Y型棚架式果园的3WZ-300风送喷雾机设计与试验.pdf

王杰 邱威 丁为民 等 Y型棚架式果园的3WZ 300风送喷雾机设计与试验 J 华南农业大学学报 2021 42 6 60 70 WANG Jie QIU Wei DING Weimin et al Design and experiment of 3WZ 300 type air assisted sprayer for orchard with Y typed trellis J Journal of South China Agricultural University 2021 42 6 60 70 Y型棚架式果园的3WZ 300 风送喷雾机设计与试验 王 杰 邱 威 丁为民 张镇涛 闻桢杰 苏永喜 南京农业大学 工学院 江苏 南京 210031 摘要 目的 针对Y型棚架式果树的需风特性设计一款风送喷雾机 探究机具对此树形的施药规律 为新式果 园栽植工艺的植保机具设计提供参考 方法 结合棚架梨树Y型树冠需风特性 设计一款异形导风管 确定发 散型射流口 喷雾范围可全面覆盖冠层 并进行整机配置 风机使用无级调速带轮进行调速 以作业速度 出口 风速 出风口与冠层中部高度差作为试验参数 以靶标雾滴覆盖率 靶标雾滴沉积量以及地面雾滴沉积量作为评 价指标 设计田间试验 利用Design Expert软件建立响应曲面分析参数对指标的影响 并对机具作业参数进行 优化 结果 优化结果表明 3WZ 300风送喷雾机在作业速度0 8 m s 出口风速22 m s 出风口中部与梨树冠层 中部高度差为5 1 cm时 靶标雾滴覆盖率为39 79 靶标雾滴沉积量为9 89 L cm2 地面雾滴沉积量为5 41 L cm2 有效附着药液占比60 1 结论 该喷雾机满足果园作业要求 施药效果较好 为棚架式果园喷雾机的 设计及机具参数优化提供了参考 关键词 Y型棚架 风送喷雾机 优化 覆盖率 雾滴沉积量 中图分类号 S491 文献标志码 A 文章编号 1001 411X 2021 06 0060 11 Design and experiment of 3WZ 300 type air assisted sprayer for orchard with Y typed trellis WANG Jie QIU Wei DING Weimin ZHANG Zhentao WEN Zhenjie SU Yongxi College of Engineering Nanjing Agricultural University Nanjing 210031 China Abstract Objective This study was aimed to design a air assisted sprayer for the wind requirement of fruit tree with Y typed trellis explore the spraying regularity of applying the machine to such type of tree and provide references for designing plant protection equipment for the orchard with new planting technology Method According to wind demanding characteristic of the Y typed canopy of pear trees a special shaped duct was designed The duct could be adjusted according to different conditions and the range of spray could cover tree canopy completely The whole machine was configured and the fan speed was adjusted using a stepless speed regulation pulley The operating speed outlet wind speed and height difference between the outlet and the middle of canopy were