1風(fēng)送系統(tǒng)

2.1.1出風(fēng)口間距的計(jì)算 氣流能顯著提高霧滴穿透性與分散度，對施藥效果有較大的影響。氣流從管口、孔口、狹縫射出，或靠機(jī)械推動，并同周圍流體摻混的一股流體流動，形成射流。按射流出口的斷面形狀，可分為圓形射流、平面射流、矩形射流等。本文結(jié)合靜電噴頭的形狀，選擇圓形出風(fēng)口。若要?dú)饬鞲采w噴桿下方的全部植株（圖2），即出風(fēng)口到達(dá)射流交界處的距離不小于出風(fēng)口到達(dá)植株頂部的距離。即：

式中：f為出風(fēng)口間距（m），S為風(fēng)口到達(dá)植株頂部的距離（m），θ為射流極角，即射流邊界延長線的半頂角度。各參數(shù)取值范圍為：S=（0.5-1.0） m［11］，因出風(fēng)口為圓柱形管，則取θ=14.5°［12］。當(dāng)風(fēng)口到達(dá)植株頂部的距離取1 m時(shí)，將上述參數(shù)代入式（1）中，求得出風(fēng)口間距f不大于0.517 m，取0.5 m。

圖2　多噴頭射流覆蓋面Fig. 2 The coverage region of multi-nozzle jet

2.1.2風(fēng)機(jī)的選擇 置換原則是風(fēng)送噴霧機(jī)風(fēng)量計(jì)算中普遍采用的一種方法［13］。其原理是噴霧機(jī)風(fēng)機(jī)吹出帶有霧滴的氣流，應(yīng)能驅(qū)除并完全置換出風(fēng)口下方直至植株的空間所包容的全部空氣。如果噴霧機(jī)作業(yè)時(shí)，其風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和行進(jìn)速度不變，根據(jù)置換原則的原理（圖3），這時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)量稍大于射流覆蓋體積。即：

式中：Q為風(fēng)量（m3/s），R為覆蓋面的半徑（m），v為噴霧機(jī)作業(yè)速度（m/s），S為風(fēng)口到達(dá)植株頂部的距離（m），K為氣流衰減和沿途損失系數(shù)。各參數(shù)的取值范圍為：v=（0.25-0.5） m/s、R=f /2、S=（0.5-1.0） m、K=（1.3-1.6）［12］，因風(fēng)送距離較近取K=1.3。將上述參數(shù)代入式（2）中，求得風(fēng)量Q=（0.49-1.48）m3/s。根據(jù)風(fēng)量選擇型號為HG-3000S的風(fēng)機(jī)［14］，功率為3 kW。

圖3　置換原則計(jì)算簡圖Fig. 3 Calculation diagram of replacement principle

2.1.3出風(fēng)口直徑的計(jì)算 噴霧機(jī)吹 出氣流除了要滿足風(fēng)量的要求，還要遵循末速度原則，即吹出氣流到達(dá)冠層時(shí)，其速度不能低于某一數(shù)值，否則氣流進(jìn)不了冠層，影響施藥效果。圓形出風(fēng)口下方形成的是自由淹沒射流，射流斷面沿射程擴(kuò)大如圖4。對于自由淹沒射流，斷面半徑R1與風(fēng)口到達(dá)植株頂部的距離S的關(guān)系為：

式中：θ為射流極角，即射流邊界延長線的半頂角度，α為實(shí)驗(yàn)系數(shù)，主要取決于噴管結(jié)構(gòu)、噴口速度分布的均勻性及噴口受擾動的程度，&為射流出口形狀系數(shù)，S為風(fēng)口到達(dá)植株頂部的距離（m），R0為出風(fēng)口半徑（m），R1為斷面半徑（m）。

