在广阔的果园种植面积和多样的种植结构下，果园标准化与非标准化种植并存。标准化种植果园株行距规整、树形统一，适合大型机械化作业；非标准化种植果园多分布在丘陵山地或零散地块，存在株行距不规则、树龄不一、地形复杂等问题[1]。果园病虫害是制约果品产量与品质的关键因素，化学防治是当前主要的防控手段。然而，现有喷药装置在不同种植模式下的适用性存在差异。标准化果园多用大型风送式喷雾机，其雾滴穿透性强、作业效率高，但存在机体笨重、移动不便和购置成本高等问题[2]。非标准化果园中，大型机械难以入园作业，多数农户仍沿用动力泵配合喷枪进行“雨淋式”喷洒。这种方式虽灵活、不受株行距限制，但雾化效果差、用水量大，且药液下流严重、内膛受药不均，防治效果难以保证[3]。
针对上述问题，兼容不同种植模式的通用型喷药装置的研究成为果园机械领域的重要课题。在施药技术方面，赵德楠等[4]研究表明，感应荷电因安全性较高、工程实现简单，成为当前主流方案；通过高压静电使雾滴带电，可在喷头与作物靶标间形成静电场，提高药液在叶片正反面的附着能力。彭丽镕等[5]设计的基于静电喷雾的无级调速自动喷施系统，在药液沉积量、覆盖率和穿透率等方面均优于常规喷雾系统。在装备智能化方面，自主导航与对靶喷药技术发展迅速。Wei等[6]构建了YOLO-Fi算法模型，基于此生成的变量喷施处方图可使喷施量减少47.92%。在复杂地形适应性方面，履带式底盘和小型化设计成为近年来的重要发展方向。李善军团队研发的遥控全液压履带通用动力平台，适用于丘陵山区复杂地形，可自动完成喷药、旋耕、除草等作业[7]。周汉林等[8]针对丘陵山区林果种植环境，设计了一种多功能轻型底盘，可配置打药等多种农机具，为解决丘陵山地机械化作业问题提供了可行方案。这些研究成果为不同种植模式下的果园喷药提供了多样化方案，但如何在单一装备上集成多种优势、实现标准化与非标准化果园的兼容适用方面，仍有待进一步探索。
因此，本文设计了一种适用于不同种植模式的果园喷药装置。该装置是将供液供电单元与喷洒操作单元分离，通过一根集成了输液管和导线的综合软管实现远距离连接，从而减免药液车辆在非标准化果园内频繁移位的需要。本文对装置的工作原理、结构设计和应用效果进行阐述，为不同种植模式下的果园植保作业提供可行的技术方案，也为果园喷药机械的多样化发展提供参考。
1 果园喷药装置原理结构和技术集成
1.1 果园喷药装置技术原理
1.2 果园喷药装置结构
1.2.1 喷洒前端结构
喷洒前端优选一根硬质长管，硬质长管前端装置圆筒状的风筒壳体，壳体后端直径大于前端，后端直径一般为28 cm，前端直径为20 cm（图2）。风筒壳体后端设置多个放射状或间断圆环状的进风条口，前端装置直径为20 cm的环形导管，环形导管上均匀装置6～9个雾化喷嘴，每个雾化喷嘴向内倾斜12°（雾化喷嘴夹角是相对风筒中心线而定）。风筒壳体内的后部设置纵向三片支撑片，支撑片上设置轴承装置穴，长轴前部由轴承支承并固定于装置穴内，其前端穿过硬质长管，后端外露；长轴前端设有螺纹和2个螺母，将五叶风叶安装于2个螺母之间，保证风叶位于风筒内前端位置，且与雾化喷嘴的距离为11 cm。硬质长管前端装置前手把，后端装置后手把，前手把设置水阀开关，软导液管连通水阀开关后再连接风筒前端的环形导管；后手把处设有调速霍尔装置，霍尔线随后连接至调速直流电机。在硬质长管后端装置一个电机装置穴套，套上留有多个孔供电机散热用，电机轴连接在长轴上保持同心转动，并固定在电机装置穴套内。电机为低压直流调速电机，电压在48～60 V，电机功率在200～250 W，转速在3 000～6 000 r/min。
1.2.2 中端输液输电部位配置结构
中端供液采用一根综合软管输液输电装置。将一根内径为5 mm、外径为8 mm的软输液管与2根输电导线合并，外围包裹橡胶软套，综合软管直径小于11 mm。为减缓远距离输电电压衰减，导线采用导电较强的铜芯导线，线芯直径在1.5 mm以上。在包裹输液导管和导线线芯的软胶套内部空余处设置强力绳线，具有空隙填充和抗拉作用。将输液导管与导线线芯平行合并，并加入绳线后，通过模具包覆成型制成圆形胶套，形成同一根具备输液与输电功能的综合软管。该软管有利于果园喷药作业时的收放操作。中部输液输电装置软管的长度根据地块实际进行设计，一般长约50 m，软管盘绕于卷管器上，具有携带方便、可在果园内灵活拖拽收放的特点。
1.2.3 供液供电的后端结构
