在线混药技术国内外研究现状

乔天柱，杨亚飞，邵万齐，蒋周良，林 彤

（江苏农牧科技职业学院，225300，江苏泰州）

在线混药技术的特点是药和水分开储存，混药装置根据实际所需农药喷洒量进行在线混药，从而可以减少农药超量使用情况，达到节省农药、降低成本和减轻环境污染的目的，同时在线混药技术也避免了人与药物的直接接触，减少了施药人员农药中毒的可能[1-3]。因此，国内外诸多专家学者专注在线混药技术领域，并设计研发了各具特点的在线混药技术，本文就目前常见的在线混药技术进行简单介绍。

1 直接注入式在线混药技术

20 世纪中后叶，欧美发达国家的植保作业开始采用带在线混药功能的大型喷杆喷雾机，这类喷杆喷雾机又可细分为自走式、牵引式和悬挂式等小类。这类喷雾机的混药机构都采用直接注入方式（简称直注式），即通过外加动力使得农药和水注入混药腔，在混药腔（或较长管道）内完成药液在线自动混合。至20 世纪末，直注式在线混药装置已从农药和水在管道内混合、水流量和农药注入量均不变、喷雾机挂载车辆必须保持匀速前进阶段，发展到水量恒定、根据挂载车辆前进速度变化调节农药注入量阶段，适用于复杂地况的变量喷雾。

图1 为1994 年GHATE S R 等[4]设计成功的压缩空气直接注入式系统的示意图，施药作业时，施药人员根据喷雾机的行驶速度，调节水箱和药箱中的压力，在压缩空气的作用下，水和农药分别从箱中流出，流量计测量其流量，满足作业要求后停止调压，进行稳定的在线混药和施药作业。

图1 压缩空气直接注入混药系统

图2 为2020 年汪福杰等[5]设计的直接注入式在线混药系统的示意图，该在线混药系统作业时，施药人员根据实际需要控制蠕动泵从药箱中抽取农药注入混合器，与隔膜泵抽取进入混合器的水进行在线混合，经隔膜泵加压后进行施药作业。

图2 直接注入混药系统示意图

2 射流在线混药技术

射流混药技术可通过水流经文丘里管在管的中部形成负压从而产生吸力，吸取药液，并在射流泵内完成水和药的在线混合，由于这种在线混药形式结构简单，无需外加药液注入装置，比较适合我国低成本农业植保作业需求[6-8]。

图3 为2014 年邱白晶等[9]搭建的喷杆式射流在线混药系统的示意图，主要研究射流在线混药装置的射流嘴出口直径与其面积的比对在线混药性能的影响。

图3 喷杆式射流在线混药系统示意图

图4 为2018 年陈志刚等[10]搭建的基于PWM 变量控制的射流在线混药系统示意图，该射流在线混药系统在作业时，柱塞泵将水箱中的水抽出并加压送入射流混药器，射流混药器产生负压并吸药，药液被吸入射流混药器，与水在混药室内进行在线混药后进行喷雾作业。该射流在线混药系统加入了基于单片机的药液流量控制系统，通过输出不同占空比的PWM 信号，改变设置在药液管路上的电磁阀的开合程度，控制吸入药液流量，从而实现了混药比的控制。

图4 基于PWM 变量控制的射流在线混药系统示意图

3 水量恒定阀控药量在线混药装置

2011 年张文昭等[11]针对小型喷雾机设计了一种在线混药装置，其核心思路为通过主泵同时吸入水与药，而在药液注入管路（进入主泵之前的管路）加装阀门（开度阀或PWM 控制的开闭二态阀门）调节药液注入量，并自行设计压差式微小流量检测装置，以实现精确控制药液注入量，装置结构如图5 所示。

图5 混药装置示意图

4 闭环控制的在线混药技术

闭环控制的在线混药技术，在传统的在线混药技术的基础上加上混合后药液浓度的检测装置，通过反馈混合后药液的浓度信号，不断修正药液流量，直到达到要求为止，形成一个闭环控制的在线混药技术。

图6 为2013 年贾卫东等[12]设计的闭环控制的在线混药系统的示意图，通过药液控制单元，混药比检测单元构建了基于混药比反馈的在线混药系统，并用百草枯农药进行实验，结果表明能有效满足自动混药要求。

图6 闭环控制的在线混药系统示意图

5 结语

当前常见的在线混药技术主要有直接注入式混药、射流在线混药等。在线混药技术将药和水分开储存，施药作业时根据实际需要对水和药进行流量控制并在线混合，相较于传统的预混药技术，减少了农药的浪费，保护了环境，同时避免了人与药液的接触，减少中毒的可能。在线混药技术未来必将成为主流混药技术。