圖4　風(fēng)管自由淹沒射流Fig. 4 Free submerged jet of air outlet

當(dāng)吹動植株時(shí)，射流附近的靜止的流體會被卷入射流而隨之一起運(yùn)動，即氣流攜帶霧滴進(jìn)入植株的下層，這樣可以起到更好的防蟲害的效果。噴霧機(jī)作業(yè)時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)植株的風(fēng)速為2-3 m/s，植株葉片會翻動，即：

式中：V0為噴口平均流速（m/s），Vm為射流軸線上的流速（m/s），α為實(shí)驗(yàn)系數(shù)，主要取決于噴管結(jié)構(gòu)、噴口速度分布的均勻性及噴口受擾動的程度，S為風(fēng)口到達(dá)植株頂部的距離（m），V為射流斷面上任一點(diǎn)M速度（m/s），r為射流軸線至某點(diǎn)徑向距離（m）。各參數(shù)的取值范圍為：V0=（25-30） m/s、f=0.5 m，因出風(fēng)口為圓柱形管，α取0.08、θ取14.5°。

到達(dá)植株冠層的最小風(fēng)速為2-3 m/s，風(fēng)口到達(dá)植株頂部的距離為0.5-1.0 m，出風(fēng)口的最大風(fēng)速，由式（6）、（7）、（8）得射流軸線上的流速Vm=（2.87-4.30） m/s。將Vm代入式（5）中，求得出風(fēng)口半徑R0=（0.007 9-0.015 0） m，最終取R=0.012 5 m。

2.2靜電施藥系統(tǒng)

目前，我國溫室施藥主要使用仍為背負(fù)式手動噴霧機(jī)。選取幾種主流的背負(fù)式手動噴霧機(jī)，進(jìn)行預(yù)噴試驗(yàn)，記錄其作業(yè)速度與流量。根據(jù)背負(fù)式手動噴霧機(jī)常規(guī)作業(yè)速度及噴頭流量，進(jìn)而求得風(fēng)幕式靜電噴霧機(jī)噴頭流量。即：

式中：L1為施藥所需行駛的路程（m），v1為手動噴霧機(jī)作業(yè)速度（m/s），q1為手動噴霧機(jī)噴頭流量（L/min），q2為風(fēng)幕式靜電噴霧機(jī)單個(gè)噴頭流量（L/min）。各參數(shù)的取值范圍：q1=（1.0-1.2） L/min，v1=0.2 m/s。將上述參數(shù)代入式（9）中，求得單個(gè)噴頭的流量為0.41-1.0 L/min。所以選用流量0.2-1.0 L/min的感應(yīng)式靜電噴頭［15］，工作壓力為0.1-0.5 MPa。

2.3高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括電源開關(guān)、步進(jìn)電機(jī)電源S-400-60、MS-25-24電源、控制器匯結(jié)板、控制調(diào)節(jié)器、86步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器和導(dǎo)軌。根據(jù)植株的高度，通過導(dǎo)軌控制板調(diào)節(jié)出風(fēng)口和噴頭高度，范圍為1.15-1.95 m，以便于射流橫截面可以覆蓋噴桿掃過的植株以及到達(dá)植株冠層的風(fēng)速符合要求。

風(fēng)幕系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)質(zhì)量為17.5 kg，而藥液流動和氣流噴射會產(chǎn)生一定的后坐力，故選用扭矩為12 N·M，最大載重為50 kg的86步進(jìn)電機(jī)傳動和專用驅(qū)動器2HD8080，控制出風(fēng)口和噴頭的高度。

3　機(jī)具性能試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)裝備及試劑

溫室風(fēng)幕式靜電噴霧機(jī)，其作業(yè)過程包括注水、施藥、噴射、風(fēng)幕、靜電等工序。作業(yè)幅寬1.8 m，高壓靜電噴頭的單噴頭噴霧量0.2-1.0 L/min。風(fēng)機(jī)渦旋式進(jìn)風(fēng)出風(fēng)，功率為3 kW，電壓為380 V，額定排氣壓力0.022 MPa，最大排吸氣量420 m3/h，適用于現(xiàn)代溫室施藥作業(yè)，藥泵的工作壓力調(diào)節(jié)范圍0.1-0.5 MPa。背負(fù)式手動噴霧機(jī)（SX-LK16C，中國市下控股有限公司），其外形尺寸360×167×497 mm，整機(jī)凈重3.23 kg，工作壓力0.2-0.4 MPa。

