風送施藥機研究現狀及趨勢

翟兆煊 郭培全 喬 陽

（濟南大學 機械工程學院，濟南 250022）

目前，防治病害、害蟲問題的主要手段仍然是噴灑農藥，資料顯示，果樹在一年的生長周期內需噴灑藥液8～15次，農藥的使用可使全世界每年挽回20%～25%的農產品產量[1-5]。但傳統果園園區狹窄，難以進行大規模機械化施藥作業，為此，我國多地果園推廣了高紡錘樹形的栽植技術[6-8]。高紡錘形種植模式下的新型果園如圖1所示，新型果園大株距、小行距，樹體冠幅較小，適合果園機械化施藥作業[9]。而我國傳統施藥機械雖然種類較多，但應用在新型種植模式下存在施藥效率低下、污染浪費嚴重的問題，我國缺少專門適用于新型種植模式的風送施藥機[10-11]。

圖1 高紡錘形種植模式下的新型果園

1 風送施藥機研究現狀

風送施藥機以風送噴霧技術為核心，先將藥液霧化，然后靠風機產生的氣流使霧滴進一步霧化并輸送到靶標上，攜帶有細小霧滴的氣流驅動葉片翻動，一定程度上增加了樹葉間的擾動，使葉片的正、反面都能著藥，提高了霧滴的穿透能力和藥液的覆蓋率，改善了施藥效果[12]。目前，風送施藥機的種類較多，按行走方式可分為自走式、牽引式和懸掛式三種；按風機類型，又可分為軸流風機式和離心風機式[13]。下面從行走方式和風機類型兩個方面對國內外風送施藥機研究現狀進行分析。

1.1 行走方式

1.1.1 懸掛式風送施藥機

懸掛式風送施藥機大多采用焊接整體式機架，安裝和固定藥桶、液泵、風機和噴霧支架等，通過三點式懸掛裝置將上述工作部件與拖拉機掛接。因懸掛式施藥機與拖拉機頭配套使用，主體安裝固定在拖拉機頭上，所以其具有高效、機動、靈活的特點[14]。

山東農業大學李超等針對中國葡萄園行間距較小、大功率拖拉機難以入園作業的情況，設計了一款與小功率拖拉機配套使用的懸掛式立管風送施藥機[15]。經試驗驗證，該施藥機適合矮栽密植果園作業。

1.1.2 牽引式風送施藥機

牽引式風送施藥機多與拖拉機頭配套使用，采用牽引架與拖拉機的后置拉桿連接，作業半徑大，霧化效果理想。

美國、德國、日本等國在施藥植保作業時考慮到農機應與農藝相結合，已經大范圍地采用大行距、小株距的現代化果園栽培模式，果樹的株、行距及樹形大小規范統一，施藥作業基本上由拖拉機配套的牽引式風送施藥機完成[16]。

中國農業大學張亮等研制了與拖拉機配套使用的3WFQ-1600型牽引式風送施藥機，總體結構如圖2所示，該施藥機承載能力強，能夠長時間進行施藥作業[17]。

圖2 3WFQ-1600型牽引式風送噴霧機

1.1.3 自走式風送施藥機

自走式風送施藥機具有獨立的動力系統，作業效率高，農藥用量較少，防治效果理想，目前在歐美等發達國家被廣泛使用。

南京農業大學傅錫敏等研制的自走式風送定向噴霧機，結構緊湊，采用單動力輸出，可完成風送、噴霧等作業要求，適合低矮密植果園的作業要求[18]。

南京農業機械化研究所丁素明等研制了適用于低矮果園的自走式風送噴霧機，優化動力傳遞系統，提高了行間通過性能[19]。

山東華興機械股份有限公司研制的自走式遠射程風送噴霧機，作業半徑大，霧化效果理想，適合大中型果園作業[20]。

1.2 風力類型

華南農業大學宋淑然等提出采用控制風機轉速的方法，以改變霧滴在果樹樹冠層中的沉積量[21]。研究發現，風機轉速在一定范圍內變化時，霧滴在作業對象上的總沉積量隨著風機轉速的增大而增大，因此風機的選取對風送施藥機的施藥功能十分重要。目前被廣泛應用在施藥機上的風機主要分為兩種，一種是軸流風機，另一種是離心風機，下面對應用這兩種不同類型風機的施藥機進行分析。

