背景
　　随着现代农业的快速发展，设施栽培的作物品种越来越广泛，更多高株型作物品种的普及大幅度地提高了温室栽培的产量。这缘于株高多产品种的栽培充分利用了温室的栽培空间，提高了温室的有效利用率和单位面积生产率。与此同时，植株高度过大，也使栽培管理过程面临新的诸如作业不方便等难题。喷药作业作业频繁，自然成为主要问题之一。此外，传统的背负式喷药机、喷药车等施药和喷肥设备无法进行高效施药和喷肥，劳动强度大，而且药液容易大量沉积在作业员衣物上，对人体造成危害，引发诸多安全问题。
　　针对高株型作物的立体栽培模式应用了很多新技术。其中，高压喷雾就是提高作业效率的方法之一。高压喷雾最初用于降尘控制，并取得很好的效果。文献记载，刘银等（2013年）开发的新型基于PLC的高压喷雾除尘装置，能够通过手动控制喷雾、周期性循环喷雾、粉尘浓度检测自动控制喷雾三种喷雾控制方式实现高压喷雾降尘，改善恶劣作业环境。此外，高压喷雾技术在设施降温方面也有很好应用。霍海红（2011年）介绍了应用高压喷雾技术在世界园艺博览会中实现环境舒适降温的技术。即高压喷雾技术通过喷射超细粒水雾，水雾蒸发会吸收空气的热量，从而降低园艺场馆环境空气温度，达到西安世界园艺博览会经济性、安全性、美观性降温效果和要求，是一种高效冷却技术。
　　目前，高压喷雾在农药喷洒方面也有应用。采用高压精准施药和喷肥技术，提高喷嘴雾滴粒径均一性，通过加大喷射距离、增加喷雾流量和提高雾滴破碎，从而提高施药和喷肥效率和雾滴吸附叶面能力。通过设计喷枪结构，避免雾滴破碎后凝结沉积到施药和喷肥者身体上，对操作人员产生身体危害。同时，对喷嘴进行优化改进，设施高压喷药可采用组合喷嘴，通过3 个以上喷嘴组合，增大喷药流量，扩大药液覆盖面，提高作业效率。
　　方法和材料
　　考虑水和农药两者密度、粘性差异不大，不会对系统试验结果产生较大影响。试验采用清水替代农药和叶面肥溶液。
　　高压喷雾喷射角的测量
　　由于高压喷雾施药和喷肥时，喷嘴处雾滴扩散较快，直接测量存在难度，故采用间接测量方式。即在不用压力和不同流量条件下，采用三角形法通过测量地面喷雾溶液圆斑间接得出实际喷雾锥角。其中，确定喷头离开地面的高度h，地面喷洒圈形成的圆的半径r，分别为直角三角形的两个直角边，β=tan（r/h），然后通过求正切反三角函数可以求得β，从而求得α=2β。
　　经测试试验，结果为单喷嘴喷射角最大可调节为80°，单喷嘴喷射角最小可调节为5°。表明角度可调节范围较宽，设备可针对不同作物。
　　喷药压力测量
　　喷枪处于打开状态，高速药液持续喷洒2 min以上，开始记录喷雾压力，并观察喷嘴雾滴破碎程度。通过调节压力系统压力，得出雾滴雾化飘逸较小、喷雾雾化锥角较大的合适压力值并记录，保持喷枪连续喷雾，每间隔1 min记录喷雾作业时压力表数值，记录6 次求平均值。
　　试验结果表明，高压喷药机的压力调节范围为0.5～2 MPa。通过调节压力系统压力，得出雾滴雾化飘逸较小，喷雾雾化锥角较大喷药工况时，喷药泵压力0.95 MPa为最佳。在此条件下，温室内无风条件下，高压喷雾喷药的喷射距离是3.6 m，适合用于温室条件下高大株型作物从根部到顶部的喷雾作业。
　　外形参数测量
　　通常，温室空间相对狭小，喷药机结构设计应遵循紧凑原则，测试结果为喷药机外形尺寸（长×宽×高）是1280 mm×480 mm×1080 mm。图3是系统实物图。
　　设备控制启动开关选用拨打开关形式，以满足喷药作业佩戴橡胶防护手套时能方便操作控制开关，实际作业时灵敏可靠。考虑喷洒作业实际，需满足开关防水功能，并在农药沉积腐蚀后能够做到可靠防水，设备控制开关外罩防水橡胶罩。
　　由于进出温室需要搬动设备，机构设计时要考虑重量。整机质量（不含药液）测试为57 kg，按照80 m长的标准温室计算，作业适合流量值5.8 L/min，20～30 min作业完一个标准温室面积，测量药箱容积为125 L，实际作业持续喷雾时间为21.55 min，满足设计要求。图4是测试现场图。药箱满载条件下，轮胎承压后推动平稳，轮胎型号为4.10/3.50-4。工作电压使用220V/50Hz照明电源即可。设备安全标志完备，采用防水PVC材料，不粘胶固定。机器保养说明采用简约方式PVC防水不粘胶制作，固定在机器显眼处，操作说明一目了然。
　　*公益性行业专项“主要粮食作物一次性施肥技术研究与示范（201303103）”；果类蔬菜产业技术体系北京市创新团队支持。