供液装置动力泵体采用液体感压隔膜泵装置。在隔膜泵供液口端连通一个三通管件，三通管件一通口连接液压电开关，开关的两根导线一端分别接至隔膜泵的正负极接线端，另一端连接直流蓄电池；三通管件的另一个通口通过快速连接管件，与中端输液输电装置总管的输液管口端相连。也可采用自带感压隔膜泵装置，无需使用三通管件，直接将隔膜泵的供液口通过直通连接件，与中端输液输电装置总管的输液管口端连接即可。为方便携带和保护，将感压隔膜泵装置装入一个长25 cm、宽18 cm、高21 cm的方形盒体内。盒体上设置电源总开关，上端设置把手，侧壁设置两个挂钩，以便将盒体挂置在药筒旁或车厢旁。将1个圆形或方形的药桶放置在电动三轮车车厢内，感压隔膜泵的吸液口连接1个吸水管，将吸水管放入药桶内。将四块或5块蓄电池串联，组成48或60 V电池组，作为车载移动电源；也可直接利用电动三轮车自带的原车车载电源，作为喷药系统的电源。
1.3 果园喷药装置系统集成
上述果园喷药装置将喷洒前端、输液输电中端、供液供电后端三者连接系统组合，中端输液输电装置综合软管内的导线连接前手把内调速的霍尔装置，霍尔线连接调速直流电机；综合软管内的输液管连接后手把处的水阀开关，软导液管连通水阀开关后再连接风筒前端的环形导管。作业者分别手持后手把和前手把，打开水阀开关，感压泵启动供液。根据喷洒作物的高低和远近，随时调节直流调速电机的转速，以吹出不同风速进行喷洒作业，从而达到快速、省药的喷洒效果。
2 果园喷药装置的应用
为验证装置的实际应用效果，分别在砀山县思田源水果种植专业合作社、砀山县老树源水果种植合作社，以及丰县大沙河果园内进行应用实践。实施对象包括梨园、苹果园和桃园，果园种植方式包含标准化种植果园和非标准化种植果园，果树树龄大小不一。通过实地应用，记录其电机转速，出口风速，测定观察装置的有效射程、有效喷洒面积、喷射雾滴直径以及作业时长和药液用量。
应用结果表明，该装置可应用于标准化种植的果园；在非标准化果园中，将喷洒后端停放在果园路边，喷洒中端50 m长管件，可以方便喷洒前端供电供液使用；通过路边喷洒后端的移位可以满足喷洒前端移位的需要，或将喷洒后端承载车体开入果园内部。实践结果表明，喷洒前端电机转速在3 000～4 500 r/min时，出口风速调控在8.0～10.7 m/s，有效射程在3.5～4.5 m；电机转速在4 500～6 000 r/min时，出口风速在11.9～15.3 m/s，有效射程在5.0～6.5 m。在射程2.5 m处有效喷洒面积为0.65 m2，一般常用供液压喷枪有效喷洒面积为0.21 m2；在射程3.5 m处有效喷洒面积为0.85 m2，一般常用供液压喷枪有效喷洒面积为0.26 m2；在射程5 m处有效喷洒面积为1.1 m2，一般常用供液压喷枪有效喷洒射程不易达到。通过气流使雾滴二次雾化，雾滴直径一般在100～150 μm，且药液漂移聚集性强，易将药液雾滴吹送到果树内部，确保叶子正反面均能着药，不留死角；叶片药液覆盖率在90%以上，而一般供给液压喷枪喷射雾滴直径在200 μm以上，药液雾滴漂移分散浪费农药。
以砀山县思田源水果种植专业合作社某社员梨园内的实施情况为例，梨园地块形状不规则近似三角形，梨园面积约0.35 hm2，树龄、树形不一，大型风送喷药机无法施药。使用三缸药泵进行压力喷洒，作业时长2.8～3.1 h，药液用量为1 100 kg；使用本研究设计的装置在此地块内施药较方便，作业时长为1.6 h，药液用量为875 kg，且喷洒药液均匀，树叶药液下流现象明显减轻。综合表明，本研究设计的果园喷药装置对果树品种、树冠、株行距要求不高，具有良好的通用性与适配性，初步实现了不同类型果园的“一机多用”。
3 结语
研发适配性强、机动灵活且成本可控的植保装备是果园病虫害绿色防控与提质增效的重要支撑。常用大型风送机、自走式喷药机及无人机等装备在丘陵密植与行株距不规则等场景下存在使用局限性。为此本研究设计了一种一体化喷药装置：在喷洒前端，采用低压环形雾化配合可调式风送结构，通过气流对雾滴进行二次破碎和定向输送，以期在较低压力下获得较好的雾化效果和覆盖范围。在供能方面，装置采用48~62 V直流电源驱动感压隔膜泵和调速电机，可直接利用电动三轮车等常用农用车辆的车载电源，降低了对专用动力设备的依赖。目前，该装置已完成初步设计，并在部分果园开展了应用测试。应用实践表明，该装置在有效作业距离、喷洒覆盖面积与雾滴粒径控制等方面表现出较好的综合性能，具备提升作业效率、降低农药浪费并增强复杂果园适配性的应用潜力。后续需开展跨作物、跨地形的扩展试验，重点明确不同树冠密度与行株距条件下的最佳作业参数组合（风速/转速、喷量、喷头位置与行进策略等），并对不同药液物性与环境风场下的沉积分布、漂移风险与防治效果进行定量评估。同时，围绕综合软管、电气防护与整机耐久性开展可靠性试验，明确关键部件的使用时间与安全规范。随着人工智能和物联网技术的发展，喷药设备将具备更强的自主决策能力，多机协同作业系统也将日益成熟，推动果园喷药逐步迈向自动化管理，并实现不同机型的兼容使用，提高精准化喷药效率和效果，实现喷药精准化、环保化和多功能化[10]。