有關(guān)噴霧機混藥裝置的研究進(jìn)展

摘要：傳統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(jìn)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(jìn)展,提出了實(shí)際應用中存在的問(wèn)題,并進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：植保機械;混藥裝置;在線(xiàn)混合技術(shù);直接注入系統
　　
　　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(guò)程中,傳統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(zhù)很多缺點(diǎn):譬如,在攪拌混合的過(guò)程中,操作人員不得不與農藥密切接觸,可能會(huì )對操作人員的身體健康造成危害;在進(jìn)行濃度配制時(shí),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(cháng)時(shí)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(huì )造成極大的浪費和環(huán)境污染[2]。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(lái)的危害,實(shí)現農藥藥水分離、在線(xiàn)混合和施藥機具的裝備自動(dòng)化是植保機械與施藥技術(shù)研究的發(fā)展趨勢之一[3]。國內外的很多專(zhuān)家學(xué)者在農藥藥水在線(xiàn)混合裝置方面做出了開(kāi)創(chuàng )性的研究。
　　農藥藥水在線(xiàn)混合技術(shù)是將藥箱和水箱分開(kāi),利用噴霧機管道系統內部的水流或者噴霧機管道系統外部的能源完成農藥與水的在線(xiàn)混合。這種混藥技術(shù)實(shí)現了農藥的標準化、專(zhuān)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(guò)混藥器在線(xiàn)控制農藥的使用量,同時(shí)在施用過(guò)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(chǎn)生的危害,同時(shí)減少對環(huán)境以及周?chē)�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(cháng)期無(wú)慮。筆者綜述了國內外農藥藥水在線(xiàn)混合技術(shù)的研究進(jìn)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(jìn)展
　　
　　1970年,Amsden首次提出了農藥在線(xiàn)混合技術(shù),引起了世界各國科學(xué)家的廣泛關(guān)注[4],經(jīng)過(guò)近40年的研究,農藥在線(xiàn)混合技術(shù)已經(jīng)有了顯著(zhù)的發(fā)展與進(jìn)步。目前,發(fā)達國家廣泛采用的是大型機動(dòng)噴桿式噴霧機,重點(diǎn)研究的是采用外加能源式在線(xiàn)混藥。其中,農藥直接注入系統就是利用噴霧機管道系統外部的能源,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外部的能源,根據噴霧機的前進(jìn)速度來(lái)調節農藥的注入量,通過(guò)噴霧機管道系統內混合液濃度的變化,達到單位面積上農藥的用量恒定[5]。按農藥注入量調節方式的不同,農藥直接注入系統又可分為壓縮空氣直接注入系統和變容積泵直接注入系統。
　　1.1壓縮空氣直接注入系統
　　壓縮空氣直接注入系統的混藥裝置由2個(gè)液箱、2個(gè)變面積流量計和1個(gè)壓縮空氣灌組成。2個(gè)液箱分別是藥箱和水箱,2個(gè)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(lái)給2個(gè)液箱提供恒定的壓力。噴霧作業(yè)時(shí),操作人員通過(guò)調節2個(gè)液箱內的空氣壓力來(lái)調節水和農藥的流量,當2個(gè)變面積流量計分別測出的流量符合指定的標準時(shí)即可。
　　1.2變容積泵直接注入系統
　　20世紀80年代中期,由美國開(kāi)發(fā)的Mid-West Technology CC I-2000 型直接注入系統的混藥裝置就是變容積泵直接注入系統。該系統具備獨立的藥箱和水箱,由與噴霧機前進(jìn)速度成正比的變容積泵使定量的農藥進(jìn)入主水管道,與來(lái)自水箱的水混合,再經(jīng)噴霧泵輸入噴霧主管。由于水藥分置,與傳統的噴霧機相比,該系統具有操作簡(jiǎn)便、節約用藥、保護環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)[6]。
　　1.3其他噴霧混藥裝置
　　國外的很多專(zhuān)家學(xué)者在混藥裝置方面做了一些研究,也得到了一些顯著(zhù)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(jìn)速度,通過(guò)計量泵按比例調節農藥注入水流的注入量[7]。Reichard和Ladd研制了試驗用在線(xiàn)混合噴霧機,這種噴霧機不管拖拉機的行進(jìn)速度如何,只通過(guò)計量泵調節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(shí),由于速度降低,農藥與水的流量將按比例減小[8]。1994年,Ghate和Phatak完成了壓縮空氣直接注入系統的設計。該系統能夠精確測量噴霧機的前進(jìn)速度,并增加了調節藥箱壓力的調壓閥,根據此信號,通過(guò)控制調節閥的開(kāi)度,調節藥箱內的壓力,從而調節農藥注入噴霧機管道系統的注入量,達到農藥濃度與前進(jìn)速度成比例變化。水流量恒定,農藥濃度隨前進(jìn)速度同步變化,因而單位面積上農藥用量就能夠恒定[9]。1998年,Koo Y M將總流量控制和農藥直接注入技術(shù)相結合,開(kāi)發(fā)了一套直接注入總流量控制系統。該系統隨噴霧機的前進(jìn)速度同步調節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(jìn)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Raven SCS-700農藥注入系統研究了控制子系統的數學(xué)模型,并用模型進(jìn)行控制響應預測,開(kāi)展流量與閥有關(guān)參數的關(guān)系、控制器動(dòng)態(tài)性能和穩定性研究等[11]。Gillis等開(kāi)展了為基于機器視覺(jué)的農藥噴霧機中的農藥在線(xiàn)注入系統研究[12-13],Slaughter等開(kāi)發(fā)了側向除草劑噴霧機上配置農藥直接注入系統[14],該系統能夠實(shí)現精確對靶施藥。
　　
　　2國內混藥裝置的研究進(jìn)展
　　
　　2.1靜態(tài)混合裝置
　　中國農業(yè)大學(xué)的何雄奎教授等人在傳統的農藥直接注入系統的基礎上采用SK靜態(tài)混合器實(shí)現藥水在線(xiàn)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的混藥裝置進(jìn)行了對比,由于其特殊的設備結構和流體的運動(dòng),使兩種流體各自分散,然后再彼此混合起來(lái),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(lèi)型和復雜的農藥混合來(lái)說(shuō)比較理想,在很寬的雷諾數范圍內也能使用。與傳統的混藥裝置相比較,混合均勻度有了改善,縮短了流體流經(jīng)的水管長(cháng)度,從而減少了變量延遲的時(shí)間。

　　2.2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內部的水力完成農藥與水在線(xiàn)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(guò)程,高壓水通過(guò)噴嘴射出,在混合管入口處利用動(dòng)量交換的能量傳遞方式吸入周?chē)�的低壓藥�?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(guò)擴散管時(shí),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(shí)現藥、水的抽吸和在線(xiàn)混合。這種射流噴霧混藥裝置在使用時(shí)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
　　2.3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(dòng)噴霧器的特性改進(jìn)而來(lái),該混藥裝置由吸入室、突縮管

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