压力式谷物产量监测系统优化与试验验证

为了提高谷物收获作业过程中谷物产量在线监测的精度,研制了基于谷物流压力原理的车载谷物产量在线监测系统,该系统包括谷物流量监测装置、定位装置、割台高度控制开关、核心处理器以及人机交互装置。以谷物产量与谷物流压力间的谷物产量监测数学模型为指导,搭建了谷物产量监测试验台,采用Box-Behnken试验设计方法优化谷物流量监测装置结构参数,研究了传感器数量、传感器安装位置和监测装置水平倾角对谷物产量监测系统测产误差的影响,确定了最优参数组合为传感器数量5、传感器安装位置0.24 cm、监测装置水平倾角5°,并对最优参数组合进行了验证试验,结果表明,谷物产量监测系统测产误差为3.27%,满足谷物产量监测的精度要求。对谷物产量监测系统田间实际效果进行了试验验证,试验结果表明,田间测产误差为5.28%,生成的产量分布图为后续田间作业管理提供了决策依据。     

谷物含水率中子法在线测量的可行性研究

研究了处于冰冻和流动状态下的谷物含水率的快速测量。探讨了中子式测水仪对谷物含水率测量的一些基本规律,得出:谷物含水率的中子法在线测量是可行的;谷物的流动速度在一定范围内变化对慢中子计数比R_c的影响不大;谷物含水率的中子法在线测量可实现干燥机的自动控制     

谷物流量传感器试验台的设计与试验

为了配合切纵流谷物联合收割机大喂入量流量监测系统的开发,该文根据测产需要,研制了一种谷物流量传感器标定试验台。试验台采用刮板式升运器结构,升运器倾角70°～90°。谷物由入粮箱喂入后,通过对插板的调节,可控制试验过程中不同谷物流量大小。基于图像化编程语言LabVIEW,采用NI(national instrument)数据采集卡,建立了一个多通道数据采集系统,可实现喂入粮箱的质量信号、振动信号及谷物流量信号波形和数值的实时显示、存储和分析。室内标定试验结果表明,在没有外力影响的情况下,喂入量的大小对测产精度的影响较大,尤其小流量时,测产误差达到6.55%。系统动态质量平均误差为4.02%,测产平均误差为4.24%,基本满足大喂入量流量监测系统的需要。本试验台研制为谷物流量传感器提供了一个开发平台。     

冲量式谷物流量传感器测产信号处理方法

为研究冲量式谷物流量传感器背景振动噪声的提取及剔除方法,以减小背景振动噪声对其测产精度的影响,设计了一套冲量式谷物流量传感器室内标定台架,通过变频调速器控制驱动电机实现输粮搅龙和刮板升运器转速的改变以模拟联合收割机的不同田间工况,并对双板差分冲量式谷物流量传感器的测产信号处理方法进行了研究。通过算术均值滤波初步滤除测量板和参考板输出信号中的随机噪声,通过对参考板滤波输出信号的离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)提取背景噪声的频谱特性,通过测量板和参考板DFT结果的频域差分实现测量板输出信号中背景噪声的剔除,对频域差分结果进行离散傅里叶逆变换(inverse discrete Fourier transform,IDFT)即可得到剔除了背景振动噪声后的传感器输出信号,再对其进行二次算术均值滤波,即得到最终的测产输出信号。通过室内台架标定,建立了谷物籽粒流量与测产输出信号和升运器速度之间的标定模型,并进行了室内模拟测产试验。试验结果表明:谷物流量范围为0.5~2.3 kg/s时,在不同的变频调速器输出频率下,最大测产误差不大于3.1%,测产精度较高且比较稳定,频域差分处理方法能较好地实现双板差分冲量式谷物流量传感器背景振动噪声的剔除。该研究可为冲量式谷物流量传感器测产系统的开发提供参考。     

再生水滴灌对滴头堵塞的影响

研究以再生水（二级处理出水）为灌溉水源时,3种滴头（单翼迷宫式滴头、内镶式滴头和压力补偿孔口式滴头）的流量、灌水均匀度和堵塞的变化过程及规律,并和自来水灌溉条件下的结果进行对比,分析了滴头堵塞的主要原因。研究结果显示：再生水灌溉条件下3种滴头的流量和灌水均匀度都要明显小于自来水条件下的结果,其中单翼迷宫式滴头的流量和灌水均匀度下降最大,而压力补偿孔口式滴头的变化最小。水质和滴头内沉淀物质的分析显示,化学沉淀（主要成分为CaCO3和MgCO3）是引起滴头堵塞的主要方式,滴头流量小、流道尺寸小和流态指数偏高也增加了滴头堵塞的风险。建议实际中利用再生水灌溉的滴灌系统,可选用压力补偿孔口式滴头。     

