噴霧機混藥裝置的研究進展

噴霧機混藥裝置的研究進展

摘要傳統(tǒng)的農藥混藥方式都是預混式混藥,即由操作人員將農藥和水進行人工混合。這種混藥方式存在很多弊端。綜述了國內外幾種混藥裝置的研究進展,提出了實際應用中存在的問題,并進行了展望。

關鍵詞植保機械;混藥裝置;在線混合技術;直接注入系統(tǒng)

AbstractPremixed-mixingmethodisthetraditionmethodofmixingagriculturalchemicalandwatermixedbymissionary.Thiswayhassomanyshortcoming.Thispaperreviewedthecurrentstatusofmixingapparatusofsprayerandpointedoutpurificationforthefuture.

Keywordsplantprotectionmachinery;mixingapparatus;on-line-mixing;directinjectionsystem

噴霧機的混藥裝置是指完成農藥與水混合的裝置。在農藥的使用過程中,傳統(tǒng)的噴霧混藥方式是預混式混藥。即由操作人員將農藥與水按一定的比例一起裝入大藥箱中,人工攪拌使農藥與水均勻混合[1]。這種混藥方式存在著很多缺點:譬如,在攪拌混合的過程中,操作人員不得不與農藥密切接觸,可能會對操作人員的身體健康造成危害;在進行濃度配制時,配制的藥液在劑量、混合的均勻度等方面容易造成比較大的誤差,影響噴霧效果;農藥直接與噴霧機的機械部件長時間接觸并摩擦,造成機械污染及腐蝕;而且噴霧結束后,大量已混合好卻未用完的藥液也會造成極大的浪費和環(huán)境污染。因此,為了避免這種混藥方式給施藥人員、噴霧機械以及環(huán)境和非靶標生物帶來的危害,實現(xiàn)農藥藥水分離、在線混合和施藥機具的裝備自動化是植保機械與施藥技術研究的發(fā)展趨勢之一。國內外的很多專家學者在農藥藥水在線混合裝置方面做出了開創(chuàng)性的研究。

農藥藥水在線混合技術是將藥箱和水箱分開,利用噴霧機管道系統(tǒng)內部的水流或者噴霧機管道系統(tǒng)外部的能源完成農藥與水的在線混合。這種混藥技術實現(xiàn)了農藥的標準化、專業(yè)化、精確化施用,以環(huán)境保護和操作者安全為核心,通過混藥器在線控制農藥的使用量,同時在施用過程中避免操作者與農藥接觸,因此可以減小農藥對操作者產生的危害,同時減少對環(huán)境以及周圍非靶標生物的污染。而且噴霧裝置在施用后更有利于清洗,可拆卸、回收和翻新或安全廢棄并長期無慮。筆者綜述了國內外農藥藥水在線混合技術的研究進展,并展望了今后發(fā)展的趨勢。

1國外農藥混藥裝置的研究進展

1970年,Amsden首次提出了農藥在線混合技術,引起了世界各國科學家的廣泛關注,經過近40年的研究,農藥在線混合技術已經有了顯著的發(fā)展與進步。目前,發(fā)達國家廣泛采用的是大型機動噴桿式噴霧機,重點研究的是采用外加能源式在線混藥。其中,農藥直接注入系統(tǒng)就是利用噴霧機管道系統(tǒng)外部的能源,完成農藥的精確計量以及藥、水在管道內的混合。這種混藥裝置在水流量保持恒定的情況下,利用噴霧機管道系統(tǒng)外部的能源,根據噴霧機的前進速度來調節(jié)農藥的注入量,通過噴霧機管道系統(tǒng)內混合液濃度的變化,達到單位面積上農藥的用量恒定。按農藥注入量調節(jié)方式的不同,農藥直接注入系統(tǒng)又可分為壓縮空氣直接注入系統(tǒng)和變容積泵直接注入系統(tǒng)。

壓縮空氣直接注入系統(tǒng)

壓縮空氣直接注入系統(tǒng)的混藥裝置由2個液箱、2個變面積流量計和1個壓縮空氣灌組成。2個液箱分別是藥箱和水箱,2個變面積流量計分別是測量農藥與水的流量,壓縮空氣罐則是用來給2個液箱提供恒定的壓力。噴霧作業(yè)時,操作人員通過調節(jié)2個液箱內的空氣壓力來調節(jié)水和農藥的流量,當2個變面積流量計分別測出的流量符合指定的標準時即可。

變容積泵直接注入系統(tǒng)

20世紀80年代中期,由美國開發(fā)的Mid-WestTechnologyCCI-2000型直接注入系統(tǒng)的混藥裝置就是變容積泵直接注入系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備獨立的藥箱和水箱,由與噴霧機前進速度成正比的變容積泵使定量的農藥進入主水管道,與來自水箱的水混合,再經噴霧泵輸入噴霧主管。由于水藥分置,與傳統(tǒng)的噴霧機相比,該系統(tǒng)具有操作簡便、節(jié)約用藥、保護環(huán)境等優(yōu)點。

