高地隙噴霧機(jī)在玉米生產(chǎn)中的應(yīng)用
高地隙噴霧機(jī)在玉米生產(chǎn)中的應(yīng)用
水稻、小麥、玉米和大豆是我國4大主要糧食作物，其中玉米是最重要的非口糧糧食作物。近年來，由于農(nóng)民從種植利潤較低的大豆等作物轉(zhuǎn)而種植玉米，我國玉米種植面積呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的上升勢頭。
雖然受國家政策調(diào)控和玉米價(jià)格逐步市場化的影響，2016年我國玉米種植面積有所減少，但國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，其面積依然高達(dá)3 676萬hm2。
在玉米的生產(chǎn)期內(nèi)，一般至少要進(jìn)行4次噴霧作業(yè)，包括除草劑、葉面肥、殺蟲劑和化學(xué)調(diào)控劑等的施用，特別是在玉米中后期生產(chǎn)管理中，低底盤噴霧機(jī)具無法下地作業(yè)，背負(fù)式手動(dòng)噴霧器、機(jī)動(dòng)彌霧機(jī)等機(jī)具工作環(huán)境惡劣，效率低，極易造成人員中毒事故。
而飛機(jī)噴霧成本高，需要專業(yè)人員操作，霧滴飄移嚴(yán)重，這些因素促成了高地隙噴霧機(jī)的快速發(fā)展。國外成熟機(jī)具先后進(jìn)入中國市場，國內(nèi)企業(yè)開始研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，形成了產(chǎn)品多樣、競爭激烈的局面。
1 進(jìn)口高地隙噴霧機(jī)技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用
進(jìn)口高地隙噴霧機(jī)產(chǎn)品成熟多樣，主要有約翰迪爾4000系列、凱斯PATRIOT系列、海吉STS系列、貝爾圖RAPTOR系列、哈迪ALPHA系列和巴爾干GRIMAC系列等產(chǎn)品，如圖1所示。
圖1 國外典型高地隙噴霧機(jī)產(chǎn)品
在結(jié)構(gòu)上除海吉STS14采用噴桿前置外，其余噴霧機(jī)均把噴桿布置在機(jī)具的尾部。噴桿前置有利于駕駛員實(shí)時(shí)觀察各個(gè)噴頭的工作情況和噴桿的位置與姿態(tài)，但也存在弊端，如在噴灑除草劑時(shí)，噴灑在地面表層或雜草表面藥劑的藥效容易被輪胎輪輒影響，且彌散在空氣中的霧滴容易進(jìn)入駕駛室，造成駕駛員中毒現(xiàn)象。
巴爾干GRIMAC3000和哈迪ALPHA3500則在噴桿上加裝了風(fēng)送裝置，風(fēng)送裝置主要由風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒組成，在風(fēng)筒上沿著噴桿方向按一定間距設(shè)置出風(fēng)口。噴霧作業(yè)時(shí)，風(fēng)送裝置在噴頭上方沿霧滴噴灑方向強(qiáng)制送風(fēng)，形成風(fēng)幕，這樣不僅增加了霧滴的穿透能力，而且在有風(fēng)（＜4級）的天氣下工作，可有效減少霧滴的漂移；風(fēng)幕使作物葉片產(chǎn)生擾動(dòng)，便于霧滴附著在葉片背面，改善施藥效果。
進(jìn)口高地隙噴霧機(jī)藥箱容積大、發(fā)動(dòng)機(jī)功率大、行走速度快，但地隙普遍較小、輪胎較寬，由于國內(nèi)玉米品種多樣、種植模式各異，因此，在玉米中后期噴霧作業(yè)過程中，容易造成玉米植株和葉片的損傷，影響玉米的正常生長。
除了上述特點(diǎn)外，進(jìn)口高地隙噴霧機(jī)產(chǎn)品的共有特點(diǎn)如下。
（1）寬幅高效。
進(jìn)口高地隙噴霧機(jī)普遍采用全時(shí)靜液壓四輪驅(qū)動(dòng)、無級變速、自動(dòng)防滑控制，故障率小，而且油箱容積大（如約翰迪爾4730為503 L，可完成一整天噴霧作業(yè)），噴幅寬（一般都＞24 m），作業(yè)效率高。
（2）精量控制。
進(jìn)口高地隙噴霧機(jī)裝配先進(jìn)的噴霧精量控制系統(tǒng)，改善了病蟲草害的防治效果，提高了農(nóng)藥有效利用率，減少了環(huán)境污染和藥害的發(fā)生。如約翰迪爾4730機(jī)型配置了SprayStar噴量控制系統(tǒng)，凱斯3230機(jī)型配置了AFS Pro 700噴量控制系統(tǒng)，其智能化的控制器如圖2所示。
