摘要傳統的農藥混藥方式都是預混式混藥,即由操作人員將農藥和水進行人工混合。這種混藥方式存在很多弊端。綜述了國內外幾種混藥裝置的研究進展,提出了實際應用中存在的問題,并進行了展望。文章發表在《中國科技資源導刊》上，是工程師職稱論文發表范文，供同行參考。

　　關鍵詞植保機械;混藥裝置;在線混合技術;直接注入系統

　　噴霧機的混藥裝置是指完成農藥與水混合的裝置。在農藥的使用過程中,傳統的噴霧混藥方式是預混式混藥。即由操作人員將農藥與水按一定的比例一起裝入大藥箱中,人工攪拌使農藥與水均勻混合[1]。這種混藥方式存在著很多缺點:譬如,在攪拌混合的過程中,操作人員不得不與農藥密切接觸,可能會對操作人員的身體健康造成危害;在進行濃度配制時,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;農藥直接與噴霧機的機械部件長時間接觸并摩擦,造成機械污染及腐蝕;而且噴霧結束后,大量已混合好卻未用完的藥液也會造成極大的浪費和環境污染。因此,為了避免這種混藥方式給施藥人員、噴霧機械以及環境和非靶標生物帶來的危害,實現農藥藥水分離、在線混合和施藥機具的裝備自動化是植保機械與施藥技術研究的發展趨勢之一。國內外的很多專家學者在農藥藥水在線混合裝置方面做出了開創性的研究。

　　農藥藥水在線混合技術是將藥箱和水箱分開,利用噴霧機管道系統內部的水流或者噴霧機管道系統外部的能源完成農藥與水的在線混合。這種混藥技術實現了農藥的標準化、專業化、精確化施用,以環境保護和操作者安全為核心,通過混藥器在線控制農藥的使用量,同時在施用過程中避免操作者與農藥接觸,因此可以減小農藥對操作者產生的危害,同時減少對環境以及周圍非靶標生物的污染。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期無慮。筆者綜述了國內外農藥藥水在線混合技術的研究進展,并展望了今后發展的趨勢。

　　1國外農藥混藥裝置的研究進展

　　1970年,Amsden首次提出了農藥在線混合技術,引起了世界各國科學家的廣泛關注,經過近40年的研究,農藥在線混合技術已經有了顯著的發展與進步。目前,發達國家廣泛采用的是大型機動噴桿式噴霧機,重點研究的是采用外加能源式在線混藥。其中,農藥直接注入系統就是利用噴霧機管道系統外部的能源,完成農藥的精確計量以及藥、水在管道內的混合。這種混藥裝置在水流量保持恒定的情況下,利用噴霧機管道系統外部的能源,根據噴霧機的前進速度來調節農藥的注入量,通過噴霧機管道系統內混合液濃度的變化,達到單位面積上農藥的用量恒定。按農藥注入量調節方式的不同,農藥直接注入系統又可分為壓縮空氣直接注入系統和變容積泵直接注入系統。

　　1.1壓縮空氣直接注入系統

　　壓縮空氣直接注入系統的混藥裝置由2個液箱、2個變面積流量計和1個壓縮空氣灌組成。2個液箱分別是藥箱和水箱,2個變面積流量計分別是測量農藥與水的流量,壓縮空氣罐則是用來給2個液箱提供恒定的壓力。噴霧作業時,操作人員通過調節2個液箱內的空氣壓力來調節水和農藥的流量,當2個變面積流量計分別測出的流量符合指定的標準時即可。

　　1.2變容積泵直接注入系統

　　20世紀80年代中期,由美國開發的Mid-West Technology CC I-2000 型直接注入系統的混藥裝置就是變容積泵直接注入系統。該系統具備獨立的藥箱和水箱,由與噴霧機前進速度成正比的變容積泵使定量的農藥進入主水管道,與來自水箱的水混合,再經噴霧泵輸入噴霧主管。由于水藥分置,與傳統的噴霧機相比,該系統具有操作簡便、節約用藥、保護環境等優點。