麗春紅2R，深紅色粉末，溶于水呈紅棕色至紅色溶液，藥箱中注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%麗春紅2R水溶液，選用與麗春紅試劑對比明顯的淡藍(lán)色便簽紙采集藥液，噴施后采集各樣點(diǎn)的便簽紙（尺寸7.6 cm×7.6 cm），利用高拍儀（Microtek H-Screen 701，上海中晶科技有限公司）和紫外可見分光光度計(jì)（UV-2000，尤尼柯（上海）儀器有限公司）進(jìn)行圖像處理。

3.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間：2015年9月。

試驗(yàn)地點(diǎn)：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院平23實(shí)驗(yàn)室。

試驗(yàn)環(huán)境：環(huán)境溫度24 ℃，空氣流速0 m/s。

試驗(yàn)對象：綠蘿，平均高度0.25 m，行距和株距均為0.3 m。

分別采用手動噴霧機(jī)和溫室風(fēng)幕式靜電噴霧機(jī)施藥2種方式。

3.2.1樣點(diǎn)布置 試驗(yàn)地分為3個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分為A、B、C三個(gè)小區(qū)，小區(qū)距離為2 m。每個(gè)小區(qū)設(shè)定5個(gè)樣點(diǎn)（圖5）。每個(gè)樣點(diǎn)分為上、下、地面3層采樣，高度分別為0.25 m，0.15 m，0 m，用回形針將葉片夾在兩張便簽紙中間，對每點(diǎn)選定的葉片做上標(biāo)記，確保每次選定的位置為同一位置。區(qū)域中的實(shí)驗(yàn)軌道長度為10 m，有效工作長度為8 m。

圖5　采樣點(diǎn)布置示意圖Fig. 5 Arrangement of sample points in the canopy

3.2.2參數(shù)設(shè)置 為了保證兩種施藥方式的噴施藥量相同，結(jié)合已測噴頭的流量，計(jì)算得到兩種施藥方式的行進(jìn)速度。手動噴霧機(jī)噴頭流量為1 L/min，由經(jīng)驗(yàn)豐富的工人以0.2 m/s的速度勻速前進(jìn)并完成噴施作業(yè)。風(fēng)幕式靜電施藥機(jī)單個(gè)噴頭流量為0.6 L/min，共計(jì)3個(gè)噴頭，行駛速度設(shè)置為0.36 m/s，出風(fēng)口距植株頂部為0.8 m，靜電電壓為20 kV［16］，壓力為0.3 MPa［17］。通過噴施0.5%的麗春紅溶液，采集用于承接霧滴的標(biāo)簽紙，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行圖像統(tǒng)計(jì)和霧滴沉積分析，得到單位面積霧滴覆蓋率和沉積量［18］。

考察風(fēng)幕式靜電施藥機(jī)出口風(fēng)速對霧滴沉積覆蓋影響時(shí)，通過改變進(jìn)、出風(fēng)口面積實(shí)現(xiàn)4種不同風(fēng)速（0 m/s，15 m/s，25 m/s，35 m/s）的設(shè)置。在噴施藥量一定的情況下，以植株上下層的藥液沉積量、覆蓋率和均勻度等為評價(jià)指標(biāo)，探尋適宜的出口風(fēng)速參數(shù)。

3.2.3施藥均勻性的統(tǒng)計(jì)方法 為了更加準(zhǔn)確評價(jià)施藥方式和風(fēng)幕式靜電噴霧機(jī)的出口風(fēng)速對施藥效果的影響，在統(tǒng)計(jì)霧滴覆蓋率和沉積量的基礎(chǔ)上，引入施藥均勻性。本文根據(jù)方差計(jì)算原理提出了均勻度計(jì)算公式，用于評價(jià)風(fēng)幕式噴霧機(jī)施藥的均勻性（CU，%）［19］：

