摘要傳統(tǒng)的農(nóng)藥混藥方式都是預(yù)混式混藥,即由操作人員將農(nóng)藥和水進(jìn)行人工混合。這種混藥方式存在很多弊端。綜述了國(guó)內(nèi)外幾種混藥裝置的研究進(jìn)展,提出了實(shí)際應(yīng)用中存在的問題,并進(jìn)行了展望。文章發(fā)表在《中國(guó)科技資源導(dǎo)刊》上，是工程師職稱論文發(fā)表范文，供同行參考。

　　關(guān)鍵詞植保機(jī)械;混藥裝置;在線混合技術(shù);直接注入系統(tǒng)

　　噴霧機(jī)的混藥裝置是指完成農(nóng)藥與水混合的裝置。在農(nóng)藥的使用過程中,傳統(tǒng)的噴霧混藥方式是預(yù)混式混藥。即由操作人員將農(nóng)藥與水按一定的比例一起裝入大藥箱中,人工攪拌使農(nóng)藥與水均勻混合[1]。這種混藥方式存在著很多缺點(diǎn):譬如,在攪拌混合的過程中,操作人員不得不與農(nóng)藥密切接觸,可能會(huì)對(duì)操作人員的身體健康造成危害;在進(jìn)行濃度配制時(shí),配制的藥液在劑量、混合的均勻度等方面容易造成比較大的誤差,影響噴霧效果;農(nóng)藥直接與噴霧機(jī)的機(jī)械部件長(zhǎng)時(shí)間接觸并摩擦,造成機(jī)械污染及腐蝕;而且噴霧結(jié)束后,大量已混合好卻未用完的藥液也會(huì)造成極大的浪費(fèi)和環(huán)境污染。因此,為了避免這種混藥方式給施藥人員、噴霧機(jī)械以及環(huán)境和非靶標(biāo)生物帶來的危害,實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥藥水分離、在線混合和施藥機(jī)具的裝備自動(dòng)化是植保機(jī)械與施藥技術(shù)研究的發(fā)展趨勢(shì)之一。國(guó)內(nèi)外的很多專家學(xué)者在農(nóng)藥藥水在線混合裝置方面做出了開創(chuàng)性的研究。

　　農(nóng)藥藥水在線混合技術(shù)是將藥箱和水箱分開,利用噴霧機(jī)管道系統(tǒng)內(nèi)部的水流或者噴霧機(jī)管道系統(tǒng)外部的能源完成農(nóng)藥與水的在線混合。這種混藥技術(shù)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥的標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、精確化施用,以環(huán)境保護(hù)和操作者安全為核心,通過混藥器在線控制農(nóng)藥的使用量,同時(shí)在施用過程中避免操作者與農(nóng)藥接觸,因此可以減小農(nóng)藥對(duì)操作者產(chǎn)生的危害,同時(shí)減少對(duì)環(huán)境以及周圍非靶標(biāo)生物的污染。而且噴霧裝置在施用后更有利于清洗,可拆卸、回收和翻新或安全廢棄并長(zhǎng)期無慮。筆者綜述了國(guó)內(nèi)外農(nóng)藥藥水在線混合技術(shù)的研究進(jìn)展,并展望了今后發(fā)展的趨勢(shì)。

　　1國(guó)外農(nóng)藥混藥裝置的研究進(jìn)展

　　1970年,Amsden首次提出了農(nóng)藥在線混合技術(shù),引起了世界各國(guó)科學(xué)家的廣泛關(guān)注,經(jīng)過近40年的研究,農(nóng)藥在線混合技術(shù)已經(jīng)有了顯著的發(fā)展與進(jìn)步。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛采用的是大型機(jī)動(dòng)噴桿式噴霧機(jī),重點(diǎn)研究的是采用外加能源式在線混藥。其中,農(nóng)藥直接注入系統(tǒng)就是利用噴霧機(jī)管道系統(tǒng)外部的能源,完成農(nóng)藥的精確計(jì)量以及藥、水在管道內(nèi)的混合。這種混藥裝置在水流量保持恒定的情況下,利用噴霧機(jī)管道系統(tǒng)外部的能源,根據(jù)噴霧機(jī)的前進(jìn)速度來調(diào)節(jié)農(nóng)藥的注入量,通過噴霧機(jī)管道系統(tǒng)內(nèi)混合液濃度的變化,達(dá)到單位面積上農(nóng)藥的用量恒定。按農(nóng)藥注入量調(diào)節(jié)方式的不同,農(nóng)藥直接注入系統(tǒng)又可分為壓縮空氣直接注入系統(tǒng)和變?nèi)莘e泵直接注入系統(tǒng)。

　　1.1壓縮空氣直接注入系統(tǒng)

