果園施藥機械藥液混合方式研究

河北農業大學 孫沐鈺 王沂蒙 秦川

緒言

在果園果樹種植生長過程中，為保證果園生產實現穩產、高產，果農正確使用農藥做好病、蟲、草害等防治工作尤為重要。在噴灑農藥之前需要將藥、水按比例混合，稀釋藥液。目前，我國大部分地區采用人工的方式來配置農藥，這將存在一些不可避免的問題：人與農藥直接接觸容易中毒；果農對農藥容量把控不夠準確會造成浪費和污染；人工操作產生的誤差使農藥的噴灑不能達到預期效果等。因此，為了改善上述問題，新型藥液混合機械方式的研究是一個非常重要的研究方向。

1 施藥機械藥液混合方式類別

目前常見的機械藥液混合方式主要有射流混藥方式、靜態混藥方式、管道混藥方式、正壓式混藥方式等，這幾種混藥方式采用的技術不同，工作特性也有所不同[1]。

1.1 射流混藥方式

射流混藥主要是指在農藥自動混合藥液裝置上采用射流混合器的應用方式。射流混藥裝置如圖1所示，主要由進水口1、收縮管2、混合管3等部分組成。射流混藥裝置是通過利用噴霧機管道系統內部水力實現農藥與水在線混合的混藥裝置[2]。射流混藥裝置在緊靠進水口1的一個非常短的過渡區域內有一個射流自噴嘴噴出口，在進藥口4入口處吸入周圍的低壓液體（此處能量來源于動能交換），而高壓水通過進水口1射出，高壓水的射出速度是極高的，這會造成剪切層進從而形成漩渦，高速噴射的水的射出會在漩渦的作用下帶起周圍流體流動，此時高速噴射的水會將自身的動量瞬間轉移給裝置中的其他液體從而使得整個裝置中的液體流動，此時產生的巨大的速度落差會引起裝置中不同液體的劇烈混合現象[3]。射流混藥裝置具有混合效率高、投資成本低、消耗功率低等優點。基于以上優點，射流混藥方式在農藥混合領域被大量應用。

圖1射流混藥裝置

1.2 靜態混藥方式

靜態混合裝置的內部沒有轉動構件，主要運用的是其結構設計的特殊性、合理性以及內部單元和流體流動實現各種流體的混合，即通過設置靜態混合裝置內部的固定構件使得不同的流體得到充分均勻的混合。靜態混合裝置的工作原理是在管線中讓流體流動沖擊各種類型的板元件以此來實現流體層流運動形成湍流或增加其運動的速度梯度，在流體流動狀態為層流時，靜態混合裝置重復對流體進行“分割——位置移動——重新混合”的操作。在流體的流動狀態為湍流時，除了上述情況以外，流體還會在斷面方向產生劇烈的渦流，此時會產生巨大的剪切力作用在流體上，使流體進一步的分割，終而達到混合的作用。圖2所示為sk型靜態混合裝置圖，它由裝置連接法蘭1、管殼2以及若干左右旋單元片組成。在靜態混合裝置中，其內部的螺旋單元片是固定的。相鄰兩節中的螺旋單元片相錯90°，并且它們的旋轉方向相反。當流體流經裝置入口時被分為兩股，這兩股流體沿旋轉單元片的旋轉方向旋轉流動180°后，再次被分為兩股，之后以反方向旋轉后流出第一個混合單元，在流體流過×個混合單元時，流體已經經歷了2×次分割與旋轉混合，通過這種方式，流體產生流向變化，出現紊流現象，從而達到提高混合效率的目的。與傳統的混藥方式相比較，靜態混藥方式使得流體的混合程度得到了很大程度的提高[2]。

