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农作物病虫害防治措施主要依赖化学农药,喷杆喷雾机是大田农药喷施应用最广泛的机具,而宽幅喷杆在田间应用过程中会出现大幅度倾斜转动现象,导致农药分布不均,降低农药喷施效果,甚至威胁农作物安全生产。由于缺乏倾斜喷杆雾滴沉积特性研究,不能为倾斜喷杆的调控提供理论基础,难以开展喷杆高度调控系统设计研究,无法满足现代农业生产对宽幅喷杆喷雾机的使用要求。喷杆高度在线探测及调控技术是保持喷杆高度的有效手段,本文以宽幅喷杆为研究对象,以提高喷杆田间作业时的高度稳定性为目标,开展了倾斜喷杆雾滴沉积分布特性、喷杆高度在线探测方法、田间喷杆高度变化特性及喷杆高度调控方法研究。主要研究内容包括5个部分:（1）基于CFD离散相模型的扇形喷嘴喷雾特性模拟及试验。基于CFD离散相模型构建了四种液膜结构并对扁平扇形喷嘴的喷雾特性进行了模拟和试验,结果显示液膜长度对扇形喷嘴模拟喷雾中的雾滴粒径影响较大,在模拟喷雾中液膜长度需要根据喷雾压力进行计算设定;相比其它三种结构,sec-model液膜结构的模拟雾滴R-R分布直径de误差最小,其相对误差低于12%;构建了扇形喷嘴sec-model液膜结构参数方程并开展了验证试验,试验结果显示根据液膜参数方程进行喷雾模拟得到的de与测量结果相吻合。（2）倾斜喷杆雾滴沉积分布特性CFD模拟与验证。在扇形喷嘴数学模型的基础上,采用Fluent软件构建喷杆雾滴沉积分布模型,基于CFD方法研究倾斜喷杆的雾滴分布;设计移动式雾滴收集平台,采用分段收集喷杆沉积雾滴方法获得倾斜喷杆的雾滴分布,以验证模拟模型;统计试验数据,分析倾斜喷杆对雾滴沉积分布均匀性的影响。试验结果表明,随着喷杆倾斜角度增加,模拟和喷雾沉积试验得到的雾滴沉积量变异系数都随之增加,最大变异系数分别高达41.43%和38.34%;在喷杆倾斜角度为0-3°时,雾滴沉积量变异系数的模拟值和试验值分别为11.85%、11.85%、13.03%及13.32%和12.81%、13.58%、15.66%及16.11%,模拟和试验值变化相吻合,表明所构建的模型能够预测倾斜喷杆的雾滴分布特性;雾滴沉积试验表明,倾斜喷杆对喷雾高度较低段喷杆的雾滴沉积分布影响较大,当倾斜角度较大时,存在雾滴沉积过量区域和少喷漏喷区域;倾斜喷杆会降低雾滴分布均匀性,喷杆倾斜2°以上时,其雾滴沉积量分布变异系数大于15.66%,无法用于大田喷雾,需要对喷杆高度进行调节。（3）基于超声传感的喷杆高度探测方法研究。在设计基于超声传感的喷杆高度探测试验平台的基础上,通过试验研究传感器对规则物体和田间地面的探测效果,开展基于超声传感的小麦冠层探测试验。试验结果表明,超声波传感器能够有效跟随规则台阶和田间地面的高度变化;探测时存在少量的毛刺信号,最大毛刺信号率分别为0.22%和2.15%;传感器移动速度对探测准确性有影响,探测精度随移动速度增加而降低;小麦冠层探测试验表明,超声波传感器对小麦冠层的探测数据离散性较大,需要通过K-means聚类算法分离出传感器对冠层和非冠层的探测数据值;探测数据聚类处理后发现,超声波传感器能够有效探测到小麦冠层,探测结果较实际距离偏大且探测偏差随小麦密度的减少而变大,为了获得较准确的冠层距离,对密度为D1、D2、D3、D4及D5小麦冠层的探测结果修正值分别为-0.11、-0.105、-0.135、-0.155及-0.195 m。（4）田间喷杆高度变化特性研究。基于超声波传感器设计了喷杆高度探测系统,在喷杆左、中和右三段分别放置超声波传感器以监测喷杆高度变化,使用GPS定位接收器实时获取作业位置,通过CAN总线进行数据传输。使用探测系统在2公顷空地和13.44公顷麦茬地开展了大地块田间试验,并利用Arc Map软件生成了不同车速下的喷杆高度变化分布图。土坡试验表明,车速会影响超声波传感器对高度变化的响应性能,车速9 km/h相比车速5和7 km/h,超声波传感器探测性能降低,探测误差平均值由2.5和5.5 cm提高到了15.1 cm;空地和麦茬地田间试验表明,在5、7和9 km/h作业速度下,喷杆高度变化主要发生在两侧,中间喷杆的高度变化较小。随着作业速度的增加,左右喷杆的高度变化增大,空地左右喷杆最大摆动幅值分别为105.6、118.4和124.4 cm,最大摆动角度分别为3.3、3.5和3.6°,麦茬地左中右喷杆最大摆动幅值分别为98.6、103.1和116.5 cm,最大摆动角度分别为2.6、2.7和2.8°;大田块麦茬地探测试验表明,随着麦茬高度的增加,左右段喷杆的摆动幅度增大,摆动的平均值为32.6 cm,最大值为102.3 cm。地头转向时,左右段喷杆摆动幅度平均值为57.8 cm,最大值为104.9cm。倾斜喷杆在田间作业时容易造成喷杆与作物冠层或地面接触,为了保证喷药均匀性并避免喷杆和作物损坏,必须对喷杆进行高度调节,尤其要对左右两段喷杆的高度进行调节。（5）喷杆高度自动控制系统设计与试验。基于超声波传感器设计了一种喷杆高度自动调节系统,可以通过液压系统对三段式喷杆的高度进行调控。试验结果表明,在非调节模式下,倾斜喷杆对喷杆高度及喷雾分布的影响非常显著,而在自动调节模式下,喷雾机通过阶梯试验路面对喷杆高度及喷雾分布的影响相对较小;当喷杆以非调节模式通过阶梯试验路面时,喷雾沉积变异系数高达30.06%,而喷杆以自动调节模式通过阶梯试验路面时,喷雾沉积变异系数小于12.35%。喷杆高度自动控制系统可以保持倾斜喷杆在一个适当的高度,有助于提高喷杆喷雾沉积分布均匀性和农药的使用效率,也可大大降低喷杆撞击地面和作物造成的设备和作物损坏。