宋海潮，徐幼林，鄭加強(qiáng)，代 祥

（1. 南京林業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院，南京 210037；2. 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，南京 210023）

0 引 言

脂溶性農(nóng)藥是指不溶于水，但是能夠溶于酒精和煤油等有機(jī)溶劑的農(nóng)藥。由于脂溶性農(nóng)藥的滲透性大于水溶性農(nóng)藥，所以其防治效果優(yōu)于水溶性農(nóng)藥[1]；同時(shí)脂溶性農(nóng)藥的淋洗率和滲濾率幾乎為零，屬于難流失農(nóng)藥，對(duì)水和環(huán)境的污染一般要比水溶性農(nóng)藥小[2]；用脂溶性農(nóng)藥防治茶樹(shù)病蟲害，更有利于飲茶者的健康[3]。2015年，重慶市在近400 hm2茶園中推廣使用了脂溶性農(nóng)藥[4]。脂溶性農(nóng)藥成本約 720元/hm2，比水溶性農(nóng)藥 482元/hm2略高，但脂溶性農(nóng)藥使用1次可管25 d，而水溶性農(nóng)藥使用1次只能管3～5 d[5]。因此，脂溶性農(nóng)藥的高效利用越來(lái)越引起大家的重視[6]。

農(nóng)藥在線混合不僅很好地減小農(nóng)藥的濫用及對(duì)施藥者的傷害[7]，而且施藥器械在施用后更有利于清洗、拆卸、回收和翻新[8]，沒(méi)有和農(nóng)藥直接接觸的施藥器械即使廢棄也可長(zhǎng)期無(wú)慮[9]。這主要是由于在線混合的施藥器械只有混藥器到噴嘴部分才和農(nóng)藥直接接觸[10]。所以，縮小混藥器到噴嘴之間的距離是在線混藥研究的重要部分[11]。目前，雖然國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者致力于農(nóng)藥在線混合技術(shù)的研究[12]，但基本上都是針對(duì)水溶性農(nóng)藥的在線混合[13-14]，如南京林業(yè)大學(xué)徐幼林等[15-16]、江蘇大學(xué)邱白晶等[17-18]和農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所周良富等[19-20]，利用普通射流混藥器分析了水溶性農(nóng)藥的在線混合效果，而只有南京林業(yè)大學(xué)近年來(lái)利用旋動(dòng)射流混藥器對(duì)脂溶性農(nóng)藥的在線混合進(jìn)行了相關(guān)研究，結(jié)果表明旋動(dòng)射流混藥器能夠?qū)崿F(xiàn)脂溶性農(nóng)藥的有效混合[12]。

旋動(dòng)射流混藥器，采用螺旋彎曲收縮管、繼旋器和在擴(kuò)散管中加入固定導(dǎo)葉等方式，可以增加工作液的卷吸能力與摻混作用[21]。采用螺旋流原理設(shè)計(jì)的旋動(dòng)射流混藥器，通過(guò)有限元仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證，證明在沒(méi)有機(jī)械攪拌的情況下，可保證噴嘴出口位置脂溶性農(nóng)藥與水均勻混合[22-23]?；焖幤骺傞L(zhǎng)為162 mm，有效長(zhǎng)度為149 mm，即收縮管32 mm，混合管20 mm，擴(kuò)散管57 mm，繼旋器40 mm[22]，顯然，去掉繼旋器則可以使旋動(dòng)射流混藥器的有效長(zhǎng)度減小40 mm。在實(shí)現(xiàn)對(duì)脂溶性農(nóng)藥均勻混合的前提下，旋動(dòng)射流混藥器有效長(zhǎng)度應(yīng)該越短越好，因此本文擬研究沒(méi)有繼旋器的旋動(dòng)射流混藥器對(duì)脂溶性農(nóng)藥混合均勻性影響，分析影響混藥器有效長(zhǎng)度的結(jié)構(gòu)參數(shù)即擴(kuò)散管擴(kuò)散角、混合管長(zhǎng)度和收縮管收縮角，分析各因素對(duì)旋動(dòng)射流混藥器混合均勻性的影響趨勢(shì)及旋動(dòng)射流混藥器有效長(zhǎng)度相對(duì)最小值，以期為旋動(dòng)射流混藥器在進(jìn)行脂溶性農(nóng)藥在線混合時(shí)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)與試驗(yàn)材料

1）試驗(yàn)系統(tǒng)

