磁力轮式塑料大棚清洗装置的设计与试验

针对塑料大棚清洗困难的问题,设计了一种磁力轮式塑料大棚清洗装置。该装置主要由磁力轮式行走机构和毛刷清洗机构组成,其核心部件分别为磁力轮、行走电机、毛刷和清洗电机。工作时,由行走电机驱动磁力轮靠磁力吸附在大棚钢制骨架上行走,并由清洗电机驱动毛刷进行清洗工作。该装置适用于骨架间距1 m的拱形钢架塑料大棚,对大棚跨度和脊高无特殊要求。试验结果与分析表明,在纯自来水和洗涤液条件下,大棚透光率分别从清洗前最低的50.9%和49.0%提高至清洗后最高的88.4%和88.9%,最佳清洗流量分别为1.0和1.2 L/min;磁力轮行走机构最小驱动力69 N,满足行走要求;清洗装置平均工作效率6.6 m2/min;大棚倾角变化时,透光率整体平均提高46.7%,使用效果良好。该研究解决了塑料大棚清洗难题,延长了大棚使用寿命,增加了大棚维护安全性。     

日光温室薄膜全自动清洗机研制与试验

针对日光温室薄膜人工清洗劳动强度大、自动化清洗设备缺乏的现状，该研究设计了一种日光温室薄膜全自动清洗机。为减小整机质量并降低成本，采用双蜗轮蜗杆电机分别驱动清洗主机的毛刷与爬升轴；设计地面移位换行装置，用以承载清洗主机沿温室长度方向移动；为实现自动换行清洗，设计棚顶移位换行装置，调整棚顶吊绳安装高度，避免吊绳在换行作业时与棚面产生干涉而影响换行质量或损伤薄膜。基于多传感器融合与数据校验技术，保证清洗主机、棚顶与地面移位装置间的协作实时性、一致性及可靠性。为验证设计方案的合理性与可行性，以参照日光温室跨度、脊高、肩高参数10:1制作模型温室，按外形尺寸5:1加工清洗样机，并进行对齐、倾斜偏移及清洗效果验证试验。结果表明，清洗主机升降时的水平偏移量在±3°以内，左右偏移量在±7 mm以内（换行操作时各偏移量无累积）；地面与棚顶移位换行装置的单次换行误差与多次换行累计误差均在1 mm左右；毛刷材料选型与关键参数设计合理，可对薄膜表面灰尘进行有效清洗，洗净率为95.4%，清洗效果明显该清洗机在丰富国内日光温室清洗装备类型的同时，有效解决了团队前期研发清洗机质量大易伤膜、自动化水平低等问题，为温室大棚薄膜相关清洗设备的设计研发提供了参考。     

文洛型温室棚顶清洗机的研制与试验

针对国内文洛型温室棚顶清洗机械缺乏,人工清洗费时费力的问题,该研究设计了一种棚顶电动清洗机与配套换行作业平台,以实现对文洛型温室的自动清洗。为保证清洗机四轮行走的一致性,设计一种单电机两级减速同步驱动装置;针对电缆与水管收放过程中易发生堆积的问题,设计均匀卷线装置,对收放线过程进行分析,明确卷线半径与线速度的对应关系,优化卷线控制流程,满足了线缆、水管收放与清洗机往返同步的要求;为保证清洗辊刷对棚顶进行均匀可靠清洗,对刷毛与棚顶的接触过程进行了优化分析。样机性能测试表明,清洗最高行进速度为0.265 m/s,停机余量为28.4 mm;辅助换行平均时间为22.84 s,平台与屋顶对轨平均误差为1.6 mm。以薄膜透光率为指标,对清洗机的清洗效果进行试验,结果表明,在行进速度为0.25 m/s、辊刷转速120 r/min、水泵流量34 L/min的情况下,透光率为68%的薄膜经过清洗可提高到86%,清洗效果明显。该清洗机可以满足文洛型温室棚顶的清洗作业要求,对改善室内温光环境,提高果实产量与品质具有重要意义。     

