翟兆煊 郭培全 乔 阳

（济南大学 机械工程学院，济南 250022）

目前，防治病害、害虫问题的主要手段仍然是喷洒农药，资料显示，果树在一年的生长周期内需喷洒药液8～15次，农药的使用可使全世界每年挽回20%～25%的农产品产量[1-5]。但传统果园园区狭窄，难以进行大规模机械化施药作业，为此，我国多地果园推广了高纺锤树形的栽植技术[6-8]。高纺锤形种植模式下的新型果园如图1所示，新型果园大株距、小行距，树体冠幅较小，适合果园机械化施药作业[9]。而我国传统施药机械虽然种类较多，但应用在新型种植模式下存在施药效率低下、污染浪费严重的问题，我国缺少专门适用于新型种植模式的风送施药机[10-11]。

图1 高纺锤形种植模式下的新型果园

1 风送施药机研究现状

风送施药机以风送喷雾技术为核心，先将药液雾化，然后靠风机产生的气流使雾滴进一步雾化并输送到靶标上，携带有细小雾滴的气流驱动叶片翻动，一定程度上增加了树叶间的扰动，使叶片的正、反面都能着药，提高了雾滴的穿透能力和药液的覆盖率，改善了施药效果[12]。目前，风送施药机的种类较多，按行走方式可分为自走式、牵引式和悬挂式三种；按风机类型，又可分为轴流风机式和离心风机式[13]。下面从行走方式和风机类型两个方面对国内外风送施药机研究现状进行分析。

1.1 行走方式

1.1.1 悬挂式风送施药机

悬挂式风送施药机大多采用焊接整体式机架，安装和固定药桶、液泵、风机和喷雾支架等，通过三点式悬挂装置将上述工作部件与拖拉机挂接。因悬挂式施药机与拖拉机头配套使用，主体安装固定在拖拉机头上，所以其具有高效、机动、灵活的特点[14]。

山东农业大学李超等针对中国葡萄园行间距较小、大功率拖拉机难以入园作业的情况，设计了一款与小功率拖拉机配套使用的悬挂式立管风送施药机[15]。经试验验证，该施药机适合矮栽密植果园作业。

1.1.2 牵引式风送施药机

牵引式风送施药机多与拖拉机头配套使用，采用牵引架与拖拉机的后置拉杆连接，作业半径大，雾化效果理想。

美国、德国、日本等国在施药植保作业时考虑到农机应与农艺相结合，已经大范围地采用大行距、小株距的现代化果园栽培模式，果树的株、行距及树形大小规范统一，施药作业基本上由拖拉机配套的牵引式风送施药机完成[16]。

中国农业大学张亮等研制了与拖拉机配套使用的3WFQ-1600型牵引式风送施药机，总体结构如图2所示，该施药机承载能力强，能够长时间进行施药作业[17]。

图2 3WFQ-1600型牵引式风送喷雾机

1.1.3 自走式风送施药机

自走式风送施药机具有独立的动力系统，作业效率高，农药用量较少，防治效果理想，目前在欧美等发达国家被广泛使用。

南京农业大学傅锡敏等研制的自走式风送定向喷雾机，结构紧凑，采用单动力输出，可完成风送、喷雾等作业要求，适合低矮密植果园的作业要求[18]。

南京农业机械化研究所丁素明等研制了适用于低矮果园的自走式风送喷雾机，优化动力传递系统，提高了行间通过性能[19]。

山东华兴机械股份有限公司研制的自走式远射程风送喷雾机，作业半径大，雾化效果理想，适合大中型果园作业[20]。

1.2 风力类型

华南农业大学宋淑然等提出采用控制风机转速的方法，以改变雾滴在果树树冠层中的沉积量[21]。研究发现，风机转速在一定范围内变化时，雾滴在作业对象上的总沉积量随着风机转速的增大而增大，因此风机的选取对风送施药机的施药功能十分重要。目前被广泛应用在施药机上的风机主要分为两种，一种是轴流风机，另一种是离心风机，下面对应用这两种不同类型风机的施药机进行分析。

1.2.1 轴流风送式施药机

轴流风送式施药机采用轴流风机，轴流风机轴向进风，轴向出风，管道呈炮塔状，具有风量大、效率高、风速柔和均匀、喷洒范围大及射程较远等优点。

山东农业大学刘雪美等设计了MQ-600型气流辅助式喷杆弥雾机（见图3），该施药机中的轴流风机旋转，产生气流[22]。气流不仅将喷头雾化的雾滴进一步雾化，还使靶标的枝叶不停翻动，确保雾滴可均匀地覆盖在作物上，提高了施药效率。

图3 MQ-600型气流辅助式喷杆弥雾机结构

1.2.2 离心风送式施药机

离心风送式施药机采用离心风机送风，离心风机轴向进风，径向出风，呈辐射状喷雾，喷雾高度可调，针对不同果园、不同高度的果树适应性较强。

南京农业大学邱威等设计的一种离心风送施药机，采用圆环双流道风机（见图4），通过后挡风板改变气流方向，实现轴向进风，径向出风，喷嘴环绕在出风口周围，喷洒时呈辐射状，两侧散布，解决了喷雾机上方交叉枝叶的施药难问题[23]。

西北农林科技大学徐莎针对轴流风机式施药机难以满足不同果树喷雾高度的不足，基于喷雾高度可调的目的，设计了一种由一对转向相反的离心风机和角度可调的导流风箱为核心的离心风送式施药机，如图5所示[24]。该施药机具有一对转向相反的离心风机和角度可调的导流风箱，可满足不同高度果树的喷雾要求

2 目前施药机存在的问题

2.1 风力导流装置较单一

目前，国内风送施药机多采用环形导流板，同时喷头按环形布置。山东农业大学曹龙龙对环形导流风送施药机的喷雾效果进行了分析，试验表明环形导流风送施药机在施药过程中存在施药均匀性差等问题[25]。

2.2 智能化程度较低

传统施药机采用定量的药液喷施量和恒定的出口风速，并不能随着果树树冠的变化而改变喷施量，智能化程度较低，无法完成精准施药功能，导致施药效率低下，污染浪费严重。

图4 圆环双流道风机系统结

图5 离心风机导流风箱工作示意图

2.3 与新型果园栽植模式不匹配

目前，国内果园推广高纺锤形种植模式，高纺锤形种植模式下的果园大株距、小行距，树体冠幅较小，适合果园机械化施药作业。但是，传统施药机械主要应用于低矮密植果园的施药作业，目前缺少与新型种植模式匹配的施药机械。

3 结语

为适应目前大行距、小株距，果树的株、行距及树形大小日趋规范统一的现代化果园种植模式，应考虑将农机与农艺相结合，设计一款由小功率拖拉机牵引的风送施药机，并具备以下特点。

一是采取一种多喷雾炮式的喷雾模式，多个轴流风机分上、中、下三组，两侧对称分布，每个轴流风机出风口处环形均布有喷嘴，喷嘴喷洒农药时，多个风机同时旋转形成药雾输送气流，气流增加了树叶间的扰动，使叶片的正、反面都能着药，提高了雾滴的穿透能力和药液的覆盖率，降低农药流失飘失现象，提高施药均匀性和农药利用率。

二是每个轴流风机设置一个步进电动机，可根据需要调节轴流风机出风口的仰（俯）角度，改变施药机施药高度方面的范围，满足不同高度果树的施药作业任务。三是风送系统中的风机支架底部安装有喷幅调整丝杠螺母平台，可调节安装在风机支架上的两侧风机之间的距离，从而满足果园不同行间距的施药作业任务。