taken as test parameters and the droplet coverage rate on target the droplet deposition of target and the droplet deposition on ground were taken as evaluation indexes The Design Expert 收稿日期 2021 05 10 网络首发时间 2021 10 09 13 07 20 网络首发地址 作者简介 王 杰 1996 男 硕士研究生 E mail njauwangjie 通信作者 丁为民 1957 男 教授 博士 E mail wmding 基金项目 江苏省农业自主创新资金 CX181007 国家自然科学基金 51805271 南京农业大学SRT专项计划 S20190037 华南农业大学学报 Journal of South China Agricultural University 2021 42 6 60 70 DOI 10 7671 j issn 1001 411X 202105017 software was used to establish response surface analyze the influence of parameters on the indexes and optimize the operating parameters of the machine Result The optimization results showed that when the operating speed was 0 8 m s the outlet wind speed was 22 m s and the height difference between the middle part of the air outlet and the middle part of the pear canopy was 5 1 cm the droplet coverage rate on target was 39 79 the droplet deposition was 9 89 L cm2 the droplet deposition on ground was 5 41 L cm2 and the ratio of effectively attached liquid was 60 1 Conclusion This machine can satisfy the requirements of orchard operation with good spraying effect It provides a reference for the design of sprayer for rack type orchard and the optimization of machine parameters Key words Y typed trellis air assisted sprayer optimization coverage rate droplet deposition 近年来 我国引进并应用棚架栽培技术 利用 金属 竹 水泥柱等材料搭成棚架 支撑果树树冠 通过合理 科学的栽培技术 实现水果的优质丰产 其中 苏南观光梨园采用Y字树形的整形技术 该 技术树冠形成快 抗风能力强 早期丰产 方便机械 化作业 韩国园艺所的试验表明 一般栽植4 6年 的梨树 在密植条件下Y字树形比开心树形可增 产5 10倍 栽植后第7 8年 每1 000 m2产量达 3 5 t 1 3 在目前对梨品质要求较高的形势下 棚架 栽培具有明显的优势 经栽培试验表明 Y型棚架 树体结构简单 操作方便 高产稳产 较适合新发展 的苏南地区梨园 4 果园施药技术目前向着精准化 智能化和信息 化发展 主要研究方向有仿形喷雾 5 6 变量喷施 7 视觉与传感技术辅助喷施等 8 9 探究喷雾参数影响 规律并进行针对性喷施是目前主要研究方向 前人 已在此方向做出大量研究 如进行冠层体积计 算 10 13 通过传感器控制风量雾量等方法达到节约 药量的效果 14 17 通过试验探究喷雾因素影响 确定 不同参数对施药效果的影响规律 继而对喷雾机进 行调整 研究表明 施药效果受到作业速度 喷雾高 度以及风速等因素影响 18 20 根据冠层信息调节至 