圖2 sk型靜態混合器裝置

1.3 管道混藥方式

管道混藥方式運用的是管道混合器，管道混合器是一種沒有任何的機械運動部件的混合器，通過一種或多種混合元件的作用，使得流體在管道內部流動時達到均勻混合目的的混合裝置。目前，我國采用的管道混合裝置有孔板式、靜態擋板式、三通式混合器等。管道混藥裝置由管道分別和噴嘴、多孔板、渦流室等能夠促進混合的元件組成。混合的方式主要有噴嘴式、多孔式、渦流式等。管道混合裝置可用于互溶液體的均勻混合過程之中，也可用于氣體——液體、液體——液體、固體——液體等非均相體系的混合、溶解、傳質和分散之中。常見的渦流式混合裝置如圖3所示，在渦流室中，兩種流體分別從上、下兩個流體入口進入渦流室當中，一種流體從圖示的右上方入口處切向流入渦流室中，邊旋轉邊向下流動，形成渦流流動，與此同時，另一種流體自左下方的入口切向流入渦流室中，邊旋轉邊向上流動，兩種流體在渦流室2中完成混合后從渦流室的出口3沿其切線方向流出以便后續使用。管道混藥裝置不用借用外部能源，但是它自己會產生降壓。管道混藥裝置具有節省空間、功耗低、投資成本低、易于控制等特點[3]。

圖3渦流室式混合裝置

1.4 正壓式混藥方式[4]

正壓式混藥方式是結合人工手動噴霧器的特征性能以及射流混藥方式的原理基礎上發展而來的，南京農機化研究所的吳萍等人對此進行了實驗研究。吳萍[4]等人設計的正壓式混藥裝置如圖4所示。該裝置由吸入室1、廠突縮管3、混合管5、擠壓室6等幾部分組成。在吸入室1的下端位置開有連通擠壓室6的分流孔2，擠壓室內部設有藥液的擠壓裝置。作業時，當水流進入吸入室后，其中一部分經過廠突縮管流入混合室內，因為水流的通徑突然變小，導致水流速度迅速增大，使得壓力下降；另一部分經過分流孔被引入擠壓室，對藥液的擠壓裝置進行施壓。藥液擠壓裝置內的藥液因為混合管與擠壓室之間的壓力差在經過吸孔時被擠壓進入混合裝置當中，兩種液體在混合器當中被均勻混合。采用正壓式的混合藥液的方式能夠使得藥液在被吸入的過程中保持穩定，藥液混合的過程也能夠保持良好的均勻性。

圖4南京農機化研究所手動藥械混藥實驗裝置

2 機械藥液混合方式特點

果園施藥機械藥液混合的方式主要是通過傳感器以及控制系統的配合對整個藥液混合過程進行控制，我們所追求的藥液混合方式是使得進入混藥區域的水量和藥量可以得到精準的控制，而后經過有效的攪拌混合使藥液混合均勻后順利地進入機械作業的藥箱中，為的是達到農藥混合配比均勻、精確，提高農藥在果園的利用率，從而增強后面機械噴霧作業的效果。因此，果園機械藥液混合方式應均具有以下幾個特點。

（1）機械自動混藥，且過程穩定

混藥方式要實現自動化過程，不需要人為的干預操作，并且藥液在混合后可保持良好的穩定狀態，各組分之間的狀態保持穩定，混合后的農藥效果應比傳統的要好。

（2）藥液得到充分混合且配比精確

果園機械藥液混合裝置能夠自動并且準確的控制好水與藥的配合比例，提高被混合的藥液的濃度的精準性，同時藥液混合的均勻性也能夠得到提高。

（3）安全性好，利用率高。

藥液混合裝置能夠實現藥、水分離，有效避免了人與農藥的直接接觸，提高了整個混合藥液過程的安全性，同時能夠有效地控制系統中剩余的藥液，從而減少浪費，提高藥液的利用率。

3 存在問題

果園若采用藥液機械混合方式的確比手工混藥方式優點多，但是不免也存在一些問題。目前，國內外對機械藥液混合的研究主要在上文所提到的靜態混藥以及射流混藥方式上，而且射流混藥方式還存在一些沒有解決的問題，如壓強比低、藥液混合過程不穩定等問題。靜態混藥方式也同樣存在許多未能解決的問題。到目前，每種理論都還存在著一定的局限性，并且它們相互之間還有矛盾的現象產生。

4 結語

藥液混合方式的研究與發展使得藥液混合方式從手工操作混合藥液發展到了如今的在線操作混合藥液，這是高效混藥和精準配比混藥的一項重大突破。目前，在我國，機械藥液混合方式在不斷的被推廣過程中，可以確信的是，這將有非常廣闊的發展前景。