混藥器混合試驗(yàn)系統(tǒng)包括進(jìn)水系統(tǒng)Ⅰ、進(jìn)藥系統(tǒng)Ⅱ、圖像采集系統(tǒng)Ⅲ和混藥器快換系統(tǒng)Ⅳ，如圖 1所示，圖1a為試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖，圖1b為試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖。試驗(yàn)用噴嘴為KC1/4CC6508PP扇形噴嘴（廣州奧王噴嘴制造有限公司），進(jìn)水系統(tǒng)和進(jìn)藥系統(tǒng)分別提供穩(wěn)定壓力和流量的水和藥，水泵采用PLD1206型隔膜泵，電壓12 V，壓力0.3 MPa，功率45 W，電流3.5A，流量1.5 L/min；藥泵采用PLD-2203型隔膜泵，電壓24 V，壓力0.3 MPa，功率20 W，電流0.7 A，流量0.015 L/min；水泵和藥泵均是石家莊市普蘭迪公司產(chǎn)品。進(jìn)水端采用YN60耐震壓力表，量程0.6 MPa，進(jìn)藥端與混藥器出口端均采用YN60耐震壓力表，量程0.4 MPa，YN60耐震壓力表為上海晨?jī)x儀表有限公司產(chǎn)品。

圖1 混藥器在線混合試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 On-line mixing experimental system of mixer

相機(jī)采用IO Industries高速相機(jī)，型號(hào)4M180-CL，分辨率2 048×2 048，幀頻180 fps，像元大小5.5 μm，芯片尺寸1"；鏡頭型號(hào)HF1214J，焦距12 mm，最大光圈1.4，畸變率為-0.31%，最大兼容CCD為2/3″；紫光燈選用美國(guó)Spectroline系列B-260雙燈管手持式紫外線燈，長(zhǎng)波6 W自濾色紫外燈管，在15 cm距離下產(chǎn)生365 nm波長(zhǎng)紫外線，強(qiáng)度為850 μm/cm2；采集卡選用凌云光子技術(shù)集團(tuán)有限責(zé)任公司的 Camera Link采集卡，型號(hào)：OR-X4C0-XPF00；視頻記錄采用IO Industries Streams 7軟件。根據(jù)高速相機(jī)拍攝混藥器混合過(guò)程圖像，采用均方根誤差分析混藥器的混合均勻性[24]。

為了研究相同條件下混藥器的混合效果，試驗(yàn)中要對(duì)不同混藥器進(jìn)行快速替換。混藥器快換系統(tǒng)如圖 2所示，快換接頭分公頭（如圖2中41、61和71）和母頭（如圖2中42、62和72），公頭和混藥器連接，母頭分別和進(jìn)水管、進(jìn)藥管和出口連接。試驗(yàn)用的混藥器采用3D打印成型，由于混藥器各組成件螺紋連接后，在連接處照相機(jī)看不到內(nèi)部流動(dòng)，因此將混藥器打印成整體結(jié)構(gòu)：即收縮管和擴(kuò)散管形成一整體。

圖2 混藥器快換連接Fig.2 Quick connection for mixer

2）試驗(yàn)農(nóng)藥替代物配制

脂溶性農(nóng)藥替代物為菜籽油，表面張力29.8 mN/m，運(yùn)動(dòng)黏度43 mm2/s，密度0.9 g/cm3。為了便于圖像采集與分析，菜籽油中加入熒光劑美國(guó)路陽(yáng)LUYOR-6100，密度0.91 g/cm3，可溶于石油制品，最適宜波長(zhǎng)365 nm，閃點(diǎn)（ASTM D-3278）大于85 ℃。將3瓶試樣（菜籽油、菜籽油+6 100、菜籽油+6 100+水）搖晃均勻后，在紫光燈下立即觀察發(fā)現(xiàn)：沒(méi)有添加熒光劑6 100的菜籽油在紫光燈下是灰色的，沒(méi)有清晰的亮度；而加了熒光劑6 100的兩瓶試樣觀察很清晰；熒光劑6 100在菜籽油中能夠完全溶解；加了熒光劑6 100和水的菜籽油快速搖晃均勻，2～3 s后又會(huì)很快分離。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 影響因素及水平值

