1、雾化性能试验台的应用试验研究文献综述姓名：黄凉 学号：0703011081 研究的目的及意义由于施药器械及施药技术的落后, 农药的有效利用率仅为 20% 40% , 大部分农药流失到土壤和环境中, 严重污染了生态环境。植物保护机械、农药和防治技术被誉为化学防治的散大支柱, 治理环境污染也必须从这三方面着手。近年来,农药技术的发展取得了可喜的成就, 而施药器械及施药技术的研究却相对落后了许多, 所以探索新的施药方法及设备已经越来越成为一项紧迫的任务。喷头是施药设备中的关键部件, 研究喷头的综合性能对探索新的施药方法及设备有着重要意义，但是由于缺乏高效多能的检测设备，对喷头、液泵产品的性能测试还不
2、完全、不规范、不标准，因而产品质量不稳定，总体性能不佳，存在着雾化质量不好、滴漏现象严重等问题。工欲善其事, 必先利其器! 要对喷头综合性能进行研究综合性能测试设备的雾化装置是必不可少的工具。而雾化装置综合性能测试系统是对喷头综合特性参数进行测定的手段，又是科研生产及质量监督检测的关键设备，其测试精度水平的高低直接影响喷头的设计、生产质量和使用效果。由于外界环境比较复杂，很多测试仪器不允许在实际作业中使用，因而对产品雾化装置进行性能试验，主要依赖于室内喷雾实验系统。本文通过分析国内外的室内喷雾实验台，提出了开展雾化装置综合性能试验系统的研究将对深入研究绿色植保机械具有重要的意义。2国内外雾化性
3、能试验台研究概况雾化装置测试系统的研究主要围绕雾化系统的性能测试进行的，其技术指标主要有流量、喷雾分布均匀性、喷雾角、雾滴直径等等。在国外喷头性能测试起步很早,现在各大植保公司均有自己的喷头性能测试试验台,可方便快速地对原有产品和新设计的喷头进行性能检测,如美国的喷雾系统公司、丹麦 HARDI 公司和法国的 Tecnoma 公司等都配有高性能的喷头精密检测设备。国内常用的试验台多为科研和教学单位自制,且数量不多。20 世纪 80 年代中期,农业部南京农机化研究所曾开发了一套植保机械喷头性能综合试验设备,目前该设备已经淘汰。1996 年,石子河大学的坎杂等人研制的 PZS-4 型喷雾机械综合试验
4、台,能对大田作业常用的喷雾机喷头、液泵多项性能指标进行综合测定。1999 年,隋贵杰和侯玉珠等人对喷药机喷头试验台进行了改制。该试验台既能对新式和老式防后滴喷体的防后滴性能进行测试,又能对各喷头的流量进行检测。2005 年,杨学军等人对植保机械用液泵性能测试系统进行了研究,应用微机测试技术自动同步测量,实时显示和输出泵的特性曲线和试验报告。2006 年,薛新宇和柳平曾等人研制出了喷头综合性能测试试验台。该试验台可用于测量喷头的压力、流量、喷雾角及雾量分布特性等主要性能参数。2006 年,张红霞和蔡晓华等人设计出了一台高测试效率和高测试精度的试验台,该试验台可对喷雾机主要工作部件喷头和液泵多项性
5、能指标进行综合测定。2006 年,柳平增和丁为民等人对植保喷头综合性能测试专用数控系统进行了设计,指出该试验台具有良好的推广应用价值。2008 年,柳平增、周立新和傅锡敏等人设计了一套精准施药动态仿真测控系统,该系统实现了各采集信息的精确同步测定,实现了仿真系统的自动控制,提高了信息采集的灵活性。3 研究内容喷头的主要技术指标有流量、喷雾分布均匀性、喷雾角、雾滴直径等等，如果是多喷头系统还需测试多喷头的喷量一致性、多喷头横向喷雾分布均匀性等指标。研究雾化装置性能的目的是为了提高喷头的喷雾质量，减少农药的漂移，增加农药的覆盖率，以提高农药有效利用率。现有的喷雾试验台可以完成的测量参数和测试方法如