理想参数 并实现仿形喷雾 有助于提高施药效 果 21 22 但以上大部分针对的仍是传统的纺锤形或 开心形梨树 很少有针对新型棚架技术施药的研究 根据实际调研得知 棚架果园使用传统喷雾 机 经常出现以下情况 小喷量喷雾机无法覆盖整 个冠层 大喷量喷雾机无差别喷雾在冠层下方较为 冗余 农药浪费严重 沉积在土壤中的农药被作物 吸收并富集于植物器官中 继而影响产品品质 且 药量较大对作业人员的身体健康产生不利影响 23 24 针对上述问题 本文以烨佳梨园Y型棚架梨树为对 象 以机具小型化和提高农药利用效率 减小药液 地面沉积为目标 设计一款风送喷雾机 并结合试 验数据进行分析优化 探究不同参数对棚架梨树施 药效果的影响规律 1 机具设计 1 1 喷雾机设计指标 棚架梨树行距5 m 株距3 m 主干高约0 8 m 上方冠层枝条沿棚架向两侧分离 无主干 梨树高 度约2 5 m 机具使用拖拉机作为动力源 节约自走 底盘等部件的成本 且方便更换牵引机具 综合成 本较低 相较于传统梨园 棚架式梨园的机具活动 范围较小 对机具的灵活性 小型化要求较高 大型 牵引式喷雾机在作业 转弯时均较为不便 故初步 拟定设较为小型的悬挂式喷雾机 喷雾机宽度不超 过拖拉机最大宽度 L hm 2 L hm 2 L hm 2 机具设计功率不超过10 kW 可挂载于中小型 拖拉机 药箱容积可支撑单次作业30 min以上 喷 雾机向两侧施药 单次作业2行 喷幅与梨树行距 相同 5 m 梨园现使用的传统高塔式喷雾机共 20个喷头 经测量 其单位面积施药量为1 333 去除非向树冠施药喷头后 共有10个喷头有效作 业 施药量约670 拟定本喷雾机喷雾量最多 不超过600 故药箱容积大于300 L 1 2 喷雾机结构及工作原理 如图1所示 喷雾机由机架 风机 药泵 可调 节导风管以及传动系统组成 喷雾机架由方钢 角 铁等材料焊接而成 其上方为药箱托架以及出风口 支撑架 下部分为传动系统底座以及风机卡槽 并 于其上焊接三点悬挂连接件 如图2所示 作业时 机具以拖拉机后动力输 出轴为动力源 通过万向节联轴器带动轴1转动 轴1通过带传动驱动药泵 同时利用带传动1 2增 速带动轴2 轴2与轴3通过无级调速装置连接 旋 转此装置可进行无级变速 最大可进行2倍增速 轴3通过带传动连接风机轴承座 继而带动风机转 第 6 期 王 杰 等 Y型棚架式果园 的 3WZ 300风送喷雾机设计与试验 61 动 气流由风机进入导风装置 最后由出风口射出 同时轴1通过带传动驱动药泵 药泵使药液通过管 路到达喷头处雾化并喷射至外界 被气流带至冠层内 2 机具设计 2 1 风机选型 根据果园调研得知 棚架梨树树枝主要集中于 棚架处 厚度约0 5 m 棚架距离喷雾机垂直距离约 1 m 距离较短 针对这一情况 置换原则计算需风 量较为合理 25 如图3所示 单位时间内风机风量 Q 的计算公式为 Q L1 L2 HvK 1 L1 L2 v K 式中 H是树冠厚度 是棚架内侧树冠几何长度 是棚架外侧树冠层几何长度 是喷雾机作业速 度 是气流衰减和沿途损失系数 Q 1 475 m3 s Q 5 310 m3 h Q 1 5 m 3 s Q 5 400 m 3 h 求得被置换的风量 即 拟定3WZ 300风送喷雾机风量 即 机具出风口距果树垂直距离为1 1 m 以此距 离为喷雾机射流提供数据支持 根据末速度原则公式 v2 H1v1KH 2 2 得到 v1 H2v2H 1K 3 v2 v1 H1 H2 v1 19 4 m s 式中 是气流到达树体的末速度 是导风装置 出口风速 是单侧出风口总长度 是树高 求得 根据气体自由淹没射流运动特性关系式轴 线速度公式 1 2 8 7 6 3 4 5 b v b Photograph of sprayer a e m a Structure diagram of sprayer 1 药箱 2 机架 3 传动箱 4 柱塞泵 5 动力输入轴 6 离心风机 7 导风装置 8 喷头 1 Sprayer tank 2 Boom frame 3 Transmission case 4 Plunger pump 5 Power input axis 6 Centrifugal fan 7 Air guiding device 8 Nozzle 图 1 3WZ 300风送喷雾机总体结构示意图 Fig 1 Overall structure of 3WZ 300 type air