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1、有關(guān)噴霧機(jī)混藥裝置的研究進(jìn)展
摘要：傳統(tǒng)的農(nóng)藥混藥方式都是預(yù)混式混藥,即由操作人員將農(nóng)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(guó)內(nèi)外幾種混藥裝置的研究進(jìn)展,提出了實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題,并進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：植保機(jī)械;混藥裝置;在線混合技術(shù);直接注入系統(tǒng) 噴霧機(jī)的混藥裝置是指完成農(nóng)藥與水混合的裝置。在農(nóng)藥的使用過(guò)程中,傳統(tǒng)的噴霧混藥方式是預(yù)混式混藥。即由操作人員將農(nóng)藥與水按一定的比例一起裝入大藥箱中,人工攪拌使農(nóng)藥與水均勻混合[1]。這種混藥方式存在著很多缺點(diǎn):譬如,在攪拌混合的過(guò)程中,操作人員不得不與農(nóng)藥密切接觸,可
2、能會(huì)對(duì)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(nóng)藥直接與噴霧機(jī)的機(jī)械部件長(zhǎng)時(shí)間接觸并摩擦,造成機(jī)械污染及腐蝕;而且噴霧結(jié)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(fèi)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(jī)械以及環(huán)境和非靶標(biāo)生物帶來(lái)的危害,實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥藥水分離、在線混合和施藥機(jī)具的裝備自動(dòng)化是植保機(jī)械與施藥技術(shù)研究的發(fā)展趨勢(shì)之一[3]。國(guó)內(nèi)外的很多專家學(xué)者在農(nóng)藥藥水在線混合裝置方面做出了開(kāi)創(chuàng)性的研究。 農(nóng)藥藥水在線混合技術(shù)是將藥箱和水箱分開(kāi),利用噴霧機(jī)管道系統(tǒng)內(nèi)部的水流或者噴霧機(jī)管道系統(tǒng)外部
3、的能源完成農(nóng)藥與水的在線混合。這種混藥技術(shù)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、精確化施用,以環(huán)境保護(hù)和操作者安全為核心,通過(guò)混藥器在線控制農(nóng)藥的使用量,同時(shí)在施用過(guò)程中避免操作者與農(nóng)藥接觸,因此可以減小農(nóng)藥對(duì)操作者產(chǎn)生的危害,同時(shí)減少對(duì)環(huán)境以及周圍非靶標(biāo)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(zhǎng)期無(wú)慮。筆者綜述了國(guó)內(nèi)外農(nóng)藥藥水在線混合技術(shù)的研究進(jìn)展,并展望了今后發(fā)展的趨勢(shì)。 1國(guó)外農(nóng)藥混藥裝置的研究進(jìn)展 1970年,Amsden首次提出了農(nóng)藥在線混合技術(shù),引起了世界各國(guó)科學(xué)家的廣泛關(guān)注[4],經(jīng)過(guò)近40年的研究,農(nóng)藥在線混合技術(shù)已經(jīng)有了顯著的發(fā)展
4、與進(jìn)步。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛采用的是大型機(jī)動(dòng)噴桿式噴霧機(jī),重點(diǎn)研究的是采用外加能源式在線混藥。其中,農(nóng)藥直接注入系統(tǒng)就是利用噴霧機(jī)管道系統(tǒng)外部的能源,完成農(nóng)藥的精確計(jì)量以及藥、水在管道內(nèi)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(jī)管道系統(tǒng)外部的能源,根據(jù)噴霧機(jī)的前進(jìn)速度來(lái)調(diào)節(jié)農(nóng)藥的注入量,通過(guò)噴霧機(jī)管道系統(tǒng)內(nèi)混合液濃度的變化,達(dá)到單位面積上農(nóng)藥的用量恒定[5]。按農(nóng)藥注入量調(diào)節(jié)方式的不同,農(nóng)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?nèi)莘e泵直接注入系統(tǒng)。 1.1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(gè)液箱、2個(gè)變面積流量計(jì)和1個(gè)壓縮空氣灌組成。2個(gè)液箱分別
5、是藥箱和水箱,2個(gè)變面積流量計(jì)分別是測(cè)量農(nóng)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(diào)節(jié)2個(gè)液箱內(nèi)的空氣壓力來(lái)調(diào)節(jié)水和農(nóng)藥的流量,當(dāng)2個(gè)變面積流量計(jì)分別測(cè)出的流量符合指定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)即可。 1.2變?nèi)莘e泵直接注入系統(tǒng) 20世紀(jì)80年代中期,由美國(guó)開(kāi)發(fā)的Mid-West Technology CC I-2000 型直接注入系統(tǒng)的混藥裝置就是變?nèi)莘e泵直接注入系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備獨(dú)立的藥箱和水箱,由與噴霧機(jī)前進(jìn)速度成正比的變?nèi)莘e泵使定量的農(nóng)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(tǒng)的噴霧機(jī)相比,該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、節(jié)約用藥
6、、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)[6]。 1.3其他噴霧混藥裝置 國(guó)外的很多專家學(xué)者在混藥裝置方面做了一些研究,也得到了一些顯著的成果。如Larson等研制了試驗(yàn)用噴霧機(jī),該噴霧機(jī)能夠根據(jù)拖拉機(jī)的前進(jìn)速度,通過(guò)計(jì)量泵按比例調(diào)節(jié)農(nóng)藥注入水流的注入量[7]。Reichard和Ladd研制了試驗(yàn)用在線混合噴霧機(jī),這種噴霧機(jī)不管拖拉機(jī)的行進(jìn)速度如何,只通過(guò)計(jì)量泵調(diào)節(jié)合適的農(nóng)藥量使其與水流混合,水與農(nóng)藥按一定比例混合后到達(dá)噴嘴,當(dāng)拖拉機(jī)到達(dá)地頭時(shí),由于速度降低,農(nóng)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(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)能夠精確測(cè)量噴霧機(jī)的前進(jìn)速度,并增加了調(diào)節(jié)
7、藥箱壓力的調(diào)壓閥,根據(jù)此信號(hào),通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度,調(diào)節(jié)藥箱內(nèi)的壓力,從而調(diào)節(jié)農(nóng)藥注入噴霧機(jī)管道系統(tǒng)的注入量,達(dá)到農(nóng)藥濃度與前進(jìn)速度成比例變化。水流量恒定,農(nóng)藥濃度隨前進(jìn)速度同步變化,因而單位面積上農(nóng)藥用量就能夠恒定[9]。1998年,Koo Y M將總流量控制和農(nóng)藥直接注入技術(shù)相結(jié)合,開(kāi)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(jī)的前進(jìn)速度同步調(diào)節(jié)水流量和農(nóng)藥的注入量,因而農(nóng)藥濃度保持不變;由于總流量與噴霧機(jī)前進(jìn)速度成正比變化,因此不僅單位面積上農(nóng)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(duì)Raven SCS-700農(nóng)藥注入系統(tǒng)研究了控制子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并用模型進(jìn)行控制響應(yīng)預(yù)測(cè),開(kāi)展流量與閥有關(guān)參數(shù)的關(guān)系、控制器動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性研究等[11]。Gillis等開(kāi)展了為基于機(jī)器視覺(jué)的農(nóng)藥噴霧機(jī)中的農(nóng)藥在線注入系統(tǒng)研究[12-13],Slaughter等開(kāi)發(fā)了側(cè)向除草劑噴霧機(jī)上配置農(nóng)藥直接注入系統(tǒng)[14],該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精確對(duì)靶施藥。
有關(guān)噴霧機(jī)混藥裝置的研究進(jìn)展
