有關噴霧機混藥裝置的研究進展 摘要：傳統(tǒng)的農藥混藥方式都是預混式混藥,即由操作人員將農藥和水進行人工混合。這種混藥方式存在很多弊端。綜述了國內外幾種混藥裝置的研究進展,提出了實際應用中存在的問題,并進行了展望。關鍵詞：植保機械;混藥裝置;在線混合技術;直接注入系統(tǒng) 噴霧機的混藥裝置是指完成農藥與水混合的裝置。在農藥的使用過程中,傳統(tǒng)的噴霧混藥方式是預混式混藥。即由操作人員將農藥與水按一定的比例一起裝入大藥箱中,人工攪拌使農藥與水均勻混合1。這種混藥方式存在著很多缺點:譬如,在攪拌混合的過程中,操作人員不得不與農藥密切接觸,可能會對操作人員的身體健康造成危害;在進行濃度配制時,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;農藥直接與噴霧機的機械部件長時間接觸并摩擦,造成機械污染及腐蝕;而且噴霧結束后,大量已混合好卻未用完的藥液也會造成極大的浪費和環(huán)境污染2。因此,為了避免這種混藥方式給施藥人員、噴霧機械以及環(huán)境和非靶標生物帶來的危害,實現農藥藥水分離、在線混合和施藥機具的裝備自動化是植保機械與施藥技術研究的發(fā)展趨勢之一3。國內外的很多專家學者在農藥藥水在線混合裝置方面做出了開創(chuàng)性的研究。 農藥藥水在線混合技術是將藥箱和水箱分開,利用噴霧機管道系統(tǒng)內部的水流或者噴霧機管道系統(tǒng)外部的能源完成農藥與水的在線混合。這種混藥技術實現了農藥的標準化、專業(yè)化、精確化施用,以環(huán)境保護和操作者安全為核心,通過混藥器在線控制農藥的使用量,同時在施用過程中避免操作者與農藥接觸,因此可以減小農藥對操作者產生的危害,同時減少對環(huán)境以及周圍非靶標生物的污染。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期無慮。筆者綜述了國內外農藥藥水在線混合技術的研究進展,并展望了今后發(fā)展的趨勢。 1國外農藥混藥裝置的研究進展 1970年,Amsden首次提出了農藥在線混合技術,引起了世界各國科學家的廣泛關注4,經過近40年的研究,農藥在線混合技術已經有了顯著的發(fā)展與進步。目前,發(fā)達國家廣泛采用的是大型機動噴桿式噴霧機,重點研究的是采用外加能源式在線混藥。其中,農藥直接注入系統(tǒng)就是利用噴霧機管道系統(tǒng)外部的能源,完成農藥的精確計量以及藥、水在管道內的混合。這種混藥裝置在水流量保持恒定的情況下,利用噴霧機管道系統(tǒng)外部的能源,根據噴霧機的前進速度來調節(jié)農藥的注入量,通過噴霧機管道系統(tǒng)內混合液濃度的變化,達到單位面積上農藥的用量恒定5。按農藥注入量調節(jié)方式的不同,農藥直接注入系統(tǒng)又可分為壓縮空氣直接注入系統(tǒng)和變容積泵直接注入系統(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個液箱、2個變面積流量計和1個壓縮空氣灌組成。2個液箱分別是藥箱和水箱,2個變面積流量計分別是測量農藥與水的流量,壓縮空氣罐則是用來給2個液箱提供恒定的壓力。噴霧作業(yè)時,操作人員通過調節(jié)2個液箱內的空氣壓力來調節(jié)水和農藥的流量,當2個變面積流量計分別測出的流量符合指定的標準時即可。 1.2變容積泵直接注入系統(tǒng) 20世紀80年代中期,由美國開發(fā)的Mid-West Technology CC I-2000 型直接注入系統(tǒng)的混藥裝置就是變容積泵直接注入系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備獨立的藥箱和水箱,由與噴霧機前進速度成正比的變容積泵使定量的農藥進入主水管道,與來自水箱的水混合,再經噴霧泵輸入噴霧主管。由于水藥分置,與傳統(tǒng)的噴霧機相比,該系統(tǒng)具有操作簡便、節(jié)約用藥、保護環(huán)境等優(yōu)點6。 1.3其他噴霧混藥裝置 國外的很多專家學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等研制了試驗用噴霧機,該噴霧機能夠根據拖拉機的前進速度,通過計量泵按比例調節(jié)農藥注入水流的注入量7。Reichard和Ladd研制了試驗用在線混合噴霧機,這種噴霧機不管拖拉機的行進速度如何,只通過計量泵調節(jié)合適的農藥量使其與水流混合,水與農藥按一定比例混合后到達噴嘴,當拖拉機到達地頭時,由于速度降低,農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)的設計。該系統(tǒng)能夠精確測量噴霧機的前進速度,并增加了調節(jié)藥箱壓力的調壓閥,根據此信號,通過控制調節(jié)閥的開度,調節(jié)藥箱內的壓力,從而調節(jié)農藥注入噴霧機管道系統(tǒng)的注入量,達到農藥濃度與前進速度成比例變化。水流量恒定,農藥濃度隨前進速度同步變化,因而單位面積上農藥用量就能夠恒定9。1998年,Koo Y M將總流量控制和農藥直接注入技術相結合,開發(fā)了一套直接注入總流量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)隨噴霧機的前進速度同步調節(jié)水流量和農藥的注入量,因而農藥濃度保持不變;由于總流量與噴霧機前進速度成正比變化,因此不僅單位面積上農藥用量恒定,而且單位面積上的噴霧總量也恒定10。Steward等針對Raven SCS-700農藥注入系統(tǒng)研究了控制子系統(tǒng)的數學模型,并用模型進行控制響應預測,開展流量與閥有關參數的關系、控制器動態(tài)性能和穩(wěn)定性研究等11。Gillis等開展了為基于機器視覺的農藥噴霧機中的農藥在線注入系統(tǒng)研究12-13,Slaughter等開發(fā)了側向除草劑噴霧機上配置農藥直接注入系統(tǒng)14,該系統(tǒng)能夠實現精確對靶施藥。