6、下：3.1 喷头流量检测喷头流量是喷头性能的一个非常重要的指标。喷头出厂时必须进行流量检测，经检验合格后方可出厂。喷头用过一段时间，喷孔磨损，喷头存在流量偏差，一般当喷头流量超过标准流量的 10%，应该更换新的喷头。单个喷头的流量测试常采用如下三种方法：体积法：测试时使用量杯位于喷头下面接取液体，该方法简单、经济、准确，但需要人工参与（如图 1） ，本试验台就采用的这种方法。在喷头上安装流量传感器，与计算机相连，此方法测试精度高、测试速度快。在喷头上安装流量计，可直观地显示喷头的流量。图 1.体积法测量单个喷头的流量3.2 雾滴分布均匀性测量雾滴分布均匀性测试也叫雾流形状测试，是指雾滴在目标上
7、分布的均匀程度，通常通过观察喷头的雾流分布状况，进而分析喷头的喷雾效果，为施药均匀性打下基础，一般用分布变异系数的大小表示。分布均匀性不高的原因很多，主要包括喷头类型选择不当、喷头质量不合格，喷头高度布置以及多喷头喷雾时喷头之间的间隔不合适，造成漏喷或不均匀重叠等。国外有许多测量雾滴分布均匀性的方法, 其中主要包括如何收集试验数据和评价分布均匀性。为了确定喷雾分布的均匀性, Smith 指出最均匀的喷雾分布应由两个指标来说明, 即沉积变异系数为 0、最大与最小沉积比率为 1。Carlton.et.al 指出喷雾沉积均匀性因为一些内在的主观性总是很难定义和描述, 即使是在一个非常简单的表面上的沉
8、积也是如此。他提出描述沉积均匀性的概念, 是在一个确定大小的平面上连续地、以一定厚度的喷雾物质均匀覆盖, 把这种分布的均匀度定义为 100% , 其它情况则与之比较确定其均匀度。图 2 是中国农业大学祁力钧，傅泽田等人基于此概念关于不同条件下喷雾分布试验研究在不同喷嘴分布变异系数随喷嘴高度的变化。图2 不同喷嘴分布变异系数随喷嘴高度的变化(喷雾压力 207kPa, 喷头垂直)南京农机化研究所设计的喷雾试验台采用了称重的办法来测量雾滴的分布均匀性，测量时使用技术比较成熟的小量程称重传感器，可对测量起点清零并及时消除残留液造成的误差。实验结果表明，采用称重传感器可提高分流量测定精度，进而提高主要测
9、试参数雾量分布及喷雾角的测试精度。张红霞等人设计的室内喷雾试验台采用了超声波传感器技术用于测量雾滴分布的均匀性，测量时，在控制台上按下喷雾测试按钮，喷雾测试系统开始喷雾，待雾流稳定后，启动定时器开始计时，同时，开启试管架翻转机构减速电机驱动齿轮将试管架翻转至接水位置。时间到，再由电机驱动齿轮迅速将试管架翻转至垂直位置（测量位置），启动超声波测量系统，超声波液位传感器开始逐个试管进行扫描、纪录。记录结果传给计算机，由系统软件计算横向雾流分布变异系数，绘制雾流曲线图。3.3 喷雾角的测量通常情况下，对喷雾角的描述有两种：出口喷雾角和条件喷雾角。出口喷雾角又称为切向喷雾角，是指在喷头的药液出口处沿着
10、雾化边界做两根切线，把两根切线的夹角称为出口喷雾角。条件喷雾角就是在距喷头一定距离处做一条与喷头轴线垂直的直线，该直线与雾化边界有上下两个交点，这两个交点和喷头中心的连线称为条件喷雾角。测量喷雾角主要为了观察雾滴的分布范围，喷雾角越小则喷雾分布越集中；反之，喷雾分布越分散，因此不同幅宽的带状作业，往往要求喷雾角不同。喷头磨损后喷雾角会发生变化，喷雾角的变化会影响雾化颗粒的直径和有效覆盖面积。喷雾角偏离标准角度过大或过小，都会引起分布不均、过度重叠或漏喷。喷雾角测试为多个喷头的搭接、单位面积上施药均匀打下了基础。喷雾角的测量方法有间接测量法和直接测量法两种。间接测量法是将喷头安装在支架上，喷头向
