基于PWM间歇式调压控流喷雾的沉积率试验研究

发布时间：2020-05-26 15:15

【摘要】：我国农药喷洒技术落后,病虫害防治效果不佳,农药利用率低,在造成农药大量浪费的同时严重污染了生态环境。其中,农药利用率低的主要原因就是喷雾沉积率不高导致的。国内外对于提高喷雾沉积率进行了大量研究,与国外先进的喷雾技术相比,当前国内对于雾滴沉积的提高研究较少,且技术相对落后。因此,急需一种经济、有效、快速的方法来提高喷雾沉积率,以满足农业生产需求。雾滴粒径大小和雾滴运动速度是影响雾滴沉积的最根本因素。本文通过对系统整体结构、控制算法以及软硬件等方面的研究,设计了一种PWM间歇式调压控流喷雾控制系统,在提高喷雾压力的同时定量控制喷雾流量,以获取较细的雾滴粒径和更高的雾滴速度来提高雾滴沉积,从而提高农药的有效利用率,减少污染,保护生态环境。本文主要研究内容如下:(1)针对雾滴粒径、喷雾流量、喷雾压力等可控喷雾技术参数对雾滴沉积的影响,提出了一种PWM间歇式调压控流的喷雾控制方案来提高喷雾沉积率。建立了直流电机、隔膜泵、高速开关电磁阀以及传感器的数学模型,融合PWM间歇式调压控流喷雾控制系统的组成结构,搭建了整个被控系统的数学仿真模型。(2)根据建立的被控系统数学模型,设计出PWM间歇式调压控流喷雾控制系统的模糊PID控制器,进行了仿真实验,并对比分析了传统的PID控制器和模糊PID控制器。仿真结果表明:模糊PID控制器相比于传统的PID控制器能够使整个被控系统拥有更好的控制性能。(3)对PWM间歇式调压控流喷雾控制系统进行了软硬件设计。以STM32F103C8T6单片机作为控制单元,结合模糊PID控制算法,控制隔膜泵直流电机的转速和高速开关电磁阀的开关动作,实现喷雾压力增加而流量定量控制。通过Matlab/GUI界面设计了系统的显控中心;通过直流降压电路为系统各组成部分提供电压;选用了BP801型压力变送器、SEN-HZ41WA型流量传感器等检测喷雾状态参数。(4)以直流电机转速恒定(占空比34%)和高速开关电磁阀阀门全开(占空比100%)时的喷雾压力0.3MPa作为对比工况,以0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa作为调压控流喷雾控制系统的试验喷雾压力。利用激光粒度仪测量不同压力下的雾滴粒径值,以水平位置为自变量,VMD为因变量,建立不同压力下雾滴粒径的分布方程,能够准确的描述喷雾扇面内纵向剖面上不同水平位置的VMD分布,直观地反映出PWM间歇式调压控流喷雾控制系统能够减小雾滴粒径;利用CFD数值模拟,选用了DPM模型,对喷头雾化性能进行了研究。仿真结果表明:PWM间歇式调压控流喷雾控制系统能够使雾滴的运动速度提高,同时验证了系统压力增加可以减小雾滴粒径。(5)以开花结荚期蚕豆为试验对象,开展基于PWM间歇式调压控流喷雾控制系统下压力分别为0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa的喷雾雾滴覆盖率和沉积率的研究,并与工况压力0.3MPa进行比较。田间对比试验结果表明:喷雾压力为0.4MPa、0.5MPa和0.6MPa相比于对比工况0.3MPa,雾滴平均覆盖率分别增加了9.2%、34.6%、32.3%,平均沉积率增加了9.9%、26.4%、22.9%。室内对比试验结果表明:喷雾压力为0.4MPa、0.5MPa和0.6MPa相比于对比工况0.3MPa,雾滴平均覆盖率分别增加了12.0%、26.9%、32.6%,平均沉积率增加了6.5%、20.3%、29.0%。通过田间试验和室内试验,验证了本文中的喷雾控制系统能有效提高喷雾沉积率。
【图文】：

示意图,农药,示意图,生态环境

万 hm2，每年造成的小麦减产量达 40 亿 kg，玉米减产量达 25病、赤斑病等导致的蚕豆减产高达 30%[3]。我国每年的农药施m2左右，受到农药污染的面积达 0.133 亿 hm2[4]。由此可见，防止任务极为艰巨。们对农药的认识逐渐提升，使用农药对食品安全和生态环境来。农药喷洒时，雾滴的滚落、漂移都会对农药的药效有影其它动植物的不良生长或死亡。经估算，从喷药机械喷洒出0%能沉积到作物的表面，但仅有 0.03%的药物可以起到杀虫 1-1 所示，流失到生态环境中的农药经蒸发、蒸腾后飘入大空气中的尘埃吸附并随风扩散，导致大气环境污染。大气中水里，又造成了水环境的污染，对人、畜，尤其是水生生物害[7-9]。在人们在食用农产品后，有害物质最终都会富集于人疾病的产生，对人类的生存和发展构成了潜在的威胁。长期农产品，极易导致疾病的发生，甚至会影响下一代，背离了更不符合“十三五”时期所高举的“绿色、协调”发展理念[10]。

雾滴粒径,对喷,雾滴

第 1 章文献综述沉积的主要因素对沉积的影响雾滴的雾化过程中，主要的雾化特性参数有雾滴粒径，雾滴粒径和雾滴速度是影响雾滴沉积和飘失的主要较大粒径的雾滴易沉降，不易蒸发散失或随风漂移，极易因弹跳和滚落而造成药液流失，，使农药的防治效滴会因空气阻力导致没有足够多的向下动量以到达靶而且过小粒径的雾滴质量轻，更易受气流的影响产生作物叶表上的覆盖密度和覆盖均匀度远优于较大粒径易流失，农药利用率较高。此外，适当细小的雾滴拥流深入到作物冠层内部，沉积在作物冠层深处的叶片的叶片背面。雾滴粒径与雾滴覆盖密度、喷雾量有着对喷雾效果的影响如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S49

【参考文献】