3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機噴霧性能試驗研究

王利源,殷夢杰,汪 強,李建平,王鵬飛,楊 欣

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

3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機噴霧性能試驗研究

王利源,殷夢杰,汪 強,李建平,王鵬飛,楊 欣*

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

我國蘋果產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為農(nóng)民致富的重要途徑之一，近年來隨著蘋果矮砧密植寬行栽培技術(shù)的推廣，防治病蟲害的果園植保機械等果園農(nóng)事作業(yè)機械在果園應(yīng)用率逐年提高。本文對3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機的噴霧性能在蘋果園試驗示范站進行了施藥液量誤差率、藥箱藥液殘留率、藥液附著率和霧滴沉積密度試驗研究。結(jié)果表明：風(fēng)送式果園噴霧機在額定工況下作業(yè)時，平均施藥液量誤差率為6.24%，平均藥箱藥液殘留率為0.67%，平均藥液附著率達(dá)83.0%，霧滴沉積密度均值為90粒/cm2，滿足風(fēng)送式果園噴霧機的作業(yè)質(zhì)量要求。

果園;風(fēng)送式噴霧機;噴霧;試驗

中國是世界上最大的水果出產(chǎn)國，居全球13個產(chǎn)量超1000萬t的國家之首；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，中國水果種植總面積12816.67千hm2，水果總產(chǎn)量達(dá)到27375.03萬t[2]。其中，蘋果種植面積2328.53千hm2，占水果種植總面積的18.17%；蘋果產(chǎn)量達(dá)到4261.29萬t，占水果總產(chǎn)量的15.57%。而近年來中國在蘋果種植模式上學(xué)習(xí)并推廣了國際先進的蘋果矮砧密植寬行栽培栽培模式，為風(fēng)送式果園噴霧機等果園機械的應(yīng)用提供了場所，減輕了人工噴霧作業(yè)的勞動強度、降低了藥液對施藥人員的傷害。

國外果園施藥機械已經(jīng)普遍應(yīng)用風(fēng)送噴霧技術(shù)，美、日等發(fā)達(dá)國家已將農(nóng)機與農(nóng)藝相結(jié)合。與發(fā)達(dá)國家果園施藥技術(shù)相比，中國在農(nóng)藥應(yīng)用方面還有很大差距，果園施藥器械存在有效噴幅偏窄，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[4-6]，且部分噴霧機械不適用于近年來中國采用矮砧密植寬行栽培模式建成的現(xiàn)代型果園；但隨著國家對現(xiàn)代化果園扶持力度的增大，果園機械化施藥技術(shù)取得很大進步[3]。針對矮砧密植寬行栽培模式果園的種植及管理需求，本文對3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機的藥箱藥液殘留率、施藥液量誤差率、藥液附著率和霧滴沉積密度在蘋果園試驗示范站進行測定試驗。

1 試驗機型結(jié)構(gòu)及工作原理

3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機由機架、藥箱、隔膜泵、凈水桶、噴頭、導(dǎo)流罩及風(fēng)機等部件構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機Fig.1 3WFXM-400 wind-driven orchard sprayer1.機架 Frame；2.藥箱 Medicine barrel；3.隔膜泵 Diaphragm pump；4.凈水桶 Net bucket；5.噴頭 Blow head；6.導(dǎo)流罩 Deflector

拖拉機的懸掛裝置與3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機的機架連接，形成懸掛式作業(yè)機組。噴霧機工作前，將可溶性的藥物溶于水中形成藥液；噴霧作業(yè)時，拖拉機后置動力輸出軸輸出的動力經(jīng)聯(lián)軸器傳遞至噴霧機的隔膜泵，再通過隔膜泵與風(fēng)機變速箱間的聯(lián)軸器傳遞至風(fēng)機變速箱，驅(qū)動隔膜泵和風(fēng)機作業(yè)。藥箱中藥液經(jīng)隔膜泵加壓后，除一部分藥液回流到藥箱起攪拌作用外，其余藥液經(jīng)液管輸送至噴頭霧化噴出；風(fēng)機變速箱將動力傳遞至風(fēng)機，風(fēng)機高速旋轉(zhuǎn)形成的高壓高速氣流將噴頭噴出的霧滴二次霧化，并將霧滴風(fēng)送至果樹葉片和枝干上；同時，高壓高速氣流還能翻動果樹枝葉，使霧滴均勻覆蓋于果樹葉片的葉面與葉背。

