山地果园喷雾作业中,采用管道喷雾可大大提高喷雾效率,但管道喷雾作业结束后在管道内仍会残留药液,目前处理剩余药液的一般方法是用清水冲洗管道,这种方法既容易造成农药浪费,又污染环境。采用在线混药技术可以减少农药浪费和环境污染,然而在线混药技术在管道喷雾作业中的应用尚为空白,针对此问题,本文提出将在线混药技术应用于管道喷雾作业中,并设计出一种基于管道喷雾的在线混药装置,实现在管道出水口处进行农药和水的在线混合,达到安全、可靠、高效地使用农药并消除农药残留物对环境污染的影响的目的。主要研究工作包括:(1)混药器结构设计与参数优化:通过参考射流混药器的混合原理,并结合管道喷雾的实际情况,设计了基于管道喷雾的在线混药器的基本结构。采用正交试验与计算流体力学数值模拟仿真分析相结合的方法,研究收缩管收缩角、扩散管扩散角、喉管直径以及喉管长度四个关键结构参数的改变对混药器吸药性能和混药性能的影响,最终找到综合最优的混药器结构参数,即收缩管收缩角为22°、扩散管扩散角为9°、喉管直径为2mm以及喉管长度为6mm,实现了混药器结构参数的优化。(2)在线混药装置硬软件设计:搭建基于管道喷雾的在线混药装置总体硬件结构图,对水流量传感器、药流量传感器、蠕动泵、主控芯片、供电电源、电压转换模块以及人机交互单元进行选型,并完成相应硬件电路的设计。完成水流量检测程序、药流量检测程序、混药比PID控制程序以及人机交互界面的设计。混药比PID控制程序的PID参数为K_p=2.4,K_I=0.6,K_D=0.2。(3)混药均匀性试验:为对基于管道喷雾的在线混药装置混药效果在空间分布的均匀性作出评价,进行了混药均匀性试验,并采用空间变异系数评价指标对混药均匀性进行评价。混药均匀性试验中,采用20m长度的高压软管连接喷枪进行管道喷雾作业,在不同管道水流压力(2MPa、1.8MPa、1.6MPa)以及不同混药比(1:100、1:150、1:200)的试验条件下,测量混合液浓度在空间分布的变化情况,并计算空间变异系数。试验结果表明,所测得的最大空间变异系数为2.05%,在5%以内,满足农业喷雾作业要求,说明本文设计的基于管道喷雾的在线混药装置可用于管道喷雾作业中完成在线混药的工作。(4)混药稳定性试验:为对基于管道喷雾的在线混药装置混药效果随时间变化的稳定性作出评价,进行了混药稳定性试验,并采用时间变异系数评价指标对混药稳定性进行评价。混药稳定性试验中,分别采用20m、50m以及70m长度的高压软管连接喷枪进行管道喷雾作业,其余试验条件与混药均匀性试验相同,测量混合液浓度随时间的变化情况,并计算时间变异系数。试验结果表明,所测得的最大时间变异系数为4.63%,在5%以内,满足农业喷雾作业要求,说明本文设计的基于管道喷雾的在线混药装置可用于管道喷雾作业中完成在线混药的工作。同时还发现,在采用20m长度的高压软管连接喷枪进行管道喷雾作业时的时间变异系数均是最小的,随着采用高压软管的长度增加,时间变异系数有逐渐增大的趋势,因此,建议在使用本文设计的基于管道喷雾的在线混药装置时,采用20m长度的高压软管连接喷枪来进行管道喷雾作业,以获得较好的混药效果随时间变化的稳定性。本论文设计的基于管道喷雾的在线混药装置,能实现在管道出水口处完成在线混药的工作,混药均匀性和混药稳定性均满足农业喷雾作业要求,为在线混药技术应用于管道喷雾作业中提供了参考。