我国自走式喷雾机技术进展

关键词：喷雾机；自走式；技术特点；植保机械

0 引言

农业生产过程中，高产种植离不开高效的有害生物防治工作，植保机械起到至关重要的作用。为适应不同工作环境，植保机械研发种类繁多，其中喷杆式喷雾机在现有植保机械中，具有雾化粒径细、覆盖能力强、喷洒均匀、作业效率高及对人身危害程度低等特点，有较高的研发价值。但我国现有自走式喷雾机在喷嘴技术、喷雾控制系统、液压系统和智能化程度等方面与国外先进水平还存在一定差距。本研究通过对自走式喷雾机技术研究进展分析，提出发展建议，以期为提高农业生产效率、促进农业可持续发展、提高农产品质量、满足农业现代化的需求及推动相关产业的发展提供一定的借鉴。

1 研究概况

我国自走式喷雾机研究方向主要集中在喷药系统和行走系统两方面。其中喷药系统主要通过控制施药量、喷雾压力、喷雾助剂和喷头种类等来研究相应工作效果，完成数据采集，找出不同作物的最佳需求量。行走系统主要针对不同作物高度，利用各式传感器、联合仿真等保障不同作业的高效性能。

针对不同喷雾压力与施药量对作物不同阶段作业的影响情况，徐德进等[1]研究比较了不同喷雾压力和施药量下自走式喷杆喷雾机在水稻不同生长期的农药利用率和雾滴分布。结果显示，在水稻分蘖期使用1.2MPa压力、375L/hm2施药量时，农药沉积减少56%，而在孕穗期，同样参数下沉积量显著增加。适当的喷雾参数能使分蘖期、孕穗期和扬花期的农药利用率分别达到40.57%、54.97%和55.50%。喷雾压力显著影响水稻茎基部雾滴密度，研究建议在生长前期避免高压大量喷雾，在中后期为提高防效可增加压力。

针对不同高度作物的工作场景，乔白羽等[2]研究开发了一种基于三维LiDAR扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统，适用于甘蔗等高秆作物。系统通过16线激光雷达传感器实时获取作物三维信息，并结合喷雾机速度数据，通过脉宽调制控制器和Python程序精准控制喷雾量。田间试验表明，系统能准确测量甘蔗株高，平均误差4.59%，并实现根据株高调整喷雾量，雾滴沉积均匀且有效。相较常规施药，采用变量施药减少28.5%的农药用量，提高了作物病虫害防治的精准度和效率，为高秆作物精准防治提供了新方法。

针对助剂、喷嘴和喷雾压力的不同，杨锐等[3]通过田间试验，以红色素AC85为指示剂，考察了6种喷雾助剂（红日、佩勒、麦斯、荣头、苦楝油和哈苏腾）、3种喷嘴类型（TEEJET-VP80015、ASJ-VP110015和LICHENG-VP11003）及3种喷雾压力（0.2、0.4、0.6MPa）对240g/L噻虫嗪悬浮剂在水稻纹枯病防治及产量上的影响。结果表明，哈苏腾在0.4MPa压力下配合TEEJET-VP80015喷嘴的喷雾分布均匀度最高。麦斯助剂对药滴密度和沉积利用率的影响显著，后者达到83.88%。提高喷雾压力可显著提高沉积利用率，0.6MPa压力时利用率达78.19%。LICHENG-VP11003喷嘴在0.4MPa压力下喷雾均匀性最佳。麦斯助剂的添加显著提高了噻虫嗪的防治效果，达到89.27%。当喷雾压力0.6MPa时，防治效果提升至88.67%。使用TEEJET-VP80015喷嘴与0.4MPa压力时水稻产量最高，显著高于手工喷雾。因此，助剂和喷嘴的选择对自走式喷杆喷雾器的喷雾沉积率、雾滴分布均匀度和防治效率具有重要影响。

