履帶式風(fēng)送噴粉機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計與試驗(yàn)

摘要：針對傳統(tǒng)的天然橡膠植保存在的作業(yè)效率低、施藥效果較差、農(nóng)藥利用率低等問題，研制了一種可實(shí)現(xiàn)變量施藥的高揚(yáng)程履帶式風(fēng)送噴粉機(jī)。通過理論分析各關(guān)鍵部件在噴施藥粉過程中的作業(yè)機(jī)理，開展了噴粉機(jī)整機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計與選型;根據(jù)白粉病防治標(biāo)準(zhǔn)和橡膠樹個體信息，設(shè)計了變量施藥控制系統(tǒng);膠園試驗(yàn)表明，在不同施藥量和橡膠樹的個體信息存在明顯差異的情況下，目標(biāo)橡膠樹冠層的藥粉有效利用率分別為46.93%、42.2%和39.72%，目標(biāo)橡膠樹冠層單位面積沉積量變異系數(shù)分別為18.77%、24.89%、12.51%，說明橡膠樹葉片上、中、下層單位面積沉積量差異不明顯，單位面積上藥粉沉積較為均勻，施藥效果較好。研究結(jié)果為天然橡膠樹機(jī)械化植保作業(yè)提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：天然橡膠；病害防治；精準(zhǔn)施藥裝置；風(fēng)送噴施技術(shù)

中圖分類號：S432文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文獻(xiàn)標(biāo)識碼

Design and test of key components of crawler-type air-fed powder spraying machine

FU" Meng1，WANG Yong1，ZHANG" Huiming1*，ZHANG" Bin2，SONG" Jianli3，F(xiàn)U Wei1，2

（1 Mechanical and Electrical Engineering College，HainanUniversity，Haikou，Hainan 570228，China;

2 School of Information and Communication Engineering，HainanUniversity，Haikou，Hainan 570228，China;

3 College of Science，China Agricultural University，Beijing 100091，China）

Abstract： Aiming at the problems of low operational efficiency，poor application effect and low utilization rate of pesticides in traditional natural rubber plant protection，this study developed a high-lift crawler-type air-fed powder sprayer that can realize variable application.By theoretically analyzing the operation mechanism of each key component in the process of powder spraying，we carried out the design and selection of key components of the powder sprayer.

Through theoretical analysis of the working mechanism of each key component in the process of spraying chemical powder， the design and selection of key components of the complete powder spraying machine were carried out.

According to the powdery mildew control standard and individual information of rubber trees，a variable application control system was designed.The experiment in rubber plantation showed that under different application rates and obvious differences in individual information of rubber trees，the effective utilization rate of powder in the canopy of target rubber trees was 46.93%，42.2% and 39.72%，respectively，and the coefficients of variation of deposition per unit area in the canopy of target rubber trees were 18.77%，24.89% and 12.51%，respectively，which indicated that the differences of deposition per unit area of rubber tree leaves in the upper，middle and lower layers of rubber trees were the difference in the amount of deposition per unit area of rubber tree leaves was not obvious，and the powder deposition per unit area was more uniform，and the effect of drug application was better.The results of this study provide technical support for the mechanized plant protection of natural rubber trees.

Key words： natural rubber;diseasecontrol;precision application device;air-fed spraying technology.

天然橡膠是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、現(xiàn)代工業(yè)和國防建設(shè)的重要戰(zhàn)略資源之一，是國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可缺少的戰(zhàn)略物資和稀缺資源［1］。海南省作為我國天然橡膠主要供應(yīng)地區(qū)，具有發(fā)展天然橡膠得天獨(dú)厚的環(huán)境資源優(yōu)勢，并已建成我國重要的天然橡膠生產(chǎn)基地［2］；然而，病蟲害頻發(fā)制約了天然橡膠的產(chǎn)量，無法滿足經(jīng)濟(jì)快速增長的需求［3］。白粉病是橡膠樹重要葉部病害之一，發(fā)病癥狀為葉片正反面布滿病斑，造成橡膠樹不正常落葉或葉片組織壞死，導(dǎo)致天然橡膠減產(chǎn)［4］;白粉病還具有影響范圍大、傳播迅速的特點(diǎn)，給橡膠生產(chǎn)帶來不可逆的產(chǎn)量損失，制約天然橡膠工業(yè)的發(fā)展［5］。目前，化學(xué)防治是控制白粉病病害的重要手段，同時也是影響橡膠品質(zhì)的重要因素［6］。目前，橡膠樹白粉病的防治主要以使用人工背負(fù)式噴粉機(jī)進(jìn)行硫磺粉噴施作業(yè)為主，但此方式人工成本高、易損害勞動者呼吸系統(tǒng)且防治效率低［7］，而且硫磺粉藥粉不溶于水，無法適用目前廣泛應(yīng)用的噴霧機(jī)械，亟待研制與粉劑農(nóng)藥相適配的高效率噴粉裝備［8］。

