文摘

三维(3 d)激光技术已经测试评估air-assisted喷涂的性能。一个静态测试使用air-assisted喷雾器配备两个轴流式风机(正面和背面)与旋转相反的方向发展。喷雾器是调整传播水在静态模式下,压力的10条,有四个空气体积流率。测量用莱卡HDS6000进行三维激光扫描仪。此外,产生的流量和速度的空气air-assisted喷雾器使用热线风速仪测量和三维声波风速计的目的估计的影响气流喷雾液滴的空间分布。进行分析,所有的水滴被激光被认为是相同的大小。产品的分布不对称,当机器只有与风扇,有41%分布在左边的产品和59%在右边,而引用机器的前进的方向。这种不对称矫正时机器运行两个球迷激活。这些喷雾数据整合与测量机产生的气流在不同的工作条件。不同的规定设置的机器,在机器的垂直0°角地区由40°和60°之间是收到的最高数量的产品。 The increase of the air flow produced a greater distance of the product. For the highest air flow configuration, 99% of the product detected by the laser was detected within a distance of 16 m from the axis of the machine.

1。介绍

Air-assisted喷雾器用于水果生产必须仔细和有效监管,确保作物成功治疗。主要有四个因素会影响到沉积效率(1,2]:喷嘴类型、流体压力、地面速度和体积流量的空气。这些参数的组合决定了应用容积率。这个因素直接影响治疗的质量(3]。

使用实验方法描述的产品销售喷雾器将是困难和昂贵的4]。喷雾器产生的羽流的特征可以通过应用集成模拟计算流体动力学(CFD) [5,6]。然而,实验方法需要验证这种模拟,确定两个关键特征:第一,产品的淀积的函数距离,喷雾偏差有关,其次,产品分布在附近的机器,必须依照树的位置和几何处理。

确定产品的沉积距离的函数,量化测试需要沉积通过使用收集器的元素。沉积的距离定义的喷雾偏差被认为是污染的主要来源在树作物农药应用(7]。目前,喷雾偏差测量基于收集器的使用元素根据国际标准(8]。或者,可以实现各种技术:激光技术获得液滴大小谱和风洞测试类似的技术来预测领域喷雾沉积(9]。从这些测量,据报道在7],沉积在地上的百分比减少指数与距离。对于这个目标,四种类型的喷嘴进行了测试,在风洞和一个轴向喷雾器在柑橘果园工作。

喷雾沉积的模式影响液滴大小和空气流动。水滴在飞行中往往用激光测量空间(数密度加权)和时间(number-flux加权)技术(10]。

喷雾的分布在附近的喷雾器估计通常是通过测量气流产生的粉丝。从这个意义上讲,产生的气流喷雾机可以使用高精度风速计,如声波特征风速计(二维或三维)用于测量不同高度,速度组件部分,距离喷雾器(11,12]。

激光技术已被成功地用于测量树树冠几何与实现变量的目标应用程序实时率技术(13- - - - - -17];在这些测量,传感器对拖拉机执行嵌入的作物治疗。此外,激光技术允许空气喷雾偏差的实时监控,获取range-resolved喷柱的图像同时要求更少的人员和消耗更少的时间比传统的方法,如光探测和测距技术(激光雷达)(18]。该技术已成功应用于测量农药羽毛在果园5]。

激光技术的另一个应用程序是用于验证设备设计和分析不同的法规田间试验之前,作为验证工具的设计制造原型。在这种情况下,激光可以使用静态分析产品的分布(19]。

总之,方法用于测量喷雾偏差和喷雾分布非常昂贵,耗时,而且在许多情况下,制造商的日常测试不实际。对于这些测试,制造商需要快速测量方法与合理的精度测试不同配置的机器,以前模拟,在大多数情况下,通过使用计算流体动力学(CFD)。因此,一个简单的评估产生的喷柱附近的喷雾器(沉积的最大距离产品及其空间分布)为一个特定的配置的空气流,喷嘴压力和喷嘴取向将是很大的帮助来验证喷雾器的关键设计参数,如喷嘴位置,喷嘴类型、空气进行几何,和风机调节。

本研究旨在分析使用的可行性三维(3 d)激光扫描仪技术评估的有效性air-assisted喷雾器用于果园的两个提到的关键标准:产品的沉积距离和产品分布的函数附近的机器。

2。材料和方法

2.1。仪表

air-assisted喷雾器的操作配备两个reversed-rotation轴流式风机(Gar-melet S.L.Huesca,西班牙),一个放在坦克和其他放在前面,进行了分析。前风扇的直径是800毫米,后面的风扇是830毫米。从拖拉机时,前端风扇旋转顺时针逆时针方向后方扇。每个风机吸空气轴向外部区域的机器和方法径向(图1)。

莱卡HDS6000三维激光扫描仪(图2)是用于评估这个喷雾器的功能。三维激光扫描仪(19)由一个脉冲,高速激光扫描仪,survey-grade精度、范围和视野。它使用一种可见的绿色激光,150 - 300米,根据表面条件。根据制造商的规格、空间精度为4毫米。仪器包括一个数码相机,用于直观地确定该地区在球坐标被扫描。