流量对河水滴灌重力沉沙过滤池内流速分布的影响

为研究流量对河水滴灌重力沉沙过滤池流速分布规律的影响,该文对5种不同流量下的水沙两相流流场进行了数值模拟。通过对不同流量下流速沿程分布规律、流速沿水深方向分布规律及水沙分离效率的对比与分析,可知河水滴灌重力沉沙过滤池的适宜流量范围为0.05~0.2 m3/s,进水流量越小,流速变化幅度也就越小,越有利于泥沙沉降,水沙分离效率不小于72.5%。不同流量下沉淀池中流速沿程变化规律可分成3个阶段:流速迅速增加阶段、流速缓慢减小阶段和流速迅速减小阶段。清水池中流速方向与沉淀池的相反,流速沿程减小。受进水口、出水口和固体边界,以及侧向溢流堰的影响,不同流量下河水滴灌重力沉沙过滤池中的流速沿水深方向分布规律有差别。当流量为0.05和0.1 m3/s时,远离进水口、出水口及侧向溢流堰的位置,流速沿水深方向的分布规律包含流速迅速增加、流速缓慢减小和流速恒定3个阶段,而清水池则只包括流速迅速增加和流速恒定阶段。研究可对大首部的应用提供参考。     

嵌入式谷物流量传感器设计与试验

为进一步提高双平行梁谷物测产系统的集成度以便于推广应用,提出一种嵌入式谷物质量流量传感器。设计了基于混合信号控制器HY16F188和嵌入式处理器STM32F405的信号采集处理模块。其中HY16F188负责谷物冲击信号的后置放大和AD转换,STM32F405则主要完成自适应噪声对消算法,输出谷物质量流量信号。基于MFC设计了配套的上位机软件,用于谷物产量显示、存储和产量图生成。为验证传感器性能,2016年11月在扬州市江都区的实际生产稻田进行了空载振动试验、标定试验、测产试验。空载振动试验分成原地小油门、原地大油门和行走等3种工况,振动干扰噪声幅度降低了97.4%。标定试验中采用线性关系对传感器进行标定,通过直线拟合获得了标定系数。选择3个不同田块开展测产试验,共计进行8次实际测产试验,获得了产量分布图,可以直观看出农田各位置的谷物产量分布情况。大田测产试验结果表明最大测量误差小于7.4%。该研究可为精准农业谷物在线测产研究提供参考。     

基于Mallat算法的谷物流量信号小波去噪方法

针对联合收获机在复杂噪声背景作业过程中难以获取可靠的谷物流量信息的难题,提出了利用小波变换(wavelet transform,WT)对谷物流量传感器输出信号去噪处理方法。根据流量原始信号和噪声的频谱特性确定小波函数和分解尺度,将采集的流量原始信号通过Mallat算法进行小波分解,滤除高频噪声分量重构流量有效信号,由单片机AD通道对流量有效信号进行标定,标定试验后的传感器在不同谷物流量下累积质量最大相对误差为1.68%。利用北斗定位模块进行差分定位提高定位精度,测产装置信息由8051F单片机存储用以绘制农田作业产量图,将设计的测产系统安装在联合收获机上进行模拟水稻作业试验,试验结果表明:对流量传感器输出信号进行小波分解后,谷物流量测量相对误差最大为6.18%,平均相对误差为5.37%。通过对流量传感器输出原始信息进行小波变换,对比小波去噪前后信号的频谱曲线,验证了基于Mallat算法的流量信号去噪和流量有效信息重构方法的可行性和准确性,该研究可为研究农业机械复杂作业环境下原始信息去噪与有效信息重构提供参考。     

畜禽舍带孔PVC正压风管均匀送风特性的研究

建立了综合考虑带孔ＰＶＣ风管的管道结构特性、入口静压、气流量、空气性能及舍内压力等参数对送风均匀性影响的计算模型，并在模型中首次运用了温度修正方程对管内空气参数进行修正，减少了计算误差。通过对五组不同孔口分布的带孔ＰＶＣ风管的送风均匀性试验，推荐了在孔口气流一致性误差允许范围（±１０％）内带孔ＰＶＣ风管的工程设计参数。     