根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)形式，常用植保機(jī)械機(jī)型分為噴桿噴霧機(jī)、航空植保機(jī)械、動力噴霧機(jī)三類。由于藥粉農(nóng)藥的特殊性，針對噴粉機(jī)械的研究較少，且研究主要集中在背負(fù)式噴霧噴粉機(jī)［9］。梅月光等［10］以大量國內(nèi)外噴粉機(jī)械的對比試驗(yàn)為基礎(chǔ)研制了3WF-2.6型背負(fù)式噴霧噴粉機(jī)，整機(jī)性能優(yōu)于當(dāng)時的同類產(chǎn)品，并得到了廣泛應(yīng)用。為提高施藥性能，學(xué)者們采用數(shù)值的方法對背負(fù)式噴粉機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，以獲得更好的作業(yè)效果，并沿用至今［11-13］。此外，橡膠樹具有冠層較高、冠幅較大和枝葉稠密的特點(diǎn)，背負(fù)式噴粉機(jī)在橡膠林進(jìn)行噴粉防治作業(yè)時，穿透能力不足、施藥均勻性較差，因此，為提高農(nóng)藥的穿透能力，目前國內(nèi)外多采用風(fēng)送施藥技術(shù)，利用強(qiáng)大的氣流使靶標(biāo)枝葉翻滾并攜帶農(nóng)藥進(jìn)入靶標(biāo)樹冠的內(nèi)膛，增加了農(nóng)藥貫穿能力，從而提高冠層內(nèi)農(nóng)藥沉積覆蓋［14-16］。另外，橡膠樹冠層藥量沉積分布很大程度上取決于風(fēng)送系統(tǒng)的風(fēng)力供給［17］，目前風(fēng)送施藥時風(fēng)力調(diào)控方法相關(guān)研究主要集中于風(fēng)速風(fēng)量需求理論和風(fēng)力調(diào)節(jié)技術(shù)與裝置等［18-19］；在實(shí)際防治作業(yè)過程中為了達(dá)到防治病害的效果，往往進(jìn)行過量噴施，導(dǎo)致農(nóng)藥浪費(fèi)及殘留，對此通過研究風(fēng)力變量控制方法實(shí)現(xiàn)按需送風(fēng)供給，研究施藥量精準(zhǔn)控制以實(shí)現(xiàn)風(fēng)送噴粉機(jī)對靶標(biāo)變量施藥［20］。

為實(shí)現(xiàn)天然橡膠風(fēng)送式噴粉裝置的精準(zhǔn)高效施藥和智慧膠園建設(shè)和病害智能化防控提供裝備支持，并促進(jìn)海南橡膠產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，本研究結(jié)合天然橡膠樹冠層結(jié)構(gòu)特征和病害防治需求，基于風(fēng)送施藥技術(shù)和施藥量精準(zhǔn)控制方法，設(shè)計了一種適用于天然橡膠樹的高揚(yáng)程履帶式風(fēng)送變量噴粉裝置。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)膠園種植條件和病害防治需求，本研究提出噴粉裝置的總體設(shè)計和主要工作部件的結(jié)構(gòu)配置方案。天然橡膠履帶式風(fēng)送噴粉機(jī)主要由風(fēng)送系統(tǒng)、供粉系統(tǒng)、行走裝置以及控制系統(tǒng)等部分組成。履帶式風(fēng)送噴粉機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

海南省天然橡膠傳統(tǒng)膠園行距為6～7m，株距3～4m，樹高14～18m，樹冠多為紡錘形，冠層高大，枝干粗壯。結(jié)合膠園園藝情況和機(jī)具作業(yè)特點(diǎn)，確定履帶式風(fēng)送噴粉機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)（表1）。