旋動(dòng)射流混藥器結(jié)構(gòu)主要由收縮管、擴(kuò)散管和分流器組成，收縮管入口與噴霧機(jī)出水管相接，擴(kuò)散管出口通過(guò)光管后直接同噴嘴相連。分流器采用切向進(jìn)流，且分流器連接著收縮管出口和擴(kuò)散管入口，將收縮管出口和擴(kuò)散管入口直徑相同部位稱為混合管，如圖 3所示。為了進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，需要根據(jù)旋動(dòng)射流混藥器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析影響混藥器有效長(zhǎng)度的因素并確定各因素的水平值。從圖 3中可以看出，混藥器的有效長(zhǎng)度，指的是收縮管入口到擴(kuò)散管出口之間的距離，其中 L為混藥器有效長(zhǎng)度，而L’為混藥器總長(zhǎng)。在噴霧機(jī)出水管尺寸和噴頭結(jié)構(gòu)尺寸都已知的條件下，混藥器入口及出口直徑為固定值，所以，要減小混藥器有效長(zhǎng)度，最有效的方法是增大收縮管收縮角和擴(kuò)散管擴(kuò)散角、并尋求最佳混合管長(zhǎng)度匹配值。

圖3 旋動(dòng)射流混藥器結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of swirling jet mixer

1）收縮角a1及水平值

螺旋彎曲收縮管由入口直徑13 mm截面經(jīng)過(guò)平滑螺旋收縮過(guò)渡到出口直徑4 mm混合管，其阻力系數(shù)取決于收縮角a1和收縮度n1=F0/F1[25]，其中F0為收縮管中最窄截面面積、F1為收縮管中最寬截面面積[25-26]。由于入口直徑和出口直徑已經(jīng)確定，因此收縮度n1也就確定，收縮管的長(zhǎng)度L1只與收縮角a1有關(guān)，根據(jù)圖3可以得出

由公式（1）可知隨著收縮角的增大，收縮管有效長(zhǎng)度減小。收縮角在 10°＜a1＜40°范圍時(shí)，收縮管總阻力系數(shù)最小[27]，同時(shí)根據(jù)經(jīng)典文丘里管結(jié)構(gòu)，當(dāng)收縮管為圓錐形時(shí)，收縮角取值范圍為 20°～22°[28-29]。前期研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)收縮管收縮角 a1=16°時(shí)，有繼旋器的旋動(dòng)射流混藥器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)脂溶性農(nóng)藥（菜籽油）的均勻混合[23]。因此，為了達(dá)到減小混藥器長(zhǎng)度的目的，考慮到收縮角從 16°到 22°增加了 6°，因此取中間值 19°為收縮角的研究起點(diǎn)，根據(jù)公式（1）計(jì)算，收縮角從 16°增大到 19°時(shí)，收縮管有效長(zhǎng)度減小了 5.13 mm。所以，按照 3°梯度遞增，取收縮角分別為 a1=16°、22°和 25°的 3個(gè)水平值，深入分析收縮角的變化對(duì)脂溶性農(nóng)藥混合均勻性的影響。

2）混合管長(zhǎng)度L0及水平值

根據(jù)經(jīng)典文丘里管結(jié)構(gòu)，混合管（喉部）長(zhǎng)度取值范圍d3± 0.03d3[30]，而采用混合管長(zhǎng)度等于混合管直徑的普通射流混藥器對(duì)脂溶性農(nóng)藥（硅油）進(jìn)行在線混合，發(fā)現(xiàn)混合均勻性不好[15]。由于混合管最優(yōu)長(zhǎng)度Lk為d3（混合管直徑）的5～7倍[27]，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)d3= 4 mm時(shí)，選取混合管長(zhǎng)度L0=20 mm的有繼旋器旋動(dòng)射流混藥器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)脂溶性農(nóng)藥均勻混合[23]。20 mm和4 mm的中間值為12 mm，因此，中值12 mm為混合管長(zhǎng)度的第1個(gè)水平值。鑒于混合管對(duì)混藥器混合均勻性的重要影響，取20 mm為混合管長(zhǎng)度的第2個(gè)水平值。為了減小旋動(dòng)射流混藥器的有效長(zhǎng)度，最大程度地減小混合管長(zhǎng)度是研究的突破口之一，因此，取8 mm為混合管長(zhǎng)度的第3個(gè)水平值。

因此，混合管直徑d3= 4 mm時(shí)，為了減小混藥器長(zhǎng)度，以期找到混藥器最小長(zhǎng)度匹配值，本文選擇混合管長(zhǎng)度為混合管直徑的 5、3、2倍，即混合管長(zhǎng)度分別為20、12和8 mm 3個(gè)水平值，來(lái)分析探討結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的混藥器混合管長(zhǎng)度的最小匹配值。

