【摘 要】
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雾滴飘移和冠层沉积是衡量喷雾机械施药效果的重要指标,目前国内果园植保作业大多采用风送式喷雾机,通过单一辅助气流将雾滴送向靶标,一定程度上提高了靶标内雾滴沉积量,但果树叶片背面雾滴覆盖率仍较低,农药飘移浪费较为严重。因此,开展多气流协同的果园防飘喷雾机设计及其雾滴沉积特性试验研究具有重要的理论和实践意义。主要研究内容如下:（1）根据矮砧密植栽培模式提出了多气流协同式果园V形防飘喷雾机的整体方案,其中
【基金项目】
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山东省园艺机械与装备重点实验室项目（YYJX-2019-07）； 山东省农业重大应用技术创新项目——现代苹果全程机械化生产装备优化提升与体系研发创新项目（SD2019NJ001）；
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雾滴飘移和冠层沉积是衡量喷雾机械施药效果的重要指标,目前国内果园植保作业大多采用风送式喷雾机,通过单一辅助气流将雾滴送向靶标,一定程度上提高了靶标内雾滴沉积量,但果树叶片背面雾滴覆盖率仍较低,农药飘移浪费较为严重。因此,开展多气流协同的果园防飘喷雾机设计及其雾滴沉积特性试验研究具有重要的理论和实践意义。主要研究内容如下:（1）根据矮砧密植栽培模式提出了多气流协同式果园V形防飘喷雾机的整体方案,其中防飘系统主要由离心风机、分配器、主风筒、副风筒和机架等组成,扇形喷头安装在主风筒上,两副风筒水平方向上呈V形布置;依据果园施药标准,计算主要工作参数喷雾总流量、风量、风压分别为14.4 L/min、2.35 m~3/s、1630 Pa,结构参数风筒高度、V形开度分别为2.3 m、27°;对机架进行静力学和模态分析,最大应力为36.4MPa,一阶固有频率为38.803 Hz,满足设计要求,为后续建立仿真模型提供依据。（2）根据喷雾装置结构设计,构建装置与果树冠层之间区域的喷雾气流场数值模型;通过Fluent仿真得自然风速为4 m/s,V形风速为20 m/s时,多气流协同下喷雾气流最大偏移角仅为3.5°,较单一气流降低了82.1%,表明V形风场有较好的防飘效果;以果树行间气流速度描述飘移程度,随V形风速增大飘移减少,但当V形风速大于25m/s时,行间气流速度为负值,雾滴发生反向飘移,因此确定V形风速作业优化区间为[15 m/s,25 m/s]。（3）将雾滴看作球形颗粒,分析雾滴在多气流场中的受力,基于质点动力学方程推导了雾滴在流场空间的运动模型;利用Matlab迭代求解得到雾滴位移,发现喷雾压力越大、V形风速越小时雾滴行间飘移越明显;自然风速为4 m/s,V形风速为20 m/s时,喷雾压力为0.8 MPa,飘移雾滴占比为33.2%,表明飘移严重,由此确定喷雾压力作业优化区间为[0.4 MPa,0.6 MPa]。（4）基于Fluent DPM模型开展雾滴沉积数值模拟,仿真得雾滴从喷头到果树冠层区域的空间运动轨迹;利用Fluent后处理软件分析横风风速（模拟自然风）、V形风速、喷雾压力对雾滴沉积中心飘移距离的影响规律;采用多元正交多项式回归设计方法建立了多气流协同下雾滴沉积中心飘移距离模型,根据喷雾要求得当横风风速为4m/s、喷雾压力0.5 MPa时,V形风速应取23.3～25.6 m/s,为样机参数优化提供依据。（5）试制样机,进行田间防飘性能和雾滴沉积特性试验。结果表明,当横风风速为3 m/s时,多气流协同作用下雾滴沉积密度较单一气流提高了28.7%,飘移量降低了21.8%;对雾滴沉积特性的影响显著性由大到小依次为:V形风速、横风风速、喷雾压力,当横风风速为2 m/s、喷雾压力为0.52 MPa、V形风场风速为21.8 m/s时,雾滴沉积量最优为4.72μL/cm~2,与预测模型基本一致。
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