1.2 工作原理

履帶式風(fēng)送噴粉機(jī)為單邊作業(yè)。施藥前噴粉機(jī)根據(jù)目標(biāo)橡膠樹病害等級和冠層高度調(diào)整噴筒角度和施藥量，作業(yè)時動力裝置將動力傳送至螺旋輸送裝置，藥粉通過螺旋輸送裝置從藥箱到達(dá)進(jìn)粉口；同時，動力裝置驅(qū)動離心風(fēng)機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)在入口處形成負(fù)壓，將藥粉吸入風(fēng)機(jī)腔室，隨后藥粉與氣流充分混合，并在氣流的帶動下經(jīng)過噴粉管噴出。攜帶藥粉的氣流到達(dá)橡膠樹冠層時的速度滿足翻動枝葉最小速度條件，使藥粉具有足夠的動能穿透橡膠樹枝葉，靶標(biāo)的枝葉隨氣流翻動，伴有微小藥粉的氣流就填充于橡膠樹枝葉間，使得葉片正反面都能附著藥粉，從而完成施藥過程。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計

2.1 風(fēng)送系統(tǒng)

風(fēng)送系統(tǒng)主要由離心風(fēng)機(jī)、噴粉管以及角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)三部分組成。

考慮到對橡膠樹輸送藥粉需要較高的射程，離心風(fēng)機(jī)要有足夠的氣流速度，可使橡膠樹枝葉翻動，并可提高藥粉在冠層中的穿透性能及其防治效果，從而適用于橡膠樹等大面積種植的單一作物的噴粉防治作業(yè)。按以上設(shè)計因素和目的，本研究選取離心風(fēng)機(jī)提供風(fēng)力輸送藥粉。針對橡膠樹冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)，從冠層需風(fēng)需求出發(fā)，結(jié)合氣流射流理論［21］，植保用離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計采用選型設(shè)計法。為了改善風(fēng)場中的射流慣性效應(yīng)，減少出口旋繞速度的動能，提高風(fēng)筒出口速度，增大有效射程，設(shè)計時在風(fēng)機(jī)出口增設(shè)導(dǎo)流噴筒，以下稱為噴粉管。傳統(tǒng)風(fēng)送式施藥多采用半圓周、漫射型出風(fēng)，氣流出口為長條狀且出口面積較大，造成氣流速度小且方向性欠佳［22］。硫磺粉藥粉粒徑小于45μm，對枝繁葉茂的橡膠樹具有良好的穿透性，而噴粉噴頭的幾何形狀直接影響粉流的噴射方向、射程、噴幅以及噴施均勻性等，并且《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計手冊》中提到使用直管形噴頭時氣流速度高、射流集中、穿透性好，粉劑濃度均勻，適用于林業(yè)高射程噴粉。因此，本研究選用噴射式出風(fēng)模式，噴粉管噴頭采用圓形噴頭，并根據(jù)作業(yè)要求將噴粉管與離心風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計的風(fēng)送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在實(shí)際噴粉作業(yè)中，硫磺粉藥粉在風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流的作用下，通過噴粉管噴射和擴(kuò)散的。高速運(yùn)動的氣流和硫磺粉顆粒從噴粉管噴出后形成射流束，藥粉受氣流沖擊后的軸心方向初速度越大，則射程越大，噴射效果與射流的特性緊密相連。根據(jù)氣流射流理論可知，射流束為運(yùn)動的空氣和藥粉顆粒所組成，假定在靜止空氣中噴施藥粉，則四周流體為靜止的空氣。本文僅研究噴粉時各參數(shù)的關(guān)系，由于藥粉中無沉重的混合物質(zhì)點(diǎn)，所以可作為單相自由射流處理。