3）擴(kuò)散角a2及水平值

直壁擴(kuò)散管的主要幾何特性是擴(kuò)散角a2、擴(kuò)散度n2和長(zhǎng)度L2，擴(kuò)散度n2的計(jì)算公式為n2=F2/F0[25]，F(xiàn)2為擴(kuò)散管出口面積、F0為擴(kuò)散管中最窄截面面積，與收縮管中最窄截面面積相等；L2為擴(kuò)散管有效長(zhǎng)度。擴(kuò)散管的擴(kuò)散角和擴(kuò)散管有效長(zhǎng)度的關(guān)系為

根據(jù)公式（2）得到：隨著擴(kuò)散角的增大，擴(kuò)散管有效長(zhǎng)度減小。根據(jù)經(jīng)典文丘里管結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散管為圓錐形時(shí)，擴(kuò)散角的選擇范圍為7°～14°[28]，為了達(dá)到減小混藥器有效長(zhǎng)度的目的，論文以擴(kuò)散角推薦上限值14°為參考點(diǎn)，選擇14°為擴(kuò)散角的第1個(gè)水平值。擴(kuò)散角a2=9°時(shí)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)脂溶性農(nóng)藥混合均勻[23]。根據(jù)公式（2）計(jì)算，擴(kuò)散角從9°增大到10°時(shí)，擴(kuò)散管有效長(zhǎng)度減小了5.74 mm，因此，選擇10°為擴(kuò)散角的第2個(gè)水平值。14°到10°，共增大了4°，所以，18°為擴(kuò)散角的第3個(gè)水平值。因此，選擇擴(kuò)散角為10°、14°和18° 3個(gè)水平值進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，以深入分析擴(kuò)散角變化對(duì)脂溶性農(nóng)藥的混合均勻性的影響。

1.2.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

混藥器有效長(zhǎng)度正交試驗(yàn)因素水平值如表 1所示。因素 A為螺旋彎曲收縮管的收縮角，選擇為 A1=19°、A2=22°和A3= 25°的3水平值。因素B為混合管長(zhǎng)度，選擇為B1= 20 mm、B2= 12 mm和B3= 8 mm的3水平值。因素C為擴(kuò)散管的擴(kuò)散角，選擇為C1= 10°、C2=14°和C3= 18°的3水平值。旋動(dòng)射流混藥器有效長(zhǎng)度正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如表3所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.2.3 試驗(yàn)用混藥器

對(duì)表1中9種混藥器采用3D打印成型，打印材料選擇透明的紫外線固化塑料，表面拋光，其理化性能如表2所示?；焖幤鞣诸愐?jiàn)表3中混藥器代號(hào)。

表2 3D打印材料物理性能Table 2 Physical characteristics of 3D printing material

1.3 混合均勻性檢測(cè)方法

由于熒光劑6100可完全溶解于菜籽油中，因此只要分析熒光劑6100在混藥器中與水的混合比就可以確定菜籽油在水中的混合比，為了分析熒光劑在指定區(qū)域內(nèi)（混藥器出口處）混合的均勻程度，可以在混藥器出口處選定一定大小的區(qū)域，采用均方根誤差RMSE來(lái)分析該區(qū)域內(nèi)樣本（像素值）的離散程度[31]，RMSE對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)中的最大和最小誤差反映非常敏感，能夠很好地反映出測(cè)量的精密度見(jiàn)式（3）[32]。

式中Ti是像素測(cè)量值數(shù)組，Ai是像素均值，n是數(shù)據(jù)點(diǎn)總個(gè)數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 混藥器混合均勻性標(biāo)定

根據(jù)圖 1試驗(yàn)系統(tǒng)，把進(jìn)藥系統(tǒng)中截止閥和藥泵關(guān)閉。根據(jù)藥泵和水泵的流量比，選擇5 mL菜籽油和500 mL水均勻混合，進(jìn)行菜籽油混合均勻性標(biāo)定，其目的是同混藥器在線混合采集分析的均方根誤差值對(duì)比，判斷藥水混合均勻性。將配好的脂溶性農(nóng)藥替代物倒入水箱中，并不停攪拌，保證水箱中脂溶性農(nóng)藥替代物和水均勻混合，迅速打開(kāi)水泵，這時(shí)通過(guò)水泵進(jìn)入混藥器中的脂溶性農(nóng)藥替代物和水的混合物是均勻混合的。

