智能插喷（播喷）同步施药一体机的研制与应用效果分析

徐荣

传统稻田化学除草策略是“一封、二杀、三补”或“两封一补”，除草重点在茎叶除草上。施用化学除草剂（如氰氟草酯、五氟磺草胺、恶唑酰草胺、二甲四氯等），不仅成本高，而且用量多，易造成农药残留污染以及稻田杂草抗药性。针对机插（机播）稻田杂草防控难问题，启东市农业机械化技术推广站与启动市富旺农业机械有限公司共同研制了一种智能插喷（播喷）同步施药一体机。该机配套安装在插秧机或播种机上，在插秧或播种时同步进行施药作业，可减少用药次数，实现精准施药，安全高效，省工省时，提高了除草效果与生产效益。该机已经获得国家实用新型专利。

1 总体结构和工作原理

1.1 总体结构

图1为3W-100型智能插喷（播喷）同步施药一体机结构示意图。该机主要由喷雾泵、智能控制器、控制箱、药桶、分配阀、传感器、喷药管、不锈钢喷杆以及喷头组成。喷雾泵的进口通过喷药进管与药桶连接，喷雾泵的出口通过喷药出管与喷头连接，喷雾泵与控制喷雾泵工作的控制器连接，控制器与感应配套机具升降支架移动距离的传感器连接。

图1 3W-100型智能插喷（播喷）同步施药一体机结构示意图

1.2 工作原理

机具安装在插秧机或播种机上，通过配套机具的自带电瓶取电，在插秧或播种作业时同步进行施药作业。利用传感器感应配套机具升降支架的移动距离，自动控制喷雾的开启与停止，并可根据机具行驶速度，通过智能控制器自行调节喷雾药量的大小，以实现均匀喷雾。

2 工作部件及功能设计

2.1 连杆支架

采用不锈钢三角支架，长杆30 cm，短杆10 cm。

2.2 储液和输液系统

采用φ22 mm带孔不锈钢无缝钢管作喷雾输送管。喷雾泵的进口和出口采用内径10 mm的高压防腐水管。喷雾泵采用DC12V双核隔膜泵，额定工作压力≥0.5 MPa，额定流量≥7 L/min。喷雾泵外接三通排气管，在初始喷雾时排净泵内空气，增加输液压力。药箱采用2个50 L长方体塑料箱（白色透明，厚度≥3 mm）。

2.3 喷雾系统

采用4个φ22 mm的BP-PT-NZS22型喷杆喷雾机喷头，间隔50 cm错位排列在喷杆上，避免喷雾时雾滴因碰撞凝聚和破碎。喷头带防滴漏开关，用20～22 mm管夹与喷杆固定。采用耐磨损的11001号扇形雾化喷嘴。

2.4 过滤系统

采用滤杯直径约75 mm的TGG1型过滤器，外通管直径为10 mm。滤杯内采用不锈钢滤芯和出口级50目滤网。过滤器用宝塔接头与输液管连接。

2.5 动力系统

喷雾泵的动力来自插秧机蓄电池，额定电压为12 V。用防水电线连接喷雾泵，线路加装12 V/5 A保险丝。

2.6 精准控制

如插秧机或播种机型号和位置允许，可以加装行程开关；如型号和位置不允许，用手柄开关、按钮开关进行喷雾量控制。喷雾精度要求：2桶药液可以施10亩（0.67 hm2）左右稻田，均匀喷施时间为50～80 min。

3 主要技术要求

3.1 技术规格

机具主要技术规格见表1。

表1 主要技术规格

3.2 机械安全要求

1）密封性能。在工作压力范围内进行喷雾作业时，机器各零部件连接处均不应有渗漏现象。在喷雾开关或旋钮处于“关闭”位置时，机具各零部件连接处均不应有渗漏现象。

2）喷射部件耐压性能。喷射部件的耐压性能应符合JB/T 9781-2011《喷雾机（器）喷射部件》中4.1.3的规定。

3.3 电气安全要求

1）电路性能。同步施药一体机电气系统应安装到位，极性正确。电线的所有接头在任意方向上应能承受10 N的拉脱力。配线线径应与电流量相适应，以确保喷雾时安全、可靠。

2）绝缘性能。同步施药一体机的电气系统应采取防水保护措施，所有接线均不应裸露。药液箱、喷射部件等均不能带电。蓄电池接线柱与机具金属部件之间的绝缘电阻值≥2 MΩ。

3.4 整机和主要零部件技术要求

1）喷雾性能。同步施药一体机在工作压力范围内喷雾时，雾化良好、雾形完整。

2）过滤装置。同步施药一体机至少有二级过滤装置。药液箱应设置过滤装置。末级过滤装置的网孔最大尺寸≤0.7 mm。

3）喷头喷雾量。在规定的压力下，喷头喷雾量相对于额定喷雾量的偏差在±8%范围内。喷头的额定喷雾量为产品使用说明书明示的喷雾量，未明示时参照相关标准。

3.5 控制装置要求

同步施药一体机的控制器应具有短路保护功能。

3.6 装配质量要求

1）整机零部件完整、无缺件，安装方便。

2）运动部件运行平稳，不得有卡死、磕碰现象。

3）非运动部件安装无明显偏移，无翘曲现象。

4）紧固件安装紧固、可靠，喷雾泵安装牢固、可靠。

3.7 外观质量要求

同步施药一体机的外露部件表面清洁、色泽均匀，无油污、锈蚀、明显飞边、划伤、裂纹和凹凸等问题。

3.8 可靠性要求

同步施药一体机的可靠性用有效度表示，有效度应≥96%。

4 作业优势

插秧或播种与施药同步进行，可实现一机多用，节本增效，除草效果好。

1）施药精准，药效稳定，可降低药害风险。不会重喷、漏喷，可延缓杂草抗药性发展。

2）操作简便，省时、省工、省力，可根据农情灵活安排用药，作业效率高。受天气和人为因素影响小。

3）采用“一封一挑”除草技术，大大减少了除草剂的使用量，符合国家农药减量使用政策要求，有利于农田生态环境保护。

4）该装置可与插秧机、播种机配套使用，不需要重新改动原有机具结构，安装、拆卸简便，机手易学易懂。

5 试验效果

5.1 田间试验情况

2021年6月3日，在启东市彩萍家庭农场进行了稻田智能插喷（播喷）同步施药一体机控草技术应用试验。现场试验水稻品种为南粳5055。使用30%苄嘧·丙草胺可分散油悬浮剂+安全解毒剂，每亩施用30%苄嘧·丙草胺可分散油悬浮剂100 g、安全解毒剂25 g（用清水将药剂稀释成10 kg药液），通过插喷同步施药一体机进行喷洒施药。现场操作显示，该机器喷雾均匀，无漏喷和重喷现象，操作简便，技术难度较小，维护比较容易。

5.2 施药后跟踪情况

试验田块插秧后3～5 d，水稻秧苗安全，无药害；插秧后14 d，施药封闭控草效果超过95%；插秧后35 d，田间几乎无杂草。而农户自防区的多次综合控草效果只有80%左右。插喷同步施药技术对治理稻田稗草、千金子和阔叶草等有优势，水稻生长安全，而且可以节省人工，提高作业效率。

5.3 示范试验情况

在2 000多亩示范田开展试验。试验结果表明，使用3W-100型智能插喷（播喷）同步施药一体机进行机插同步控草，机插同步全程综合控草效果超过93%，持效期超过35 d。与农户自防区多次综合控草相比，除草剂使用频次减少1.5次，除草剂的使用量减少50%～57%。