螺旋凸轮泵转子腔流量特性数值分析与验证

为了阐明螺旋角对凸轮泵转子腔内部流量特性的影响规律,揭示螺旋角和凸轮泵特性曲线的定量关系,基于FLUENT动网格技术和RNG k-ε湍流模型,对凸轮泵转子腔内部进行三维瞬态流动数值计算,比较了9种螺旋角凸轮泵转子腔内部流量特性,揭示了螺旋角对转子腔内部瞬态流动结构的影响机制,并通过理论计算及试验验证数值预测分对比析,其相对误差在2.5%~5.7%,具有较高的准确性。研究表明:螺旋角对凸轮泵流量特性及泵腔内部流动有显著影响,相比直叶转子,螺旋转子出口的平均流量和流量脉动幅值均明显降低,从而有效抑制转子腔内二次流、旋涡结构与转子间隙区速度突变;螺旋角为45°~60°时,泵出口平均流量达峰值,泵出口流量脉动幅值最低,转子腔内部流动结构较好,结果表明凸轮泵转子腔最优螺旋角取值为45°~60°。该研究可为凸轮泵转子优化设计提供参考。     

不同脱粒元件对切流与纵轴流水稻脱粒分离性能的影响

为研究不同脱粒元件对切流与纵轴流脱粒分离性能的影响,该文在自行研制的纵轴流脱粒分离试验台上,利用自制的矩形齿板、短纹杆-板齿、钉齿、刀形齿、梯形板齿对喂入量为7及8 kg/s的水稻进行了脱粒分离性能试验,对比切流装置在不同脱粒元件下的功耗和初脱分离率及纵轴流复脱装置在不同脱粒元件下的总功耗、夹带损失率、脱净率、破碎率、脱出混合物轴向和径向分布等指标。结果表明,在7 kg/s水稻喂入量时,刀形齿切流装置初脱分离率最高为47.71%,钉齿纵轴流复脱装置夹带损失最低为0.25%;切流装置采用刀形齿且纵轴流复脱装置采用钉齿,在8 kg/s水稻喂入量时,单位功耗最低为8.51 kW/(kg·s),夹带损失最低为0.31%,脱净率达到99.96%。     

散粒农业物料孔口出流成拱机理分析

本文对散粒农业物料孔口出流落粒拱形成的影响因素进行了分析讨论。根据微观力学原理,建立了颗粒成拱的力学模型;并计算了颗粒物料在孔口出流时形成落粒拱的临界条件。导出了粒径与临界孔口直径、拱高之间的关系。在试验的基础上,找出了物料粒径、含水率与临界孔口直径之间的变化规律。对农产品及食品加工机械的设计提供理论依据以及对今后进一步研究有一定意义。     

气吸式谷子排种装置吸种孔的结构设计与试验

为实现气吸式谷子排种装置的精少量穴播,解决播种时伤种、吸种孔堵塞、成穴性差等问题,在研究了谷子机械物理特性的基础上,对气吸式排种装置的排种盘进行了设计,设计了圆柱孔、倒角截顶圆锥体孔、截顶圆锥体孔和四棱台孔4种结构,并对排种装置进行了谷子排种效果对比试验以及排种性能试验。试验结果表明,在所设计的多种排种盘结构中,吸种效果最好的排种盘吸种孔为四棱台结构,堵塞情况最少,相对成穴性最好,此时平均穴粒数3.3个,穴粒数合格率89%,穴距合格率94%,平均成穴距离1.24 cm。同时确定了排种器的最佳工作参数:真空度?2 k Pa,排种轴转速28 r/min。初步实现了采用气吸式排种装置下的谷子精少量穴播,对以后设计谷子精密排种装置及相关研究提供参考。     

小麦氮素利用效率的基因型差异研究

研究了植株生长和产量性状差异很大的58个小麦基因型的氮素营养和利用效率。结果表明,开花期和成熟期植株各器官的含氮量和氮积累量,基因型之间差异显著;开花期剑叶含氮量与子粒含氮量呈显著正相关;每生产100公斤子粒需氦量,供试基因型变动于2.15～4.09公斤;氮收获指数的变幅为59.35％～82.89％,显示出小麦基因型在氮利用效率上的遗传差异。相关分析表明,每穗粒数、单蘖干物重、收获指数与氮效率比、氮利用效率呈显著正相关。     