assisted sprayer 1 2 3 4 5 9 8 7 6 1 拖拉机后动力输出轴 2 万向节联轴器 3 轴1 4 带传动机构 5 轴2 6 无级调速装置 7 轴3 8 离心风机 9 柱塞泵 1 PTO of tractor 2 Universal joint 3 Axis 1 4 Belt drive 5 Axis 2 6 Stepless speed regulating device 7 Axis 3 8 Centrifugal fan 9 Plunger pump 图 2 3WZ 300风送喷雾机传动系统结构示意图 Fig 2 Transmission system structure of 3WZ 300 type air assisted sprayer 9 5 7 0 7 2 0 0 0 L1 L2 H L1 L2 树冠横截面内侧尺寸 树冠横截面外侧尺寸 H 冠层厚度 L1 L2 Inner dimension of the canopy cross section Outer dimension of the canopy cross section H Canopy thickness 图 3 Y型棚架梨树置换原则示意图 Fig 3 Replacement principle of Y typed trellis tree 62 华南农业大学学报 第 42 卷 v2 v1 0 966 as R0 0 294 4 a s R0 a v2 9 81 m s 式中 是试验系数 是喷口至任一断面处距离 是导风装置出口风半径 其中 的范围为 0 066 0 080 当喷口速度比较均匀且扰动较小时取 小值 反之取大值 由于导风装置出风口处风场较 为复杂 扰动较为强烈 故取其最大值0 08 计算出 1 1 m距离处气流末速度 关于圆形喷嘴射流理论 根据不可压三元定长 紊流自由射流主段流速分布推导结果公式得知 v2 v1 d0 1 61s 5 d 0 式中 是导风装置出口风直径 求得1 1 m距离处 v2 11 12 m s 气流末速度 式 5 结果大于式 4 结果 并均大于实际测量 结果 结合公式推导过程及试验过程分析 初步判 定其较大原因是公式推导过程较为理想化 而导风 装置内部形状较为复杂 试验过程中一定程度上受 外界影响 故其结果较推导结果偏小 但结果相近 有一定指示参考作用 表明当风速为19 m s时符合 果树最大需风要求 由于喷雾机向两侧多出口喷 雾 导风装置结构较为复杂 阻力较大 拟选择离心 风机作为风源 将上述结果设定为额定值 结合厂 家手册得知 4 72式离心风机为常用工业风机 工 作介质为常规空气 其风量跨度较大 风压相对轴 流风机较高 满足使用要求 根据此风量 初步拟定 选用4 72 3 6c型离心风机 其参数如表1所示 表 1 4 72 3 6c式风机参数 Table 1 Parameters of 4 72 3 6c fan 风机转速 r min 1 Fan speed 风机功率 kW Fan power 风量范围 m3 h 1 Range of air volume 全压范围 Pa Range of total pressure 2 900 3 00 2 664 5 268 989 1 578 2 600 2 20 2 730 4 058 1 009 1 230 2 200 1 50 2 310 3 434 723 881 1 800 0 75 1 890 2 810 483 590 m3 h 风机转速为2 900 r min时 由于导风装置阻力 远小于989 Pa 根据表1可知风机理论风量可达到 5 268 风机功率3 kW 满足喷雾机需求 2 2 导风装置设计 导风装置出风口面积 S2 计算公式为 S2 Qv 1 6 如图4所示 由于棚架梨树的树冠形状较为特 殊 横向喷雾会使得地面沉积量过大 农药浪费严 重 结合实际需要 拟将导风装置出风口垂直于棚 架 喷雾中心延长线通过树冠中层水平线与棚架交 点 两侧各4个出风口 由于中间冠层较厚 故冠层 中部对应2个 上下部分各1个 S2 0 078 9 m2 综上所述 拟定导流装置出风口形状为圆形 喷雾机两侧各有4个出风口 其总面积 各出风口直径d 112 mm 而导风装置与风机连 接 其进风口形状与风机出风口形状一致 确定导 风装置进风口与出风口尺寸后 将确定导风装置整 体形状及尺寸 并对其阻力进行估算 导风装置大 致分为3个部分 