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果园喷雾机气流场数值分析与试验验证

农机化研究 2022年第10期44卷 151-156页

作者：欧鸣雄吴敏敏董祥贾卫东杨学军臧帅江苏大学农业工程学院江苏镇江212013 中国农业机械化科学研究院北京100083 农业农村部植保工程重点实验室江苏镇江212013

为了解果园喷雾机的风送气流分布情况,采用数值分析与试验相结合的方法研究了一种果园喷雾机气流场分布规律。结果显示:喷雾机风道两侧的气流基本呈对称分布,大部分测量点气流速度试验值与仿真值的相对误差在30%以内,数值分析结果较为... 详细信息

为了解果园喷雾机的风送气流分布情况,采用数值分析与试验相结合的方法研究了一种果园喷雾机气流场分布规律。结果显示:喷雾机风道两侧的气流基本呈对称分布,大部分测量点气流速度试验值与仿真值的相对误差在30%以内,数值分析结果较为准确的反映了风道出口的气流分布特征。在喷雾机外部空气域中,随着水平距离和高度的增加,气流速度值逐渐减小,外部空气域大多数测量点的气流速度试验值较仿真值大,其绝对误差在0~5.9m/s之间,最大相对误差达125%;当水平距离小于1m、高度小于0.6m时,气流速度相对误差约为8%~29%,气流速度的试验值与仿真值较为吻合。

关键词：果园喷雾机气流分布数值分析

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果园喷雾机单双风机风道气流场仿真与试验

农业工程学报 2016年第14期32卷 62-68,F0003页

作者：丁天航曹曙明薛新宇丁素明周良富乔白羽农业部南京农业机械化研究所/农业部现代农业装备重点开放实验室南京210014

针对单风道果园喷雾机两侧气流场不对称、施药不均匀的现象,对自制双风道果园风送试验台气流场特性进行分析研究。该文采用CFD数值模拟和试验的方法对单双风道的气流场由内及外依次对比分析研究,以viscous-standard模型分析单双风道内... 详细信息

针对单风道果园喷雾机两侧气流场不对称、施药不均匀的现象,对自制双风道果园风送试验台气流场特性进行分析研究。该文采用CFD数值模拟和试验的方法对单双风道的气流场由内及外依次对比分析研究,以viscous-standard模型分析单双风道内部气流场分布,对仿真值与试验值拟合分析,拟合优度R2=0.8274,验证数值模拟的准确性;通过对两风道出风口及距出风口不同截面上的风速散点数据Golden software Voxler拟合处理和加权分析对比2种风道特性。结果显示:单风道内部流场右侧较强,双风道左右两侧基本一致;双风道在出风口处风速较单风道大,且两侧风速曲线走势基本相同;两侧距出风口0、1、2、3、4、5 m截面上外部气流场气流分布云图中,单风道气流场集中域有明显的偏移,两侧气流场强度差异大,双风道左右气流场基本对称;在对中性上,2 m截面上双风道左右两侧最大风速对其距中距离的加权平均数分别为-3.23、-1.33 mm,单风道为-24.99、-32.33 mm,且双风道距中偏移量随距离的变化趋势较单风道小。综合分析最终得到双风道气流场在两侧对称性和对中性上较单风道有明显的优势。该研究可为进一步优化风送喷雾技术提供参考。

关键词：农业机械计算机仿真喷雾风送双风道气流场对称性果园喷雾机

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果园喷雾机圆环双流道风机的设计与试验

农业工程学报 2012年第12期28卷 13-17页

作者：邱威丁为民傅锡敏汪小旵吕晓兰李毅念南京农业大学工学院南京210031 江苏省智能化农业装备重点实验室南京210031 农业部南京农业机械化研究所南京210014

为了解决低矮密植型果园施药机械作业范围窄、作业效率低的问题,该文设计了一种轴向进风、径向出风的圆环双流道风机,根据农艺特征,结合流体力学和施药技术,完成风机结构设计和各关键部件技术参数的确定。风机结构为R+S级型式,叶片数为9... 详细信息

