棉花分行冠內(nèi)冠上組合風(fēng)送式噴桿噴霧機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)_魏新華_圖

1、 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào) 速，得到實(shí)際氣流場(chǎng)風(fēng)速，每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量 3 次 取均值。 3.2 風(fēng)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果及分析 氣流場(chǎng)風(fēng)速的測(cè)量結(jié)果如圖 12 所示。 4 霧量沉積分布試驗(yàn) 4.1 試驗(yàn)方法 為檢驗(yàn)噴霧機(jī)的霧量沉積分布情況，采 用高度約 0.8m 的仿真棉花和水敏紙?jiān)谑彝膺M(jìn) 行霧量沉積分布場(chǎng)地試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，仿真 棉花機(jī)械特性與真實(shí)棉花基本相同。6 株仿真 棉花按株距 0.2m、行距 0.76m 排成兩行，在每 行中間的那株棉花上分別選擇測(cè)點(diǎn)并布置水敏 紙，如圖 13 所示。在離地 70cm 、 55cm 和 40cm 左右的上部、中部和下部冠層內(nèi)設(shè)置 3 層共 9 個(gè)測(cè)點(diǎn)：棉株上部冠層前邊和

2、后邊的冠 層外部（遠(yuǎn)離棉株主干）葉片各 1 個(gè)、棉株中 部冠層前邊和后邊的冠層內(nèi)部（靠近主干）葉 片各 1 個(gè)、棉株中部冠層內(nèi)側(cè)（兩行之間）的 冠層內(nèi)部和外部葉片各 1 個(gè)、棉株下部冠層前 邊的冠層內(nèi)部葉片 1 個(gè)，棉株下部冠層左右兩 側(cè)與作業(yè)前進(jìn)方向呈 120角的冠層外部葉片 各 1 個(gè)。在每個(gè)測(cè)點(diǎn)上，用曲別針將兩片水敏 紙分別固定在測(cè)試葉片的正反兩面。 將噴霧機(jī)上排導(dǎo)風(fēng)筒出風(fēng)口高度調(diào)至距棉 花冠層頂部 0.18m，使噴霧機(jī)以 4.8km/h 的作 業(yè)速度（此時(shí)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 1450r/min ）進(jìn)行施 藥。施藥后，等水敏紙晾干，取下水敏紙并對(duì) 其標(biāo)號(hào)放入塑封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行圖像處理 并計(jì)算

3、霧滴覆蓋率17-19。 圖 12 風(fēng)速測(cè)試結(jié)果 Fig.12 Result of wind speed test (a 距出風(fēng)口 0.5m 處橫向垂面上的風(fēng)速分布 (b 上排出風(fēng)口縱向垂直中心面上的風(fēng)速分布 由圖 12a 可知，在距離出風(fēng)口 0.5m 處的 橫向垂面上，對(duì)應(yīng)于棉花行間空隙處（橫坐標(biāo) 為 0cm 和 76cm 附近）的氣流場(chǎng)風(fēng)速較??；而 對(duì)應(yīng)于棉花行冠層區(qū)域（橫坐標(biāo) 1462cm 范 圍）的氣流場(chǎng)風(fēng)速較大且比較均勻，中下部冠 層對(duì)應(yīng)區(qū)域（0.6m 和 0.4m 離地高度處）的風(fēng) 速均在 3m/s 以上，上部冠層對(duì)應(yīng)區(qū)域（0.8m 離地高度處）的中心區(qū)域風(fēng)速達(dá)到了 6m/s 以 上

4、，完全滿足風(fēng)送系統(tǒng)的末速度要求。由于棉 花的類樹形結(jié)構(gòu)，其上部冠層寬度較小，離地 高度 0.3m 以下基本沒有枝、葉、棉桃，所以 上部冠層對(duì)應(yīng)區(qū)域的兩側(cè)區(qū)域風(fēng)速較小、0.2m 離地高度附近風(fēng)速很小，不但不會(huì)影響病蟲害 防治效果，反而有利于減小風(fēng)機(jī)風(fēng)量和能耗。 由圖 12b 可知，在對(duì)應(yīng)棉花行中心區(qū)域的 上排出風(fēng)口縱向垂直中心面上，對(duì)應(yīng)棉花上 部、中部和下部冠層（0.8m、0.6m 和 0.4m 離 地高度處）區(qū)域的氣流場(chǎng)風(fēng)速都較大（距離出 風(fēng)口 0.5m 處的風(fēng)速都在 5m/s 以上），且氣流 穿透能力較強(qiáng)（距離出風(fēng)口 1.0m 處的風(fēng)速仍 大于 3m/s）；由于上下排導(dǎo)風(fēng)筒氣流的疊加， 對(duì)應(yīng)