借助高速相機(jī)采集混藥器中藥水混合效果圖經(jīng)MATLAB映射后如圖4a所示，為了得到農(nóng)藥與水在混藥器中混合均勻的圖像，利用人工不停攪拌農(nóng)藥與水并迅速采集圖像數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行圖像處理的方式處理，可得到此時(shí)圖像的均方根誤差為100%均勻混合值，圖4b“實(shí)際區(qū)域圖像”為圖4a中矩形區(qū)域內(nèi)的像素值分布圖，其中最大像素98，最小像素74；圖4c“均值填充區(qū)域圖像”是圖 4b“實(shí)際區(qū)域圖像”內(nèi)所有像素值的平均值，為86.857 2。進(jìn)行標(biāo)定的混藥器為隨機(jī)選取的旋動(dòng)射流混藥器222 014。通過(guò)對(duì)圖4分析發(fā)現(xiàn)，混藥器混合均方根誤差值在3.480 4時(shí)，為最佳的脂溶性農(nóng)藥均勻混合效果，而且該參數(shù)越小，混合均勻性越好。

圖4 混藥器222014均方根誤差Fig.4 RMSE of mixer 222014

用旋動(dòng)射流混藥器對(duì)脂溶性農(nóng)藥和水進(jìn)行混合，可基本杜絕水和藥完全分離的狀態(tài)，說(shuō)明旋動(dòng)射流混藥器能夠?qū)崿F(xiàn)脂溶性農(nóng)藥與水的在線混合，但因結(jié)構(gòu)參數(shù)不同，混合效果也會(huì)出現(xiàn)很大差異。如根據(jù)前期試驗(yàn)圖像數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)用混藥器220810進(jìn)行混合均勻性試驗(yàn)時(shí)，用肉眼即可看出其混合效果很不理想，如圖5所示。圖5a為混藥器220810藥水混合原圖經(jīng)MATLAB映射后效果圖，圖中擴(kuò)散管內(nèi)導(dǎo)葉和光管內(nèi)有明顯的條絮狀混合不均勻的植物油存在；圖5c顯示該狀態(tài)的均方根誤差值為9.362 1，而從圖5b“實(shí)際區(qū)域圖像”可以看出圖5a矩形區(qū)域內(nèi)的灰度值分布不均勻，有明顯的亮光出現(xiàn)。所以用混藥器220810對(duì)菜籽油與水進(jìn)行混合其效果很差。

2.2 混藥器均方根誤差值測(cè)定

對(duì)表1中的9種混藥器利用圖1中的混合試驗(yàn)系統(tǒng)分別進(jìn)行試驗(yàn)，采用圖 4的方法先提取混合段圖像，然后用MATLAB軟件進(jìn)行圖像處理，計(jì)算混藥器出口處矩形區(qū)域內(nèi)均方根誤差值，其結(jié)果如表 3所示，根據(jù)標(biāo)定的均方根誤差最佳值3.480 4，可以判斷試驗(yàn)值越接近最佳值混合性能越好。對(duì)試驗(yàn)對(duì)象開(kāi)展兩次混合重復(fù)測(cè)量進(jìn)行方差分析（即進(jìn)藥-混合穩(wěn)定-停藥，再進(jìn)藥-混合穩(wěn)定-再停藥）。通過(guò)2次重復(fù)試驗(yàn)分析試驗(yàn)樣本均值間差異的顯著性，從而推斷試驗(yàn)所施加的處理或不同條件的效應(yīng)，研究各種處理之間是否存在顯著性差異的同時(shí)，研究不同參數(shù)混藥器混合均勻性之間的差異。

圖5 混藥器220810均方根誤差Fig.5 RMSE of mixer 220810

2.3 三因素顯著性分析

三因素顯著性分析結(jié)果如表4所示，其中三因素（A、B、C）如果 Sig.（Significance）值＜0.05，則說(shuō)明在 5%的顯著性水平下，該變量對(duì)于因變量有顯著性影響。如果Sig值＞0.05，則說(shuō)明在5%的顯著性水平下，該變量對(duì)于因變量沒(méi)有顯著性影響。表4發(fā)現(xiàn)A因素測(cè)試Sig.值為0.206，沒(méi)有顯著性影響，B、C因素測(cè)試Sig.值分別為0.004和0.025，有顯著性影響。根據(jù)系數(shù)判斷，B的回歸系數(shù)最大且通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，C的回歸系數(shù)次之且通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)、A的回歸系數(shù)最小且未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。因此，試驗(yàn)中3種因素影響程度從大到小排序?yàn)锽、C、A，即混合管長(zhǎng)度 L0對(duì)旋動(dòng)射流混藥器混合均勻性影響最顯著，其次是擴(kuò)散管擴(kuò)散角 a2，沒(méi)有顯著影響的是收縮管收縮角a1。