1.2.1 軸流風送式施藥機

軸流風送式施藥機采用軸流風機，軸流風機軸向進風，軸向出風，管道呈炮塔狀，具有風量大、效率高、風速柔和均勻、噴灑范圍大及射程較遠等優點。

山東農業大學劉雪美等設計了MQ-600型氣流輔助式噴桿彌霧機（見圖3），該施藥機中的軸流風機旋轉，產生氣流[22]。氣流不僅將噴頭霧化的霧滴進一步霧化，還使靶標的枝葉不停翻動，確保霧滴可均勻地覆蓋在作物上，提高了施藥效率。

圖3 MQ-600型氣流輔助式噴桿彌霧機結構

1.2.2 離心風送式施藥機

離心風送式施藥機采用離心風機送風，離心風機軸向進風，徑向出風，呈輻射狀噴霧，噴霧高度可調，針對不同果園、不同高度的果樹適應性較強。

南京農業大學邱威等設計的一種離心風送施藥機，采用圓環雙流道風機（見圖4），通過后擋風板改變氣流方向，實現軸向進風，徑向出風，噴嘴環繞在出風口周圍，噴灑時呈輻射狀，兩側散布，解決了噴霧機上方交叉枝葉的施藥難問題[23]。

西北農林科技大學徐莎針對軸流風機式施藥機難以滿足不同果樹噴霧高度的不足，基于噴霧高度可調的目的，設計了一種由一對轉向相反的離心風機和角度可調的導流風箱為核心的離心風送式施藥機，如圖5所示[24]。該施藥機具有一對轉向相反的離心風機和角度可調的導流風箱，可滿足不同高度果樹的噴霧要求

2 目前施藥機存在的問題

2.1 風力導流裝置較單一

目前，國內風送施藥機多采用環形導流板，同時噴頭按環形布置。山東農業大學曹龍龍對環形導流風送施藥機的噴霧效果進行了分析，試驗表明環形導流風送施藥機在施藥過程中存在施藥均勻性差等問題[25]。

2.2 智能化程度較低

傳統施藥機采用定量的藥液噴施量和恒定的出口風速，并不能隨著果樹樹冠的變化而改變噴施量，智能化程度較低，無法完成精準施藥功能，導致施藥效率低下，污染浪費嚴重。

圖4 圓環雙流道風機系統結

圖5 離心風機導流風箱工作示意圖

2.3 與新型果園栽植模式不匹配

目前，國內果園推廣高紡錘形種植模式，高紡錘形種植模式下的果園大株距、小行距，樹體冠幅較小，適合果園機械化施藥作業。但是，傳統施藥機械主要應用于低矮密植果園的施藥作業，目前缺少與新型種植模式匹配的施藥機械。

3 結語

為適應目前大行距、小株距，果樹的株、行距及樹形大小日趨規范統一的現代化果園種植模式，應考慮將農機與農藝相結合，設計一款由小功率拖拉機牽引的風送施藥機，并具備以下特點。

一是采取一種多噴霧炮式的噴霧模式，多個軸流風機分上、中、下三組，兩側對稱分布，每個軸流風機出風口處環形均布有噴嘴，噴嘴噴灑農藥時，多個風機同時旋轉形成藥霧輸送氣流，氣流增加了樹葉間的擾動，使葉片的正、反面都能著藥，提高了霧滴的穿透能力和藥液的覆蓋率，降低農藥流失飄失現象，提高施藥均勻性和農藥利用率。

二是每個軸流風機設置一個步進電動機，可根據需要調節軸流風機出風口的仰（俯）角度，改變施藥機施藥高度方面的范圍，滿足不同高度果樹的施藥作業任務。三是風送系統中的風機支架底部安裝有噴幅調整絲杠螺母平臺，可調節安裝在風機支架上的兩側風機之間的距離，從而滿足果園不同行間距的施藥作業任務。