植保机械综述

植保机械一、概述二、植保机械的主要类型及特点三、植保机械的主要工作部件四、最新智能化植保机械的简介一概述首先我们了解一下植物保护。植物保护是农林生产的重要组成部分，是确保农林业丰产丰收的重要措施之一。为了经济而有效地进行植物保护，应发挥各种防治方法和积极作用，贯彻“预防为主，综合防治”的方针，把病、虫、草害以及其它有害生物消灭于危害之前，不使其成灾。再来看看植保机械，植保机械的分类方法，一般按所用的动力可分为：人力（手动）植保机械、畜力植保机械、小动力植保机械、拖拉机配套植保机械、自走式植保机械、悬挂式和牵引式植保机械，航空植保机械。按照施用化学药剂的方法可分为：喷雾机、喷粉机、土壤处理机、种子处理机、撒颗粒机等。1.1植保机械的作用和分类1.2植物保护的方法农业技术防治法生物防治法物理和机械防治法化学防治法1.2.1农业技术防治法利用相应的农业技术，通过作物品种选育、施用化肥、改进栽培方法、实行合理轮作、改良土壤等手段消灭病虫害的方法。如防治玉米青霉穗腐病就是通过选用健康无病的种子和相应的农业技术来消灭病虫害的例子。1.2.2生物防治法利用生物的天敌消灭病虫害的方法。如：利用瓢虫、赤眼蜂等来消灭害虫等。1.2.3物理和机械防治法利用物理方法和相应的工具消灭病虫害的方法。例如：机械捕打、果实套代、紫外线照射、超声波高频震荡、高速气流吸虫机等。农药承接器紫外线灯防雨罩农药紫外线照射高频振荡杀虫机振荡波发生器吸盘折皱吸气管高速气流吸风机害虫进气管排气管分离筒气流高速气流杀虫机1.2.4化学防治法利用化学药剂，通过专用设备灭病虫害的方法。这种方法的特点是操作简便，防治效果好，生产率高，受地域和季节影响小，但对环境和生态具有一定的破坏作用。目前植物保护的方法主要是化学防治法，植保机械也是针对化学防治法的。化学防治的方法在后面还会介绍到的但是，需要强调的是，虽然现在用的最多最普遍的化学防治方法，但植保机械绿色设计最理想的方法是采用物理方法而不使用农药来达到防治效果。国内外已有研究开发利用光、电、热杀灭害虫和杂草的物理防治技术；也有使用“电子杀虫器”“机械式灭虫机”和“电火花与红外辐射防治”等非化学药剂植保机械及超声植保、电光源植保等新型无污染方法的报导。但是，这样的新技术虽是植保机械的方向，但由于研究尚未深入，离应用和推广尚有距离，而传统的化学防治仍是植保机械的主要手段。1.3植保机械的农艺技术要求由于植保机械的作用对象即农作物病虫草害复杂多变，制约了植保机械专业化发展。所以对其农艺要求有：（1）应能满足农业、园艺、林业等不同种类、不同生态以及不同自然条件下植物病、虫、草害的防治要求。（2）应能将液体、粉剂、颗粒等各种剂型的化学农药均匀地分布在施用对象所要求的部位上。（3）对所施用的化学农药应有较高的附着率，以及较少的飘移损失。（4）机具应有较高的生产效率和较好的使用经济性和安全性。1.4国内外植保机械的发展概况目前，我国农药生产技术已处于世界先进水平，但施药机具和技术的水平却严重滞后，在“耕、种、肥（施肥）、保（植保）、收”整个生产过程机械化中，植保机械是相对落后的，虽然我国植保机械发展较快，但和发达国家相比还有很大差距。70%左右的植保机械处于发达国家20世纪70～80年代的水平。有大量工作有待继续努力。主要表现在：①施药技术落后。基本上仍沿用大流量、全履盖的喷洒方式，农药用量大，有效利用率低仅为20%一30%左右;污染严重，每年有近7000万一8000万t的药液流失到土壤、水源和空气中，生态环境受到严重污染，②机械化防治水平低。我国耕地面积约1.4亿hmz，农作物病虫害发生面积每年约3.4亿hm“，而机械植保的面积仅为0.41亿hm“，只占到了12%，手动机具的防治面积约占防止总面积的60%一70%，作业效率低(2一3亩/天)，作业质量难以保证。机动植保机械多为背负式机械喷雾机，总体防治效率低、人工成本偏高;③专业化程度低。