3WFQ-1600型牵引式风送喷雾机喷雾性能试验研究

王利源，李 鑫，赵 鹏，李建平，王鹏飞，杨 欣

(河北农业大学 机电工程学院,河北 保定 071001)

0 引言

中国是世界上最大的水果出产国，居全球13个产量超1 000万t的国家之首[1]。水果总面积和总产量一直稳居世界第一，水果的质量与产业化水平也在不断发展和提高[1]。2015年末，中国园林水果种植总面积12 816.67khm2，水果总产量达到27 375.03万t。其中，苹果种植面积2 328.53khm2，占水果种植总面积的18.17%；苹果产量达到4 261.29万t，占水果总产量的15.57%。近年来,中国在苹果种植模式上学习推广了国际先进的苹果矮砧密植栽培栽培模式(行距3.5～4.0m、株距1.2～2.0m)，果树树龄均处在5年以下，寿命可达50年，所以苹果产量在今后的数十年间还会不断地提高。

国外果园施药机械已经普遍应用风送喷雾技术，美、日等发达国家已将农机与农艺相结合。中国在农药应用方面的总体技术较发达国家相比还有很大差距，但近年来我国加大对现代化果园建设的扶持力度，果园机械化施药技术取得很大进步[2]。但总体来说，果园施药机械作业有限喷幅偏窄，喷雾精度较低，雾滴的吸附、沉淀性不高和雾滴的穿透力不强等问题，且有大部分喷雾机械不适用于近年来中国采用矮砧密植栽培模式建成的现代型果园。针对现代新型果园的种植及管理模式研制了3WFQ-1600 型牵引式风送喷雾机，并对3WFQ-1600 型牵引式风送喷雾机的药液残留量、有效喷幅测试及药液覆盖率与雾滴沉积密度进行果园内试验。

1 整机结构和工作原理

3WFQ-1600型牵引式风送喷雾机主要包括机架、药箱、风机、喷头、牵引架及隔膜泵等部件[3]，如图1所示。该喷雾机在果树喷雾作业时，机组在进行药物喷洒作业时可同时对4行果树进行病虫害进行防御与治理等一系列作业工作，完成果园病虫害防疫与治理。

1.风机辅助装置 2.喷头 3.承重轴 4.机架 5.药箱 6.隔膜泵 7.支架 8.牵引架

喷雾机与拖拉机形成后牵引式，拖拉机的下拉杆与喷雾机的牵引架连接，通过拖拉机后置动力输出提供动能来驱动喷雾工作。工作时，动力由拖拉机后置动力输出经联轴器传递到隔膜泵，再通过隔膜泵传递至风机变速箱。在喷雾机工作前，先将可溶性的药物溶于水中，工作时，药箱中药液通过隔膜泵加压后，将机械能转化为液压能，一部分药液回流到药箱，其余药液流经输液管和三通，最后到达喷雾机尾部喷头进行喷雾；风机变速箱为风机提供动能使风机产生气流，风机轴向进风，径向出风呈辐射状；气流能使雾滴二次雾化，将雾滴送到植株上，气流还能翻动果树枝叶，使果树叶叶面与叶背两面均匀吸附雾滴。

2 试验材料与方法

2.1 试验装置与试验环境

试验用3WFQ-1600型牵引式风送喷雾机的尾部剖视结构图如图2所示。该喷雾机的主要参数如表1所示。

1.喷头 2.风机辅助装置 3.风机扇叶

参数单位数值整机尺寸(长×宽×高)mm4005×1434×1465配套功率kW29.4～58.8整机质量kg455喷头型号Teejet Lechler喷头数量个12工作压力MPa0.3～2.5风机形式轴流式

续表1

试验于2016年8月18日在河北农业大学唐县丹凤山试验示范站进行。该果园种植模式应用了矮砧密植栽培栽培模式，试验条件：①环境温度15℃；②环境湿度45%；③环境风速1～2级；④作业速度2.45m/s。

2.2 试验安排

2.2.1 药液残留量试验

为了确保牵引式风送喷雾机工作稳定，试验前在空旷地带对牵引式风送喷雾机进行药液残留量试验，试验介质为水。试验分为静止状态与运动状态两种。试验过程中记录药液灌注量(L)、有效喷幅(m)与药箱残留量(L)，并计算出残留量(%)。试验过程如下:

1)静止状态药液残留量试验。首先往药箱中加入200L水，喷雾机不行驶，打开拖拉机后置动力输出使风机转动，再打开喷雾开关；喷雾完成后，用容器接出药箱内剩余水分，如剩余过多可分多次取出，并记录最大有效喷幅；重复试验3次，并计算出残留量百分比。

2)运动状态药液残留量试验。首先往药箱中加入200L水，打开拖拉机后置动力输出使风机转动，拖拉机以146.8m/min的速度直线移动再打开喷雾开关；喷雾完成后，用容器接出药箱内剩余水分，如剩余过多可分多次取出，并记录最大有效喷幅；重复试验3次，并计算出残留量百分比。

2.2.2 有效喷幅测试试验

试验在河北农业大学唐县凤山试验示范站进行。该果园的苹果树采用矮砧密植栽培栽培模式，行距3.5～4.0m、株距1.2～2.0m，树冠呈现细长纺锤形或者圆柱状，成形后树冠冠幅小而细高，平均冠幅1.0～1.5m，树高3.5～4.0m，主干高0.8～0.9m[3]。

