王利源，李 鑫，趙 鵬，李建平，王鵬飛，楊 欣

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

0 引言

中國是世界上最大的水果出產(chǎn)國，居全球13個產(chǎn)量超1 000萬t的國家之首[1]。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，中國園林水果種植總面積12 816.67khm2，水果總產(chǎn)量達(dá)到27 375.03萬t。其中，蘋果種植面積2 328.53khm2，占水果種植總面積的18.17%；蘋果產(chǎn)量達(dá)到4 261.29萬t，占水果總產(chǎn)量的15.57%。近年來,中國在蘋果種植模式上學(xué)習(xí)推廣了國際先進(jìn)的蘋果矮砧密植栽培栽培模式(行距3.5～4.0m、株距1.2～2.0m)，果樹樹齡均處在5年以下，壽命可達(dá)50年，所以蘋果產(chǎn)量在今后的數(shù)十年間還會不斷地提高。

國外果園施藥機(jī)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(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合。中國在農(nóng)藥應(yīng)用方面的總體技術(shù)較發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距，但近年來我國加大對現(xiàn)代化果園建設(shè)的扶持力度，果園機(jī)械化施藥技術(shù)取得很大進(jìn)步[2]。但總體來說，果園施藥機(jī)械作業(yè)有限噴幅偏窄，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(qiáng)等問題，且有大部分噴霧機(jī)械不適用于近年來中國采用矮砧密植栽培模式建成的現(xiàn)代型果園。針對現(xiàn)代新型果園的種植及管理模式研制了3WFQ-1600 型牽引式風(fēng)送噴霧機(jī)，并對3WFQ-1600 型牽引式風(fēng)送噴霧機(jī)的藥液殘留量、有效噴幅測試及藥液覆蓋率與霧滴沉積密度進(jìn)行果園內(nèi)試驗(yàn)。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

3WFQ-1600型牽引式風(fēng)送噴霧機(jī)主要包括機(jī)架、藥箱、風(fēng)機(jī)、噴頭、牽引架及隔膜泵等部件[3]，如圖1所示。該噴霧機(jī)在果樹噴霧作業(yè)時，機(jī)組在進(jìn)行藥物噴灑作業(yè)時可同時對4行果樹進(jìn)行病蟲害進(jìn)行防御與治理等一系列作業(yè)工作，完成果園病蟲害防疫與治理。

1.風(fēng)機(jī)輔助裝置 2.噴頭 3.承重軸 4.機(jī)架 5.藥箱 6.隔膜泵 7.支架 8.牽引架

噴霧機(jī)與拖拉機(jī)形成后牽引式，拖拉機(jī)的下拉桿與噴霧機(jī)的牽引架連接，通過拖拉機(jī)后置動力輸出提供動能來驅(qū)動噴霧工作。工作時，動力由拖拉機(jī)后置動力輸出經(jīng)聯(lián)軸器傳遞到隔膜泵，再通過隔膜泵傳遞至風(fēng)機(jī)變速箱。在噴霧機(jī)工作前，先將可溶性的藥物溶于水中，工作時，藥箱中藥液通過隔膜泵加壓后，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，一部分藥液回流到藥箱，其余藥液流經(jīng)輸液管和三通，最后到達(dá)噴霧機(jī)尾部噴頭進(jìn)行噴霧；風(fēng)機(jī)變速箱為風(fēng)機(jī)提供動能使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生氣流，風(fēng)機(jī)軸向進(jìn)風(fēng)，徑向出風(fēng)呈輻射狀；氣流能使霧滴二次霧化，將霧滴送到植株上，氣流還能翻動果樹枝葉，使果樹葉葉面與葉背兩面均勻吸附霧滴。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)環(huán)境

試驗(yàn)用3WFQ-1600型牽引式風(fēng)送噴霧機(jī)的尾部剖視結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。該噴霧機(jī)的主要參數(shù)如表1所示。

1.噴頭 2.風(fēng)機(jī)輔助裝置 3.風(fēng)機(jī)扇葉

參數(shù)單位數(shù)值整機(jī)尺寸(長×寬×高)mm4005×1434×1465配套功率kW29.4～58.8整機(jī)質(zhì)量kg455噴頭型號Teejet Lechler噴頭數(shù)量個12工作壓力MPa0.3～2.5風(fēng)機(jī)形式軸流式

續(xù)表1

試驗(yàn)于2016年8月18日在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)唐縣丹鳳山試驗(yàn)示范站進(jìn)行。該果園種植模式應(yīng)用了矮砧密植栽培栽培模式，試驗(yàn)條件：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2.45m/s。