因施藥裝置對橡膠樹輸送藥粉需要較高的射程，故離心風(fēng)機(jī)應(yīng)有足夠的氣流速度，而使氣流輸送的藥粉具有足夠的動能穿透到橡膠樹枝葉中去，到達(dá)橡膠樹冠層時氣流速度應(yīng)滿足末速度原則［23］。按JB/T 7723—2014《背負(fù)式噴霧噴粉機(jī)》中規(guī)定“風(fēng)速2m·s-1截面處至噴管出口截面的距離為射程”，并考慮當(dāng)風(fēng)速小于2m·s-1時氣流只能作用于橡膠樹表面，已經(jīng)不具備攜帶藥粉進(jìn)入冠層內(nèi)部的能力，達(dá)不到良好的防治效果，以及噴粉管直徑是由輸送藥粉所需的風(fēng)速和風(fēng)量決定的［24］，所以本文對于橡膠樹這種單一種植作物的末速度設(shè)計為2m·s-1。本系統(tǒng)只有1個出風(fēng)口，根據(jù)出風(fēng)口面積可以確定風(fēng)筒所需的空氣輸入流量，再等量替換以確定所需風(fēng)機(jī)風(fēng)量，并且考慮到儲備風(fēng)量及風(fēng)量泄露等問題，儲備系數(shù)設(shè)為1.3，再取整計算所選風(fēng)機(jī)的最大風(fēng)量。

綜上所述，根據(jù)橡膠樹高度和施藥距離，風(fēng)送噴施系統(tǒng)設(shè)計射程為15～20m，20m處的截面直徑大于10.88m；由射流主體段圓斷面的運(yùn)動特性和末速度原則可得噴粉管出口初速度為34.54～45.85m·s-1，取噴粉口直徑為0.14～0.16m，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為1913.21～2907.9m3·h-1；由于風(fēng)機(jī)的制造、裝配誤差，計算時一般保持5～10%的風(fēng)量，所以所需風(fēng)量為2008.9～3053.4m·s-1。根據(jù)以上參數(shù)值，最終選定君嵐9-26高壓離心風(fēng)機(jī)作為風(fēng)送噴施系統(tǒng)的風(fēng)送結(jié)構(gòu)，該離心風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)具體如下：功率5.5 kW，電壓380 V，額定轉(zhuǎn)速2 900 r·min-1，風(fēng)量2 198～3 215m3·h-1，全壓3 852～3 407Pa。

2.2 供粉系統(tǒng)

供粉系統(tǒng)主要包括螺旋輸送機(jī)構(gòu)和儲藥箱兩部分，結(jié)構(gòu)見圖3。

為使作業(yè)中排粉均勻，不發(fā)生粉劑架空現(xiàn)象，藥箱的形狀應(yīng)有利于排凈藥粉，以減少箱內(nèi)藥粉殘留，并使粉劑具有更好的流動性，故本文將藥箱底部的錐角設(shè)計為非對稱形狀。

螺旋輸送機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)將硫磺粉藥粉從藥箱輸送到離心風(fēng)機(jī)進(jìn)口，藥粉在風(fēng)機(jī)葉片高速旋轉(zhuǎn)吸壓作用下進(jìn)入風(fēng)機(jī)。在此過程中，為了避免硫磺粉藥粉在輸送過程中發(fā)生堵塞現(xiàn)象，設(shè)計輸送裝置的排料能力大于硫磺粉藥粉的輸送能力［25］。根據(jù)喂入量與輸送器螺旋葉片直徑、螺距的關(guān)系，綜合考慮選取GW45100六角通孔電機(jī)驅(qū)動螺旋輸送機(jī)構(gòu)，其額定扭矩為2N·m-1，額定轉(zhuǎn)速為60 r·min-1。

2.3 行走裝置

裝備底盤是搭載施藥機(jī)具在膠園中作業(yè)的關(guān)鍵部件，行走一般為低速行駛模式。經(jīng)實(shí)地調(diào)研可知，海南省天然橡膠種植區(qū)地形地勢復(fù)雜，多數(shù)地區(qū)凹凸起伏，地面坑洼不平，存在各種障礙，有水平壕溝、斜坡、垂直障礙等，并且天然橡膠多以分散種植和家庭種植為主，缺乏機(jī)械行走、轉(zhuǎn)場的機(jī)道，影響植保機(jī)械的通過性。因此，為了使膠園地面植保機(jī)械動力底盤應(yīng)具有很強(qiáng)的通過性，

本研究選用自走式的專用底盤，底盤結(jié)構(gòu)如圖4所示。該履帶底盤長2m，寬1.12m，離地間隙0.155m，具有接地面積大、接地比壓小、附著性能好等特點(diǎn)，可更好地適應(yīng)地形復(fù)雜的工作環(huán)境，能有效提高泥土環(huán)境下機(jī)器的通過性與安全性［26］。