3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機的主要參數(shù)如表1所示。

表1 3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機主要參數(shù)Table 1 3WFXM-400 wind-driven orchard sprayer major parameter

2 果園試驗

2.1 試驗環(huán)境

果園噴霧性能試驗于2016年08月18日在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)唐縣丹鳳山試驗示范站進行，果園種植模式為矮砧密植寬行栽培，行距3.5 m～4.0 m、株距1.2 m～2.0 m，樹冠呈現(xiàn)細(xì)長紡錘形或者圓柱狀，成形后樹冠冠幅小而細(xì)高，平均冠幅1.0 m～1.5 m，樹高3.5 m～4.0 m，主干高0.8 m～0.9 m[7]。試驗條件為：①環(huán)境溫度15℃；②環(huán)境濕度45%；③環(huán)境風(fēng)速1～2級；④作業(yè)速度8.8 km/h。

2.2 試驗前準(zhǔn)備

2.2.1 試驗儀器 本次試驗儀器有水敏紙、帶刻度的量杯、放大鏡和卷尺等器具。考慮試驗技術(shù)要求與實際情況，將購買的2.5 cm×7.5 cm水敏紙裁剪成2.5 cm×2.5 cm，在水敏紙反面粘貼雙面膠。為了避免帶刻度的量杯出現(xiàn)破碎、攜帶方便，選擇塑料材質(zhì)；考慮量杯的用途多樣性和可重復(fù)利用性，選擇容積為1000 mL、2000 mL和5000 mL的帶刻度量杯，分度值為10 mL。卷尺選擇長度為25 m和50 m，分度值為0.01 m。放大鏡選擇10倍手持放大鏡。

2.2.2 水敏紙布置方法 參考農(nóng)藥噴霧機（器）田間操作規(guī)程及噴灑質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)[8]中的方法在果樹上布置水敏紙。將選定的每株果樹按方位分為東、西、南、北四個方向；按距樹干的距離分為外膛、中膛與內(nèi)膛；按垂直高度分為上層、中層與下層，共36點進行觀察，如圖2所示。在噴霧作業(yè)機組藥液覆蓋的范圍內(nèi)按等高平面的位置選取葉片，將2.5 cm×2.5 cm大小的水敏紙固定在葉片的葉面與葉背[8-10]。

圖2 測點布置及作業(yè)機組試驗情況Fig.2 Measuring point arrangement and operation unit test situation

2.3 試驗安排

為了確保試驗時3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機工作穩(wěn)定，試驗前在蘋果園中進行試噴作業(yè)，確保噴霧機在穩(wěn)定工作的情況下進行試驗；試驗介質(zhì)為水。

2.3.1 施藥液量誤差率測定試驗 在蘋果園中選定一塊蘋果樹林，以果樹枝最外端為邊，用卷尺測量該塊蘋果樹林的長寬，計算出該蘋果樹林地塊面積；每666.67 m2預(yù)定施藥液量23 L。

每次噴霧前往水箱中加入水，水面與藥箱上50 L刻度齊平時停止加水。調(diào)節(jié)拖拉機與噴霧機各項參數(shù)值，達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)后，拖拉機以8.8 km/h勻速向前前行，噴霧機工作壓力為2.0 MPa，風(fēng)機以2200 r/min轉(zhuǎn)速工作，當(dāng)噴霧機進入蘋果園時，打開噴霧開關(guān)，進行噴霧作業(yè)；藥液噴灑完成后，用帶刻度的量杯重新將藥液箱裝滿到相同水平的位置上，由加入量測定實際施藥液量，按式（1）計算出施藥液量誤差率[8,9]。