3.3結(jié)果分析

3.3.1施藥方式對霧滴沉積覆蓋的影響 風(fēng)幕式靜電噴霧機(jī)施藥的上下層葉片正反面的覆蓋率都優(yōu)于人工施藥。與上層相比，下層的覆蓋率增加更為明顯（表2）。原因是風(fēng)幕式噴霧機(jī)氣噴頭垂直向下，氣流提高霧滴穿透性，藥液相對于手動噴霧機(jī)更容易到達(dá)植株下層。人工施藥時(shí)，葉片背面的覆蓋率過小，不適應(yīng)喜陰病蟲害的防治，需要加大噴量。

表2　不同施藥方式的施藥效果的比較Table 2 Application effect using different sprayers

對于施藥效果的評價(jià)，目前多采用平均覆蓋率和沉積量等指標(biāo)。但是對于病蟲害防治來說，藥液噴施不均很容易導(dǎo)致病蟲害復(fù)發(fā)。所以，本文根據(jù)樣點(diǎn)的覆蓋率和沉積量，計(jì)算求得覆蓋率均勻度和沉積量均勻度指標(biāo)，用來評價(jià)施藥機(jī)具的施藥均勻效果。

風(fēng)幕式靜電噴霧機(jī)施藥時(shí)，上下兩層的正面覆蓋率均勻度和沉積量均勻度分別為79.99%和88.69%，81.78%和79.24%；手動噴霧時(shí)，上下兩層的正面覆蓋率均勻度和沉積量均勻度分別為39.85%和80.68%，87.10%和83.90%（表2）。風(fēng)幕式靜電噴霧機(jī)的覆蓋率均勻度明顯大于人工施藥方式。因?yàn)槭謩訃婌F機(jī)噴頭是人工手動操作的，沒有固定的路線，在施藥過程中有一定隨機(jī)性，多靠加大噴量來保證施藥效果。而風(fēng)幕式靜電噴霧機(jī)施藥時(shí)，多噴頭按照固定路線同時(shí)工作，噴量、作業(yè)狀態(tài)穩(wěn)定。相比較手動噴霧機(jī)而言，風(fēng)幕式靜電施藥能保證各樣點(diǎn)都有較好的沉積覆蓋，同時(shí)，覆蓋率均勻性與沉積量均勻度也有明顯提升。

3.3.2出口風(fēng)速對霧滴沉積覆蓋影響 從上層的沉積量比較來看，沉積量隨著出口風(fēng)速增大而增大，當(dāng)超過一定值后，又開始減小，即出口風(fēng)速為35 m/s的沉積量小于出口風(fēng)速為25 m/s。從下層的沉積量比較來看，出口風(fēng)速從0 m/s到25 m/s是沉積量穩(wěn)定在2 μg/cm2，而出口風(fēng)速為35 m/s時(shí)，沉積量達(dá)到了2.82 μg/cm2（表3）。原因是藥液從噴頭出來時(shí)，有一定的速度，風(fēng)速過小時(shí)，有部分藥液不會隨風(fēng)幕吹向植株，從而流失，風(fēng)速過大時(shí)，部分藥液隨風(fēng)幕直接到達(dá)下層植株或是到達(dá)地面，從而風(fēng)速到達(dá)一定值時(shí)，繼續(xù)增加，沉積量會下降。從覆蓋率角度分析，出口風(fēng)速對葉片正面的覆蓋率影響較大，對葉片反面影響較小。由于葉片正面直接面對氣、霧流，而葉片反面霧滴沉積多由氣流對枝葉的翻轉(zhuǎn)作用而產(chǎn)生，而本試驗(yàn)作物葉面積指數(shù)較大，難以形成有效枝葉翻轉(zhuǎn)，所以最好通過多角度氣流噴施增加枝葉擾動程度。結(jié)合沉積量和覆蓋率時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)出口風(fēng)速為25 m/s和35 m/s時(shí)，上層的沉積量和覆蓋率都較大，分別為6.05%和4.16 μg/cm2，7.86%和3.10 μg/cm2。而出口風(fēng)速為0時(shí)，沉積量小，即葉片附著的藥液少，即使覆蓋率很高，防蟲害效果也不是很理想。當(dāng)出口風(fēng)速為15 m/s，上下葉片背面的覆蓋率僅為0.09%，0.06%，不能滿足施藥要求。

