在線混藥技術國內外研究現(xiàn)狀

喬天柱，楊亞飛，邵萬齊，蔣周良，林 彤

（江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學院，225300，江蘇泰州）

在線混藥技術的特點是藥和水分開儲存，混藥裝置根據(jù)實際所需農(nóng)藥噴灑量進行在線混藥，從而可以減少農(nóng)藥超量使用情況，達到節(jié)省農(nóng)藥、降低成本和減輕環(huán)境污染的目的，同時在線混藥技術也避免了人與藥物的直接接觸，減少了施藥人員農(nóng)藥中毒的可能[1-3]。因此，國內外諸多專家學者專注在線混藥技術領域，并設計研發(fā)了各具特點的在線混藥技術，本文就目前常見的在線混藥技術進行簡單介紹。

1 直接注入式在線混藥技術

20 世紀中后葉，歐美發(fā)達國家的植保作業(yè)開始采用帶在線混藥功能的大型噴桿噴霧機，這類噴桿噴霧機又可細分為自走式、牽引式和懸掛式等小類。這類噴霧機的混藥機構都采用直接注入方式（簡稱直注式），即通過外加動力使得農(nóng)藥和水注入混藥腔，在混藥腔（或較長管道）內完成藥液在線自動混合。至20 世紀末，直注式在線混藥裝置已從農(nóng)藥和水在管道內混合、水流量和農(nóng)藥注入量均不變、噴霧機掛載車輛必須保持勻速前進階段，發(fā)展到水量恒定、根據(jù)掛載車輛前進速度變化調節(jié)農(nóng)藥注入量階段，適用于復雜地況的變量噴霧。

圖1 為1994 年GHATE S R 等[4]設計成功的壓縮空氣直接注入式系統(tǒng)的示意圖，施藥作業(yè)時，施藥人員根據(jù)噴霧機的行駛速度，調節(jié)水箱和藥箱中的壓力，在壓縮空氣的作用下，水和農(nóng)藥分別從箱中流出，流量計測量其流量，滿足作業(yè)要求后停止調壓，進行穩(wěn)定的在線混藥和施藥作業(yè)。

圖1 壓縮空氣直接注入混藥系統(tǒng)

圖2 為2020 年汪福杰等[5]設計的直接注入式在線混藥系統(tǒng)的示意圖，該在線混藥系統(tǒng)作業(yè)時，施藥人員根據(jù)實際需要控制蠕動泵從藥箱中抽取農(nóng)藥注入混合器，與隔膜泵抽取進入混合器的水進行在線混合，經(jīng)隔膜泵加壓后進行施藥作業(yè)。

圖2 直接注入混藥系統(tǒng)示意圖

2 射流在線混藥技術

射流混藥技術可通過水流經(jīng)文丘里管在管的中部形成負壓從而產(chǎn)生吸力，吸取藥液，并在射流泵內完成水和藥的在線混合，由于這種在線混藥形式結構簡單，無需外加藥液注入裝置，比較適合我國低成本農(nóng)業(yè)植保作業(yè)需求[6-8]。

圖3 為2014 年邱白晶等[9]搭建的噴桿式射流在線混藥系統(tǒng)的示意圖，主要研究射流在線混藥裝置的射流嘴出口直徑與其面積的比對在線混藥性能的影響。

圖3 噴桿式射流在線混藥系統(tǒng)示意圖

圖4 為2018 年陳志剛等[10]搭建的基于PWM 變量控制的射流在線混藥系統(tǒng)示意圖，該射流在線混藥系統(tǒng)在作業(yè)時，柱塞泵將水箱中的水抽出并加壓送入射流混藥器，射流混藥器產(chǎn)生負壓并吸藥，藥液被吸入射流混藥器，與水在混藥室內進行在線混藥后進行噴霧作業(yè)。該射流在線混藥系統(tǒng)加入了基于單片機的藥液流量控制系統(tǒng)，通過輸出不同占空比的PWM 信號，改變設置在藥液管路上的電磁閥的開合程度，控制吸入藥液流量，從而實現(xiàn)了混藥比的控制。

圖4 基于PWM 變量控制的射流在線混藥系統(tǒng)示意圖

3 水量恒定閥控藥量在線混藥裝置

2011 年張文昭等[11]針對小型噴霧機設計了一種在線混藥裝置，其核心思路為通過主泵同時吸入水與藥，而在藥液注入管路（進入主泵之前的管路）加裝閥門（開度閥或PWM 控制的開閉二態(tài)閥門）調節(jié)藥液注入量，并自行設計壓差式微小流量檢測裝置，以實現(xiàn)精確控制藥液注入量，裝置結構如圖5 所示。

圖5 混藥裝置示意圖

4 閉環(huán)控制的在線混藥技術

閉環(huán)控制的在線混藥技術，在傳統(tǒng)的在線混藥技術的基礎上加上混合后藥液濃度的檢測裝置，通過反饋混合后藥液的濃度信號，不斷修正藥液流量，直到達到要求為止，形成一個閉環(huán)控制的在線混藥技術。

圖6 為2013 年賈衛(wèi)東等[12]設計的閉環(huán)控制的在線混藥系統(tǒng)的示意圖，通過藥液控制單元，混藥比檢測單元構建了基于混藥比反饋的在線混藥系統(tǒng)，并用百草枯農(nóng)藥進行實驗，結果表明能有效滿足自動混藥要求。

圖6 閉環(huán)控制的在線混藥系統(tǒng)示意圖

5 結語

當前常見的在線混藥技術主要有直接注入式混藥、射流在線混藥等。在線混藥技術將藥和水分開儲存，施藥作業(yè)時根據(jù)實際需要對水和藥進行流量控制并在線混合，相較于傳統(tǒng)的預混藥技術，減少了農(nóng)藥的浪費，保護了環(huán)境，同時避免了人與藥液的接觸，減少中毒的可能。在線混藥技術未來必將成為主流混藥技術。