表3 試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 3 Experiment scheme and results

表4 主體間效應(yīng)的檢驗(yàn)Table 4 Test of inter subjectivity

2.4 最優(yōu)方案分析

1）三因素參數(shù)估計(jì)分析

三因素參數(shù)估計(jì)如表5所示。

表5中A因素系數(shù)最小為水平3，系數(shù)為0；B因素系數(shù)最小為水平 1，系數(shù)為 -2.205；C因素系數(shù)最小為水平3，系數(shù)為0。所以，最優(yōu)的試驗(yàn)方案為A3B1C3，即旋動(dòng)射流混藥器252018。

2）兩兩因素對(duì)比分析

三因素兩兩因素的估算邊際均值如表6所示。A、B因素對(duì)比分析，可以看出A因素的水平3優(yōu)于水平1和2，B因素的水平1優(yōu)于水平2和3；A、C因素對(duì)比分析，可以看出A因素的水平3優(yōu)于水平1和2，C因素的水平3優(yōu)于水平1和2；B、C因素對(duì)比分析，可以看出B因素的水平1優(yōu)于水平2和3，C因素的水平3優(yōu)于水平1和2。

表5 混藥器三因素參數(shù)估計(jì)Table 5 Three factor parameter estimation of mixer

表6 因素邊際均值對(duì)比分析Table 6 Comparison and analysis of marginal mean of factors

綜上，A因素中的水平排序依次為3、1、2。B因素中的水平排序依次為1、2、3。C因素中的水平排序依次為3、2、1。因此，旋動(dòng)射流混藥器最優(yōu)的結(jié)構(gòu)為A3B1C3，即旋動(dòng)射流混藥器252018為在保證對(duì)脂溶性農(nóng)藥均勻混合的前提下，混藥器有效長(zhǎng)度最短。旋動(dòng)射流混藥器252018結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)149 mm，混藥器有效長(zhǎng)度69 mm。

3 結(jié) 論

采用三因素三水平正交試驗(yàn)對(duì)旋動(dòng)射流混藥器收縮管與擴(kuò)散管結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析，針對(duì)不同擴(kuò)散角、不同收縮角和不同混合管長(zhǎng)度的混藥器進(jìn)行對(duì)比，并通過(guò)方差分析，得到以下主要結(jié)論：

在打樁時(shí)，鋼板樁出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，這種情況主要是由于定位樁船晃動(dòng)導(dǎo)致打拔樁機(jī)樁錘水平位置不能良好地控制，而前后鋼板樁已通過(guò)鎖孔鎖死，致使后沉入鋼板樁繞鎖孔轉(zhuǎn)動(dòng)。這種情況由于鋼板樁下部已沉入土層，受土壓力影響產(chǎn)生局部扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生扭矩導(dǎo)致鋼板樁變形。

1）在旋動(dòng)射流混藥器的擴(kuò)散角、收縮角和混合管長(zhǎng)度 3個(gè)因素中，因混合管內(nèi)主流體的流速是分散并帶走流入農(nóng)藥的關(guān)鍵，故混合管長(zhǎng)度對(duì)混合均勻性影響最顯著；其次是擴(kuò)散角，必要的擴(kuò)散角能進(jìn)一步混合尚未混合的農(nóng)藥并優(yōu)化混藥效果；對(duì)混合效果沒(méi)有顯著影響的是收縮管收縮角。

2）混合管長(zhǎng)度的3個(gè)水平值對(duì)混合均勻性影響的排序?yàn)?20、12和8 mm，故要減小混藥器有效長(zhǎng)度不能選擇減小該值；擴(kuò)散管擴(kuò)散角的 3個(gè)水平值對(duì)混合均勻性影響的排序?yàn)?8°、14°和10°，因較大的擴(kuò)散角對(duì)減少混藥器有效長(zhǎng)度影響最顯著，故可以作為最佳優(yōu)化參數(shù)；收縮管收縮角的 3個(gè)水平值對(duì)混合均勻性影響的排序?yàn)?5°、19°和22°，規(guī)律性不明顯，因此為了減小混藥器長(zhǎng)度可以考慮采用較大的收縮角。

