基于变量喷雾的果园自动仿形喷雾机的设计与试验.PDFVIP

第 33 卷 第 1 期 农 业 工 程 学 报 Vol.33 No.1 70 2017 年 1 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2017 基于变量喷雾的果园自动仿形喷雾机的设计与试验 李龙龙 1，何雄奎 1 ※ ，宋坚利 1，王潇楠 1，贾晓铭 2，刘朝辉 3 （1. 中国农业大学理学院，北京 100193；2. 中国农业大学工学院，北京 100083； 3. 无锡市中波机械制造有限公司，无锡 214028） 摘 要：为提高果园喷雾机自动化与精准喷雾作业性能，设计了一种基于变风量与变喷雾量的果园自动仿形喷雾机，喷 雾系统以冠层分割模型作为变量处方，采用扫描精度高的激光传感器作为探测源，以电磁阀和无刷直流风机为执行元件， 通过探测果树冠层体积调节电机和电磁阀的脉宽调制（pulse width modulation，PWM）信号以实时调节风机转速和喷头 流量。设计了可独立调节风量和喷雾量的雾化单元，通过各个独立风机产生的高速气流协助雾滴穿透冠层；喷雾机最大 作业高度 4.2 m。田间试验结果表明，在行株距为 5 m×2 m 的单株苹果树左右两侧平均沉积量分别为 1.92 和 1.37 uL/cm2， 最少雾滴数为 46.2 个/cm2，大于常用方法对风送喷雾中雾滴喷幅界定的 20 个/cm2；树冠轮廓与沉积量和风速变化拟合结 果显示，设计的喷雾机能够根据树冠信息实现仿形变量施药。该研究为果树病虫害防治提供新方法与新装备，为精准植 保机具的结构设计和性能优化提供理论与方法参考。 关键词：喷雾；喷头；传感器；植保机械；精准施药；仿形喷雾；脉宽调制；无刷风机 doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.009 中图分类号：S491 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2017)-01-0070-07 李龙龙，何雄奎，宋坚利，王潇楠，贾晓铭，刘朝辉. 基于变量喷雾的果园自动仿形喷雾机的设计与试验[J]. 农业工程 学报，2017，33(1)：70－76. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.009 Li Longlong, He Xiongkui, Song Jianli, Wang Xiaonan, Jia Xiaoming, Liu Chaohui. Design and experiment of automatic profiling orchard sprayer based on variable air volume and flow rate[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(1): 70－76. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.01.009 0 引 言? 风送喷雾机是作物喷雾作业中的重要技术装备，已 经广泛应用多年，有很好的应用前景[1]。但果园风送式喷 雾机在整个施药过程中连续喷雾，极易形成农药飘移和 流失，不仅造成严重的农药浪费和环境污染，同时还会 导致农产品农药残留超标[2-3]。 农药精准喷雾技术是指根据作物或杂草的冠层特征 实时改变喷雾参数，如调节喷头流量和风机风量[4]，从而 达到按需施药的目的，提高农药有效利用率和保护环境， 近年来得到了较快发展[5]。传感器探测技术是实现农药精 准喷雾的有效手段，国内外科研人员对其进行了诸多研 究。翟长远等[6]、邹建军等[5]利用红外传感器技术建立了 果树自动对靶探测系统；Tumbo 等[7]、Zamahn 等[8]利用 超声波传感器实现了对树冠体积的测量，并研究了叶密 度和行驶速度对测量结果的影响；翟长远等[9]利用超声波 传感器开发了靶标外形探测试验平台，探测精度达 收稿日期：2016-06-06 修订日期：2016-11-21 基金项目：国家自然科学基金资助项目；公