如图5所示 b 斜向喷雾示意图 b The diagram of oblique spray a 水平喷雾示意图 a The diagram of horizontal spray 图 4 不同角度的喷雾方式对比 Fig 4 Comparison of spraying methods from different angles 第 6 期 王 杰 等 Y型棚架式果园 的 3WZ 300风送喷雾机设计与试验 63 B A C A 进风口 B 整流管 C 出风口 A Air inlet B Air rectifier C Air outlet 图 5 导风装置示意图 Fig 5 Schematic diagram of air guiding device 导风装置进风口底部与离心风机出风口连接 由下向上形状逐渐变化为圆形 与整流管连接 结 合喷雾机高度限制 拟定此部分高度300 mm 整流 管的作用是改变风向 使离心风机吹出的气流正对 梨树冠外侧 即达到图4b的效果 考虑到加工便利 性 整流管横截面为圆形 其横截面积与单侧导风 装置出风口面积之和相同 26 具体尺寸将进行仿真 分析后确定 由于棚架梨树树形特殊 其冠层中间 密度较高 树冠顶部与底部枝叶较少 故设置2个 出风口对树冠密度较高的部位进行送风喷雾 两端 出风口倾斜30 整体根据树冠厚度进行风量与雾 量分配 导风装置形状确定后 通过阻力计算公式计算 其空气阻力 局部阻力公式为 Pj v 23 2 7 摩擦阻力公式为 Pm 2 4R s v 23 2 L 8 P j v3 Pm Rs 式中 是局部空气阻力 是局部阻力系数 是空 气密度 是导风管内空气的平均流速 是空气 摩擦阻力 是摩擦阻力系数 是导风管的水力半 径 L是导风管的沿程长度 计算出导风装置总阻力为260 Pa 此阻力小于 离心风机全压范围的最小值 为了便于探究出风口高度对喷雾效果的影响 装置底部与出风口用PVC管连接 可通过改变连 接螺栓位置调整出风口高度 通过测量得知 机器稳定运转时 流量不变的 情况下 空气在管路内运行时 管径越大 流速越 小 流动阻力也越小 导风装置设计过程中 其进风 口与出风口尺寸已确定 考虑到加工便利性以及成 本 其中部使用弯管作为过渡区域 导风装置形状 较为复杂 根据常规通风计算方法无法确定其流动 0 039 973 m2 状态 本文遵循面积相近原则 保持中段弯管截面 积与出风口截面积之和相同 由上述计算过程可 知 单侧4个出风口面积之和为 此面 积介于220与230 mm圆管截面积之间 便拟定选 用这2个尺寸之一的弯管作为过渡区 将模型导入 ANSYS Workbench平台进行处理 对导风装置进 行建模并将其导入Workbench 采用ICEM对模型 进行网格划分 对几何模型进行区域离散 适当调 节网格密度 对出风口处进行网格加密 使其满足 条件 如图6所示 图 6 导风装置网格划分 Fig 6 Meshing of air guiding device 选择Fluent模块对其求解 迭代运算后 对采 用2个尺寸弯管的速度云图与压力云图进行对比 分析可知 220 mm管道折弯处区域速度明显增大 压力明显降低 两侧最低出风口速度明显较低 速 度云图显示其速度为16 20 m s 而最高处出风口 速度明显较高 为32 36 m s 中段管径为230 mm 的导风装置压力分布均匀 其出风口压力与速度分 布较为均匀 故优先选择230 mm弯管作为导风装置过 渡段 2 3 喷雾系统设计 图7为3WZ 300型风送喷雾机的喷雾系统示 意图 喷雾系统主要包括液泵 包含压力表及调压 装置 药箱 喷头 分流器以及三通软管等 利用药 泵回流对药箱内部药液进行搅拌 防止农药分层或 沉淀 药液由药泵排出后经分流器分流进入管路 最终进入喷头并雾化喷出 根据果园 GB T 17997 2008 农药喷雾机 器 田间操作规程及喷洒质量评定 27 要求 喷雾机杀 虫灭菌使用圆锥雾喷头 且药箱回流搅拌量不少于 药箱体积容量的5 设计的喷雾压力为0 4 MPa 本喷雾机共8个喷头 经测量其在0 4 MPa压力下 喷量为1 3 L min 即喷头总喷量为10 4 L min 根据 设计要求 喷雾机单次作业时间不少于30 min 药 64 华南农业大学学报 第 42 卷 箱容积拟定310 L 根据上述国标要求 药箱回流搅 拌量不少于药箱体积容量的5 约15 L min 故药 泵流量至少需达到25 L min 