11、下，在额定的工作压力下喷雾，用摄影法拍下喷雾角的正投影，然后在照片上确定喷雾直线部分，在直线部分测量其角度。直接测量方法是在喷雾器喷头正前方的水平面上铺一张毫米格纸(喷头高出纸面 510mm)，喷射方向与地面平行，当正常喷雾时，连续喷射两次，再测量其喷雾角。还可以采用图像分析法测量喷雾角，通过 CCD 设备采集喷雾的图像，将图像信号传送至计算机，找出图像边缘曲线中有明显界限的直线部分，经过对静态图像的计算分析，推导出计算喷雾角的计算公式。江苏大学闻建龙等人首次利用 PIV 对荷电喷雾流场进行了研究，并得到了荷电与非荷电情况下喷雾流场矢量图。上海交通大学金春玉等人采用 PIV 分析讨论了在不同喷
12、射压力工况下空心圆锥雾化喷嘴的喷雾特性。丁为民, 柳平增等人利用 MA TLAB 强大的图像处理功能, 对拍摄的喷雾图像进行了去噪及二值化等初步处理, 提取其边缘图像, 对不规则的喷雾图像边缘进行了最小二乘拟合, 得到了最近似于该边缘的 2 条相交直线, 二者夹角即为所要求的雾化角，图 3 为基于 MA TLAB 的雾化角图像确定方法。不同喷头的雾形以及不同压力下的喷雾雾形差异很大，为了弥补因喷雾动态变化以及图像噪声所引起的误差，还要结合动态拍摄的多幅图像进行综合分析，取多次分析计算结果的平均值，以提高喷雾角的测量精度。图3 根据射流直线部分确定的雾化角1.喷头; 2. 射流边界明显的直线部分
13、3.4 雾滴粒径大小的测量雾滴直径是决定喷雾机具性能的重要指标。雾滴直径越大，附着性越好，但分布不均匀，大多数的雾滴落到土壤中，喷雾效果不好；雾滴直径越小，可得到很好的沉降和覆盖率，防治效果好。目前较普遍应用的雾滴尺寸测量原理归纳起来有三类。机械方法：如将雾滴冷冻或冷却成固体颗粒进行测量，以及利用不同尺寸雾滴的运动惯性和速度差异特性来区分雾滴尺寸范围等。电气方法：如充电线法(Chargedwire)和热线法(Hotwire) 。光学方法：如利用雾滴的一些物理特性(光强、相差、荧光和极化等)进行测量和高速摄影、激光全息摄影、激光图像化和扫描技术等。一般来说，小于 20m 的雾滴直径，很难产生有效
14、的沉积。为了提高雾滴的沉积，Himel 和 Uk 提出了生物最佳粒径理论。该理论认为，不同生物靶标捕获的雾滴粒径范围不同，只有在最佳粒径范围内，靶标捕获的雾滴数量最多。因此对于不同的农作物，应选择合适的雾滴直径，可以减少飘移，减轻环境污染，提高对靶标的沉积量。Womac 等人通过对参照喷嘴装置的测量试验，利用激光衍射仪器研究了几种品牌的参照喷嘴装置的喷雾雾滴尺寸，为喷嘴分类提供了理论依据。Richard Ammons 等人在优化农药施用一文中探究了一种优化杀虫剂方案，该项研究对优化机械参数（如喷嘴型式）具有指导作用。Murphy 等人的研究结果为喷杆组形状的评估及不同的喷嘴条件组合设计提供了一