在果园内选择果树进行喷雾作业，如图3所示。调节各项参数值，达到稳定工作状态后喷雾机以2.45m/s匀速向前前行，风机以2 200r/min转速工作，喷雾机风速的变化很平稳，受到其他影响比较小。图3中，箭头方向为小车行走方向[7]。在作业的区间外侧两行果树中选择同一列有代表性(果树枝叶茂盛)的果树，选择果树之间要有一定的间隔。为了确保有效喷幅测量准确，在给选定果树喷雾时延长喷雾时间，以提高测量的准确度，测量果树外侧地面上的水迹宽度即是喷雾机在果园内工作时的喷幅，记录测量数据，重复测量3次。因喷雾机的喷雾高度能够达到4m以上，通过调节导流板角度来控制喷雾高度，所以不测量喷雾高度。

图3 3WFQ-1600型牵引式风送喷雾机作业简图

2.2.3 药液覆盖率与雾滴沉积密度试验

试验在河北农业大学唐县丹凤山试验示范站进行。选定两行果树，调节喷雾机各项参数值，达到稳定工作状态后喷雾机以2.45m/s匀速向前前行，风机以2 200r/min转速进行喷雾工作。

在药液喷洒工作区域错位选择有代表性(果树枝叶茂盛)的3株果树，选择的果树之间要有一定间隔。在选择的果树树叶叶面与叶背两面固定上2.5cm×2.5cm的水敏纸。选定的每株果树按方向分为东、西、南、北4个方向；按距树干的距离分为外膛、中膛与内膛；按垂直方向，分为上层、中层与下层，共36点进行观察[4,6]。在选定的范围内每等高平面内选取叶片，将水敏纸固定在树叶叶面与叶背两面如图4所示。

在药液喷雾完成后水敏纸未干燥前，用手持放大镜迅速观察水敏纸，记录水敏纸上雾滴粒数，并在水敏纸上随机取1cm×1cm，记录药液附着分级情况。

3 试验结果分析

3.1 药液残留量试验结果分析

药液残留量试验结果如表2所示。

图4 水敏纸固定在树叶上

状态试验次数药箱容量/L药液灌注量/L药箱残留量/L残留量/%静止运动第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数据可知：3WFQ-1600型牵引式风送喷雾机在静止状态与运动状态药液灌注量均为200L，且药液残留量不超过7L，残留量不超过0.4%。按GB17991-2008农药喷雾机(器)田间操作规程及喷洒质量评定等标准，要求残留量≤1%，故牵引式风送喷雾机满足技术要求。

3.2 有效喷幅测试试验结果分析

由3WFQ-1600型牵引式风送喷雾机在空旷地带与在果园中的喷幅测量记录总结，绘制表3有效喷幅试验结果。

表3 有效喷幅测试试验结果

分析表3数据可知：3WFQ-1600型牵引式风送喷雾机喷幅受到喷雾机速度与果树叶幕的阻挡影响较明显。喷雾机工作时，其他条件相同，速度越快，喷雾的有效喷幅越小；其他条件相同时，果树叶幕产生阻力越大，喷雾的有效喷幅越小。

喷雾机以2.45m/s的速度匀速在果园中工作时，能够满足同时完成4行果树的喷雾工作需求。因为果园中果树行间距为3.5～4.0m，而工作时的喷幅能够同时完成4行果树的喷雾工作，说明喷雾机的风机以2 200r/min的转速工作时，风机产生的气流的穿透能力满足果园喷雾研制需求。

3.3 药液覆盖率与雾滴沉积密度试验结果分析

在水敏纸上随机选取1cm×1cm，记录1cm2内的雾滴粒数，可知药液覆盖率。表4、表5分别为选定3株果树其中一株的药液覆盖率与雾滴沉积密度表。表6为3株果树药液覆盖率与雾滴沉积密度均值。

表4 药液覆盖率

表5 雾滴沉积密度

表6 药液覆盖率与雾滴沉积密度均值

通过分析表4～表6数据可知：药液在每株果树树叶的叶面与叶背都均匀吸附，且药液覆盖率均值高达80.0%。雾滴在果树的上层、中层与下层三层的沉积粒数相差不大；东、西、南、北4个方向的沉积粒数有些差距，但已满足果树病虫害的防疫与治理；在外膛、中膛与内膛平均雾滴粒数差距并不大，说明喷雾机的穿透能力很强，雾滴沉积密度均值为98粒/cm2。

4 结论

1)3WFQ-1600型牵引式风送喷雾机的药液残留量试验、有效喷幅测试试验，以及药液覆盖率与雾滴沉积密度试验表明：喷雾机喷雾性能很好，满足设计时对喷雾要求。

2)喷雾机有效喷雾测试试验与雾滴沉积密度试验表明：风机产生的气流有很强的穿透能力，风机能够搅动叶片，使叶面与叶背药液覆盖率高且均匀，提高喷雾机的喷雾性能。

3)通过药液覆盖率与雾滴沉积密度试验，更直观地体现喷雾机性能的优良性，药液在叶片叶面与叶背吸附率很均匀、充分。