風幕式噴霧機研究現狀及發展趨勢*

劉子源，李榮龍，黃宏宇，劉國雄，袁計超，尤 佳

（新疆農業大學機電工程學院，新疆 烏魯木齊 830052）

0 引言

噴霧作業過程中，霧滴飄移是農藥流失和農藥有效利用率低的重要原因之一[1]。采用風幕式氣流輔助噴霧技術可以增強霧滴穿透能力，減少霧滴飄移，改善靶標藥液分布，提高霧滴在作物上的沉積率[2]。風幕式施藥技術是利用風機經風囊出口吹出高速氣流，形成風幕，迫使霧滴沉積到作物冠層，降低了霧滴的損耗；使高速氣流直接作用于噴頭，提高了霧滴的速度，從而大大增強了霧滴在作物冠層的穿透性。風幕的風力會使霧滴二次霧化，從而進一步提高霧化效果，改善霧滴在作物葉片表面的沉積量和分布[3]。風幕式施藥技術主要應用于果園和大田作物，果園風幕式噴霧機有單風筒式和多風筒式，大田作物主要使用風幕式噴桿噴霧機。

近年來，我國植保機械發展較快，植保機械化作業面積不斷擴大，高效施藥機械及技術得到推廣應用。但總體來說，我國植保機械性能和施藥技術仍需進一步提高，目前仍沿用傳統粗霧滴、大霧流施藥方式，無法滿足現代農業生產和環境保護的要求[4]。針對目前噴桿噴霧機噴霧量大，霧滴飄移擴散易造成污染、農藥浪費等問題，課題組分析了國內外風幕式噴霧技術研究現狀，對風幕式噴霧機原理等方面進行了闡述，并結合風幕式噴桿噴霧機存在的問題，對其未來發展提出建議。

1 國外風幕式技術的發展現狀

在20世紀80年代，國外發達國家開始將風幕輔助氣流技術應用于植保機械行業。丹麥HARDI公司研制了多系列風幕式噴桿噴霧機，如圖1所示。

圖1 HARDI公司研發的風幕式噴桿噴霧機Fig.1 HARDI air-ssisted boom sprayer

噴霧機的氣流噴射角度和噴頭安裝角度可調[4]，相較于傳統噴桿噴霧機可減少60%的農藥飄移量，節省50%的用水量，很大程度地提高農藥利用率。Quanquin和Young對風幕式防飄移技術進行了研究，其結果表明風幕式噴桿技術對減少飄浮霧滴是明顯有效的。Panneton等[5]研究了風幕式噴霧技術對西蘭花葉表面沉積率的影響，其結果表明風幕風速對霧滴在葉片上的沉積率影響最為明顯，當風幕風速為20 m/s時，對植株中上部葉片的沉降效果最好。Manor等[6]對風幕式噴霧機在棉田中的作業情況進行了研究，試驗結果顯示，帶有氣流筒的噴霧機比僅有液力式噴嘴的噴霧機在霧滴沉積率和穿透效果上更好。

2 國內風幕式技術現狀

我國對于風幕式輔助氣流施藥技術在植保行業的應用研究起步較晚。中國農業機械化科學研究院研究制造出3W系列風幕式噴桿噴霧機[4]，如圖2所示，該機在新疆棉田進行了施藥作業，試驗及實際噴施效果均較為理想。劉雪美等研制了3MQ-600型導流式氣流輔助噴桿噴霧機，并通過試驗驗證了其具有抵抗飄移和減少霧滴沉積的性能[7]。張鐵等建立了超高地隙噴桿噴霧機風幕式氣流輔助施藥技術霧滴沉積飄移分布模型，并對飄移率與各影響因素之間的關系進行了仿真研究[8]。毛廣陽研究了斜置式風幕噴桿噴霧系統，該系統重點考慮了氣流噴射角和噴頭安裝角對噴霧流場的影響[9]。燕明德等運用Fluent軟件對所建立的風幕式噴桿噴霧機數值模型的氣波兩相流場進行了數值模擬，研究了不同作業參數對噴霧流場的影響[10]。魏新華等設計了一款分行冠內冠上組合風送式噴桿噴霧機，對棉花進行植保作業，通過田間性能試驗驗證了其施藥效果[11]。

圖2 中國農業機械化科學研究院研制的3WZG-3000氣流輔助噴桿噴霧機Fig.2 CAAMS 3WZG-3000 air-assist boom sprayer

3 風幕式噴桿噴霧機存在的問題及趨勢展望

3.1 存在的問題

1）國外對風幕式噴桿噴霧施藥技術研究較早，但其結構復雜龐大，引進費用高昂，并且與我國玉米或棉花等作物模式不配套。

2）風幕式噴桿噴霧機相較于傳統噴桿噴霧機，沉積均勻性、藥液利用率及霧滴穿透性能均有較大的提高。但是與國外風幕式噴桿噴霧機施藥性能相比，我國風幕式噴桿噴霧機風幕氣囊出風口氣流速度均勻性和霧滴沉積均勻性還有待進一步提升。

3）目前，國內科研機構及企業對于風幕式噴桿噴霧機的研究還處于設計及試驗階段，并未很好地推廣。采用風幕式氣流輔助式噴桿噴霧機時，對于不同作物匹配的參數不同，如風速、噴頭距靶標作物距離、氣流速度等，調整優化參數較為困難。

3.2 發展的趨勢

風幕式噴桿噴霧機是一種大型的植保機械，后續進一步的研究主要從兩方面考慮。一方面，對風送系統中輕型大風量風機進行優化設計，優化氣流輔助輸送系統的風速和風量，提高出風口氣流速度均勻性，確保在行進過程中穩定作業。另一方面，通過實地試驗研究確定氣流輸送系統的最佳結構參數，比如，氣流出口的方向偏角、風口的位置與噴頭噴口的位置搭配、風機風速的大小和藥液泵的功率。通過分析研究得出輔助風量對霧滴飄移的實際影響規律，確定噴霧速度和空氣壓力對霧滴沉積改善調節的最佳搭配。

4 結語

國外的風幕式噴桿噴霧機技術成熟，但是其價格是國內價格的數倍，國內地形地貌復雜且作物種植模式不同，許多機型不能滿足國內噴霧作業要求。目前，國內團隊關于噴桿噴霧機的研究相對成熟，但對于風幕式噴桿噴霧機的研究仍處于試驗階段，還沒有適合我國農業生產模式、能大面積推廣的風幕式噴桿噴霧機。

由于我國北方的耕作活動常在有風的環境中進行，單純的噴桿噴霧機并不能很好地完成施藥作業。而風幕式噴桿噴霧機對噴霧環境要求低，時效性好，可以有效地減少農藥使用量，降低生產成本，提高防治效果，一定程度上突破了制約低量噴霧技術推廣應用的瓶頸。因此，應該適當地將重心轉移到風幕式噴桿噴霧機的研究開發中。在綜合國外風幕式噴桿噴霧機和國內噴桿噴霧機優點的基礎上，研制出適合我國作物的風幕式噴桿噴霧機是十分必要的，這對推動我國農業機械化發展具有重要意義。