15、条有效的途径。2000 年，郑加强研究了计算机辅助激光成像测量雾滴尺寸的方法，建立计算机辅助激光成像雾滴尺寸测量系统，结果表明计算机辅助激光成像雾滴尺寸测量是一项行之有效的雾滴尺寸测量技术。同年，郑加强对油盘法采集雾滴、计算机视觉测量雾滴尺寸方法进行了探索，建立了一种基于计算机视觉的雾滴尺寸测量方法。该方法非常接近于用 PMS 的激光图像化方法测量得到的结果，同时该系统测量获得的体积中径与喷雾系统公司提供的雾滴尺寸非常接近。2005 年，薛峰等人用油盘法结合图像处理方法，较准确测得雾滴的数量中径和体积中径，同时还比较准确地测得了与雾滴有关的其他关键参数，如雾滴计数、覆盖密度、覆盖率等的测量，并
16、且用面积法和直径法两种方法实现了雾滴谱的绘制，构建了基于 PC 的雾滴图像采集系统。4 特色与创新1. 实现了对雾滴粒径的测量2. 实现了对喷雾角和雾滴速度的测量3. 实现了喷头的检测，方便了喷头的选用5 结论雾化装置综合性能系统是对喷头各种参数以及液泵的综合性能进行测试的关键设备。室内雾化装置综合性能试验系统在前人研究的基础上应该采用先进的仪器设备和先进的检测手段对雾滴直径、喷雾角、雾滴分布均匀性等参数进行测量，使测试更加简单、快速、准确。该系统既可用于生产单位保证装机产品的质量，又可用于科研、教学单位进行新型机具的检测分析和新产品的开发。为适应新型喷雾技术的发展，在积极推广激光法、图像处理
17、法等高科技测量技术的同时，将计算机引入其中，快速、准确地完成测量和计算，将成为喷头及液泵综合性能测量的发展趋势。参考文献：1 茹煜，郑加强，周宏平航空静电喷雾技术研究综述J云南农业大学学报，2006，21(5)：25302 吴小伟，周宏平，茹煜.雾化装置测试试验系统研究现状J.农机化研究，2010，（8）：208-213.3 杜江,王雅鹏.我国农业机械化发展影响因素分析J.农业经济,2005.34 宋吉林，祁力钧等. 喷雾机雾滴大小和飞行时间的研究.农业机械学报 2007.45 祁力钧.优化液体农药喷施技术的研究D. 中国农业大学 , 20006 隋贵杰，侯玉珠，赵庆敏喷药机喷头流量试验台的改
18、制J现代化农业，1999，（12）：31327 杨学军，严荷荣，周海燕植保机械用液泵性能测试系统的研究J农机化研究，2005，(1)：1611658 薛新宇，柳平曾，龚艳等喷头综合性能测试实验台的研制及应用J中国农机化，2006，(2)：94979 张红霞，张 伟，胡 军等. 喷雾机械综合试验台的设计J. 农机化研究，2006，（7）：939510 柳平增，丁为民等植保喷头综合性能测试专用数控系统的设计J计算机测量与控制，2006，14（12）：1602160411 薛新宇，柳平曾，龚艳等喷头综合性能测试实验台的研制及应用J中国农机化，2006，(2)：949712 张红霞，张 伟，胡 军等.
19、 喷雾机械综合试验台的设计J. 农机化研究，2006，(7)：939513 柳平增，丁为民等植保喷头综合性能测试专用数控系统的设计J计算机测量与控制，2006，14(12)：1602160414 Pimentel D and L Levitan. Amounts applied and amounts reaching pestsJ.Bioscience, 1986, 36 (2) : 899115 Estey, Rplph H. Canadian Use of Aircraft forPlant ProtectionJ. Phytoprotection,2004,85(1):7-12. 16
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