3）研究發(fā)現(xiàn)，旋動(dòng)射流混藥器252018（收縮角25o，混合管長(zhǎng)度20 mm，擴(kuò)散角18o）混合效果較好，有效長(zhǎng)度最短，其總長(zhǎng)149 mm，有效長(zhǎng)度69 mm。因此該混藥器可以作為結(jié)構(gòu)及其性能參數(shù)與之匹配的噴霧機(jī)推薦使用的混藥器。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 張大弟, 張曉紅, 吳仲可. 4種農(nóng)藥流失性質(zhì)的研究[J]. 上海環(huán)境科學(xué), 2000, 19(9): 444－446.Zhang Dadi, Zhang Xiaohong, Wu Zhongke. Study on the properties of draining loss of four kinds of pesticide[J].Shanghai Environmental Sciences, 2000, 19(9): 444－446.(in Chinese with English abstract)

[2] 姚學(xué)坤, 趙遠(yuǎn)艷, 石尚, 等. 水溶性替代農(nóng)藥對(duì)茶假眼小綠葉蟬的防效試驗(yàn)[J]. 茶葉通訊, 2016, 43(2): 41－42.Yao Xuekun, Zhao Yuanyan, Shi Shang, et al. Testing the effect of prevention on the water soluble alternative pesticides for empoasca vitis gothe[J]. Journal of Tea Communication, 2016, 43(2): 41－42. (in Chinese with English abstract)

[3] Elshafei G M S, Elsaid M M, Attia H A E, et al.Environmentally friendly pesticides: essential oil-based w/o/w multiple emulsions for anti-fungal formulations[J].Industrial Crops & Products, 2010, 31(1): 99－106.

[4] 趙豐華, 任紅樓, 蔣雙豐, 等. 豫南茶園主要害蟲防治藥劑篩選研究[J]. 天津農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 20(12): 94－97.Zhao Fenghua, Ren Honglou, Jiang Shuangfeng, et al.Screening of main pests insecticides in south henan tea garden[J]. Tianjin Agricultural Sciences, 2014, 20(12): 94－97. (in Chinese with English abstract)

[5] 涵霜. 脂溶性農(nóng)藥可降低茶葉農(nóng)藥殘留隱患[N/OL]. 中國(guó)農(nóng)藥網(wǎng), 2014-04-04. http: //www. agrichem.cn/news/2014/4/4/20144415551318273. shtml

[6] Wang L, Li X, Zhang G, et al. Oil-in-water nanoemulsions for pesticide formulations[J]. Journal of Colloid & Interface Science, 2007, 314(1): 230－235.

[7] Cho N C, Hwang I J, Lee C M, et al. An experimental study on the airlift pump with air jet nozzle and booster pump[J].Journal of Environmental Sciences, 2009, 21(Supp. 1): 19－23.

[8] Jiri V, Peter S L. Real-time controlled direct injection system for precision farming[J]. Precision Agriculture, 2009, 10(5):421－430.

[9] Vondricka J, Lammers P S. Measurement of mixture homogeneity in direct injection systems[J]. Transactions of the ASABE, 2009, 52(1): 61－66.

[10] 郭敬坤, 徐幼林, 汪希偉. 混藥器流體圖像采集與分割方法[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2009, 40(1): 83－86.Guo Jingkun, Xu Youlin, Wang Xiwei. Investigation of liquid image processing methods for pesticide mixer[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2009, 40(1): 83－86. (in Chinese with English abstract)

[11] Shen Y, Zhu H. Embedded computer controlled premixing inline injection system for air-assisted variable-rate sprayers[J]. Transactions of the Asabe, 2015, 58(1): 39－46.

[12] 宋海潮. 脂溶性農(nóng)藥旋動(dòng)射流混藥器設(shè)計(jì)及其混合均勻性研究[D]. 南京: 南京林業(yè)大學(xué), 2017.Song Haichao. Study on Swirling Jet Mixer for Applying Fat-Soluble Pesticides and Its Mixing Uniformity[D].Nanjing: Nanjing Forestry University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[13] 張敏, 范龍, 代祥, 等. 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變量噴霧供藥系統(tǒng)研究[J]. 林業(yè)工程學(xué)報(bào), 2017, 2(2): 133－137.Zhang Min, Fan Long, Dai Xiang, et al. Study on the pesticide-delivery system of variable-rate spraying based on BP neural network[J]. Journal of Forestry Engineering, 2017,2(2): 133－137. (in Chinese with English abstract)

[14] 鄭加強(qiáng), 徐幼林. 精確林業(yè)傳感技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展[J]. 林業(yè)工程學(xué)報(bào), 2016, 1(2): 9－16.Zheng Jiaqiang, Xu Youlin. Review and prospect of sensing technologies and wireless sensor networks for precision forestry[J]. Journal of Forestry Engineering, 2016, 1(2): 9－16. (in Chinese with English abstract)