针对喷嘴、工作压力和高度的不同，苏旺苍等[4]通过田间试验评估了不同喷嘴（No.1.5、No.2）、压力（0.2、0.4MPa）和高度（30、60cm）的自走式喷雾机在小麦田中使用除草剂混合物的效果和安全性。最佳参数为No.2喷嘴、0.4MPa压力和60cm高度，显示出超过95%的除草效果，并且对小麦安全无害，能显著提高产量。42d后，除草效能超过98%，表明自走式喷雾机在正确设置下可以安全有效地控制小麦田中的阔叶杂草。

针对传统喷雾机效率低、环境污染和灵活性差等问题，王子杰等[5]研究提出了一种适用于无人驾驶的四轮独立驱动（4WID）的高地隙喷雾机。采用混合动力、前后双转向桥，具有小转向半径且前后轮轨迹一致，减少了压苗现象。为应对水田极端环境，基于线性时变模型（LTV），采用分层路径跟踪控制，上层使用模型预测控制（MPC）实现路径跟踪，下层结合模糊控制与积分分离PID控制驱动轮滑移。Adams/Matlab联合仿真显示，驱动轮滑移率控制在±20%内，提高了喷雾机的稳定性和路径跟踪精度，能够适应更复杂的作业环境。

针对变量喷雾系统存在的精度和农药利用率问题，王亚林等[6]开发了一种基于PWM的电控精量喷雾系统。以PIC18F258单片机为核心，系统由上位机、控制器、电子开关和电控喷嘴体组成，通过HMI串口屏输入喷药设置，CAN总线通讯调节PWM占空比来控制喷头。试验在不同系统压力和脉冲频率下进行，结果显示，喷头流量与PWM占空比呈线性关系，拟合度超过0.95，喷嘴通断时间误差和响应时间均在合理范围内，证明系统能实现精确控制，提高喷药效率。

针对玉米后期施药难的问题，王韦韦等[7]研发了3YZ-80A型履带自走式喷雾机，专为600mm以下行距设计，具备自适应仿形履带、Y形双喷头、喷药监控系统。通过试验确定最优喷管参数：喷射角60°、喷嘴位置610mm、喷施距离2.37m。该机提高了作业效率和喷雾质量，降低了劳动强度。

为了提高喷杆喷雾机作业精确度、操控稳定性等问题，研究人员进行深入研究。陈彬等[8]为实现喷杆喷雾机的精准变量控制，研发了一款测试系统，通过网络RTK测速，高精度传感器监测流量和压力，并采用CAN总线与无线传输实现数据交互，辅以Android设备和数据处理软件进行实时监控和分析。试验结果显示，网络RTK测速偏差极小，流量和压力传感器精度高，系统能有效记录喷雾机在加速减速阶段的流量调节响应时间和偏差，满足喷杆喷雾机变量控制特性的测试要求。

李中祥等[9]通过分析高地隙自走式喷雾机底盘悬架的减振特性，增强其在田间作业的稳定性。利用振动加速度传感器收集不同路面上喷雾机车架的振动数据，结果表明，气液组合悬架能显著降低振动加速度，在不同路面均展现出优良的减振性能。在田间以3、5和8km/h行驶时减振效果分别为70.43%、68.49%和66.10%，在砂石路面减振效果略低，但也达到69.61%、67.32%和64.74%。

冯景安等[10]为提高低速条件下自走式高地隙喷雾机的操控稳定性，提出了一种直接偏航力矩控制方案。建立了包含Dugoff非线性轮胎模型的7自由度车辆模型，设计了纵向与横向控制的车辆扭矩控制器。纵向控制通过PID闭环控制驱动轮，根据实际车速与预期车速的误差进行调节；横向控制由滑模控制器和扭矩分配器组成，以弥补纵向控制在驱动力控制上的不足。设计了五轮控制方案以实现直接偏航力矩，通过二次旋转正交组合试验，利用DesignExpert软件结合响应面方法，研究不同车速和荷载质量下的直接偏航力矩控制方案，优化操控稳定性。仿真测试结果表明，车辆扭矩控制器在1.25m/s工作速度和1000kg载荷条件下，优化指标高达55.2%，有效提升了操控稳定性。