式中，u為施藥液量誤差率，%；q為實際施藥液量，L/min；q0為預(yù)定施藥液量，L/min。

2.3.2 藥箱藥液殘留率測定試驗 藥箱藥液殘留率試驗分別在靜止?fàn)顟B(tài)與運動狀態(tài)進行。試驗過程中記錄藥箱容積（L）、藥液灌注量（L）、藥箱殘留量（L），并計算出藥箱藥液殘留率（%），試驗過程如下：

（1）靜止?fàn)顟B(tài)藥箱藥液殘留率試驗。首先往藥箱中加入100 L水，噴霧機不移動，打開拖拉機后置動力輸出軸使風(fēng)機轉(zhuǎn)動，當(dāng)風(fēng)機達(dá)到2200 r/min轉(zhuǎn)速且噴霧機工作壓力為2.0 MPa時，再打開噴霧開關(guān)，藥液噴霧完成后，靈活運用不同帶刻度的量杯接出藥箱內(nèi)剩余水，如剩余過多可分多次取出，重復(fù)試驗3次，按式（2）計算出藥箱藥液殘留率；

（2）運動狀態(tài)藥箱藥液殘留率試驗。首先往藥箱中加入100 L水，打開拖拉機后置動力輸出軸使風(fēng)機轉(zhuǎn)動，當(dāng)風(fēng)機達(dá)2200 r/min轉(zhuǎn)速且噴霧機工作壓力為2.0 MPa時，拖拉機直線移動，當(dāng)速度達(dá)到8.8 km/h后，勻速前進，再打開噴霧開關(guān)。藥液噴霧完成后，靈活運用不同帶刻度的量杯接出藥箱內(nèi)剩余水分，如剩余過多可分多次取出，重復(fù)試驗3次，按式（2）計算出藥箱藥液殘留率；

（3）計算出兩種狀態(tài)下藥箱藥液殘留率的平均值。

式中，為藥箱藥液殘留率，%；p為藥箱殘留量，L；為藥箱容積，L。

2.3.3 藥液附著率與霧滴沉積密度測定試驗 選定藥液噴灑工作區(qū)，在藥液噴灑工作區(qū)域隨機選擇有代表性（果樹枝葉茂盛）的3株果樹，按照2.2.2中提到的方法在每株蘋果樹上布置水敏紙。調(diào)節(jié)拖拉機與噴霧機各項參數(shù)值，達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)后，拖拉機以8.8 km/h勻速向前前行，噴霧機工作壓力為2.0 MPa，風(fēng)機以2200 r/min轉(zhuǎn)速工作，打開噴霧開關(guān)，藥液噴灑完成后，在水敏紙未干燥前，用10倍手持放大鏡迅速觀察水敏紙，讀取水敏紙上的霧滴數(shù)量并記錄藥液附著分級（0級、1級、2級、3級和4級）情況，按式（3）計算出藥液附著率[8]。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 施藥液量誤差率

3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機在果園中進行施藥液量誤差率測定試驗，根據(jù)累計加水量算出實際施藥液量并按式（1）算出施藥液量誤差率，試驗結(jié)果見表2。

表2 施藥液量誤差率測定試驗結(jié)果Table 2 Test result of pesticide dosage determination error rate

分析表2數(shù)據(jù)可知，3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機以2.0 MPa的工作壓力和8.8 km/h作業(yè)速度即噴霧機在額定工況下對選定的蘋果樹林進行噴霧工作時，平均施藥液量誤差率為6.24%，最高施藥液量誤差率為7.78%，施藥液量誤差率不大于10%，符合作業(yè)質(zhì)量指標(biāo)要求[8,9]。

3.2 藥箱藥液殘留率

3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機以靜止?fàn)顟B(tài)與運動狀態(tài)進行藥箱藥液殘留率測定試驗。用帶刻度的量杯接出藥箱內(nèi)殘留的藥液，記錄藥箱殘留量，按式（2）算出藥箱藥液殘留率并算出平均藥箱藥液殘留率，試驗結(jié)果見表3。

