在線混藥技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

喬天柱，楊亞飛，邵萬(wàn)齊，蔣周良，林 彤

（江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院，225300，江蘇泰州）

在線混藥技術(shù)的特點(diǎn)是藥和水分開(kāi)儲(chǔ)存，混藥裝置根據(jù)實(shí)際所需農(nóng)藥噴灑量進(jìn)行在線混藥，從而可以減少農(nóng)藥超量使用情況，達(dá)到節(jié)省農(nóng)藥、降低成本和減輕環(huán)境污染的目的，同時(shí)在線混藥技術(shù)也避免了人與藥物的直接接觸，減少了施藥人員農(nóng)藥中毒的可能[1-3]。因此，國(guó)內(nèi)外諸多專家學(xué)者專注在線混藥技術(shù)領(lǐng)域，并設(shè)計(jì)研發(fā)了各具特點(diǎn)的在線混藥技術(shù)，本文就目前常見(jiàn)的在線混藥技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1 直接注入式在線混藥技術(shù)

20 世紀(jì)中后葉，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的植保作業(yè)開(kāi)始采用帶在線混藥功能的大型噴桿噴霧機(jī)，這類(lèi)噴桿噴霧機(jī)又可細(xì)分為自走式、牽引式和懸掛式等小類(lèi)。這類(lèi)噴霧機(jī)的混藥機(jī)構(gòu)都采用直接注入方式（簡(jiǎn)稱直注式），即通過(guò)外加動(dòng)力使得農(nóng)藥和水注入混藥腔，在混藥腔（或較長(zhǎng)管道）內(nèi)完成藥液在線自動(dòng)混合。至20 世紀(jì)末，直注式在線混藥裝置已從農(nóng)藥和水在管道內(nèi)混合、水流量和農(nóng)藥注入量均不變、噴霧機(jī)掛載車(chē)輛必須保持勻速前進(jìn)階段，發(fā)展到水量恒定、根據(jù)掛載車(chē)輛前進(jìn)速度變化調(diào)節(jié)農(nóng)藥注入量階段，適用于復(fù)雜地況的變量噴霧。

圖1 為1994 年GHATE S R 等[4]設(shè)計(jì)成功的壓縮空氣直接注入式系統(tǒng)的示意圖，施藥作業(yè)時(shí)，施藥人員根據(jù)噴霧機(jī)的行駛速度，調(diào)節(jié)水箱和藥箱中的壓力，在壓縮空氣的作用下，水和農(nóng)藥分別從箱中流出，流量計(jì)測(cè)量其流量，滿足作業(yè)要求后停止調(diào)壓，進(jìn)行穩(wěn)定的在線混藥和施藥作業(yè)。

圖1 壓縮空氣直接注入混藥系統(tǒng)

圖2 為2020 年汪福杰等[5]設(shè)計(jì)的直接注入式在線混藥系統(tǒng)的示意圖，該在線混藥系統(tǒng)作業(yè)時(shí)，施藥人員根據(jù)實(shí)際需要控制蠕動(dòng)泵從藥箱中抽取農(nóng)藥注入混合器，與隔膜泵抽取進(jìn)入混合器的水進(jìn)行在線混合，經(jīng)隔膜泵加壓后進(jìn)行施藥作業(yè)。

圖2 直接注入混藥系統(tǒng)示意圖

2 射流在線混藥技術(shù)

射流混藥技術(shù)可通過(guò)水流經(jīng)文丘里管在管的中部形成負(fù)壓從而產(chǎn)生吸力，吸取藥液，并在射流泵內(nèi)完成水和藥的在線混合，由于這種在線混藥形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需外加藥液注入裝置，比較適合我國(guó)低成本農(nóng)業(yè)植保作業(yè)需求[6-8]。

圖3 為2014 年邱白晶等[9]搭建的噴桿式射流在線混藥系統(tǒng)的示意圖，主要研究射流在線混藥裝置的射流嘴出口直徑與其面積的比對(duì)在線混藥性能的影響。

圖3 噴桿式射流在線混藥系統(tǒng)示意圖

圖4 為2018 年陳志剛等[10]搭建的基于PWM 變量控制的射流在線混藥系統(tǒng)示意圖，該射流在線混藥系統(tǒng)在作業(yè)時(shí)，柱塞泵將水箱中的水抽出并加壓送入射流混藥器，射流混藥器產(chǎn)生負(fù)壓并吸藥，藥液被吸入射流混藥器，與水在混藥室內(nèi)進(jìn)行在線混藥后進(jìn)行噴霧作業(yè)。該射流在線混藥系統(tǒng)加入了基于單片機(jī)的藥液流量控制系統(tǒng)，通過(guò)輸出不同占空比的PWM 信號(hào)，改變?cè)O(shè)置在藥液管路上的電磁閥的開(kāi)合程度，控制吸入藥液流量，從而實(shí)現(xiàn)了混藥比的控制。

圖4 基于PWM 變量控制的射流在線混藥系統(tǒng)示意圖

3 水量恒定閥控藥量在線混藥裝置

2011 年張文昭等[11]針對(duì)小型噴霧機(jī)設(shè)計(jì)了一種在線混藥裝置，其核心思路為通過(guò)主泵同時(shí)吸入水與藥，而在藥液注入管路（進(jìn)入主泵之前的管路）加裝閥門(mén)（開(kāi)度閥或PWM 控制的開(kāi)閉二態(tài)閥門(mén)）調(diào)節(jié)藥液注入量，并自行設(shè)計(jì)壓差式微小流量檢測(cè)裝置，以實(shí)現(xiàn)精確控制藥液注入量，裝置結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 混藥裝置示意圖

4 閉環(huán)控制的在線混藥技術(shù)

閉環(huán)控制的在線混藥技術(shù)，在傳統(tǒng)的在線混藥技術(shù)的基礎(chǔ)上加上混合后藥液濃度的檢測(cè)裝置，通過(guò)反饋混合后藥液的濃度信號(hào)，不斷修正藥液流量，直到達(dá)到要求為止，形成一個(gè)閉環(huán)控制的在線混藥技術(shù)。

圖6 為2013 年賈衛(wèi)東等[12]設(shè)計(jì)的閉環(huán)控制的在線混藥系統(tǒng)的示意圖，通過(guò)藥液控制單元，混藥比檢測(cè)單元構(gòu)建了基于混藥比反饋的在線混藥系統(tǒng)，并用百草枯農(nóng)藥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明能有效滿足自動(dòng)混藥要求。

圖6 閉環(huán)控制的在線混藥系統(tǒng)示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前常見(jiàn)的在線混藥技術(shù)主要有直接注入式混藥、射流在線混藥等。在線混藥技術(shù)將藥和水分開(kāi)儲(chǔ)存，施藥作業(yè)時(shí)根據(jù)實(shí)際需要對(duì)水和藥進(jìn)行流量控制并在線混合，相較于傳統(tǒng)的預(yù)混藥技術(shù)，減少了農(nóng)藥的浪費(fèi)，保護(hù)了環(huán)境，同時(shí)避免了人與藥液的接觸，減少中毒的可能。在線混藥技術(shù)未來(lái)必將成為主流混藥技術(shù)。