李伟等[11]针对大型高地隙自走式喷雾机的需求，研发了一套转向传动机构，并通过ADAMS/Car软件进行轮跳试验仿真，再利用ADAMS/Insight进行转向定位参数的优化。仿真结果显示，优化后的转向系统在轮跳试验中前轮前束和外倾角变化幅度显著下降，立轴内倾角变化减小，进而提升了车辆的操纵稳定性和减少轮胎磨损。3WPG-3000型喷雾机实车试验结果显示，两轮和四轮转向模式下转向半径分别为6.85和5.12m，证实了转向系统能够适应不同工况，改善喷雾机的转向性能。

黄瑞海等[12]为了提升自走式喷雾机的效率，改进设计将喷嘴安装于可垂直移动的支撑杆上，支撑杆可左右移动，各喷嘴的喷雾量和轴流风机转速均可调节，实现了喷液的二次雾化。这些改进使得喷雾机能更有效地应对垄距宽、株距大和植株高的藤本植物喷雾作业的挑战，解决了传统方法费时费力、成本高、喷撒穿透力不足和药液分布不均的问题，提高了喷雾效果，增强了机器的便携性和智能性。

经过对现存问题多维度的探索提升，我国自走式喷杆式喷雾机取得了多项阶段性研究成果[13-14]。

2 产品技术特征

我国目前生产自走式喷雾机的企业主要有富锦市丰诺植保机械制造有限公司、现代农装科技股份有限公司、山东迈特智能科技有限公司、曲阜志成机械有限公司和青州森盈农业装备有限公司等，其中，富锦市丰诺植保机械制造有限公司和现代农装科技股份有限公司生产的自走式喷雾机以药箱容量大、喷雾效果好等特点，在市场上表现突出，用户满意度较高。

2.1 3WPYZ-2000A-125型自走式喷杆喷雾机

由富锦市丰诺植保机械制造有限公司生产，药箱容量2000L，发动机功率91.9kW，在喷洒效果方面，具有雾化好和防漂移的特点，设计了独特的4路分水器，喷洒效果好，并且喷杆可自动伸缩，可控性好。喷杆长度、喷洒高度和轮距行走宽度可根据作物不同生长时期的高矮和不同种植行距调节。4+1段喷洒控制系统采用4级过滤，喷嘴防堵效果好；喷洒药量均匀，无须喷洒的区域可任意关闭开关，节约药量。喷雾机后部可加装玉米去雄机和中耕施肥机，扩展了整机功能，提高了机器的利用率。3WPYZ-2000A-125型自走式喷杆喷雾机主要技术参数如表1所示[15]。

2.2 3WZG-3000A型自走式高地隙喷杆喷雾机

由现代农装科技股份有限公司生产，四轮液压驱动，关键液压件采用进口元件；地隙高可达1.9m，通过性能好；轮距可调，可适用不同地区多种作物的种植行距；行走速度无级可调，机动性好；采用进口喷药控制系统，可依据前进速度的变化实时变量喷药；喷幅宽，工作效率高。可广泛适用于大田作物的病虫害防治、喷洒叶面肥，以及化调剂和脱叶剂等，如小麦、玉米、棉花、大豆和油菜等作物。

该机底盘实现了多功能，可配套切顶机，实施棉花或玉米的切顶作业；也可配套抽雄装置，进行玉米去雄作业。3WZG-3000A型高地隙自走式喷杆式喷雾机主要技术参数如表2所示[16]。

3 存在问题及发展建议

3.1 存在问题

我国自走式喷雾机在产品技术方面存在系列化程度较低、产品种类少、关键部件喷嘴加工精度差及技术开发能力不足等问题。

（1）产品系列化程度较低。与国外植保机械产品相比，我国植保机械产品系列化程度不高，无法满足植保机械针对不同作物、不同生长期和不同病虫害的防治作业需求。

（2）产品品种规格少。现有植保机械产品品种规格较少，缺乏针对不同作物和防治需求的定制化产品。植保机械应用范围有限，无法满足现代农业对精准、高效、环保的植保作业需求。

