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我国是一个农业大国，农业在国民经济中占有很大的比重。而农药的投入则是保持农业持续高产的一个重要方面，化学农药对于防治病、虫、草害，保证作物增产方面，有着很明显的作用。但在目前我国的农业生产过程中，农药都是采用手工进行配置，配置的农药在剂量、混合的均匀度等方面都有着很大的误差，而且费时费力，对操作者身体造成危害，不适于自动化操作进程。随着国际农业的发展，我国对农业及其环保方面的投入也不断加强，精确施药技术与机具研究是精准农业中的一个重点内容，采用药水分离、在线配置、装备自动化的施药机具是实现精准施药的前提①。

目前的混药装置存在的问题是农药的配制既没有考虑变量施药的要求，也没有考虑手工作业的危险和经济效益②。具体表述如下：

(1)传统手工配药由于操作者与农药直接接触，农药随时可能溅到操作者身体上造成危害。

(2)由于人的主观因素的存在会造成剂量和浓度测量的误差。

(3)手工配置农药对计量把握的不准确性经常会造成大量剩余的农药，处理这些残余农药会造成环境的污染。(4)传统配药以手工作业方式为主，费时费力。

采用在线混药装置可避免以上手工配药的不利因素：

(1)电子传感器的发展为精确计量提供了条件。

(2)避免了人药的直接接触，消除了潜在威胁。

(3)在线混药是根据喷施的条件来精确计量，药水分离，节约了资源。

(4)使用自动化机械配药，节省人力③。

因此，现代植保机械的发展趋势是研制喷雾在线自动混药装置，在喷雾机上分别设置药箱和水箱，使其直接注入喷雾管道系统，与水箱的清水按预先要求的比例完成在线混合。

理论分析

混合装置除考虑混合效果外，还应该考虑介质的特性、使用的条件、功耗、易操作性等要求，具体如下：

（1）介质的特性方面。农药分为乳化剂、悬浮剂和溶剂，混药装置要适用于不同的药剂类型及不同黏度的药液。

（2）使用的条件。对于动态混合装置，由于具有机械活动部件，磨损和耐用度将大受影响，维修比较困难，同时机械活动部件使得混合器的密闭性也受到影响。

（3）功耗。机械活动部件要消耗功耗。对于田间喷雾，拖拉机的功耗除了要带动喷雾装置行走外，还要带动喷雾装置喷雾，在自动化的系统中，拖拉机还要驱动控制系统，这样

机械活动部件的功耗就必须考虑。

根据波兰学者 Streiff 对静态混合器的能耗定义：

式中：W-能耗系数，Lh-均化段长度，λ-压降系数，D-混合器长度，Re-雷诺数，P-混合器能耗，θ-混合时间，ρ-液体密度，n-动力粘度。可以推导出静态混合器的能耗要比动态搅拌器的小一个数量级。

（4）易操作性。

（5）经济效益。由于机械活动部件的磨损及耐用问题，将不可避免地要加大经济投入，性价比就会降低，也影响了推广。

综合上述各方面的条件，本研究中选用静态混合装置来实现在线混合。静态混合器是依靠设备的特殊结构和流体的运动，使两种流体各自分散，彼此混合起来，达到良好的均匀混合效果，对于药剂类型比较繁多复杂的农药混合是理想装备，而且能在很宽的雷诺数范围内使用。国内静态混合器按其固定部件的结构不同分为五种类型^⑤：SV型(采用V型波纹片)、SL型(30度角组合金属板)、SK型(扭曲叶片)、SX型(45度角组合金属板)和SH型(双孔道及 180度左、右旋单元)，各有不同的适用范围。根据农药剂型的多样性，药液黏度范围广泛，本研究中选择SK型静态混合器。依据是SK型静态混合器采用扭曲叶片结构，扭曲叶片的形式适合于湍流混合，且适用于很宽的黏度范围，从能耗方面讲，扭曲型叶片也好于其它结构的。其理由是，随着流速的增大，在流动的断面方向会产生很多激烈的涡流和很强的剪切力。由于这种强大的剪切力的存在，故可有效地发生气液、液液、固液等的分散及液液、固液的溶解。静态混合器结构示意图如图 1。

农药有四种剂型：乳化剂，乳油剂（通常用于微量喷雾），悬浮剂和溶剂，大部分是低

粘度流体，而施药过程中药剂和水流几乎都是湍流状态下的流体，湍流状态下，SK 混合器的混合效果要好于其他静态混合器。依据混合器的选择依据，在保证延时要求和喷雾流量要求的基础上，混合器的长度选择 200mm，直径为 15mm，符合 L/D 的选择要求。

图 1 SK 静态混合器结构

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