圖2 精準(zhǔn)施藥控制器
精量控制系統(tǒng)可根據(jù)機(jī)具速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)噴灑量，使實(shí)際噴灑量與設(shè)定噴灑量保持一致，實(shí)現(xiàn)均勻噴霧。駕駛室內(nèi)的控制器可以實(shí)時(shí)顯示速度、壓力、單位面積噴霧量、累計(jì)作業(yè)面積和累計(jì)噴霧量等基本作業(yè)參數(shù)，還具有導(dǎo)航、重疊（遺漏）控制和藥箱加（噴灑）水（混合液）量控制等功能。
（3）操作便捷、安全舒適。
進(jìn)口高地隙噴霧機(jī)的底盤多采用4輪獨(dú)立懸掛系統(tǒng)或前后橋單獨(dú)懸掛系統(tǒng)，氣囊、圓柱彈簧、液壓阻尼器、空氣阻尼器或其組合等減振方式，提高了機(jī)具的可靠與穩(wěn)定性，同時(shí)也增加了駕駛的舒適性，幾種典型減振方式如圖3所示。
圖3 幾種典型減振方式
進(jìn)口高地隙噴霧機(jī)的駕駛室一般都設(shè)置有活性炭過濾器，在保持駕駛室通風(fēng)的同時(shí)，阻止灰塵和霧滴進(jìn)入，防止駕駛員中毒。機(jī)具配備有一站式維護(hù)中心，操作人員可以在同一位置執(zhí)行全部維護(hù)功能。機(jī)器配備有快速接頭，可以從地面快速加注燃油、藥液、水等液體，縮短加注時(shí)間。
進(jìn)口高地隙噴霧機(jī)上一般還備有2個(gè)清水箱，一個(gè)用來洗手，另一個(gè)用來清洗藥液箱和加藥箱（藥箱內(nèi)裝有專用清洗噴頭）及機(jī)具外部（備有清洗噴槍和清洗刷），避免不同藥劑間的化學(xué)反應(yīng)，影響藥效，也避免人體和藥液的接觸。
2 國產(chǎn)高地隙噴霧機(jī)技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用
隨著人工成本的不斷增長，玉米病蟲害突發(fā)和玉米種植管理的需要，控藥劑、營養(yǎng)液和葉面肥等液態(tài)溶液在玉米生長期的需求量增加，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在學(xué)習(xí)和借鑒國外高地隙噴霧機(jī)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對國內(nèi)玉米的種植特點(diǎn)和管理模式，開發(fā)了多種型號的高地隙噴霧機(jī)。
其中，大中型產(chǎn)品以中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院生產(chǎn)的3WZG-3000A型噴桿噴霧機(jī)、豐諾植保機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的3WPJZ-2000型噴桿噴霧機(jī)、現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司生產(chǎn)的3WZC-1204型噴桿噴霧機(jī)、中農(nóng)豐茂植保機(jī)械有限公司生產(chǎn)的3WX-1000型噴桿噴霧機(jī)等機(jī)型為代表，如圖4所示。
大中型國產(chǎn)高地隙噴霧機(jī)地隙≥1.90 m，噴桿幅寬14~24 m，藥箱容積1 000~3 000 L，動(dòng)力適中，輪距可調(diào)，作業(yè)效率較高，基本能夠滿足國內(nèi)玉米多種種植模式以及多種品種的病蟲草害防治需求。
其中有些機(jī)具加裝了變量施藥裝置，如3WZG-3000A型噴霧機(jī)配置了Teejet 844E噴量控制系統(tǒng)。但大部分機(jī)型為了節(jié)約成本，采用手動(dòng)調(diào)節(jié)噴霧量的方式，這類自走式噴霧機(jī)價(jià)格較低，適應(yīng)性較好，逐漸得到市場的認(rèn)可，但當(dāng)前仍處于市場推廣期和用戶培育期。
圖4國內(nèi)典型高地隙噴霧機(jī)產(chǎn)品