2.2 試驗(yàn)安排

2.2.1 藥液殘留量試驗(yàn)

為了確保牽引式風(fēng)送噴霧機(jī)工作穩(wěn)定，試驗(yàn)前在空曠地帶對牽引式風(fēng)送噴霧機(jī)進(jìn)行藥液殘留量試驗(yàn)，試驗(yàn)介質(zhì)為水。試驗(yàn)分為靜止?fàn)顟B(tài)與運(yùn)動狀態(tài)兩種。試驗(yàn)過程中記錄藥液灌注量(L)、有效噴幅(m)與藥箱殘留量(L)，并計(jì)算出殘留量(%)。試驗(yàn)過程如下:

1)靜止?fàn)顟B(tài)藥液殘留量試驗(yàn)。首先往藥箱中加入200L水，噴霧機(jī)不行駛，打開拖拉機(jī)后置動力輸出使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動，再打開噴霧開關(guān)；噴霧完成后，用容器接出藥箱內(nèi)剩余水分，如剩余過多可分多次取出，并記錄最大有效噴幅；重復(fù)試驗(yàn)3次，并計(jì)算出殘留量百分比。

2)運(yùn)動狀態(tài)藥液殘留量試驗(yàn)。首先往藥箱中加入200L水，打開拖拉機(jī)后置動力輸出使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動，拖拉機(jī)以146.8m/min的速度直線移動再打開噴霧開關(guān)；噴霧完成后，用容器接出藥箱內(nèi)剩余水分，如剩余過多可分多次取出，并記錄最大有效噴幅；重復(fù)試驗(yàn)3次，并計(jì)算出殘留量百分比。

2.2.2 有效噴幅測試試驗(yàn)

試驗(yàn)在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)唐縣鳳山試驗(yàn)示范站進(jìn)行。該果園的蘋果樹采用矮砧密植栽培栽培模式，行距3.5～4.0m、株距1.2～2.0m，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1.0～1.5m，樹高3.5～4.0m，主干高0.8～0.9m[3]。

在果園內(nèi)選擇果樹進(jìn)行噴霧作業(yè)，如圖3所示。調(diào)節(jié)各項(xiàng)參數(shù)值，達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)后噴霧機(jī)以2.45m/s勻速向前前行，風(fēng)機(jī)以2 200r/min轉(zhuǎn)速工作，噴霧機(jī)風(fēng)速的變化很平穩(wěn)，受到其他影響比較小。圖3中，箭頭方向?yàn)樾≤囆凶叻较騕7]。在作業(yè)的區(qū)間外側(cè)兩行果樹中選擇同一列有代表性(果樹枝葉茂盛)的果樹，選擇果樹之間要有一定的間隔。為了確保有效噴幅測量準(zhǔn)確，在給選定果樹噴霧時延長噴霧時間，以提高測量的準(zhǔn)確度，測量果樹外側(cè)地面上的水跡寬度即是噴霧機(jī)在果園內(nèi)工作時的噴幅，記錄測量數(shù)據(jù)，重復(fù)測量3次。因噴霧機(jī)的噴霧高度能夠達(dá)到4m以上，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流板角度來控制噴霧高度，所以不測量噴霧高度。

圖3 3WFQ-1600型牽引式風(fēng)送噴霧機(jī)作業(yè)簡圖

2.2.3 藥液覆蓋率與霧滴沉積密度試驗(yàn)

試驗(yàn)在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)唐縣丹鳳山試驗(yàn)示范站進(jìn)行。選定兩行果樹，調(diào)節(jié)噴霧機(jī)各項(xiàng)參數(shù)值，達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)后噴霧機(jī)以2.45m/s勻速向前前行，風(fēng)機(jī)以2 200r/min轉(zhuǎn)速進(jìn)行噴霧工作。

在藥液噴灑工作區(qū)域錯位選擇有代表性(果樹枝葉茂盛)的3株果樹，選擇的果樹之間要有一定間隔。在選擇的果樹樹葉葉面與葉背兩面固定上2.5cm×2.5cm的水敏紙。選定的每株果樹按方向分為東、西、南、北4個方向；按距樹干的距離分為外膛、中膛與內(nèi)膛；按垂直方向，分為上層、中層與下層，共36點(diǎn)進(jìn)行觀察[4,6]。在選定的范圍內(nèi)每等高平面內(nèi)選取葉片，將水敏紙固定在樹葉葉面與葉背兩面如圖4所示。