2.4 控制系統(tǒng)組成及工作原理

為了實(shí)現(xiàn)膠園精準(zhǔn)變量施藥，本研究采用模糊PID控制設(shè)計一套具有良好適應(yīng)性和魯棒性變量的施藥控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由STM32核心控制器、上位機(jī)、風(fēng)機(jī)總成模塊、變量施藥裝置及樹木信息識別模塊組成，包括手動控制和自主控制兩種工作模式，可根據(jù)膠園實(shí)際防治需要自主切換工作模式。該系統(tǒng)包含主要元器件見表2。

只有風(fēng)力和藥量都得到精確控制，才能實(shí)現(xiàn)膠園精準(zhǔn)施藥。在膠園中進(jìn)行側(cè)向噴粉作業(yè)時，要求射流包圍整個樹冠側(cè)面的高度，噴頭還應(yīng)與水平面成一角度。根據(jù)機(jī)載激光測距儀測得風(fēng)送式噴粉機(jī)與橡膠樹之間的距離，結(jié)合冠層中心高度，實(shí)時調(diào)整噴粉管出粉口角度。變量輸粉模塊和噴粉角度調(diào)節(jié)模塊皆為單電機(jī)機(jī)構(gòu)，僅需調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動量，即可實(shí)現(xiàn)作業(yè)效果。出口風(fēng)速的調(diào)節(jié)是基于柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速的控制，電子調(diào)速器通過接收單片機(jī)傳輸?shù)腄AC電壓值控制執(zhí)行器的噴油量并以此來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，調(diào)節(jié)風(fēng)量［27］。采用輸送藥粉總藥量控制方法實(shí)現(xiàn)調(diào)控施藥量，以實(shí)現(xiàn)按照設(shè)定施藥量噴施硫磺粉藥粉。

履帶式風(fēng)送噴粉機(jī)控制系統(tǒng)工作原理如圖5所示，主要工作過程如下：風(fēng)送式噴粉機(jī)在膠園噴粉施藥作業(yè)過程中，遙控噴粉機(jī)駛?cè)胫料鹉z樹行間，并將設(shè)備的工作模式切換為自主控制。上位機(jī)根據(jù)RealSense D435i相機(jī)識別到的橡膠樹位置信息和激光測距儀反饋值，解譯處方圖中相應(yīng)樹木的施藥參數(shù)，提取目標(biāo)橡膠樹的LAI值、高度及病害等級等個體信息，并通過變量施藥決策模型，得到目標(biāo)的噴粉口仰角、風(fēng)機(jī)出口速度及絞龍輸粉量等施藥參數(shù)。上位機(jī)將靶標(biāo)噴粉參數(shù)發(fā)送至STM32主控制器后，控制系統(tǒng)根據(jù)噴粉指令將DAC控制信號輸送發(fā)動機(jī)的電子調(diào)速裝置，調(diào)節(jié)風(fēng)送高度；將PWM控制信號發(fā)送至雙路直流電機(jī)驅(qū)動模塊，驅(qū)動電動推桿和六角通孔電機(jī)，實(shí)時調(diào)整出風(fēng)口仰角和硫磺粉輸送量，實(shí)現(xiàn)噴粉機(jī)自主狀態(tài)下的變量施藥。

3 樣機(jī)植保試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)材料與條件

根據(jù)上述理論設(shè)計，試制風(fēng)送式噴粉機(jī)樣機(jī)，并在天然橡膠種植區(qū)進(jìn)行植保試驗(yàn)。

試驗(yàn)場地位于海南省儋州市那大鎮(zhèn)中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場。試驗(yàn)儀器主要有電子天平、風(fēng)速氣象儀、紫外可見分光光度計、植物冠層分析儀、平板式掃描儀、萬向夾、密封袋等。試驗(yàn)當(dāng)天氣象儀測得空氣溫度平均值為25.95℃，濕度平均值為78.01%，東南風(fēng)，風(fēng)速為1.98m·s-1。為了獲得客觀穩(wěn)定的測試結(jié)果，本次試驗(yàn)在環(huán)境氣象相近的條件下進(jìn)行。施藥時藥粉使用天然橡膠病害防治專用325目硫磺粉，示蹤劑選用胭脂紅，硫磺粉與胭脂紅粉末按照1∶5的比例充分混合后進(jìn)行噴施。