市場上也出現(xiàn)了大量的簡易自走式噴霧機(jī)具，如圖5所示。此類機(jī)具以三輪結(jié)構(gòu)形式為主，采用小功率單缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，藥箱布置在機(jī)具中間位置，容積一般不超過400 L，可以用于玉米生長期的噴霧作業(yè)。
圖5簡易自走式噴霧機(jī)
這些機(jī)具結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，能夠滿足玉米中后期管理的需求，但操作人員穿梭在玉米行間，作業(yè)環(huán)境惡劣，效率低，穩(wěn)定性差，容易造成操作人員中毒等安全事故，而且在作業(yè)時(shí)，藥箱和機(jī)架容易將玉米植株推倒，破壞葉片，影響玉米的正常生長。這類機(jī)具逐步被大中型高地隙噴霧機(jī)代替。
3 制約國產(chǎn)高地隙噴霧機(jī)發(fā)展的因素
除了面對進(jìn)口高地隙噴霧機(jī)的競爭和沖擊外，國產(chǎn)高地隙還存在以下制約因素。
3.1 其他型式噴霧機(jī)具的市場沖擊
3.1.1 牽引式、背負(fù)式噴霧機(jī)具的影響
由于牽引式、背負(fù)式噴霧機(jī)具可與拖拉機(jī)配套作業(yè)，價(jià)格低廉，維修方便，加之在一些特殊地塊，如在夏翻地作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)優(yōu)勢明顯，這些機(jī)具在玉米苗前噴灑除草劑及苗后初期管理時(shí)被廣大用戶采用，如2014年，黑龍江農(nóng)墾紅興隆管理局擁有大型牽引及懸掛式噴藥機(jī)280臺，而高地隙自走式噴藥機(jī)僅為32臺。
3.1.2 航空施藥機(jī)具的影響
由于受氣候條件影響，常規(guī)植保機(jī)械無法下地作業(yè)或病蟲害突發(fā)爆發(fā)時(shí)，航空施藥機(jī)具雖然會(huì)產(chǎn)生較大的農(nóng)藥飄移，但其作業(yè)效率高，應(yīng)急能力強(qiáng)，不受作物長勢限制，適于大面積作業(yè)的優(yōu)勢盡顯無遺。航空施藥的工作效率可達(dá)50～200 hm2/h。
由于有些藥液、葉面肥和生長調(diào)控劑噴灑的最佳作業(yè)時(shí)間較短，在玉米中后期管理中，常規(guī)植保機(jī)械只能作業(yè)部分面積，其余的只能靠航空施藥機(jī)具完成。如黑龍江建邊農(nóng)場，每年都有一定面積的航化作業(yè)。
3.2 機(jī)具價(jià)格昂貴
3.2.1 關(guān)鍵零部件需要進(jìn)口
現(xiàn)有國產(chǎn)高地隙噴霧機(jī)多采用四輪全液壓傳動(dòng)技術(shù)，液壓泵、馬達(dá)和流量分配器等關(guān)鍵液壓元件基本依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴，而且國外廠家供貨周期長，部分企業(yè)供貨周期長達(dá)1年，造成生產(chǎn)企業(yè)資金積壓。部分機(jī)具噴霧系統(tǒng)中的藥泵（隔膜泵、離心泵等）、精量控制系統(tǒng)和噴嘴等主要部件需要從歐美國家進(jìn)口，增加了機(jī)具生產(chǎn)成本。
3.2.2 產(chǎn)品批量小
目前，由于高地隙噴霧機(jī)市場尚未成熟，各生產(chǎn)企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)只是小批量生產(chǎn)，造成機(jī)具單價(jià)過高，技術(shù)開發(fā)費(fèi)用、模具胎具工裝費(fèi)用以及設(shè)備折舊等費(fèi)用的分?jǐn)偸沟脵C(jī)具的出廠價(jià)格偏高，削弱了與國外同類機(jī)具的競爭優(yōu)勢。
3.3用戶欠缺施藥技術(shù)及機(jī)具操作知識