其他噴霧混藥裝置

國外的很多專家學者在混藥裝置方面做了一些研究,也得到了一些顯著的成果。如Larson等研制了試驗用噴霧機,該噴霧機能夠根據拖拉機的前進速度,通過計量泵按比例調節(jié)農藥注入水流的注入量。Reichard和Ladd研制了試驗用在線混合噴霧機,這種噴霧機不管拖拉機的行進速度如何,只通過計量泵調節(jié)合適的農藥量使其與水流混合,水與農藥按一定比例混合后到達噴嘴,當拖拉機到達地頭時,由于速度降低,農藥與水的流量將按比例減小。1994年,Ghate和Phatak完成了壓縮空氣直接注入系統(tǒng)的設計。該系統(tǒng)能夠精確測量噴霧機的前進速度,并增加了調節(jié)藥箱壓力的調壓閥,根據此信號,通過控制調節(jié)閥的開度,調節(jié)藥箱內的壓力,從而調節(jié)農藥注入噴霧機管道系統(tǒng)的注入量,達到農藥濃度與前進速度成比例變化。水流量恒定,農藥濃度隨前進速度同步變化,因而單位面積上農藥用量就能夠恒定。1998年,KooYM將總流量控制和農藥直接注入技術相結合,開發(fā)了一套直接注入總流量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)隨噴霧機的前進速度同步調節(jié)水流量和農藥的注入量,因而農藥濃度保持不變;由于總流量與噴霧機前進速度成正比變化,因此不僅單位面積上農藥用量恒定,而且單位面積上的噴霧總量也恒定[10]。Steward等針對RavenSCS-700農藥注入系統(tǒng)研究了控制子系統(tǒng)的數學模型,并用模型進行控制響應預測,開展流量與閥有關參數的關系、控制器動態(tài)性能和穩(wěn)定性研究等[11]。Gillis等開展了為基于機器視覺的農藥噴霧機中的農藥在線注入系統(tǒng)研究[12-13],Slaughter等開發(fā)了側向除草劑噴霧機上配置農藥直接注入系統(tǒng)[14],該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)精確對靶施藥。

2國內混藥裝置的研究進展

靜態(tài)混合裝置

中國農業(yè)大學的何雄奎教授等人在傳統(tǒng)的農藥直接注入系統(tǒng)的基礎上采用SK靜態(tài)混合器實現(xiàn)藥水在線混合[14],把不同農藥劑型、不同黏度溶液的混合均勻度與傳統(tǒng)的混藥裝置進行了對比,由于其特殊的設備結構和流體的運動,使兩種流體各自分散,然后再彼此混合起來,可以達到比較好的均勻混合效果,該方法對比較繁多的藥劑類型和復雜的農藥混合來說比較理想,在很寬的雷諾數范圍內也能使用。與傳統(tǒng)的混藥裝置相比較,混合均勻度有了改善,縮短了流體流經的水管長度,從而減少了變量延遲的時間。

射流泵混藥裝置

射流混藥裝置是一種利用噴霧機管道系統(tǒng)內部的水力完成農藥與水在線混合的混藥裝置,由噴嘴、吸入室、混合管和擴散管等部分組成[15]。射流混藥裝置的基本原理就是湍流射流、湍流混合的過程,高壓水通過噴嘴射出,在混合管入口處利用動量交換的能量傳遞方式吸入周圍的低壓藥液,水與農藥在混合管入口及管內混合,高壓水速度減小,低壓藥液速度增大,在混合口出口處均勻混合,速度一致,混合液通過擴散管時,由于擴散管的橫截面積逐漸增大,混合液速度減小,壓強升高,再由裝置流出,以此實現(xiàn)藥、水的抽吸和在線混合。這種射流噴霧混藥裝置在使用時能達到藥、水分離,避免了操作人員與農藥的直接接觸,能安全地使用農藥和消除殘留物對環(huán)境的污染,具有裝置成本低、操作簡單等優(yōu)點。

正壓式混藥裝置

正壓式混藥裝置是在射流混藥裝置的原理上,結合手動噴霧器的特性改進而來,該混藥裝置由吸入室、突縮管、混合室、擠壓室等幾部分組成[16]。在吸入式的下端有連通擠壓室的分流孔,擠壓室內有藥液擠壓裝置。噴霧作業(yè)時,水流進入吸入室后,一部分經突縮管流入混合室,由于水流通徑變小,因而速度增大,壓力下降;另一部分經分流孔進入擠壓室,對藥液擠壓裝置施壓,由于擠壓室與混合室之間存在壓力差,藥液擠壓裝置內的藥液經吸口被擠壓入混合室。最后2種液體在混合室中充分混合均勻,經噴桿由噴頭噴出。該裝置采用正壓擠壓的方式,實現(xiàn)了自動混藥技術在手動噴霧器上的成功應用,并具有應用范圍廣闊的優(yōu)點[17]。

3存在的問題

農藥的自動混藥裝置相對于預混式混藥有很多優(yōu)勢,同時也存在著一些問題。在我國,自動混藥裝置的市場化產品并不多,2001年蘇州農業(yè)機械廠生產的出水混藥器用藥量大,壓損大,計算操作復雜。2008年有工廠生產了進水混藥器,由于進水壓力真空度不夠且進水壓力受回水量影響大,造成吸藥的比例常常不穩(wěn)定,因此真正落實到生產使用中還存在著一些問題。

4結語

國內外的噴霧混藥裝置從預混式混藥發(fā)展到農藥與水在噴霧管道內的在線混合,是農藥安全使用研究上的一項重大突破。在線混合裝置實現(xiàn)了農藥與水的實時調節(jié),而且能很好地保證農藥與水混合的穩(wěn)定性和均勻性,很好地保護環(huán)境及人身、食品的安全。目前,在發(fā)達國家,農藥直接注入系統(tǒng)是一種應用比較廣泛的混藥方式;在我國,農藥在線混藥技術在農田的病蟲害防治中也在逐步推廣,并且具有廣闊的發(fā)展前景。

5參考文獻

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