3.2 評價指標(biāo)

在天然橡膠種植區(qū)進(jìn)行施藥植保作業(yè)時，不僅要求最大可能地使藥粉沉積在靶標(biāo)橡膠樹枝葉上，還需要藥粉在橡膠樹的不同部位盡可能地分布均勻，才能確保更好的防治效果。引入橡膠樹冠層內(nèi)各樣點(diǎn)硫磺粉沉積量的變異系數(shù)來表征樹體內(nèi)部的沉積分布均勻性，變異系數(shù)越小，則說明藥粉分布均勻性越好，進(jìn)而評價機(jī)具施藥的穿透效果［28］；同時，將橡膠樹冠層參數(shù)與膠園施藥時葉面沉積量相結(jié)合進(jìn)行農(nóng)藥有效沉積率的計算，可以更加真實(shí)地反映出施藥機(jī)械在膠園施藥時農(nóng)藥的實(shí)際利用情況［29］。因此，選取藥粉沉積均勻性與藥粉有效利用率作為風(fēng)送式噴粉機(jī)施藥性能評價指標(biāo)。

3.3 試驗(yàn)方法

為確定設(shè)計的裝置氣流速度滿足實(shí)際施藥所需風(fēng)速，通過調(diào)節(jié)柴油發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)送系統(tǒng)出風(fēng)量，同時采用風(fēng)速儀在噴粉管出風(fēng)口的中心處測量風(fēng)速，建立發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與噴粉口出口風(fēng)速的數(shù)學(xué)關(guān)系。測量點(diǎn)速度取一段時間內(nèi)的平均速度，轉(zhuǎn)速與出口風(fēng)速的關(guān)系如圖6所示。

由圖6可以看出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與噴粉口出口處風(fēng)速為線性關(guān)系。根據(jù)2.1節(jié)可知，風(fēng)送系統(tǒng)設(shè)計射程為15～20m，外界為靜止無風(fēng)條件下噴粉管出口初速度應(yīng)為34.54～45.85m·s-1，樣機(jī)在自然條件下風(fēng)速滿足試驗(yàn)所需的入口速度條件。

選取3棵樹形、樹高等差異較大的橡膠樹作為作業(yè)對象。在施藥試驗(yàn)開始之前，使用LAI-2200C型植物冠層分析儀來測定各橡膠樹葉面積指數(shù)、間隙率等樹木冠層參數(shù)，將獲得的數(shù)據(jù)利用Cloud compare三維點(diǎn)云處理軟件進(jìn)行體積的處理，并采用體樹法計算出橡膠樹冠層體積，獲取橡膠樹的基本樹體信息［30］。根據(jù)NY/T 1089—2015《橡膠樹白粉病測報技術(shù)規(guī)程》和DB5328/T 19—2022《橡膠樹白粉病防控技術(shù)規(guī)范》確定施藥量，3棵目標(biāo)橡膠樹的基本樹體信息及混合藥粉施藥量如表3所示。

橡膠樹屬于高大樹木，為了將橡膠樹冠層結(jié)構(gòu)特征盡可能地都考慮到，將試驗(yàn)樹冠分為上、中、下3層，每層以樹干為中心，對稱分布采樣點(diǎn)，其中：上層由于高度條件限制取樣困難，設(shè)置5個采樣點(diǎn)，中層及下層均設(shè)置9個采樣點(diǎn)，分為內(nèi)外2層，每棵樹共23個取樣點(diǎn)。橡膠樹冠層參數(shù)獲取采樣點(diǎn)分布如圖7所示。

風(fēng)送式噴粉機(jī)進(jìn)行施藥試驗(yàn)時，根據(jù)所選目標(biāo)橡膠樹的個體信息，實(shí)時調(diào)整作業(yè)參數(shù)，對目標(biāo)橡膠樹噴施混合藥粉。膠園試驗(yàn)作業(yè)現(xiàn)場如圖8所示。對目標(biāo)橡膠樹噴施混合粉末完成后，利用升降平臺和高枝剪采集橡膠葉樣本。由于戶外試驗(yàn)氣象條件不可控且干擾因素過多，并且如果對橡膠樹進(jìn)行重復(fù)噴撒，則會造成施藥量的累加，因此，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本次試驗(yàn)每噴施藥粉1次，進(jìn)行3次重復(fù)取樣，獲取結(jié)果且計算其平均值，以獲得更客觀和具有參考價值的數(shù)據(jù)。