我国地域辽阔、地理及气象条件多样，目前农业生产中主要的农作物品种，包括粮食、纤维、油料、蔬菜、果树、糖烟、茶桑、牧草、绿肥等8大类共达2000多种，每年发生的主要病虫草害约有1600多种，目前植保机械品种及保有量显然不能满足防治需求。从世界植保技术发展趋势看，在今后相当长的一段时期内仍将以化学防治为主。在化防方面，国际上农药向广谱、高效、低毒、低残留发展，品种增加，产量减少;施药技术以提高农药在作物靶标上的附着率，减少农药在地面的沉降和在非处理区的飘移为目标，发展精准施药技术;施药机械向高效安全、精量对靶、自动化智能化发展。目前,欧美发达国家的植保机械以中、大型喷雾机为主(自走、牵引和悬挂),并采用了大量的先进技术,现代微电子技术、仪器与控制技术、信息技术等许多高新技术现已在发达国家植保机械产品中广泛地应用。根据上述化学药剂施用的方法，植保机械的类型主要有：喷雾机、弥雾机、超低量喷雾机、喷烟机、喷粉机等。这些植保机械都是属于采用化学防治方法进行消灭病虫害的。其中喷粉机和喷烟机已经很少使用，此在就不做多介绍二植保机械的类型及特点2.1喷雾机通过高压泵和喷头将药液雾化成100~300微米的方法。有手动和机动之分.手动式喷雾机2.2弥雾机——利用风机产生的高速气流将粗雾滴进一步破碎雾化成75~100微米的雾滴，并吹送到远方。2.3超低量喷雾机——利用高速旋转的齿盘将药液甩出，形成15~75微米的雾滴，可不加任何稀释水，故又称超低容量喷雾。三植保机械的主要工作部件一、喷雾机喷头二、喷雾机液泵三、药液箱、搅拌器和滤网四、风机五、调压阀和空气室3.1.1喷头的研究意义及主要问题喷雾机喷头是药液的雾化装置，是喷雾机实现喷雾作业的终端件，在喷雾机械中起着非常关键的作用，其性能的优劣，将直接影响系统的质量，因为它直接决定了喷雾过程中的施药量、雾滴大小和均匀度等衡量喷雾质量的关键性指标。因此，喷头的研究对提高喷雾机械的性能具有重要意义。我国植保机械最致命的弱点在于喷头，目前国内植保喷头主要存在以下4个方面的问题：①喷头种类少多数植保机械的喷头仍然是20世纪50～70年代研制开发的产品，20世纪80～90年代没有较大的发展。②雾化质量差其原因是喷头流量精度差，误差范围在15%以上；雾锥角精度差，摆动幅度大；只用一种喷头喷施所有作物，针对性差。③技术水平低几乎没有运用防飘移技术。我国植保机械产品的使用可靠性、制造质量、外观质量及制造工艺水平均不及发达国家的同类型产品，专业化生产程度低。④喷头的材质差目前大部分喷头所用材料不适合现代多元农药科学使用的要求，直接导致流量精度差、雾化效果不佳。3.1.2喷头的类型和喷雾新技术1、液力式喷头，涡流式喷头、扇形喷头、撞击式喷头等。2、气力式喷头3、离心式喷头4、静电式喷头静电式喷头的工作原理通过充电装置使雾滴携带一极性电荷，同时，根据静电感应原理，地面上的目标物将引发出和喷嘴极性相反的电荷，并在两者之间形成静电场。带电雾滴受喷嘴同性电荷的排斥，而受到目标物异性电荷的吸引，使雾滴迅速飞向目标，减少漂移量，节省农药，保护环境。－＋＋一抗漂移技术喷头中两种新型的喷雾技术由于非目标的雾滴飘移现象产生大量的问题，如污染土壤、空气和水源,沉积在作物、家畜、树木中最终对人类和动植物造成危害。因此，对环境质量要求的不断提高必然要求对雾滴飘移有更清楚的认识，从而有助于正确、安全、有效的使用农药。雾滴尺寸是影响雾滴飘移的重要因素，在一定的工作压力、流动速度下,喷头决定了雾滴粒谱的分布，在喷雾质量的控制范围内选择产生大雾滴的喷头能控制飘移。低漂移喷头就是通过一定的喷头结构设计使喷头产生低漂移的较大雾滴，从而有效降低漂移。二可变量喷雾技术现代精确农业管理体系SSM中要求喷头的流量是可变的、可控的。对农作物实施精确喷雾有两种方法：一是对靶喷雾，二是根据农作物所受病虫害的程度进行变量喷雾。目前，可变量技术有两种基本方式：基于地图信息的可变量技术和基于实时传感器的可变量技术。