許多高地隙噴霧機(jī)的用戶或機(jī)手，基本不掌握相關(guān)施藥技術(shù)，只是一味追求作業(yè)速度與效率，也不會(huì)考慮霧化效果、表面沉積率、霧滴飄移、環(huán)境污染和土壤污染等問題，往往造成農(nóng)作物藥害、土壤污染等嚴(yán)重后果，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。如現(xiàn)有高地隙噴霧機(jī)具多配置旋轉(zhuǎn)式多噴嘴噴頭體，針對不同的噴霧量以及作業(yè)速度需選擇不同型號的噴嘴，而在實(shí)際作業(yè)過程中，機(jī)手基本上不調(diào)整噴嘴型號，同一噴嘴完成所有噴霧作業(yè)。由于高地隙噴霧機(jī)具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加之廠家培訓(xùn)少，很多機(jī)手用戶不能完全掌握機(jī)具的操作，影響噴霧機(jī)具的推廣和應(yīng)用。
4 國產(chǎn)高地隙噴霧機(jī)發(fā)展趨勢
4.1 性能優(yōu)異
現(xiàn)有國產(chǎn)高地隙噴霧機(jī)基本能滿足用戶的需求，但穩(wěn)定性、可靠性尚未達(dá)到市場要求，大問題沒有、小問題不斷的現(xiàn)象依然存在。噴霧最佳作業(yè)時(shí)間一般較短，機(jī)具的性能直接影響了產(chǎn)品的市場競爭力。國產(chǎn)高地隙噴霧機(jī)還需在底盤結(jié)構(gòu)、動(dòng)力傳動(dòng)與控制、人機(jī)工程和噴桿結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提升產(chǎn)品性能和質(zhì)量。
4.2 多功能作業(yè)
目前，市場上高地隙多功能作業(yè)機(jī)具以Hagie STS系列產(chǎn)品為代表，可以完成噴霧、去雄（切頂）和追肥（液態(tài)）等作業(yè)。此類機(jī)具技術(shù)含量高，要滿足不同功能部件的驅(qū)動(dòng)和控制要求，需進(jìn)行復(fù)雜的動(dòng)力傳動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但這類機(jī)具使用率高，基本覆蓋整個(gè)玉米生長期，比單一功能的機(jī)具具有更大的市場競爭力。
4.3 智能化作業(yè)
《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》對我國未來5年科技創(chuàng)新做了系統(tǒng)謀劃和前瞻布局，提出了科技創(chuàng)新的12項(xiàng)目標(biāo)，其中現(xiàn)代農(nóng)業(yè)部分的農(nóng)業(yè)智能生產(chǎn)、智能農(nóng)機(jī)裝備成為新增亮點(diǎn)。規(guī)劃中提出“要突破決策監(jiān)控、先進(jìn)作業(yè)裝置及其制造等關(guān)鍵核心技術(shù)，研發(fā)高效環(huán)保農(nóng)林動(dòng)力、多功能與定位變量作業(yè)”，“形成農(nóng)林智能化裝備技術(shù)體系，支撐全程全面機(jī)械化發(fā)展”。目前國產(chǎn)高地隙噴霧機(jī)有些機(jī)具依靠人工調(diào)節(jié)噴霧量，沒有配置精量控制系統(tǒng)，也沒有作業(yè)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，有些機(jī)具雖然加裝了精量控制系統(tǒng)，但精量控制系統(tǒng)比較低端，許多作業(yè)狀態(tài)需要操作人員人為判斷，造成整體效率和精準(zhǔn)度低下。智能化、精準(zhǔn)化的噴霧控制裝備成為高地隙噴霧機(jī)發(fā)展的必然趨勢。
5 結(jié)束語
從近年來玉米種植面積持續(xù)穩(wěn)定、勞動(dòng)力緊缺以及農(nóng)戶對噴霧效果的逐漸重視來看，高地隙噴霧機(jī)市場前景良好，尤其是國產(chǎn)高地隙噴霧機(jī)在地隙、適應(yīng)性和市場需求靈活性等方面具有較大優(yōu)勢。通過技術(shù)改進(jìn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)操作人員培訓(xùn)和廠家巡修，國產(chǎn)高地隙噴霧機(jī)仍能占據(jù)市場一席之地。
本文來源于2018年4期《農(nóng)業(yè)工程》雜志（中國科技核心期刊）
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