作为农业生产的重要环节,农药喷施依然是防范病虫害的主要手段。但目前尚不完全明确各因素对农药喷施质量的影响,施药过程缺少规范。以喷杆式喷雾机为例,不恰当的喷雾机自走速度、喷雾压力、喷杆高度很容易引起雾滴的漂移与浪费,不仅降低了农药的有效利用率,而且威胁到生态环境和人的安全。尤其是在有风的自然环境下从事农药喷施作业,施药过程所带来的负面影响更为显著。为此,本研究拟通过试验的方法构建出户外农药喷施质量与各影响因素之间的关系模型,这些影响因素包括:(1)环境因素:风速和风向;(2)可控因素:喷雾机行驶速度、喷雾压力、喷杆高度和不同类型的喷嘴。前述因素大多从现有文献中筛选而来,均可能对喷雾质量产生显著影响。首先,为了降低环境的不确定性对试验结果造成的干扰,本项研究在室内进行,并自行设计了试验台架。在该试验台架中,风速和风向通过风机模拟,并通过风速传感器对试验风速进行标定;喷雾压力、喷杆高度和不同类型的喷嘴在试验前手动调节,而喷雾机行驶速度通过不同的步进电机驱动转速进行模拟。为了进一步降低试验的主观性和人为误差,本研究的试验过程由控制器精确控制完成。试验过程中,将水敏纸均匀布置在试验植株的叶面上,试验风干后进行拍照和存储。为了避免随机因素的干扰,每组试验均至少重复3次,从而确保试验数据的有效性。其次,采用单因素试验与组合因素试验相结合的方法开展试验研究。该项研究共分为三部分:(1)无风条件下的单因素试验。在不考虑风速和风向影响的情况下,关闭试验风机,设计标准试验工况,即:喷雾机行驶速度3.6 m/s,喷雾压力0.4 MPa,喷杆高度0.7 m,使用Hypro-03喷嘴。每次试验均只改变其中一种因素的大小,从而研究每种因素对喷雾质量的单一作用规律。各因素的取值变动区间分别为:喷雾机行驶速度3.0、3.3、3.6、3.9、4.2 m/s,喷雾压力0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 MPa,喷杆高度0.5、0.6、0.7、0.8、0.9m,使用Hypro-01、Hypro-02、Hypro-03、Hypro-04、Hypro-05喷嘴;(2)无风条件下的组合因素试验。基于四因素三水平正交方法安排试验,所考虑因素与无风条件下的单因素试验相同,试验水平分别取:喷雾机行驶速度3.0、3.6、4.2 m/s,喷雾压力0.2、0.4、0.6 MPa,喷杆高度0.5、0.7、0.9m,使用Hypro-01、Hypro-03、Hypro-05喷嘴。(3)有风条件下的组合因素试验:针对每一组不同的风速(0.9、2.5、4.4m/s)和风向(0、45、90、135、180o),分别重复前述无风条件下的四因素三水平正交试验,从而对不同风速、风向条件下的最佳影响因素水平进行配置优化。最后,使用DepositScan软件扫描和处理风干后的水敏纸图像,整理得到最终试验数据。单因素试验结果表明:在低于3.6 km/h的速度范围内,喷雾质量随速度提高而缓慢提升,而当速度高于3.6km/h时,喷雾质量随速度提高而显著下降;喷雾压力、喷杆高度与喷嘴类型对喷雾质量的影响趋势均与速度相同,其最佳选择依次为压力0.4MPa、高度0.7 m以及使用Hypro-02(或Hypro-03)喷嘴。无风条件下的组合因素试验结果表明:最佳喷雾参数依次为:喷雾机行驶速度3.0km/h、喷雾压力0.4MPa、喷杆高度0.7m、喷头型号Hypro-01。有风条件下的组合因素试验结果表明:如将不同的风速与风向组合为24个特定环形区域,分别优化配置各环形区域参数,则:速度被选择次数最多的为3.6km/h,共被选择12次;压力被选择次数最多的为0.4MPa,共被选择13次;高度被选择次数最多的为0.5m和0.7m,均被选择10次;喷嘴被选择次数最多的为Hypro-01型喷嘴,共被选择10次。显然,在有风条件下,最优选择次数最多的参数除了喷嘴外都与标准工况相吻合。综合前述结论,喷雾机在户外作业时(无论是否存在自然风),行驶速度3.6 km/h、喷雾压力0.4MPa、喷杆高度0.7m、使用Hypro-01喷嘴的参数组合对确保喷雾质量最为有利。