综上所述 选用联农 LL 88型柱塞泵 额定流量20 35 L min 额定功率 3 kW 满足喷雾机需求 3 田间试验 3 1 试验条件 试验时间 2020年6月5日 试验地点 江苏省 泰兴市烨佳梨园 试验时 环境温度16 21 自然 风速0 5 1 2 m s 试验对象为Y型棚架式梨树 平 均树高2 5 m 冠径3 m 行距5 m 株距3 m 试验 现场如图8所示 3 2 试验材料及方法 试验器材 东风604 15型拖拉机 3WZ 300风 送喷雾机 牵引式高塔喷雾机 UV2000紫外可见 分光光度计 EPSON V39扫描仪 TSI 9565P 多功能风速测试仪 丽春红2R 便签纸 7 6 cm 7 6 cm 试验方案参考 GB T 17997 2008 农药喷雾 机 器 田间操作规程及喷洒质量评定 27 选用 3棵具有代表性的梨树作为采样对象 考虑到棚架 梨的特殊性 采样点方案有所改进 如图9所示 将 树冠分为3层 高度分别为0 8 1 8和2 8 m 为测 试喷雾过程中冠层外侧与内部沉积效果 每层均沿 冠层外部与内部布点 内外间隔约0 8 m 每个采样 点使用回形针固定便签纸于树叶两面 同时在地面 上以树干为中心 正方形布置6个点 将便签纸平 铺于布点处 试验药液为2 5 g L丽春红2R溶液 根据国标要求计算药液覆盖率 参照文献 28 使用UV2000紫外可见分光光度计测定纸卡浸泡液 的光密度计算单位面积雾滴沉积量 其计算公式为 m D504 nmVRLS 3C 9 S3 式中 m是单位面积雾滴沉积量 D504 nm是纸卡浸 泡液光密度 V是纸卡浸泡液体积 R是吸光系数 L是比色皿厚度 是纸卡面积 C是丽春红母液 浓度 1 2 3 4 5 6 7 1 药箱盖 2 药箱 3 过滤器 4 压力表 5 液泵 6 分流器 7 喷头 1 Tank lid 2 Tank 3 Filter 4 Pressure gage 5 Plunger pump 6 Splitter 7 Nozzle 图 7 3WZ 300风送喷雾机喷雾系统示意图 Fig 7 Spray system structure of 3WZ 300 type air assisted sprayer 图 8 果园喷雾试验现场 Fig 8 Spraying test in orchard 行驶方向 Driving direction 内侧 Inside外侧 Outside 行驶方向 Driving direction a 靶标布点示意图 a Schematic diagram of target distribution b 地面布点示意图 b Schematic diagram of ground layout 图 9 采样点布置示意图 Fig 9 Layout of sampling points 第 6 期 王 杰 等 Y型棚架式果园 的 3WZ 300风送喷雾机设计与试验 65 在作业过程中 影响施药效果的主要因素有作 业速度 出口风速和出风口高度 其中作业速度通 过拖拉机挡位调节 调整范围为0 8 1 6 m s 出口 风速通过无级调速装置进行调节 风速范围16 22 m s 出风口高度通过连接杆不同高度通孔调整 以树冠几何高度中点为零点 调整范围为 20 20 cm 通过前期室内试验得出 喷雾压力在0 25 0 50 MPa范围内 雾量变化较小 故将喷雾压力固 定为0 3 MPa 每组试验前测量环境风速并实时记 录 试验参数及其具体数值确定后 试验因素编码 如表2所示 为使试验结果更加直观 便于观察 本文采用 R1 R2 R3 Design Expert的三因素三水平Box Behnken响应 面法进行参数组合 组合方案及结果如表3所示 分别代表靶标雾滴覆盖率 靶标雾滴沉积 量 地面雾滴沉积量 表 3 果园喷雾试验参数组合及试验结果 Table 3 Experiment scheme and results of orchard spraying test 序号 Test No 试验参数编码值 Code value of test parameter评价指标 Evaluating indicator x1 出口风速 Air outlet velocity x2 作业速度 Working speed x3 出风口高度 Air outlet height R1 靶标雾滴覆盖率 Droplet coverage rate on target R2 