为了解决低矮密植型果园施药机械作业范围窄、作业效率低的问题,该文设计了一种轴向进风、径向出风的圆环双流道风机,根据农艺特征,结合流体力学和施药技术,完成风机结构设计和各关键部件技术参数的确定。风机结构为R+S级型式,叶片数为9,后导轮叶片数为11。风道弯角半径为155mm,导流板弯角半径为87.55mm。对风机不同转速下的功率、风量、风速、风压、风场分布进行了测试,绘制了风机的性能曲线图。试验结果表明,该风机各项性能参数满足设计要求,效率值可以达到75%以上,风机转速在1400r/min时的最佳作业幅宽为5m。

关键词：农业机械风机速度气流双流道果园喷雾机

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果园喷雾机喷雾量垂直分布测试系统

农业机械学报 2013年第4期44卷 59-63页

作者：董祥杨学军严荷荣中国农业机械化科学研究院土壤植物机器系统技术国家重点实验室北京100083

按照风送式喷雾机国家标准规定的试验方法,设计了果园喷雾机喷雾量垂直分布测试系统。测试系统采用V型槽式集液装置和排放系统。测试系统能自动完成数据的采集、计算和处理,实现了测试过程的自动化,能够准确获得喷雾机垂直喷雾流量分布... 详细信息

按照风送式喷雾机国家标准规定的试验方法,设计了果园喷雾机喷雾量垂直分布测试系统。测试系统采用V型槽式集液装置和排放系统。测试系统能自动完成数据的采集、计算和处理,实现了测试过程的自动化,能够准确获得喷雾机垂直喷雾流量分布情况。实验结果表明:喷雾压力增大使喷雾流量增加,但对喷雾药液分布均匀性没有明显影响;提高喷雾机驱动电动机的转速,增加风速,能够使垂直方向上药液分布更加均匀,提高垂直喷雾均匀性。测试系统能够获得喷雾机在垂直方向上的喷雾量分布特性。

关键词：果园喷雾机测试系统雾量分布自动控制

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果园仿形喷雾机的电控系统设计与试验

农机化研究 2023年第6期45卷 76-81,87页

作者：王旭杨欣刘丽星陈春皓李建平刘洪杰王鹏飞河北农业大学机电工程学院河北保定071000

为了提高传统果园喷雾机的智能化程度,实现对靶喷施的效果,设计了果园喷雾机的电控系统。通过建立MatLab仿真模型,对步进电机进行机械特性仿真,研究电机转速与控制系统发射的脉冲频率的内在联系,针对此联系结合HC-SR04超声波传感器的电... 详细信息

为了提高传统果园喷雾机的智能化程度,实现对靶喷施的效果,设计了果园喷雾机的电控系统。通过建立MatLab仿真模型,对步进电机进行机械特性仿真,研究电机转速与控制系统发射的脉冲频率的内在联系,针对此联系结合HC-SR04超声波传感器的电路特征和步进电机驱动器通信协议,设计了以Arduino单片机为核心的控制系统,实现了喷雾机仿形功能。台架试验结果表明:超声波测量的平均误差率均小于4%,平均响应时间均小于3s,符合田间作业需求,与传统作业方式相比,雾滴分布更加均匀,优化了喷雾机作业效果,节约了药量。

关键词：果园喷雾机电控系统仿形 MatLab仿真模型

基于激光雷达和卫星定位的果园喷雾机导航控制研究

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基于激光雷达和卫星定位的果园喷雾机导航控制研究

作者：熊积奎江苏大学

学位级别：硕士

我国果园种植面积大,随着农村劳动人口的减少,果园无人化作业的需求随之增加,其中喷雾作业是果园管理的重要环节。本文以实现无人喷雾作业为目标,研制果园自主导航喷雾试验样机,实现喷雾机在果树行间自主导航喷雾作业功能。这需要对果... 详细信息