　　壓縮空氣直接注入系統(tǒng)的混藥裝置由2個(gè)液箱、2個(gè)變面積流量計(jì)和1個(gè)壓縮空氣灌組成。2個(gè)液箱分別是藥箱和水箱,2個(gè)變面積流量計(jì)分別是測(cè)量農(nóng)藥與水的流量,壓縮空氣罐則是用來給2個(gè)液箱提供恒定的壓力。噴霧作業(yè)時(shí),操作人員通過調(diào)節(jié)2個(gè)液箱內(nèi)的空氣壓力來調(diào)節(jié)水和農(nóng)藥的流量,當(dāng)2個(gè)變面積流量計(jì)分別測(cè)出的流量符合指定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)即可。

　　1.2變?nèi)莘e泵直接注入系統(tǒng)

　　20世紀(jì)80年代中期,由美國(guó)開發(fā)的Mid-West Technology CC I-2000 型直接注入系統(tǒng)的混藥裝置就是變?nèi)莘e泵直接注入系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備獨(dú)立的藥箱和水箱,由與噴霧機(jī)前進(jìn)速度成正比的變?nèi)莘e泵使定量的農(nóng)藥進(jìn)入主水管道,與來自水箱的水混合,再經(jīng)噴霧泵輸入噴霧主管。由于水藥分置,與傳統(tǒng)的噴霧機(jī)相比,該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、節(jié)約用藥、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。

　　1.3其他噴霧混藥裝置

　　國(guó)外的很多專家學(xué)者在混藥裝置方面做了一些研究,也得到了一些顯著的成果。如Larson等研制了試驗(yàn)用噴霧機(jī),該噴霧機(jī)能夠根據(jù)拖拉機(jī)的前進(jìn)速度,通過計(jì)量泵按比例調(diào)節(jié)農(nóng)藥注入水流的注入量。Reichard和Ladd研制了試驗(yàn)用在線混合噴霧機(jī),這種噴霧機(jī)不管拖拉機(jī)的行進(jìn)速度如何,只通過計(jì)量泵調(diào)節(jié)合適的農(nóng)藥量使其與水流混合,水與農(nóng)藥按一定比例混合后到達(dá)噴嘴,當(dāng)拖拉機(jī)到達(dá)地頭時(shí),由于速度降低,農(nóng)藥與水的流量將按比例減小。1994年,Ghate和Phatak完成了壓縮空氣直接注入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)能夠精確測(cè)量噴霧機(jī)的前進(jìn)速度,并增加了調(diào)節(jié)藥箱壓力的調(diào)壓閥,根據(jù)此信號(hào),通過控制調(diào)節(jié)閥的開度,調(diào)節(jié)藥箱內(nèi)的壓力,從而調(diào)節(jié)農(nóng)藥注入噴霧機(jī)管道系統(tǒng)的注入量,達(dá)到農(nóng)藥濃度與前進(jìn)速度成比例變化。水流量恒定,農(nóng)藥濃度隨前進(jìn)速度同步變化,因而單位面積上農(nóng)藥用量就能夠恒定。1998年,Koo Y M將總流量控制和農(nóng)藥直接注入技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)了一套直接注入總流量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)隨噴霧機(jī)的前進(jìn)速度同步調(diào)節(jié)水流量和農(nóng)藥的注入量,因而農(nóng)藥濃度保持不變;由于總流量與噴霧機(jī)前進(jìn)速度成正比變化,因此不僅單位面積上農(nóng)藥用量恒定,而且單位面積上的噴霧總量也恒定[10]。Steward等針對(duì)Raven SCS-700農(nóng)藥注入系統(tǒng)研究了控制子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并用模型進(jìn)行控制響應(yīng)預(yù)測(cè),開展流量與閥有關(guān)參數(shù)的關(guān)系、控制器動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性研究等[11]。Gillis等開展了為基于機(jī)器視覺的農(nóng)藥噴霧機(jī)中的農(nóng)藥在線注入系統(tǒng)研究[12-13],Slaughter等開發(fā)了側(cè)向除草劑噴霧機(jī)上配置農(nóng)藥直接注入系統(tǒng)[14],該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精確對(duì)靶施藥。

　　2國(guó)內(nèi)混藥裝置的研究進(jìn)展

　　2.1靜態(tài)混合裝置

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的何雄奎教授等人在傳統(tǒng)的農(nóng)藥直接注入系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用SK靜態(tài)混合器實(shí)現(xiàn)藥水在線混合[14],把不同農(nóng)藥劑型、不同黏度溶液的混合均勻度與傳統(tǒng)的混藥裝置進(jìn)行了對(duì)比,由于其特殊的設(shè)備結(jié)構(gòu)和流體的運(yùn)動(dòng),使兩種流體各自分散,然后再彼此混合起來,可以達(dá)到比較好的均勻混合效果,該方法對(duì)比較繁多的藥劑類型和復(fù)雜的農(nóng)藥混合來說比較理想,在很寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)也能使用。與傳統(tǒng)的混藥裝置相比較,混合均勻度有了改善,縮短了流體流經(jīng)的水管長(zhǎng)度,從而減少了變量延遲的時(shí)間。