在扫描过程中,仪器自动头旋转而镜子在垂直方向振动。这两个动作可以被编程来弥补所选区域指定的垂直和水平角的步骤。角精度(垂直和水平)是60μrad。扫描仪操作都由计算机控制,工作规范在哪里设置和数据接收和存储。完成扫描工作所需的时间取决于所选地区的程度和测点密度。

在本研究中使用的实验条件下,s - 1设备调查了大约1500点。激光点根据不同的距离;在50米的距离,激光点直径4毫米。探测粒子发出的激光扫描仪必须接受大约35%的能量。由于这一事实,密度下降出现在激光点云的影响测量的灵敏度。测试使用激光雷达传感器表明激光束的困难影响云密度较低,即使这些水滴的大小更大了(20.]。这可能导致一个低估的水滴在远端。

扫描寄存器的笛卡尔坐标激光反射点。扫描仪的精度调整,这样的距离30米,数据将被记录每20毫米。通过一个矩形窗口定义的扫描区域。

后背和前面的球迷可以调节,范围为1 - 5,提供不同的气流旋转风机叶片。气流在当下研究测量根据给出的方法(21),考虑风机叶片的两个设置规定:3和4.5。相对应的空气流风机以其入口,使用服务0635 1041热线风速仪(精度0.03米/秒;范围0-20 m / s)。前端风扇的空气流量测量风扇的出口,因为存在的动力输出(美国专利商标局)拖拉机。测量进行了美国专利商标局在540 rpm。

此外,产生的空气喷雾器的速度测量无风使用WindMaster 3 d声波风速计(英国吉尔仪器)根据开发的方法11]。声波式风速计的准确性为1.5%(风速最大可测量的值)的气流速度范围0到45 m / s, 0.01 m / s的一项决议。气流速度的数据被记录在1赫兹的频率。与喷雾器进行静态测量,建立相同的规定球迷那些被选为激光测试。空气速度测量,基于之前的研究(22),在平面上对应的喷雾器。测量了两边的机器为1.5,2.5,和3.5米的中心喷雾器几个高度:1,2,3,4 m。

2.2。喷雾分布的测量

激光测量与喷雾器进行静态的,建立三个粉丝(表的规定1)。喷雾器是配有32 Albuz ATR 80°橙色喷嘴,16在后面,在前面。的压力测试进行了10条(1)39 L / min /喷嘴)。对于每一个配置,激光进行一个完整的扫描。

水滴(或一组滴)检测到的激光扫描仪在每个测试,与笛卡尔坐标引用 转换到极坐标系 根据图3,使用后风扇的喷雾器的中心的中心坐标系统。

喷雾器是定位后风扇正值xz飞机。在这个参照系,这台机器是符合的y设在,这样的拖拉机是放置在一个积极的部分机器的轴和后风扇的0坐标y设在。激光与机器和位于的负面部分y设在,距离12米和5米以上的高度喷雾器(图2)。

测试进行喷雾器使用激光雷达技术,具有共同特征的使用在该测试中,表明测量不能与液滴尺寸(23]。从这个意义上说,3 d扫描仪不能区分检测到液滴的大小。所有的激光被认为是检测到的下降,作为近似,是一样的大小。因此,量化的产品出现在三维空间的不同区域是通过计算滴礼物的数量在每个区域。

考虑所有滴相同大小的要求之前分析正确解释激光提供的信息。产生的飞沫人口大小和喷嘴带来了极大的变化,与此同时,由工作压力条件。在描述中使用的各种参数的范围在喷雾液滴的大小,最常用的是体积平均直径(VMD或D50)。此外,相对均匀分布的跨度是一个指标。较大的液滴沉积在近距离比小的更容易漂移。特定的气流速度,产品的百分比沉积在一个给定的距离与D50的逆函数(24),被高直径较小的液滴。

为了建立之间的直接相关性的信息提供的激光和产品应用的体积在不同的距离,就有必要进行量化测试收集的数量产品存放在不同的区域附近的喷雾器。在本文中,第一步已经被证明的可行性3 d扫描仪技术提供相关信息。然而,作者计划在将来进行量化试验为了获得完整的信息建立精确模型估算产品激光沉积从提供的信息。

实验数据的分析进行了导致三个关键结果:(1)喷雾沉积作为机器的距离的函数,(2)对称性的喷雾分布,和(3)喷雾分布角部门一个平面(后风扇)垂直于纵轴的机器。

3所示。结果与讨论

3.1。喷雾沉积距离的函数

考虑后风扇的中心为坐标轴,喷雾器产品应用的数量的循环冠1米宽的测量。

这种方法允许的分析喷雾沉积距离作为监管的喷雾器函数。100%从喷嘴被认为产品的输出,和使用该产品的比例达到每个循环皇冠的体积计算。

图4代表产品应用的比例距离的函数为每个选定的规定设置机器。观察这个数字,就会清楚觉察到的激光技术允许决心喷雾沉积距离的函数和产品的数量达到距离大于16 m被发现不到1%。这种技术,因此,应该促进建立安全距离的应用植物检疫产品作为监管的喷雾器函数。