表3 藥箱藥液殘留率測定試驗結(jié)果Table 3 Test result of liquid medicine residual rate

分析表3數(shù)據(jù)可知，3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機在靜止和運動兩種狀態(tài)下，藥液灌注量均為100 L，藥箱殘留量均不超過3 L，藥箱藥液殘留率平均為0.67%，藥箱藥液殘留率不大于1%，符合作業(yè)質(zhì)量指標(biāo)要求[11]。

3.3 藥液附著率與霧滴沉積密度

3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機在額定工況下進行藥液附著率與霧滴沉積密度測定試驗，試驗記錄與計算結(jié)果見表4、表5、表6。表4為其中一株果樹藥液附著率與霧滴沉積密度統(tǒng)計表，表5為3株果樹藥液附著率與霧滴沉積密度并算出平均值。

分析表4～6數(shù)據(jù)可知，藥液吸附在果樹樹葉的葉面與葉背，附著率均值高達(dá)83.0%。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、北四個方向的沉積粒數(shù)有些差距，但滿足果樹病蟲害的防治；在外膛、中膛與內(nèi)膛平均霧滴粒數(shù)差距也不大，說明噴霧機的穿透能力很強。霧滴沉積密度均值為90粒/cm2，藥液附著率和霧滴沉積密度均符合質(zhì)量指標(biāo)要求[8,9]。

表4 藥液附著率Table 4 Liquid attraction rate

表5 霧滴沉積密度Table 5 The deposition density of droplet

4 結(jié)論

（1）通過施藥液量誤差率、藥箱藥液殘留率以及藥液覆蓋率、霧滴沉積密度試驗，表明3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機噴霧性能符合作業(yè)質(zhì)量指標(biāo)要求；

（2）3WFXM-400型風(fēng)送式果園噴霧機在額定工況下，平均施藥液量誤差率為6.24%，最高施藥液量誤差率為7.78%，藥箱殘留量不超過3 L，藥液殘留率均值為0.67%，低于規(guī)定的1.0%，符合作業(yè)質(zhì)量指標(biāo)要求；

（3）藥液附著率與霧滴沉積密度試驗結(jié)果表明，藥液在葉面與葉背吸附均勻、充分，藥液附著率均值達(dá)到83.0%，霧滴沉積密度均值達(dá)到90粒/cm2，噴霧性能優(yōu)良。

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Experimental Studyon the Performance of 3WFXM-400`Orchard
Sprayer

WANG Li-yuan,YIN Meng-jie,WANG Qiang,LI Jian-ping,WANG Peng-fei,YANG Xin*
College of Mechanical and Electrical Engineering/Agricultural University of Hebei,Baoding071001,China

Apple industry in China has become an important way for farmers to get rich,in recent years,with the promotion of Dwarf Rootstock Wide Row Intensive Planting and Cultivation Mode for Apple,orchard plant protection machinery for pest control and orchard farming machinery in the orchard application rate increased year by year.In this paper,3WFXM-400 air-assisted orchard sprayer conduct spray performance experiment in the orchard demonstration station,including determination error rate of pesticide dosage,residual rate of liquid medicine,liquid attraction rate and droplet deposition density.The results showed that the air-assisted orchard sprayer in operation under the rated conditions,the average dose rate error was 6.24%,the average the medicine bucket liquid residue rate was 0.67%,the average number of droplets was 83%,the droplet deposition density was 90 grain/cm2,meeting the requirements of the operation quality of the air-assisted orchard sprayer.

Orchard;air-assisted sprayer;spraying;experiment

S491

A

1000-2324(2017)04-0587-05

2017-06-05

2017-06-22

國家重點研發(fā)計劃專項(2016YFD0201100);現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金資助(CARS-28)

王利源(1994-),男,碩士研究生.主要從事機械裝備設(shè)計與性能分析.E-mail:2629265210@qq.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:yangxin@hebau.edu.cn