薄膜承载力及其对日光温室结构稳定性能的影响

为研究薄膜对日光温室结构抗灾害垮塌性能的影响,采用 ANSYS 有限元分析软件,模拟了单片薄膜受风雪、冰雹荷载作用情景,分析了薄膜厚度、尺寸（长度×宽度）、预张力和外荷载对单膜承载力的影响,建立了日光温室结构单榀拱架、无膜空间整体骨架、覆膜空间整体骨架3种计算模型,得到了风雪灾害下日光温室结构破坏全过程以及覆膜日光温室结构空间系数,探讨了薄膜厚度、弹性模量、预张力等参数改变时,薄膜张拉刚化效应对日光温室结构稳定性能的影响。结果表明：薄膜尺寸（长度×宽度）和厚度是影响其承载性能的主要因素,同时应适当考虑薄膜长宽比影响;0.2 mm厚的薄膜可满足特强冰雹的防灾要求;薄膜张拉刚化效应有助于提高日光温室结构抗风承载力,对抗雪承载力影响不大;各分析参数中,薄膜弹性模量对日光温室结构空间系数的影响不明显。研究结果为覆膜日光温室结构抗风雪、抗冰雹灾害设计提供参考。     

考虑薄膜积灰的日光温室前屋面采光效率模型构建及应用

为确定自然环境下日光温室前屋面的采光效率,通过实测数据获得杨凌地区冬季长时间无雨状态下棚膜表面的灰尘积累分布情况以及不同太阳入射角及积灰程度下的棚膜透光率,构建了积灰分布模型及棚膜透光率衰减模型,在此基础上结合太阳入射角计算模型,采用MATLAB作为开发工具编写日光温室前屋面透光率的计算程序。通过输入温室地理坐标、日期时间、采光面曲线形状、朝向、棚膜材料种类,模拟出采光面上的透光率,并在杨凌地区对模型进行验证与应用。结果表明:同时考虑灰尘和太阳入射角的影响,建立的透光率模型与实测值的模拟精度较高,3个测点的模型计算值与实测值平均绝对误差分别为0.90%、2.13%和2.02%;以杨凌冬至日高采光效率为设计目标,将距温室前屋面底端0.8 m处的点作为控制点,确定2种曲线形状的温室,其前屋面控制点高度分别为0.6和0.8 m;朝向为南偏西5°时,在冬至日正午前后2h内,采光面的太阳入射角处于合理采光角范围内,采光效率较高;在弱光低温的冬季,为保障温室内较高的光照强度,建议选用的前屋面覆盖材料为白色PO膜。该研究可为日光温室棚膜表面采光效率的计算及采光面结构的设计优化提供依据。     

宽皮柑橘贮藏用薄膜包装机的设计与试验

宽皮柑橘在入库贮藏前需要用薄膜袋包装以延长货架期，为了代替人工操作实现自动包装，该研究打破传统的套袋包装模式，采用上、下双层膜，结合热封切机构，设计了一种新型的四边封口制袋包装机。该机主要由双排进料装置、送膜装置、封切升降装置、组合封切装置组成。利用封合后的前膜带动后膜的方式送膜，避免了薄膜撕裂；采用半球形结构承载宽皮柑橘，可实现多排多列果实的连续制袋包装；通过ADAMS软件对以曲柄滑块机构为主体的升降装置进行运动学分析，配合内置弹簧刀架中弹簧的压缩与放松，在升降装置不停止的情况下，研究电机转速与热封时间的关系，确定电机转速为20 r/min。以温州蜜柑为对象进行试验，结果表明：宽皮柑橘薄膜包装机的包装率为98.6%，优质率为93.3%，包装效率为97.6个/min，实现了贮藏用果实的自动套袋包装。研究结果可为宽皮柑橘贮藏用薄膜包装机的研制与优化提供参考。     