靶标雾滴沉积量 Droplet deposition on target R3 地面雾滴沉积量 Droplet deposition on ground 1 1 1 0 34 56 7 807 3 661 2 1 0 1 29 17 6 208 5 923 3 1 1 0 29 69 6 216 3 584 4 0 1 1 25 26 5 596 4 120 5 1 0 1 38 02 8 948 5 478 6 1 1 0 41 41 11 268 6 587 7 0 1 1 34 64 7 361 3 657 8 0 1 1 35 42 10 731 10 157 9 0 0 0 34 37 7 307 3 434 10 0 0 0 33 86 8 551 5 047 11 0 0 0 33 33 8 117 4 533 12 1 1 0 29 69 5 188 1 772 13 1 0 1 26 04 5 995 4 111 14 0 1 1 23 05 4 038 2 085 15 0 0 0 33 61 8 491 4 915 16 0 0 0 33 33 8 573 4 275 17 1 0 1 25 52 4 658 2 630 4 试验结果与分析 4 1 显著性分析 R1 R2 R3 R1 采用Design Expert 8 0 6对表3数据拟合并进行 方差分析 得到显著性检验结果如表4所示 根据表4 可知 模型显著性检验F 4 50 P 0 030 模型显 著 模型显著性检验F 4 06 P 0 039 模型显 著性检验F 4 67 P 0 027 均达到显著 但 的失 R2 拟项检验F 99 04 P 0 01 的失拟项检验 F 10 74 P 0 022 2个指标的失拟项均显著 说明 试验范围内2个指标模型拟合受到未知参数影响 结合试验过程分析 考虑可能是由于试验环境影响 因素较多所致 如树冠状态发生变化 梨园地面凹 凸不平导致机具晃动等 但由于模型显著性较好 因此可以使用上述2个模型对出风口风速 作业速 表 2 试验因素编码 Table 2 Coding of factors and levels 编码值 Code value x1 出口风速 m s 1 Air outlet velocity x2 作业速度 m s 1 Working speed x3 出风口高度 cm Air outlet height 1 16 0 8 20 0 19 1 2 0 1 22 1 6 20 66 华南农业大学学报 第 42 卷 R3 x1 x2 x3 度 出风口高度这3个因素的影响效果进行分析及 大致预测 的失拟项检验F 5 66 P 0 064 失拟 项不显著 说明不存在其他指标对此模型产生较大 影响 可以使用此模型对出风口风速 作业速度 出风口高度 这3个因素的影响效果进行分 析及预测 对试验数据回归拟合得到的二次多项式 回归模型为 R1 46 144 0 105x1 11 981x2 0 116x3 0 01x23 10 R2 14 321 0 017x1 5 04x2 0 059x3 0 03x23 11 R3 12 087 0 154x1 3 907x2 0 25x3 0 14x2x3 12 4 2 响应曲面分析 图10为靶标雾滴覆盖率 靶标雾滴沉积量 地面雾滴沉积量的3D曲面图 从图10可以看 出作业速度 出风口高度对靶标雾滴覆盖率的影 响较为显著 而出口风速对靶标雾滴覆盖率影响 较小 通过图10b 10c可直观地看出出风口高度 对靶标雾滴覆盖率的影响较为稳定 无论作业速 度及出风口速度如何变化 当出风口高度为 4 0 cm时 靶标雾滴覆盖率均较大 由图10d 10e 10f可直观地看出作业速度 出风口高度对靶标 雾滴沉积量影响均显著 其中作业速度的影响尤 为显著 响应曲面中靶标雾滴沉积量增长趋势与 靶标雾滴覆盖率增长趋势相似 但沉积量的峰值 较高 在图10d 10f中尤为明显 这是因为部分 采样点雾滴附着量达到一定程度后 覆盖率趋近 于1且增长趋势大幅减弱 而沉积量此时仍持续 增加 甚至出现了冲洗现象 由图10g 10h 10i 可直观看出 出口风速 作业速度和出风口高度 对地面雾滴沉积量均有一定影响 其中作业速度 的影响较为显著 且作业速度小于1 2 m s时 出 风口位置对地面雾滴沉积量的影响极大 当作业 速度为1 0 m s时 地面雾滴沉积量随出风口高 度的降低显著增大 