风幕式喷雾机研究现状及发展趋势*

刘子源，李荣龙，黄宏宇，刘国雄，袁计超，尤 佳

（新疆农业大学机电工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

0 引言

喷雾作业过程中，雾滴飘移是农药流失和农药有效利用率低的重要原因之一[1]。采用风幕式气流辅助喷雾技术可以增强雾滴穿透能力，减少雾滴飘移，改善靶标药液分布，提高雾滴在作物上的沉积率[2]。风幕式施药技术是利用风机经风囊出口吹出高速气流，形成风幕，迫使雾滴沉积到作物冠层，降低了雾滴的损耗；使高速气流直接作用于喷头，提高了雾滴的速度，从而大大增强了雾滴在作物冠层的穿透性。风幕的风力会使雾滴二次雾化，从而进一步提高雾化效果，改善雾滴在作物叶片表面的沉积量和分布[3]。风幕式施药技术主要应用于果园和大田作物，果园风幕式喷雾机有单风筒式和多风筒式，大田作物主要使用风幕式喷杆喷雾机。

近年来，我国植保机械发展较快，植保机械化作业面积不断扩大，高效施药机械及技术得到推广应用。但总体来说，我国植保机械性能和施药技术仍需进一步提高，目前仍沿用传统粗雾滴、大雾流施药方式，无法满足现代农业生产和环境保护的要求[4]。针对目前喷杆喷雾机喷雾量大，雾滴飘移扩散易造成污染、农药浪费等问题，课题组分析了国内外风幕式喷雾技术研究现状，对风幕式喷雾机原理等方面进行了阐述，并结合风幕式喷杆喷雾机存在的问题，对其未来发展提出建议。

1 国外风幕式技术的发展现状

在20世纪80年代，国外发达国家开始将风幕辅助气流技术应用于植保机械行业。丹麦HARDI公司研制了多系列风幕式喷杆喷雾机，如图1所示。

图1 HARDI公司研发的风幕式喷杆喷雾机Fig.1 HARDI air-ssisted boom sprayer

喷雾机的气流喷射角度和喷头安装角度可调[4]，相较于传统喷杆喷雾机可减少60%的农药飘移量，节省50%的用水量，很大程度地提高农药利用率。Quanquin和Young对风幕式防飘移技术进行了研究，其结果表明风幕式喷杆技术对减少飘浮雾滴是明显有效的。Panneton等[5]研究了风幕式喷雾技术对西兰花叶表面沉积率的影响，其结果表明风幕风速对雾滴在叶片上的沉积率影响最为明显，当风幕风速为20 m/s时，对植株中上部叶片的沉降效果最好。Manor等[6]对风幕式喷雾机在棉田中的作业情况进行了研究，试验结果显示，带有气流筒的喷雾机比仅有液力式喷嘴的喷雾机在雾滴沉积率和穿透效果上更好。

2 国内风幕式技术现状

我国对于风幕式辅助气流施药技术在植保行业的应用研究起步较晚。中国农业机械化科学研究院研究制造出3W系列风幕式喷杆喷雾机[4]，如图2所示，该机在新疆棉田进行了施药作业，试验及实际喷施效果均较为理想。刘雪美等研制了3MQ-600型导流式气流辅助喷杆喷雾机，并通过试验验证了其具有抵抗飘移和减少雾滴沉积的性能[7]。张铁等建立了超高地隙喷杆喷雾机风幕式气流辅助施药技术雾滴沉积飘移分布模型，并对飘移率与各影响因素之间的关系进行了仿真研究[8]。毛广阳研究了斜置式风幕喷杆喷雾系统，该系统重点考虑了气流喷射角和喷头安装角对喷雾流场的影响[9]。燕明德等运用Fluent软件对所建立的风幕式喷杆喷雾机数值模型的气波两相流场进行了数值模拟，研究了不同作业参数对喷雾流场的影响[10]。魏新华等设计了一款分行冠内冠上组合风送式喷杆喷雾机，对棉花进行植保作业，通过田间性能试验验证了其施药效果[11]。

图2 中国农业机械化科学研究院研制的3WZG-3000气流辅助喷杆喷雾机Fig.2 CAAMS 3WZG-3000 air-assist boom sprayer

3 风幕式喷杆喷雾机存在的问题及趋势展望

3.1 存在的问题

1）国外对风幕式喷杆喷雾施药技术研究较早，但其结构复杂庞大，引进费用高昂，并且与我国玉米或棉花等作物模式不配套。

2）风幕式喷杆喷雾机相较于传统喷杆喷雾机，沉积均匀性、药液利用率及雾滴穿透性能均有较大的提高。但是与国外风幕式喷杆喷雾机施药性能相比，我国风幕式喷杆喷雾机风幕气囊出风口气流速度均匀性和雾滴沉积均匀性还有待进一步提升。

3）目前，国内科研机构及企业对于风幕式喷杆喷雾机的研究还处于设计及试验阶段，并未很好地推广。采用风幕式气流辅助式喷杆喷雾机时，对于不同作物匹配的参数不同，如风速、喷头距靶标作物距离、气流速度等，调整优化参数较为困难。

3.2 发展的趋势

风幕式喷杆喷雾机是一种大型的植保机械，后续进一步的研究主要从两方面考虑。一方面，对风送系统中轻型大风量风机进行优化设计，优化气流辅助输送系统的风速和风量，提高出风口气流速度均匀性，确保在行进过程中稳定作业。另一方面，通过实地试验研究确定气流输送系统的最佳结构参数，比如，气流出口的方向偏角、风口的位置与喷头喷口的位置搭配、风机风速的大小和药液泵的功率。通过分析研究得出辅助风量对雾滴飘移的实际影响规律，确定喷雾速度和空气压力对雾滴沉积改善调节的最佳搭配。

4 结语

国外的风幕式喷杆喷雾机技术成熟，但是其价格是国内价格的数倍，国内地形地貌复杂且作物种植模式不同，许多机型不能满足国内喷雾作业要求。目前，国内团队关于喷杆喷雾机的研究相对成熟，但对于风幕式喷杆喷雾机的研究仍处于试验阶段，还没有适合我国农业生产模式、能大面积推广的风幕式喷杆喷雾机。

由于我国北方的耕作活动常在有风的环境中进行，单纯的喷杆喷雾机并不能很好地完成施药作业。而风幕式喷杆喷雾机对喷雾环境要求低，时效性好，可以有效地减少农药使用量，降低生产成本，提高防治效果，一定程度上突破了制约低量喷雾技术推广应用的瓶颈。因此，应该适当地将重心转移到风幕式喷杆喷雾机的研究开发中。在综合国外风幕式喷杆喷雾机和国内喷杆喷雾机优点的基础上，研制出适合我国作物的风幕式喷杆喷雾机是十分必要的，这对推动我国农业机械化发展具有重要意义。