（3）制造设备及制造工艺相对落后。产品加工精度低，产品质量和稳定性较差，机器作业时故障率高，维修成本高。

（4）关键部件喷嘴喷孔加工一致性较差。这直接影响到农药的喷洒效果和精准度。农药喷洒不均匀，甚至出现过量喷洒或喷洒不足的现象，从而影响防治效果。

（5）技术开发投入不足，基础薄弱。我国从事植保机械研究的科研院所、高等院校科研经费不足，植保机械生产企业对植保机械关注度不够，导致植保机械技术开发投入不足，这不仅制约了植保机械新产品的开发，也使老产品的改进速度偏慢，对植保机械整体技术水平的提高有较大影响。

自走式喷雾机应用范围相对较窄，主要应用于农业领域。建议多研发系列机型以满足园林、环保、消防等领域作业，拓展作业范围。

3.2 发展建议

针对目前国内自走式喷雾机存在的问题，提供一些发展建议供从事植保机械研究的高校、科研院所和生产企业参考。

（1）国家和企业应加大对植保机械科研项目的投入，鼓励科研院所、高等院校与企业合作，共同推动植保机械技术的研发与创新。构建以企业为主体、市场为导向、产学研用相结合的技术研发平台，促进植保机械技术的快速转化和应用。加强植保机械技术成果的知识产权保护，激发创新活力，为行业发展提供源源不断的创新动力。

（2）针对不同作物、不同生长期、不同病虫害的防治需求，开发多样化的植保机械产品，满足现代农业的多样化需求。制定统一的行业标准，提高植保机械产品的规格化水平，降低生产成本，提高产品质量和稳定性。

（3）引进国内外先进的制造设备，提高植保机械产品的加工精度和制造效率。优化植保机械产品的制造工艺，降低生产成本，提高产品质量和可靠性。建立严格的质量控制体系，确保植保机械产品的质量和稳定性，提高用户满意度。

（4）引进高精度喷嘴喷孔加工设备，优化喷嘴喷孔的加工工艺流程，加强加工过程中的质量控制和检测，确保喷嘴喷孔的加工质量。研发新型喷嘴，提高农药喷洒的均匀性和精准度，降低农药施用量，提高防治效果。

（5）加强植保机械专业人才的培养，提高从业人员的专业素养和技能水平。组建由科研人员、工程师、技术工人等组成的高效团队，共同推动植保机械技术的研发和应用。加强与国际先进企业和科研机构的交流与合作，引进先进技术和管理经验，提高国内植保机械行业的整体水平。

（6）结合市场需求和产品特点，制定有效的市场推广策略，提高植保机械产品的知名度和美誉度。加强品牌宣传和推广，树立品牌形象，提高用户对国内植保机械产品的认可度和信任度。拓展线上和线下销售渠道，方便用户购买和使用植保机械产品，提高市场占有率。

4 结束语

随着科技不断进步和国家对环境保护要求不断严格，未来国内自走式喷雾机需要在技术方面加强创新，采用更先进的技术使产品功能更加完善，如智能控制、物联网、大数据技术等，以提高喷雾效果和效率，同时减少对环境的负面影响。

随着市场竞争的加剧，自走式喷雾机企业越来越注重产品品质的提升，以满足不同客户对高质量产品的需求。智能化是当前农业机械发展的重要趋势，自走式喷雾机也不例外。未来，自走式喷雾机可能会实现更加智能化的发展，如自动导航、智能喷洒、远程控制等，以提高作业效率和精度。随着环保意识的日益增强，未来自走式喷雾机可能会采用更加环保的设计，如使用生物降解材料、减少农药施用等，以降低对环境的污染。随着农业规模的不断扩大和现代化程度的提高，自走式喷雾机的市场规模和应用领域有望进一步扩大，如林业、城市绿化等。

未来国内自走式喷雾机的发展形势向好，但也需要企业在技术创新、品质提升、智能化发展、环保意识增强和市场规模扩大等方面做出努力。