[15] 徐幼林. 植保機(jī)械混藥器及其農(nóng)藥在線混合性能研究[D].南京: 南京林業(yè)大學(xué), 2009.Xu Youlin. Study on Mixers for Plant Protection Machinery and Chemical In-Line-Mixing Performance[D]. Nanjing:Nanjing Forestry University, 2009. (in Chinese with English abstract)

[16] 徐幼林, 郭敬坤, 鄭加強(qiáng). 農(nóng)藥在線混合均勻度高速攝影分析[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2011, 42(8): 75－79.Xu Youlin, Guo Jingkun, Zheng Jiaqiang. Mixing uniformity of chemical and water in direct injection system [J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2011, 42(8): 75－79. (in Chinese with English abstract)

[17] 邱白晶, 徐溪超, 楊寧, 等. 射流混藥裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)混藥性能影響的模擬分析[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2011, 42(6): 76－79.Qiu Baijing, Xu Xichao, Yang Ning, et al. Simulation analysis of structure parameters of jet-mixing apparatus on jet-mixing performance[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2011, 42(6): 76－79. (in Chinese with English abstract)

[18] 邱白晶, 馬靖, 鄧斌, 等. 在線混藥噴霧系統(tǒng)混藥性能試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2014, 30(17): 78－85.Qiu Baijing, Ma Jing, Deng bin, et al. Experiment on mixing performance of on-line mixing spray system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2014, 30(17): 78－85. (in Chinese with English abstract)

[19] 周良富, 周立新, 薛新宇, 等. 射流式在線混藥裝置汽蝕特性數(shù)值分析與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015, 31(7): 60－65.Zhou Liangfu, Zhou Lixin, Xue Xinyu, et al. Numerical analysis and test on cavitation of jet mixing apparatus[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(7): 60－65. (in Chinese with English abstract)

[20] 袁琦堡, 胡煉, 羅錫文, 等. 在線實(shí)時(shí)混藥噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2016, 47(增刊1): 176－181.Yuan Qibao, Hu Lian, Luo Xiwen, etc. Design and experiment of online mixing spraying system[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(Supp.1): 176－181. (in Chinese with English abstract)

[21] Sun H, Bai B, Yan J, et al. Single-jet spray mixing with a confined crossflow[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2013, 21(1): 14－24.

[22] 宋海潮, 徐幼林, 鄭加強(qiáng)等. 脂溶性農(nóng)藥旋動(dòng)射流混合機(jī)理與混藥器流場(chǎng)數(shù)值模擬[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2016, 47(9):91－96.Song Haichao, Xu Youlin, Zheng Jiaqiang, et al.Development of swirling jet mixer to apply fat-soluble pesticides through in-line injection spray technology[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(9): 91－96. (in Chinese with English abstract)

[23] 宋海潮, 徐幼林, 鄭加強(qiáng), 等. 脂溶性農(nóng)藥旋動(dòng)射流混藥器結(jié)構(gòu)分析與混合均勻性試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2016,32(23): 86－92.Song Haichao, Xu Youlin, Zheng Jiaqiang, et al. Structural analysis and mixing uniformity experiments of swirling jet mixer for applying fat-soluble pesticides[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2016, 32(23): 86－92. (in Chinese with English abstract)

[24] Chabanon E, Sheibat-Othman N, Mdere O, et al. Drop size distribution monitoring of oil-in-water emulsions in SMX+static mixers: Effect of operating and geometrical conditions[J]. International Journal of Multiphase Flow, 2017,92: 61－69.

[25] 華紹曾. 實(shí)用流體阻力手冊(cè)[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社,1985.

[26] Steward B L, Humburg D S. Modeling the raven SCS-700 chemical injection system with carrier control with sprayer simulation[J]. Transactions of the Asae, 2000, 43(2): 231－245.

[27] 孫西歡. 管道螺旋流輸送水力特性研究[M]. 北京: 中國(guó)水力水電出版社, 2012.

[28] 孫淮清, 王建中. 流量測(cè)量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.

[29] 陸宏圻. 噴射技術(shù)理論及應(yīng)用[M]. 武漢: 武漢大學(xué)出版社, 2004.

[30] 董志勇. 射流力學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2005.

[31] 盧紋岱, 朱紅兵. SPSS統(tǒng)計(jì)分析（第5版）[M]. 電子工業(yè)出版社, 2015.

[32] 朱秀昌, 劉峰, 胡棟. 數(shù)字圖像處理與圖像通信[M]. 北京郵電大學(xué)出版社, 2002.