可变量喷头正是基于实际需要和产量潜力来施肥、施药、喷灌等，而不是对整个农田均匀地喷洒一遍。这种喷头上备有可供调节或选择的结构参数和工作参数，如喷口大小、空间间隙、喷头的开合时间等，可以在不改变喷雾压力的情况下改变喷量，而不影响喷雾质量，其流量变化通过脉宽调制喷头和可变通流截面积喷头两种方式来实现。对喷头的研究关键要解决喷射压力、喷射角、雾滴大小、喷洒均匀性等与喷雾机械喷洒性能相关的主要设计参数，并理清这些参数与喷头结构参数的相互关系，从而实现对喷头结构参数的优化。喷头今后主要的研究方向：①开发与智能化喷雾技术、变量喷雾技术、抗飘移技术、静电喷雾技术等相配套的喷头。②新材料的研究。开发耐磨、耐腐蚀、使用寿命长、性价比高的新材料，提高喷头的品质。③专用化、系列化、标准化产品的研究。生产规格统一，种类齐全，能满足各种施药情况需要的不同类型的喷头。④与新设备、新工艺的开发相结合，提高产品的使用可靠性、制造质量、外观质量及制造工艺水平。3.2喷雾机液泵1、往复泵：活塞泵、柱塞泵2、旋转泵：离心泵、转子泵、螺杆泵3、隔膜泵3.3药液箱、搅拌器和滤网药液箱：表面上涂一层防腐蚀材料的铁箱，目前采用各种类型的塑料来制造药箱。搅拌器：搅拌器有机械式、液力式和气力式三种。滤网：喷雾机上滤网采用黄铜丝编织成或由黄铜皮冲压成。3.4风机（1）输送雾滴。（2）加强雾滴向植株丛中穿透性。（3）雾滴在气流输送下加速飞向目标，从而减少雾滴的飘移和蒸发。（4）协助液体形成雾滴。（5）风机的气流吹动植物的叶子，有利于雾滴沉降在叶子背面。植保机械常用的风机有离心式和轴流式两种作用：3.5调压阀和空气室由调压轮、调节手柄、回水体、阀门、推杆、弹簧托、弹簧等组成活塞在排液行程中的高压药液，进入空气室，使空气室上部的空气压缩，药液贮于空气室下部，将能量贮存起来，不至对喷头有过大的冲击压力。当活塞在吸液行程中，高压药液的压力，显著下降，这时空气室内的压缩空气膨胀，使药液从空气室排出，对药液增压，以补偿其降低的压力。调压阀的组成：空气室的工作原理：四、最新智能化植保机械的简介4.1几种先进的植保施药技术4.2研究发展智能化植保机械的意义4.3一些最新的智能化植保机械技术4.1几种先进的植保施药技术4.1.1低量喷雾技术低量喷雾技术是指单位面积上施药量不变,但减少农药原液的稀释倍数,从而减少喷雾量,用水量相当于常规喷雾技术的1/5~1/10。其主要目的是通过利用小雾滴(100um以下)较好的穿透性,达到雾滴在植物各个部位,包括叶子背面均匀分布的目的。除了使用低量高效的农药外,开发了系列低量喷头,可依据不同的作业对象、气候情况等选用相应的低量喷头,以最少的农药达到最佳防治效果。4.1.2自动对靶施药技术目前,国外主要有两种方法实现对靶施药:一是使用图像识别技术。该系统由摄像头、图像采集卡和计算机组成。计算机把采集的数据进行处理,并与图像库中的资料进行对比,确定对象是草还是庄稼、何种草等等,以控制系统是否喷药。二是采用叶色素光学传感器。该系统的核心部分由一个独特的叶色素光学传感器、控制电路和阀体组成。阀体内含有喷头和电磁阀。当传感器通过测试叶色素判别有草存在时,控制喷头对准目标喷洒除草剂。4.1.3防飘移技术在施药过程中,控制雾滴的飘移,提高药液的附着率是减少农药流失、降低对土壤和环境污染的重要措施。欧美国家在这方面采用了防飘喷头、风幕技术、静电喷雾技术及雾滴回收技术等。4.1.4精密施药技术精密施药技术:包括流量控制和空间喷雾模型、激光成像雾滴测试系统、用于喷雾分析的高速运动测试系统、图像分析雾滴测试系统等知识体系。精准施药技术的核心是地理信息系统(GIS),利用它可根据信息数据对作业按最大效益进行优化。这种技术的一个重要方面就是能根据要求动态改变作业参数。其数据流可表现为:田间数据采集(航空成像、杂草检测识别系统)→图像数据处理→形成数据地图→数据文件拷贝→智能喷雾机在全球定位系统GPS的支持下根据数据地图进行防治作业。该技术是气象知识、计算机信息