基于变量喷雾的果园自动仿形喷雾机的设计与试验.pdf

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1、第33卷第1期702017年1月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringVbl．33No．1Jan．2017基于变量喷雾的果园自动仿形喷雾机的设计与试验李龙龙1，何雄奎1※，宋坚利1，王潇楠1，贾晓铭2刘朝辉3(1．中国农业大学理学院，北京100193；2．中国农业大学工学院，北京100083；3．无锡市中波机械制造有限公司，无锡214028)摘要：为提高果园喷雾机自动化与精准喷雾作业性能，设计了一种基于变风量与变喷雾量的果园自动仿形喷雾机，喷雾系统以冠层分割模型作为变量处方，采用扫描精度高的激光

2、传感器作为探测源，以电磁阀和无刷直流风机为执行元件，通过探测果树冠层体积调节电机和电磁阀的脉宽调制(pulsewidthmodulation，PWM)信号以实时调节风机转速和喷头流量。设计了可独立调节风量和喷雾量的雾化单元，通过各个独立风机产生的高速气流协助雾滴穿透冠层；喷雾机最大作业高度4．2m。田间试验结果表明，在行株距为5mx2m的单株苹果树左右两侧平均沉积量分别为1．92和1．37uL／cm2，最少雾滴数为46-2个／cm2，大于常用方法对风送喷雾中雾滴喷幅界定的20个／cm2；树冠轮廓与沉积量和风速变化拟合结果显示，设计的喷雾机能够根据树冠信息实现仿形变量施药。该研究为

3、果树病虫害防治提供新方法与新装备，为精准植保机具的结构设计和性能优化提供理论与方法参考。关键词：喷雾；喷头；传感器；植保机械；精准施药；仿形喷雾；脉宽调制；无刷风机doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2017．01．009中图分类号：$491文献标志码：A文章编号：1002—6819(2017)一0卜0070—07李龙龙，何雄奎，宋坚利，王潇楠，贾晓铭，刘朝辉．基于变量喷雾的果园自动仿形喷雾机的设计与试验[J]．农业工程学报，2017，33(1)：70--76．doi：10．119750．issn．1002-6819．2017．01．009http：／／w

4、ww．tcsae．orgLiLonglong，HeXiongkui，SongJianli，WangXiaonan，JiaXiaoming，LiuChaohui．Designandexperimentofautomaticprofilingorchardsprayerbasedonvariableairvolumeandflowrate[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2017，33(1)：70—76．(inChinesewithEnglishabs

5、tract)doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2017．01．009http：／／www．tcsae．org0引言风送喷雾机是作物喷雾作业中的重要技术装备，已经广泛应用多年，有很好的应用前景[1]。但果园风送式喷雾机在整个施药过程中连续喷雾，极易形成农药飘移和流失，不仅造成严重的农药浪费和环境污染，同时还会导致农产品农药残留超标[2。3]。农药精准喷雾技术是指根据作物或杂草的冠层特征实时改变喷雾参数，如调节喷头流量和风机风量【41，从而达到按需施药的目的，提高农药有效利用率和保护环境，近年来得到了较快发展[5】。传感器探测技术是实现农药精准喷雾的有效手段

6、，国内外科研人员对其进行了诸多研究。翟长远等[6]、邹建军等[5]利用红外传感器技术建立了果树自动对靶探测系统；Tumbo等[71、Zamahn等【8]利用超声波传感器实现了对树冠体积的测量，并研究了叶密度和行驶速度对测量结果的影响；翟长远等[9]利用超声波传感器开发了靶标外形探测试验平台，探测精度达收稿日期：2016—06．06修订日期：2016-1卜21基金项目：国家自然科学基金资助项El(31470099)；公益性行业(农业)科研专项资助项目(201203025，201503130)作者简介：李龙龙，男，山东平度人，博士生，主要从事植保机械与施药技术研究。北京中国农业大学理

7、学院，100193。Emaihlizefen91219@126．tom※通信作者：何雄奎，男，湖北通城人，教授，博士，博士生导师，主要从事植保机械与施药技术研究。北京中国农业大学理学院，100193。Emaihxiongkui@cau．edu．ca到90％以上。Tellaeche等㈣、Lee等[11]、Feyaerts等[12】利用图像传感器探测方法对杂草进行形态特征识别，确定施药区域。最近几年，激光传感器(1ightdetectionandranging，LIDAR)作为一种高