5、中、下部冠層區(qū)域的氣流速度衰減較慢， 在距離出風(fēng)口 1.5m 處的風(fēng)速仍大于 3m/s，有 利于霧滴在棉花冠層內(nèi)部的擴(kuò)散；由于下排導(dǎo) 風(fēng)筒氣流的擴(kuò)散，在下排導(dǎo)風(fēng)筒出風(fēng)口后方， 0.2m 離地高度附近的氣流強(qiáng)度逐漸增加，有利 于減少霧滴向地面的沉降。 圖 13 霧量沉積分布試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖片 Fig.13 Scene picture of spray deposit distribution test 1.仿真棉花 2.水敏紙 4.2 試驗(yàn)結(jié)果 水敏紙的圖像處理過程如圖 14 所示，首 先采用掃描儀掃描水敏紙，得到灰度圖，再使 用 MATLAB 軟件將灰度圖二值化，最后根據(jù) 二值化的結(jié)果計(jì)算出測(cè)試葉片

6、的霧滴覆蓋率， 并分別統(tǒng)計(jì)上、中、下部冠層，內(nèi)部冠層和整 個(gè)冠層葉片正反面霧滴平均覆蓋率。結(jié)果如表 1 所示。 如表 1 所示，棉花整個(gè)冠層的葉片正面霧 滴平均覆蓋率達(dá)到了 72.15% ，葉片反面達(dá)到 了 43.68% ；即使冠層內(nèi)部，葉片正面霧滴平 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào) 均覆蓋率也達(dá)到了 65.30% ，葉片反面達(dá)到了 39.83% ，分行冠內(nèi)施藥效果明顯提高；上、 中、下部冠層葉片正面霧滴平均覆蓋率最大相 差 10.25%，葉片反面最大相差 11.75%，整個(gè) 冠層霧量沉積分布均勻性較好。 圖 14 圖像處理 Fig.14 Image processing （a）原圖 （b）灰度圖 （

7、c）二值化圖 5 結(jié)論 （1） 將分行冠內(nèi)施藥與風(fēng)送式施藥技術(shù) 相結(jié)合，設(shè)計(jì)了棉花分行冠內(nèi)冠上組合風(fēng)送式 噴桿噴霧機(jī)，通過分行器在棉花冠層內(nèi)部撐開 上部冠層 正面 79.29 反面 35.43 中部冠層 正面 70.92 反面 47.18 霧滴擴(kuò)散空間，并通過冠內(nèi)和冠上的組合式氣 流擾動(dòng)和輸送，進(jìn)一步提高霧滴的擴(kuò)散范圍和 沉積分布均勻性。 （ 2 ）風(fēng)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，棉花行冠層區(qū) 域氣流場(chǎng)風(fēng)速較大、橫向分布較均勻、氣流穿 透能力較強(qiáng)，完全滿足風(fēng)送系統(tǒng)的末速度要 求；中、下部冠層區(qū)域的氣流速度衰減較慢， 有利于霧滴在棉花冠層內(nèi)部的擴(kuò)散。 （ 3 ）霧量沉積分布試驗(yàn)結(jié)果表明，棉花 冠層內(nèi)部葉片正面

8、霧滴平均覆蓋率達(dá)到了 65.30% 、葉片反面達(dá)到了 39.83% ，上、中、 下部冠層葉片正面霧滴平均覆蓋率最大相差 10.25% 、葉片反面最大相差 11.75% ，整個(gè)冠 層霧量沉積分布均勻性較好，冠內(nèi)組合風(fēng)送施 藥效果明顯提高。 （ 4 ）由于本文風(fēng)送系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是置 換原則和末速度原則等經(jīng)驗(yàn)方法，若對(duì)風(fēng)送系 統(tǒng)進(jìn)行流場(chǎng)仿真分析和優(yōu)化，施藥效果還可進(jìn) 一步提高。 表 1 仿真棉花冠層霧滴平均覆蓋率 Tab.1 The average droplet coverage of artificial cotton canopy % 下部冠層 正面 69.04 反面 44.51 內(nèi)部冠層 正

9、面 65.30 反面 39.83 整個(gè)冠層 正面 72.15 反面 43.68 參考文獻(xiàn) 1 劉剛,張曉輝,范國(guó)強(qiáng),等. 棉花施藥機(jī)械的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)J.農(nóng)機(jī)化研究,2014,(4:225-228. Liu Gang,Zhang Xiaohui,Fan Guoqiang,et al.Application status and development trend of cotton spraying machineJ. Journal of Agricultural Mechanization Research,2014,(4:225-228. ( in Chinese 陳志剛,吳春篤,楊

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