將獲得的樣本分類標(biāo)號，分別置于容器中加入50mL純凈水洗滌，再通過紫外線分光光度計測定胭脂紅溶液的吸光度。根據(jù)已標(biāo)定的擬合表達(dá)式確定胭脂紅溶液的濃度，并利用掃描儀和python軟件根據(jù)像素所占比例求出所采集的葉片面積。樣本處理過程如圖9所示。

根據(jù)處理樣本所獲得的數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得單位面積上硫磺粉的沉積量。

3.4 結(jié)果與分析

將目標(biāo)橡膠樹冠層體積、葉面積指數(shù)與橡膠葉樣本的葉片面積和硫磺粉沉積量相結(jié)合，得到橡膠樹冠層上、中、下各層的硫磺粉沉積分布，進(jìn)而分析噴粉裝置的施藥效果。試驗(yàn)結(jié)果（表4）顯示：在不同施藥量和橡膠樹的個體信息存在明顯差異的情況下，目標(biāo)橡膠樹冠層的藥粉有效利用率分別為46.93%、42.2%和39.72%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)施藥機(jī)械背負(fù)式噴粉機(jī)［31］。目標(biāo)橡膠樹單位面積沉積量變異系數(shù)分別為18.77%、24.89%、12.51%，與李文偉等［32］研究結(jié)果對比分析結(jié)果可知：目標(biāo)橡膠樹葉片上、中、下層單位面積沉積量差異不明顯，單位面積上藥粉沉積較為均勻，施藥效果較好。

由于天然橡膠病害防治所需藥粉的特殊性，針對藥粉農(nóng)藥的噴粉機(jī)械研究較少，且研究集中在背負(fù)式噴粉機(jī)。本文針對天然橡膠樹病害防治研制了履帶式風(fēng)送噴粉機(jī)，并在天然橡膠種植區(qū)進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)。研究表明，與傳統(tǒng)使用的背負(fù)式噴粉機(jī)相比，履帶式風(fēng)送噴粉機(jī)具備高效、施藥質(zhì)量好、用藥成本低等優(yōu)點(diǎn)。

風(fēng)送式噴粉機(jī)在天然橡膠種植區(qū)進(jìn)行施藥試驗(yàn)時采取對靶噴施的方式，與實(shí)際膠園標(biāo)準(zhǔn)化施藥時“邊走邊噴”的作業(yè)模式相比，橡膠樹植株之間的藥物浪費(fèi)會相對較小，故實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)化施藥時藥粉利用率等略低于此次試驗(yàn)值。硫磺粉藥粉在從藥箱向橡膠葉片表面沉積的過程中，風(fēng)送式噴粉機(jī)的機(jī)具性能、操作條件、氣象條件、植株冠層結(jié)構(gòu)、葉片表面特性等都對施藥效果有影響，施藥作業(yè)時應(yīng)盡量降低外界影響因素以確保施藥效果。

4 結(jié)論

（1）針對天然橡膠病害防治作業(yè)中存在的效率低、施藥效果差等問題，本文設(shè)計了一種履帶式風(fēng)送噴粉機(jī)，能同時完成風(fēng)送、噴粉、行走的作業(yè)要求。

（2）根據(jù)天然橡膠病害防治的作業(yè)要求，設(shè)計了一種變量控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)施藥量和風(fēng)送氣流方向?qū)崿F(xiàn)對橡膠樹的精準(zhǔn)施藥。

目標(biāo)橡膠樹冠層的藥粉有效利用率分別為46.93%、42.2%和39.72%，目標(biāo)橡膠樹單位面積沉積量變異系數(shù)分別為18.77%、24.89%、12.51%，說明橡膠樹葉片上、中、下層單位面積沉積量差異不顯著，單位面積上藥粉沉積較為均勻，機(jī)具作業(yè)效果良好。

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（責(zé)任編輯：編輯張忠）