表3　風(fēng)幕式靜電施藥機(jī)不同出口風(fēng)速的施藥效果Table 3 Application effect of air-assisted electrostatic sprayer under different outlet air velocities

從表3得出：在施藥沉積量和覆蓋率都較好的條件下，出口風(fēng)速為25 m/s和35 m/s時(shí)的上下的正反沉積量均勻度分別為89.85%，85.13%，82.64%，87.53%和88.87%，90.23%，82.07%，80.04%。這組數(shù)據(jù)說明了在沉積量高的同時(shí)，施藥的均勻性也比較好，即每個(gè)葉片沉積量相差不大。對于出口風(fēng)速為0 m/s和15 m/s時(shí)，其中層的正面沉積量均勻度分別為67.89%和78.16%，相對于88.57%和92.54%較小，每個(gè)葉片的沉積量相差較大，即施藥的均勻性較差。因?yàn)槌隹陲L(fēng)速增大，霧滴二次霧化和分散程度都較高，藥液較為均勻散步在葉片表面；而當(dāng)出口風(fēng)速為0或15 m/s時(shí)，氣流量不足導(dǎo)致分散程度不高，霧滴集聚現(xiàn)象嚴(yán)重，影響了均勻性。3.3.3 出口風(fēng)速對漂移的影響 在施藥過程中，藥液的漂移量也是重要的評價(jià)指標(biāo)。出口風(fēng)速為0 m/s，15 m/s，25 m/s，35 m/s時(shí)，其地面沉積量分別為2.49 μg/cm2，0.56 μg/cm2，0.72 μg/cm2，1.21 μg/cm2（表4）。當(dāng)出口風(fēng)速為零時(shí)，地面沉積量最大，原因可能是沒有風(fēng)吹動植株，植株間的間隙較大，藥液更容易到達(dá)地面，所以下層的沉積量較大。當(dāng)有出口風(fēng)速時(shí)，隨著出口風(fēng)速增大，地面的沉積量增加，原因是有風(fēng)吹動植株時(shí)，植株葉片晃動，而且氣流將液滴細(xì)化，更容易吸附葉片，即出口風(fēng)速為15 m/s時(shí)，地面的沉積量只有0.56 μg/cm2。隨著風(fēng)速的增加，氣流中的液滴穿透力變強(qiáng)，即下層的沉積量變大。出口風(fēng)速為0 m/s，15 m/s，25 m/s，35 m/s施藥時(shí)，其總沉積量（上下層的正反沉積量之和×樣點(diǎn)數(shù)×便簽紙面積，樣點(diǎn)數(shù)為9）分別為2 427.65 μg，3 358.17 μg，3 519.32 μg，3 332.17 μg。出口風(fēng)速在一定范圍內(nèi)增大，隨氣流一起定向運(yùn)動的霧滴增多，即漂移的霧滴就減少。而出口風(fēng)速超過一定范圍后，霧滴隨氣流吹到地面上，即漂移量增加。由上可得，在相同的施藥量情況下，總沉積量越大，漂移量越小，所以出口風(fēng)速為25 m/s時(shí)的漂移量最小。

表4　不同出口風(fēng)速的噴霧漂移量Table 4 Spray drift of air-assisted electrostatic sprayer under different outlet air velocities

