植保机作为农业机械中面向田间管理方面的机械,对不同时期的农作物进行施药作业任务,由于喷药过程中存在过量喷药与雾滴飘移现象,对操作人员和自然环境造成了极大的危害,所以本文针对3WPZ-2000型植保机的喷药装置进行了设计与优化,本文的主要研究内容如下:第一,针对保护性耕作秸秆集行模式下作物苗期除草作业时,传统的全覆盖施药方式喷洒在秸秆条带的药液无法到达地表发挥作用,直接造成药液浪费和环境污染的问题,同时为改善因植保机行驶速度变化与侧风造成药液洒降不均的情况,设计了一种基于机器视觉提高药液利用率的精准施药装置。使用搭载在植保机前端的相机采集秸秆集行田间图像,通过智能优化多阈值算法分割图像中秸秆和苗带部分,运用形态学等方法修正分界边缘,用外接矩框选分离田间苗带区域,计算苗带质心位置,标记出苗带的定位线。根据苗带定位线坐标,控制步进电机丝杠滑台带动喷头移动到苗带上方实现喷头变位喷药;各喷头安装有独立的微型电动阀与流量传感器,使用M型的双输入-单输出模糊控制器根据植保机行驶速度和侧风速度对喷药量进行调整实现变量喷药。试验结果表明,此装置对苗带定位线的识别准确率约为85.7%;在秸秆集行模式下使用精准施药方式相比于传统的全覆盖施药方式节省约62.1%的药液使用量;同时药液沉降均匀度也得到提高,维持在26.5%左右。本装置实现秸秆集行模式下的苗带精准施药,达到提高药液利用率、保护环境的目的,也为精准施药领域提供了方法和装置,为促进保护性耕作推广提供了技术支持。第二,使用数字仿真软件对风幕装置进行优化。利用Fluent软件进行气液两相流仿真,并获得流场速度和雾滴运动轨迹。之后依次改变相关参数,得出不同因素对风幕流场的影响规律。通过气液两相流场数值模拟结果分析可得,随着风幕出风口尺寸的增加风幕对雾滴飘移的抑制效果先增强再减弱;当风幕出风口与喷头水平距离逐渐增大时风幕对雾滴飘移的抑制效果先增强再减弱;当风幕出风口与喷头竖直距离逐渐增大时风幕对雾滴飘移的抑制效果逐渐减弱;随着辅助气流角的增加风幕对雾滴飘移的抑制效果先增强再减弱。搭建风幕装置试验平台,通过正交试验和方差分析得到:风幕出风口直径为18.5mm、风幕出风口与喷头水平距离为115.9mm、风幕出风口与喷头竖直距离为80.0mm和辅助气流角为25.0°时为该风幕式喷杆喷雾装置的最优工况。通过风幕式喷杆喷雾的研究与参数优化,表明优化后的风幕式喷杆喷雾装置可以更加有效的减少雾滴飘移量,提高雾滴沉降均匀性。