我国果园种植面积大,随着农村劳动人口的减少,果园无人化作业的需求随之增加,其中喷雾作业是果园管理的重要环节。本文以实现无人喷雾作业为目标,研制果园自主导航喷雾试验样机,实现喷雾机在果树行间自主导航喷雾作业功能。这需要对果园环境、作业对象及作业机器本身的准确探测定位。在非标准化果园中,果树种植不规范,导致果树行间道路曲折,为果园自主导航作业带来很大难度,为使试验样机具备对果园行间道路的灵活适应能力,本研究采用三维激光雷达结合GNSS-IMU组合导航系统,研究激光点云处理方法和导航控制算法,主要工作如下:(1)进行导航探测与控制系统的设计与实现,根据功能需求,采用模块化设计思想,给出卫星定位系统、激光雷达探测系统、底盘控制系统和喷雾系统的设计方案,完成底盘和喷雾系统控制电路设计、卫星定位数据解析和坐标转换、点云数据与定位数据时间同步等工作。(2)实现果园环境下的果树探测识别及喷雾机导航路径计算,完成点云数据的坐标变换,针对点云随着距离增加而密度降低的特点,改进现有算法,通过增加距离因子适应不同点云密度的聚类;设计了点云滤波算法和分区域地面拟合算法,实现点云的滤波降噪和地面分割;通过自适应点云聚类,获得果树植株的点云信息,最远可在16.4 m的距离准确探测识别果树,然后以聚类后点云几何中心坐标作为果树的位置,根据果树的位置分布拟合果树行曲线,计算出适应果树行间道路曲折变化的导航路径。(3)进行了喷雾机四轮底盘的运动学建模研究和路径跟踪算法研究。根据四轮底盘的滑移转向原理,建立底盘运动学模型,改进纯跟踪控制算法增加其在弯道的控制精度,分别进行曲线路径跟踪和直线路径跟踪试验,结果显示:在0.5 m/s的速度下,曲线行驶最大横向误差为0.056 m,平均误差为0.023 m,直线行驶最大横向误差为0.045 m,平均误差为0.019 m,由此可知,喷雾机能对直线路径和曲线路径均能进行高精度的跟踪。(4)进行了果园自主导航喷雾机的果树行间自主导航和喷雾试验研究。在试验条件下,布置了曲线果树行,进行了果园喷雾机沿果树行间自主导航和喷雾试验,对比直线行走和曲线行走的喷雾效果。试验结果表明:沿直线路径行驶时,喷雾机与左右两侧果树距离的最大差值为0.57 m,标准差0.180 m,喷雾机与果树距离变化较大,左右两侧果树雾滴覆盖率平均差值为29.93%,喷雾不均匀;对比直线行驶,曲线路径行驶时,喷雾机与左右两侧果树距离的最大差值为0.06m,标准差0.084 m,左右两侧果树雾滴覆盖率平均差值为7.11%,下降了22.82%,喷雾均匀性大幅提高,喷雾均匀性喷雾效果明显改善。以上结果表明,本文研制的果园喷雾机,具备果园行间自主导航功能,适应果树行间曲线道路,并均匀喷施药液。

关键词：果园喷雾机自主导航激光扫描卫星定位

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果园多风管喷雾机风送喷雾系统设计与试验

果园多风管喷雾机风送喷雾系统设计与试验

作者：刘玉肖河北农业大学

学位级别：硕士

中国是苹果生产大国,栽培面积和产量均居世界第一位,在果园生产管理过程中,喷施农药是病虫害防治的重要环节和有效方法。针对高仿锤形果树在施药过程中存在雾滴穿透性差、垂直方向分布不均等问题,对多风管喷雾机的风送喷雾系统进行设计... 详细信息