　　1.3其他噴霧混藥裝置

　　國外的很多專家學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等研制了試驗用噴霧機,該噴霧機能夠根據拖拉機的前進速度,通過計量泵按比例調節農藥注入水流的注入量。Reichard和Ladd研制了試驗用在線混合噴霧機,這種噴霧機不管拖拉機的行進速度如何,只通過計量泵調節合適的農藥量使其與水流混合,水與農藥按一定比例混合后到達噴嘴,當拖拉機到達地頭時,由于速度降低,農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的設計。該系統能夠精確測量噴霧機的前進速度,并增加了調節藥箱壓力的調壓閥,根據此信號,通過控制調節閥的開度,調節藥箱內的壓力,從而調節農藥注入噴霧機管道系統的注入量,達到農藥濃度與前進速度成比例變化。水流量恒定,農藥濃度隨前進速度同步變化,因而單位面積上農藥用量就能夠恒定。1998年,Koo Y M將總流量控制和農藥直接注入技術相結合,開發了一套直接注入總流量控制系統。該系統隨噴霧機的前進速度同步調節水流量和農藥的注入量,因而農藥濃度保持不變;由于總流量與噴霧機前進速度成正比變化,因此不僅單位面積上農藥用量恒定,而且單位面積上的噴霧總量也恒定[10]。Steward等針對Raven SCS-700農藥注入系統研究了控制子系統的數學模型,并用模型進行控制響應預測,開展流量與閥有關參數的關系、控制器動態性能和穩定性研究等[11]。Gillis等開展了為基于機器視覺的農藥噴霧機中的農藥在線注入系統研究[12-13],Slaughter等開發了側向除草劑噴霧機上配置農藥直接注入系統[14],該系統能夠實現精確對靶施藥。

　　2國內混藥裝置的研究進展

　　2.1靜態混合裝置

　　中國農業大學的何雄奎教授等人在傳統的農藥直接注入系統的基礎上采用SK靜態混合器實現藥水在線混合[14],把不同農藥劑型、不同黏度溶液的混合均勻度與傳統的混藥裝置進行了對比,由于其特殊的設備結構和流體的運動,使兩種流體各自分散,然后再彼此混合起來,可以達到比較好的均勻混合效果,該方法對比較繁多的藥劑類型和復雜的農藥混合來說比較理想,在很寬的雷諾數范圍內也能使用。與傳統的混藥裝置相比較,混合均勻度有了改善,縮短了流體流經的水管長度,從而減少了變量延遲的時間。

　　2.2射流泵混藥裝置

　　射流混藥裝置是一種利用噴霧機管道系統內部的水力完成農藥與水在線混合的混藥裝置,由噴嘴、吸入室、混合管和擴散管等部分組成[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量交換的能量傳遞方式吸入周圍的低壓藥液,水與農藥在混合管入口及管內混合,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,混合液通過擴散管時,由于擴散管的橫截面積逐漸增大,混合液速度減小,壓強升高,再由裝置流出,以此實現藥、水的抽吸和在線混合。這種射流噴霧混藥裝置在使用時能達到藥、水分離,避免了操作人員與農藥的直接接觸,能安全地使用農藥和消除殘留物對環境的污染,具有裝置成本低、操作簡單等優點。

　　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,結合手動噴霧器的特性改進而來,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,擠壓室內有藥液擠壓裝置。噴霧作業時,水流進入吸入室后,一部分經突縮管流入混合室,由于水流通徑變小,因而速度增大,壓力下降;另一部分經分流孔進入擠壓室,對藥液擠壓裝置施壓,由于擠壓室與混合室之間存在壓力差,藥液擠壓裝置內的藥液經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,經噴桿由噴頭噴出。該裝置采用正壓擠壓的方式,實現了自動混藥技術在手動噴霧器上的成功應用,并具有應用范圍廣闊的優點[17]。

　　3存在的問題

　　農藥的自動混藥裝置相對于預混式混藥有很多優勢,同時也存在著一些問題。在我國,自動混藥裝置的市場化產品并不多,2001年蘇州農業機械廠生產的出水混藥器用藥量大,壓損大,計算操作復雜。2008年有工廠生產了進水混藥器,由于進水壓力真空度不夠且進水壓力受回水量影響大,造成吸藥的比例常常不穩定,因此真正落實到生產使用中還存在著一些問題。

　　4結語

　　國內外的噴霧混藥裝置從預混式混藥發展到農藥與水在噴霧管道內的在線混合,是農藥安全使用研究上的一項重大突破。在線混合裝置實現了農藥與水的實時調節,而且能很好地保證農藥與水混合的穩定性和均勻性,很好地保護環境及人身、食品的安全。目前,在發達國家,農藥直接注入系統是一種應用比較廣泛的混藥方式;在我國,農藥在線混藥技術在農田的病蟲害防治中也在逐步推廣,并且具有廣闊的發展前景。

　　工程師職稱論文發表須知：《中國科技資源導刊》是中國科學技術信息研究所與南京大學共同主辦的科技管理類學術性期刊，是中國科技核心期刊(中國科技論文統計源期刊)。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)管理領域的學術論文、研究報告、綜述評論，宣傳和探討科技資源管理的倡議政策，探索和揭示科技資源管理領域的基本原理和規律，展示技術創新實踐經驗等，促進我國科技資源管理領域的理論研究與實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術交流平臺。