此外,图4说明了喷雾沉积的距离随机器的监管,直接显示气流影响的喷雾器。也可以看到,两个风扇的使用允许更大的整体的机器,同样的风机叶片的位置(位置3)。这个事实显示发出的气流之间的相互作用后发出的风扇,风扇前面。

与使用其他方法获得的结果一致。在[7),作者报道曲线的泥沙沉积与喷量的比例结构类似于图4(从分析值随着距离的减少)10个类型的喷嘴(5 Albuz ATR 80灰色和5 TVI Albuz 8003蓝色)在一个风洞,也实地试验验证。在同一条线上,25]报道沉积随距离的值通过采集设备和农药沉积光学测量系统与一个air-assisted喷洒系统。

3.2。喷雾分布的对称性

轴流式风机,由于他们的方向旋转,气流分配了一些不对称,通常应用大体积的空气地区与旋转方向一致。这一事实产生不对称的喷雾分布。

激光技术被用来评估量化的喷雾分布的对称的产品应用的机器左右行业。

图中所示的数据5,我们指定“部门”作为一个位于右边的机器的前进的方向。机器的后风扇旋转顺时针从一个观察者的角度位于后方的机器。因此,考虑到机器的前进方向,后面的风扇旋转顺时针,理论上释放更多的空气排树位于右边的的机器。

这些结果整合与所示(11),报告的评估功能类似的喷雾器。喷雾分布的不对称是更大的在叶片工作设置4.5相比,叶片设置3。使用两个球迷反向旋转修正不对称,表明设计组成的两个球迷反对旋转提高治疗的同质性。

3.3。喷雾分布角领域

的雾化角行业产品应用的一个平面位于后面的风扇进行了分析。对于这个目标,10°角部门用于机器的左右,考虑到垂直0°(图6)。风扇的中心是位于离地面900毫米。

数据7和8显示不同的喷雾分布的角。在左右,最大数量的产品分布在40°和60°之间的角部门。考虑一种水果树的几何和喷雾器的设计功能,这个结果相当符合逻辑,因为最多的产品是指向的面积最大的植被。

根据这个结果,激光技术是一个有用的工具正确地调节喷嘴的位置和方向的空气流动产生的球迷,目的是指导树的树冠的农药,减少喷雾偏差和提高处理的效率。

3.4。喷雾量和空气流动

激光传感器是能够估算在不同的地区周围的喷雾器喷雾卷。测量运动产品的激光探测到在协议产生的气流喷雾机。图9显示生成的气流速度模式的喷雾器,操作低齿轮和叶片设置为4.5。空气速度表现出不对称性较高的速度机器的右边,因为风扇的顺时针旋转。图10显示产品的粒子的激光探测到相同的配置。气流速度模式的比较和喷雾激光显示检测到的体积之间存在明确的相关性两个参数依照先前的研究[26,27),这表明水滴吹到果树树冠强制空气。

设备提供的液体的流量是恒定在所有的测试工作压力被设定为10条。然而,当比较水滴的数量获得了不同的气流,水滴的数量检测的高速风扇低速是36.8%低于叶片设置3和4.5考虑叶片设置低40.4%。分析液滴检测的数量在7 - 12米的距离,液滴检测的数量在高速风扇低于32.7%的低,叶片设置3,53.4%考虑叶片设置4.5。(获得的这些数据是一致的20.),在测试机上进行了与激光雷达检测到车辆更多的喷雾液滴比高的低气流。这一事实也支持这一事实滴云的密度越低,越困难的激光在决定,也总结了(20.]。

4所示。结论

激光技术研究了在这个研究提供了有用信息的air-assisted喷雾器评估应用程序的功能和提高效率的目的。

使用激光传感器测量允许的最大距离的量化产品的沉积。这些数据有助于量化漂移的风险,因此,风险的污染元素的相邻治疗情节:水通道,人口,道路、农场、果园等。

左右不对称的喷涂可以以简单明了的方式估计不同配置的粉丝。此外,激光可以量化的产品应用于不同区域附近的喷雾器。这项研究的结果还表明,信息提供的激光喷涂模式整合与喷雾器的气流模式使用三维风速计测量。

当一起考虑,我们的结果表明,激光技术可用于喷雾机机械设计的验证。此外,作为下一步,喷雾器的功能的规定,根据作物的营养状态和果园的几何形状,可以建立和检查。空气流动,空气方向,风扇设置,压力、喷嘴类型和喷嘴位置使用这个激光技术可以优化。

数据可用性

excel电子表格格式的数据用于支持本研究的发现可能会发布在应用研究的主要作者(f·哈维尔Garcia-Ramos),可以通过电子邮件联系(电子邮件保护)或邮寄邮件Escuela为优越,萨拉戈萨大学。C / Cuarte, s / n, 22004年,Huesca、西班牙。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。