中国是苹果生产大国,栽培面积和产量均居世界第一位,在果园生产管理过程中,喷施农药是病虫害防治的重要环节和有效方法。针对高仿锤形果树在施药过程中存在雾滴穿透性差、垂直方向分布不均等问题,对多风管喷雾机的风送喷雾系统进行设计和试验,以期望达到现代果园病虫害防治的农艺要求。根据现代果园种植模式及高仿锤树形特征,基于农机农艺相结合的原则,确定果园多风管喷雾机总体设计方案,确定了喷雾机的结构组成,利用Solidworks三维设计软件完成了风送系统及喷雾系统的结构设计和全部零部件建模,完成了果园多风管喷雾机的整机结构设计,为喷雾机风送喷雾系统结构优化提供了初始三维模型。利用CFD流体仿真软件对风送系统内部流场进行模拟仿真,分析确定影响喷雾机出风口风速的因素,通过响应面试验确定最终结构参数:风道四个出口尺寸为170×170mm,转换接口夹角为40°、柔性风管直径为123 mm、出风口宽度为52 mm;对风送系统外部流场进行模拟仿真,对比分析不同出风口高度及风机转速参数组合下的仿真结果,最终确定最优参数组合:出风口高度为1.9m,风机转速为2160r/min;根据仿真优化得到的结构参数组合建立风送系统试验台,进行模拟仿真与实际风场测量对标试验,结果表明喷雾机左右两侧气流衰减趋势基本一致,模拟值与试验值的相对误差小于10%,风送系统模型可用于风机参数定型参考。通过单因素试验分析不同作业参数下雾滴沉积特性,最终确定风机转速为2160 r/min时喷雾效果最优。为分析喷雾压力、行驶速度及喷头类型对雾滴沉积分布的交互作用影响,根据单因素试验结果设计响应面优化试验,得到喷雾系统最佳配置参数组合为喷雾压力0.6MPa,行驶速度1.0m/s,喷头数量为2个。根据优化参数进行雾滴垂直分布试验,以验证喷雾系统优化结果的可靠性,同时测试在垂直方向上的雾滴分布均匀性。试验结果表明上中下三层的雾滴沉积总量均值分别为28mL、38mL、46 mL,呈现上层喷雾系统模型可作为样机试制结构参数定型的依据。根据优化参数试制样机,进行田间试验以验证风送和喷雾系统的喷雾性能及施药效果。试验结果表明,喷雾机左右两侧雾滴沉积密度相对误差小于5%,变异系数在7%以内,喷雾机两侧雾滴沉积分布均匀。喷雾机在垂直方向上的雾滴沉积分布均匀,整体沉积密度的变异系数为4.86%;喷雾机施药作业过程能够有效的翻转叶片,出风门风速足够使雾滴穿透冠层到达果树内膛,使雾滴较为均匀的附着在叶面及叶背,雾滴沉积密度平均偏差仅为3.65%。喷雾机施药性能达到风送式喷雾机施药标准(NY/T 992—2006)相关规定,满足现代果园病虫害防治的农艺要求。

关键词：果园喷雾机多风管喷雾雾滴均匀性雾滴穿透性

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3WZ-700型自走式果园风送定向喷雾机

农业机械学报 2012年第4期43卷 26-30,44页

作者：邱威丁为民汪小旵龚艳张晓辛吕晓兰南京农业大学工学院南京210031 南京农业大学江苏省智能化农业装备重点实验室南京210031 农业部南京农业机械化研究所植保与环境工程技术中心南京210014 南京林业大学经济管理学院南京210037

针对现代果园低矮密植的种植特点,设计了3WZ-700型自走式果园风送定向喷雾机。通过理论计算和虚拟样机技术,完成整机结构设计和各关键部件技术参数的确定。设计了适应于低矮密植果园的圆环双流道风送雾化装置,确定叶轮直径0.7 m、出风... 详细信息

针对现代果园低矮密植的种植特点,设计了3WZ-700型自走式果园风送定向喷雾机。通过理论计算和虚拟样机技术,完成整机结构设计和各关键部件技术参数的确定。设计了适应于低矮密植果园的圆环双流道风送雾化装置,确定叶轮直径0.7 m、出风口宽度0.13 m。实现风机转速0～2 000 r/min的无级变速。田间试验结果表明,树膛内部枝叶正、反面雾滴附着率分别为61.22%、20.90%;树膛外部枝叶正、反面雾滴附着率分别为77.22%、37.17%;作业效率为1.02 hm2/h。

关键词：果园喷雾机自走式风送试验

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履带自走式果园定向风送喷雾机

农业机械学报 2014年第8期45卷 117-122,247页

作者：张晓辉姜宗月范国强曹龙龙山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018

设计了结构紧凑、转向半径小的履带自走式果园定向风送喷雾机。对传动系统、履带行走系统和风送系统等关键部件进行了设计和计算,对定向喷雾机构进行了设计和试验验证。试验结果表明:有风送时雾滴沉积量比无风送时提高了42.9%,变异系数... 详细信息

设计了结构紧凑、转向半径小的履带自走式果园定向风送喷雾机。对传动系统、履带行走系统和风送系统等关键部件进行了设计和计算,对定向喷雾机构进行了设计和试验验证。试验结果表明:有风送时雾滴沉积量比无风送时提高了42.9%,变异系数降低了18.5%;定向喷雾比普通喷雾雾滴个数提高了30.9%,变异系数降低了55.3%。

关键词：果园喷雾机履带自走式定向风送喷雾试验