这是因为当出风口高度较低 时 很大一部分药液落在地面 而作业速度越 慢 单位时间内落在地面的药液越多 值得一提 的是 虽受未知因素的干扰 仍可看出风速对施 药效果有部分影响 与作业速度有一定耦合作 用 当靶标雾滴覆盖率及沉积量均达到峰值时 地面雾滴沉积量也达到峰值 故需进行平衡 确 定较为合适的参数 表 4 响应曲面显著性检验结果 Table 4 Significance test results of response surface 方差来源1 Soruce of variation R1 靶标雾滴覆盖率 Droplet coverage rate on target R2 靶标雾滴沉积量 Droplet deposition on target R3 地面雾滴沉积量 Droplet deposition on ground 平方和 Square sum 自由度 Degree of freedom F P 平方和 Square sum 自由度 Degree of freedom F P 平方和 Square sum 自由度 Degree of freedom F P 模型 Model 329 46 9 4 500 0 030 54 34 9 4 060 0 039 51 69 9 4 670 0 027 x1 0 79 1 0 100 0 760 0 02 1 0 010 0 908 1 71 1 1 390 0 276 x2 183 74 1 22 590 0 01 32 52 1 21 840 0 01 19 53 1 15 880 0 005 x3 43 34 1 5 330 0 054 11 12 1 7 470 0 029 21 76 1 17 700 0 004 x1x2 11 73 1 1 440 0 269 1 48 1 0 990 0 352 0 31 1 0 250 0 631 x1x3 17 35 1 2 130 0 188 0 49 1 0 330 0 583 0 93 1 0 750 0 414 x2x3 0 51 1 0 060 0 809 0 82 1 0 550 0 482 4 98 1 4 050 0 084 x12 0 06 1 0 007 0 936 1 20 1 0 810 0 399 1 07 1 0 870 0 382 x22 0 02 1 0 000 0 988 0 01 1 0 008 0 930 0 005 1 0 004 0 950 x32 71 78 1 8 820 0 021 6 29 1 4 220 0 079 1 51 1 1 230 0 304 残差 Residual 56 94 7 10 42 7 8 61 7 失拟 Lack of fit 56 19 3 99 04 s t G x1 x2 x3 33 R1 0 16 x1 22 0 8 x2 1 6 20 x3 20 16 x1 x2 x3 R1 R2 L cm2 R3 L cm2 得出最优解及预测值为 16 m s 0 8 m s 5 1 cm 39 79 9 89 5 41 L cm2 L cm2 考虑到完成试验并处理数据所需时间较 长 果园情况变化较大 故在试验后进行多次不 同参数组合试验并保留数据 其中一组影响因 素数值为 出风口风速为16 m s 作业速度为0 8 m s 出风口高度为0 cm 其出风口高度与预测 最优参数相差5 1 cm 其影响较小 故可将其视 为最优组 此时靶标雾滴覆盖率为41 41 靶标 雾滴沉积量为11 27 地面雾滴沉积量为 6 59 45 40 35 30 25 20 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 2221 2019 1817 16 x2 m s 1 x1 m s 1 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 2221 2019 1817 16 x2 m s 1 x1 m s 1 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 22 2120 1918 1716 x2 m s 1 x1 m s 1 2221 2019 1817 16 x1 m s 1 R 1 11 109 8 76 5 4R 2 L c m 2 12 10 8 6 4 2 0R 3 L c m 2 1