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国内外在线混药的研究现状与发展趋势(2)

来源:农机化研究 作者:李致,宋淑然,洪添胜,
发布于:2017-05-31 共8404字
  2 国内在线混药的研究现状。
  
  2. 1 在线混药理论及控制系统的研究。
  
  在线混药理论及控制系统的研究在在线混药研究领域具有重要地位,可以给在线混药装置的研究指明正确的方向及提供有力的理论依据。
  
  郭敬坤等通过在农药中加入示踪粒子,并利用高速摄像机采集喷雾机农药与水在线混合后的图像来对喷雾机农药与水在线混药效果进行研究[20].
  
  李晋阳等通过建立流过调节阀的流量与阀前后压差、流体密度及阀开度这3 个变量的关系表达式,设计了利用流量计和调节阀对在线混药效果进行检测的在线混药装置[21].这些方法通过对在线混药效果进行监控,使得操作人员能清楚了解到混药效果,以便进一步提高混药性能。
  
  针对 3WY - A3 手推式喷雾机,张文昭和刘志壮设计了一种实时混药式变量喷雾控制系统,如图 2 所示。同时,利用该系统进行改变混药比和改变喷雾量的试验,结果表明:该系统药流量的控制范围为0. 1 ~0. 9mL / s,控制误差在 ± 5% 左右[22].
  
实时混药式变量喷雾控制系统
  
  对背负式喷雾机农药药水在线混合方法研究方面,周凤芳首先提出了一种适用于背负式喷雾机的在线混合机理,然后建立了非等密度体系下射流混药装置基本性能方程,并对其性能影响因素进行分析,得出喷嘴直径、混合管直径和喷头大径是影响射流混药装置基本性能最主要因素的结论[23].
  
  倪涛提出一种农药在线混合可变量精确喷雾混药控制系统的设计方案,并建立以 PLC 为核心的人机交互在线混药控制系统,试验结果表明:系统具有数据采集方便准确和流量控制精准等优点[24].
  
  通过对植保机械在线混合质量评价体系进行研究,魏仕华等提出混合度的理论与测定方法,同时对植保机械在线混药用的混药器和射流混药系统等进行研究评估,为提高在线混药装置混药性能提供了评价方法[25].
  
  2. 2 射流混药装置的研究。
  
  射流混药装置是一种不需要外部能源,结构紧凑、操作方便、成本低廉的混药装置,比较适合我国的国情,因此近年来在我国植保机械在线混药方面逐渐被使用。这种混药装置利用动量交换的能量传递方式,通过喷雾机管道系统的水力完成农药与水的在线混合。
  
  李羊林等通过改变主辅射流嘴出口直径和嘴管距对双极射流装置进行试验研究,揭示了射流混药装置各参数对压力损失和混药比的影响[26],但并未给出双极射流混药装置的合理数学模型。
  
  对射流混药装置多年研究的何培杰等设计了一种利用喷雾机管道系统内水力完成水和农药的在线混合的射流混药装置,如图3 所示。但其具有混药比大且不稳定及不能达到最佳喷雾压力的缺点[27].
  
射流混药装置
  
  邱白晶等通过 CFD 数值模拟方法研究面积比、喷嘴倾角等参数对射流混药装置流动性能的影响和面积比对混药均匀性的影响[28].
  
  周良富等通过 CFD 数值模拟方法并结合试验确定了射流混药装置最佳面积比和最佳喷管距范围[29].
  
  欧鸣雄等采用 CFD 数值分析方法研究射流混药装置在变工况下的流场特性,研究结果表明:数值模型可以较准确地预测混药比随出口静压的变化情况,得到混药比随出口静压的增大而线性降低的结论[30].这些研究成果凸显了 CFD 数值模拟方法在射流混药装置分析与研制中的重要作用,对今后射流混药装置研制具有指导意义。
  
  为解决射流混药装置存在的混药比可调范围窄、控制精度低的问题,实现射流混药的精确、智能控制,陈志刚等以 LabVIEW 为开发环境,设计了在线射流混药控制系统,并通过对在线射流混药控制系统进行设置,可获得适合的混药比值,显着增加混药比调节宽度,对提高射流混药装置混药浓度精确性有重要作用[31].
  
  2. 3 其他在线混药装置的研究。
  
  射流混药装置的应用符合我国国情,受到众多专家学者的关注。与此同时,有关学者也开展了其他形式的在线混药装置的研究。
  
  通过对MX 静态混药器流场进行数值模拟与试验研究,赵建华等得到对称面上速度分布情况[32].
  
  张鸿雁等利用大涡模拟研究内置翼片式静态混药器混合效果,得到当纵向偏转角度和翼片间距等参数相同时,长翼片类型的静态混药器混合效果好的结论[33].
  
  孟辉波等建立了SK 型静态混药器内高粘度流体的流动改进模型,得到SK 静态混药器内高粘度流体径向流动存在混沌特性的结论[34].这些研究成果不断推动着静态混药器的发展。
  
  吴萍等设计了正压式混药装置主要由突缩管、挤压装置、混合管和挤压室组成,如图 4 所示。工作时,水一路经过突缩管流入混合管,由于突缩管通径较小,水流速度较快,水流压力较小;另一路经过分流孔流入挤压室,对承载农药的装置产生一定压力,挤压室与混合管之间产生一定的压力差,使得药液被吸入混合管与水混合,实现农药与水的在线混合[35].
  
正压式混药装置
  
  以何雄奎教授为首的团队将直接注入系统与静态混药器相结合,并把不同农药剂型、不同黏度溶液的混合均匀度与传统混药装置进行对比,发现由于流体在流经静态混药器时受到其内部扭曲型叶片的作用,产生分流、合流、旋转能达到较好的混合效果[36].
  
  杨洲等为提高果园轻型喷雾机作业性能,设计了一种果园在线混药型静电喷雾机,通过混药均匀性和稳定性试验说明了该装置具有良好的混药性能[37].
  
  该研究成果为在线混药装置在果园喷雾机上的应用提供了重要的参考。
  
作者单位:
原文出处:李致,宋淑然,洪添胜,孙道宗,薛秀云,代秋芳. 农药喷雾作业中在线混药技术及展望[J]. 农机化研究,2018,(01):1-6.
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