在藥液噴霧完成后水敏紙未干燥前，用手持放大鏡迅速觀察水敏紙，記錄水敏紙上霧滴粒數(shù)，并在水敏紙上隨機(jī)取1cm×1cm，記錄藥液附著分級情況。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 藥液殘留量試驗(yàn)結(jié)果分析

藥液殘留量試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖4 水敏紙固定在樹葉上

狀態(tài)試驗(yàn)次數(shù)藥箱容量/L藥液灌注量/L藥箱殘留量/L殘留量/%靜止運(yùn)動第1次第2次第3次第1次第2次第3次16002006.10.385.50.345.90.376.30.395.90.375.40.34

分析表2數(shù)據(jù)可知：3WFQ-1600型牽引式風(fēng)送噴霧機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)與運(yùn)動狀態(tài)藥液灌注量均為200L，且藥液殘留量不超過7L，殘留量不超過0.4%。按GB17991-2008農(nóng)藥噴霧機(jī)(器)田間操作規(guī)程及噴灑質(zhì)量評定等標(biāo)準(zhǔn)，要求殘留量≤1%，故牽引式風(fēng)送噴霧機(jī)滿足技術(shù)要求。

3.2 有效噴幅測試試驗(yàn)結(jié)果分析

由3WFQ-1600型牽引式風(fēng)送噴霧機(jī)在空曠地帶與在果園中的噴幅測量記錄總結(jié)，繪制表3有效噴幅試驗(yàn)結(jié)果。

表3 有效噴幅測試試驗(yàn)結(jié)果

分析表3數(shù)據(jù)可知：3WFQ-1600型牽引式風(fēng)送噴霧機(jī)噴幅受到噴霧機(jī)速度與果樹葉幕的阻擋影響較明顯。噴霧機(jī)工作時，其他條件相同，速度越快，噴霧的有效噴幅越?。黄渌麠l件相同時，果樹葉幕產(chǎn)生阻力越大，噴霧的有效噴幅越小。

噴霧機(jī)以2.45m/s的速度勻速在果園中工作時，能夠滿足同時完成4行果樹的噴霧工作需求。因?yàn)楣麍@中果樹行間距為3.5～4.0m，而工作時的噴幅能夠同時完成4行果樹的噴霧工作，說明噴霧機(jī)的風(fēng)機(jī)以2 200r/min的轉(zhuǎn)速工作時，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流的穿透能力滿足果園噴霧研制需求。

3.3 藥液覆蓋率與霧滴沉積密度試驗(yàn)結(jié)果分析

在水敏紙上隨機(jī)選取1cm×1cm，記錄1cm2內(nèi)的霧滴粒數(shù)，可知藥液覆蓋率。表4、表5分別為選定3株果樹其中一株的藥液覆蓋率與霧滴沉積密度表。表6為3株果樹藥液覆蓋率與霧滴沉積密度均值。

表4 藥液覆蓋率

表5 霧滴沉積密度

表6 藥液覆蓋率與霧滴沉積密度均值

通過分析表4～表6數(shù)據(jù)可知：藥液在每株果樹樹葉的葉面與葉背都均勻吸附，且藥液覆蓋率均值高達(dá)80.0%。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4個方向的沉積粒數(shù)有些差距，但已滿足果樹病蟲害的防疫與治理；在外膛、中膛與內(nèi)膛平均霧滴粒數(shù)差距并不大，說明噴霧機(jī)的穿透能力很強(qiáng)，霧滴沉積密度均值為98粒/cm2。

4 結(jié)論

1)3WFQ-1600型牽引式風(fēng)送噴霧機(jī)的藥液殘留量試驗(yàn)、有效噴幅測試試驗(yàn)，以及藥液覆蓋率與霧滴沉積密度試驗(yàn)表明：噴霧機(jī)噴霧性能很好，滿足設(shè)計(jì)時對噴霧要求。

2)噴霧機(jī)有效噴霧測試試驗(yàn)與霧滴沉積密度試驗(yàn)表明：風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流有很強(qiáng)的穿透能力，風(fēng)機(jī)能夠攪動葉片，使葉面與葉背藥液覆蓋率高且均勻，提高噴霧機(jī)的噴霧性能。

3)通過藥液覆蓋率與霧滴沉積密度試驗(yàn)，更直觀地體現(xiàn)噴霧機(jī)性能的優(yōu)良性，藥液在葉片葉面與葉背吸附率很均勻、充分。