4　結(jié)論

本文探索溫室藥械與施藥技術(shù)的新方式，設(shè)計(jì)了一種適用于溫室環(huán)境的風(fēng)幕式靜電噴霧機(jī)。相比較傳統(tǒng)人工施藥，有較好的施藥均勻性。噴施冠高30-40 cm、葉面積指數(shù)4.5-5.5的溫室作物，出口風(fēng)速為25 m/s，有較好的施藥效果。合理的氣流速度可以提高霧滴的穿透性和分散程度，同時(shí)也可以限制霧滴地面漂移。

通過提取溫室作業(yè)環(huán)境參數(shù)，應(yīng)用流體力學(xué)知識，探討基于作業(yè)環(huán)境參數(shù)的溫室風(fēng)幕式靜電施藥機(jī)具的設(shè)計(jì)思路與方法，為溫室風(fēng)幕靜電施藥提供了理論基礎(chǔ)與依據(jù)。目前僅探討出口氣流速度與噴霧效果的關(guān)系，還需進(jìn)一步分析藥量、靜電電壓等參數(shù)對施藥效果的影響規(guī)律，從而提高噴施作業(yè)時(shí)的農(nóng)藥利用率，節(jié)約農(nóng)藥用量。

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（責(zé)任編輯：童成立）

Design and test of air-assisted electrostatics prayer in greenhouse

QIU Wei1，2， FENG Chao1， HAN Ru-jin1， FENG Xue-bin1，2， MENG Pei-bing1， WANG Fu-kang1
（1. College of Engineering， Nanjing Agricultural University， Nanjing， Jiangsu 210031， China； 2. Guanyun Institute of Modern Agricultural Equipment， Nanjing Agricultural University， Lianyungang， Jiangsu 222200， China）

In order to solve the problem of low efficiency utilization and non-uniform distribution of pesticide with traditional application sprayer in the greenhouse， a new spray model was investigated to improve the utilization rate of pesticide. According to the greenhouse environment， an air-assisted electrostatic greenhouse sprayer was designed which employed air-assisted and electrostatic technology. Coverage， deposition， and spray uniformity were used as indexes to research the effects of outlet air velocities on pesticide deposition in greenhouse. Based on the theory of the hydromechanics and mechanical design， structure parameters of the sprayer were determined according to: the interval between the air outlets was 0.5 m， the radius of the outlet was 0.012 5 m and the power of the fan was 3 kW. The outlet air velocity， spray amount and spray height could be adjusted within the range of 0-35 m/s， 0.2-1.0 L/min and 1.15-1.95 m respectively. Test results showed the optimum effect was obtained when the outlet air velocity is 25 m/s， under which deposition and coverage uniformity were steady at 85% and 75% respectively. Compared with the traditional manual spray pattern， air-assisted electrostatic spray model could achieve high penetrability and dispersion of droplets， which could avoid repeat spray and reduce amount. In addition， the spray effect could be improved under reasonable outlet air velocities.

greenhouse； blowing curtain； spray； uniformity； deposition； coverage

Jiangsu Union Innovation Foundation （BY2013050）； The Fundamental Research Funds for the Central Universities （KYZ201557）；Science and Technology Develop Project for Northern Jiangsu （BN2013051）.

QIU Wei， E-mail: qiuwei@njau.edu.cn.

5 December， 2015；Accepted 13 May， 2016

S491

A

1000-0275（2016）05-1001-07

10.13872/j.1000-0275.2016.0056

江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新基金—前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目（BY2013050）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（KYZ201557）；蘇北科技發(fā)展計(jì)劃—科技富民強(qiáng)縣項(xiàng)目（BN2013051）。

邱威（1984-），男，江蘇徐州人，博士，講師，主要從事植保機(jī)械與施藥技術(shù)研究，E-mail: qiuwei@njau.edu.cn。

2015-12-05，接受日期：2016-05-13