　　2.2射流泵混藥裝置

　　射流混藥裝置是一種利用噴霧機(jī)管道系統(tǒng)內(nèi)部的水力完成農(nóng)藥與水在線混合的混藥裝置,由噴嘴、吸入室、混合管和擴(kuò)散管等部分組成[15]。射流混藥裝置的基本原理就是湍流射流、湍流混合的過程,高壓水通過噴嘴射出,在混合管入口處利用動(dòng)量交換的能量傳遞方式吸入周圍的低壓藥液,水與農(nóng)藥在混合管入口及管內(nèi)混合,高壓水速度減小,低壓藥液速度增大,在混合口出口處均勻混合,速度一致,混合液通過擴(kuò)散管時(shí),由于擴(kuò)散管的橫截面積逐漸增大,混合液速度減小,壓強(qiáng)升高,再由裝置流出,以此實(shí)現(xiàn)藥、水的抽吸和在線混合。這種射流噴霧混藥裝置在使用時(shí)能達(dá)到藥、水分離,避免了操作人員與農(nóng)藥的直接接觸,能安全地使用農(nóng)藥和消除殘留物對(duì)環(huán)境的污染,具有裝置成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

　　2.3正壓式混藥裝置

　　正壓式混藥裝置是在射流混藥裝置的原理上,結(jié)合手動(dòng)噴霧器的特性改進(jìn)而來,該混藥裝置由吸入室、突縮管、混合室、擠壓室等幾部分組成[16]。在吸入式的下端有連通擠壓室的分流孔,擠壓室內(nèi)有藥液擠壓裝置。噴霧作業(yè)時(shí),水流進(jìn)入吸入室后,一部分經(jīng)突縮管流入混合室,由于水流通徑變小,因而速度增大,壓力下降;另一部分經(jīng)分流孔進(jìn)入擠壓室,對(duì)藥液擠壓裝置施壓,由于擠壓室與混合室之間存在壓力差,藥液擠壓裝置內(nèi)的藥液經(jīng)吸口被擠壓入混合室。最后2種液體在混合室中充分混合均勻,經(jīng)噴桿由噴頭噴出。該裝置采用正壓擠壓的方式,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)混藥技術(shù)在手動(dòng)噴霧器上的成功應(yīng)用,并具有應(yīng)用范圍廣闊的優(yōu)點(diǎn)[17]。

　　3存在的問題

　　農(nóng)藥的自動(dòng)混藥裝置相對(duì)于預(yù)混式混藥有很多優(yōu)勢(shì),同時(shí)也存在著一些問題。在我國(guó),自動(dòng)混藥裝置的市場(chǎng)化產(chǎn)品并不多,2001年蘇州農(nóng)業(yè)機(jī)械廠生產(chǎn)的出水混藥器用藥量大,壓損大,計(jì)算操作復(fù)雜。2008年有工廠生產(chǎn)了進(jìn)水混藥器,由于進(jìn)水壓力真空度不夠且進(jìn)水壓力受回水量影響大,造成吸藥的比例常常不穩(wěn)定,因此真正落實(shí)到生產(chǎn)使用中還存在著一些問題。

　　4結(jié)語

　　國(guó)內(nèi)外的噴霧混藥裝置從預(yù)混式混藥發(fā)展到農(nóng)藥與水在噴霧管道內(nèi)的在線混合,是農(nóng)藥安全使用研究上的一項(xiàng)重大突破。在線混合裝置實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥與水的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),而且能很好地保證農(nóng)藥與水混合的穩(wěn)定性和均勻性,很好地保護(hù)環(huán)境及人身、食品的安全。目前,在發(fā)達(dá)國(guó)家,農(nóng)藥直接注入系統(tǒng)是一種應(yīng)用比較廣泛的混藥方式;在我國(guó),農(nóng)藥在線混藥技術(shù)在農(nóng)田的病蟲害防治中也在逐步推廣,并且具有廣闊的發(fā)展前景。

　　工程師職稱論文發(fā)表須知：《中國(guó)科技資源導(dǎo)刊》是中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所與南京大學(xué)共同主辦的科技管理類學(xué)術(shù)性期刊，是中國(guó)科技核心期刊(中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊)。主要刊登科技資源(尤其是科技物力資源、科技信息資源和科技人力資源)管理領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、綜述評(píng)論，宣傳和探討科技資源管理的戰(zhàn)略政策，探索和揭示科技資源管理領(lǐng)域的基本原理和規(guī)律，展示技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等，促進(jìn)我國(guó)科技資源管理領(lǐng)域的理論研究與實(shí)踐管理水平的不斷提升，為科技資源管理者和研究者提供高水平的學(xué)術(shù)交流平臺(tái)。