开孔型折流板太阳能空气集热器参数优化

为了克服折流板引入带来的负面影响,进一步提升折流板型太阳能空气集热器性能,该文采用正交数值试验的方法研究了开孔参数和入口流量参数对集热器效率的影响。选取折流板开孔参数大小、位置、数量以及入口流量4个因素,每个因素取3水平,考虑各因素间的交互作用,设计正交试验方案,进行三维数值模拟计算。结果表明:各开孔因素之间无明显交互作用,入口流量和开孔大小对集热器效率影响显著。最优折流板开孔参数组合与入口流量大小有关,当入口流量分别为0.0044、0.0088和0.0132 kg/(s·m2)时,对应的效率最高开孔参数组合分别为开孔大小(开孔长度与集热器厚度的比值)为1/6、开孔位置(开孔中心距底板距离与集热器厚度的比值)为1/3、开孔数量为3,开孔大小1/3、开孔位置1/3、开孔数量5,开孔大小1/3、开孔位置0、开孔数量5,其集热效率分别为69.63%、81.71%和86.83%。该文结果可为折流板型太阳能集热器的设计和改进提供理论支持。     

吊杯式栽植器的优化设计及试验

针对目前吊杯式移栽机在移栽过程中出现的膜上穴口尺寸过大、栽植器容易撕膜、刮膜等问题,从栽植器的结构参数和分析特征系数入手,对于膜上穴口尺寸进行了研究。通过Pro/E建立栽植器的三维模型并进行优化设计与制造,对8 cm×8 cm和6 cm×6 cm口径的2种栽植器进行了田间对比试验,分析了其对膜上穴口尺寸的影响程度。然后通过变换传动比改变运动特征系数来研究运动特征系数对膜上穴口尺寸的影响规律。试验表明通过改进栽植器的结构,膜上横向尺寸较改进前平均降低了约45.3%;膜上纵向尺寸较改进前平均降低了17.9%。当运动特征系数从小变大时,膜上穴口平均值表现为先减小后增大,在运动特征系数为1.238时膜上穴口尺寸最小,说明运动特征系数存在最优值。改进栽植器机构后的试验结果为:株距的平均值维持在40 cm左右,漏苗率为1.07%,伤苗率为0.71%,直立度合格率为92.6%。当运动特征系数为1.238时,穴口纵向尺寸平均值为71 mm,横向尺寸平均值为18.5 mm,均为最小值。故对于2ZP型移栽机,运动特征系数取1.238为宜。该研究为吊杯式移栽机改进设计和性能优化提供参考。     

利用同位素示踪研究夏玉米灌浆期同化产物的运转

以夏玉米京垦 1 1 4为材料 ,用1 4 C同位素示踪方法 ,结合活体测量法 ,研究了玉米灌浆期叶片1 4 C 同化产物的输出和籽粒对1 4 C 同化产物的积累动态。结果表明 ,叶片1 4 C 同化产物输出和籽粒1 4 C 同化产物积累均先快后慢 ,有一定的阶段性。以较快速率积累较多的1 4 C 同化产物有利于形成较大的粒重。     

2BSF-4型穴灌坐水播种机的设计与试验

介绍了2BSF-4型地轮驱动泵注水穴播穴灌机的组成、工作原理及部件设计,并作了田间试验,结果表明：该机平均穴施水量为137.35 g/穴(527.1 kg/(667 m²)),合格指数可达86.7%,总体变异率为3.03%;种子离灌溉水湿润中心距平均为11 mm,小于设计值20 mm,合格率平均达到97.8%。穴粒数平均1.67粒,合格率达到97.25%;粒距304 mm,行间最高变异率1.83%,总变异率不超过3.27%,合格率为94.15%;重播指数小于1.66%,漏播指数不大于2.38%;播种深度及种、水同穴合格率均达到100%;田间出苗率高于97.5%。试验机具除平均穴施水量略低于设计值外,其余各项性能均达到了设计要求。测试数据表明该机工作性能稳定、可靠。     

水稻动态及静态谷层气流阻力的试验研究

应用二次Ｄ—饱和最优实验设计的方法,探讨了水稻在流动过程中顺、逆流通风的谷层气流阻力与风速、谷层厚度、粮食流动速度的关系,通过回归分析建立了动态谷层气流阻力的数学模型,对动、静态谷层气流阻力进行了对比分析,对水分的影响作了单因素试验分析,通过算术平均求出了理论公式（ΔＨ＝ａＬ_ｇｗ＋ｂＬ_ｇｗＶ^２）的动态计算系数ａ和ｂ。