肉桂油/海藻酸钠薄膜物理特性和抗菌性能分析

为了研究开发新型可降解抗菌包装材料,该文以添加不同体积肉桂油到海藻酸钠膜液中制成的肉桂油/海藻酸钠抗菌薄膜为研究对象,比较分析肉桂油添加量对肉桂油/海藻酸钠薄膜厚度、透光率、色泽和水蒸气透过率等物理特性的影响,同时,考察其对薄膜的抗菌性能的影响。膜液中肉桂油体积分数在0～1.0%时,薄膜厚度无明显变化,体积分数为1.2%时,薄膜厚度显著增加。随着肉桂油体积分数的增加,薄膜的透光率显著降低,薄膜水蒸气透过系数增大。肉桂油对薄膜色泽影响显著,随着肉桂油添加量的增加,薄膜色泽值a和b呈显著增加趋势。膜液中肉桂油体积分数为0.8%时,薄膜抗菌能力显著增强。研究结果表明,当膜液中肉桂油体积分数为0.8%时,薄膜具有较好的抗菌效果和物理性能。该研究可为肉桂油/海藻酸钠可降解抗菌薄膜生产工艺参数的进一步优化提供参考。     

便携式鱼粉品质检测装置的设计与参数优化

为了快速检测鱼粉的品质,该文设计了一种便携式的鱼粉品质检测装置,该装置以微处理器树莓派为核心,主要由气路气体采集、电路数据获取和软件等部分组成,其中气路气体采集主要是采集零气和样品气体,电路数据获取主要是将传感器的电信号进行采集、放大和AD(analog-digital)转换,软件部分则设计了传感器数据采集和清洗等界面,并实时显示采集到的数据。为了研究该装置的检测性能,该文采用响应面法,选取了对检测结果影响较大的气体流量、采样时间、清洗时间作为试验因素,以离散比为试验指标,利用Design-Expert软件对该装置的参数进行优化,得到最优的参数组合,并在最优参数下,验证了检测装置对鱼粉品质检测的可行性和检测性能。试验结果表明:气体流量、采样时间、清洗时间均对离散比影响显著,且显著性影响程度为清洗时间采样时间气体流量,综合考虑各因素,得到最佳参数组合为气体流量2.2 L/min,采样时间39 s,清洗时间77 s,此时离散比实测值为0.579 9。在最优参数下,对不同储藏时间等级的鱼粉样品进行检测,得到不同储藏时间等级逐步判别的正确度为89.4%,可以实现对不同品质的鱼粉进行检测,可为鱼粉品质检测装置的研究提供相应参考和技术支撑。     

闭合循环水产养殖系统中气/液混合装置的增氧效果

为了研究纯氧气/液混合装置在循环水养殖系统中的实际使用效果,对闭合循环水产养殖系统中气/液混合装置的氧气吸收效率(absorption efficiency,AE)及运行效果进行了研究。结果表明,气/液混合比(gas to liquid ratio,G/L)变化在0.333%~3.333%(O2流量0.57~5.70 g/min)之间时,气/液混合装置的平均氧气吸收效率变化在94.001%~36.049%之间。当G/L=0.667%(O2流量1.141 g/min),在30.5℃、26.3℃、22.9℃和19.2℃水温条件下,气/液混合装置的氧气吸收效率别为87.833%、90.451%、93.606%和94.001%;其中,试验水温为19.2℃时,AE达到最大(94.001%),混合器出水溶解氧浓度达13.36 mg/L。当G/L大于或小于0.667%时,AE均随G/L的变化而降低;各温度组AE值的方差分析表明,温度对AE值有显著影响。     

溶液热回收型太阳能集热/再生器的再生性能分析

该文使用溶液热回收的方法提高太阳能集热/再生器(collector/regenerator)的再生效率。通过数值模拟的方法分析玻璃盖板高度、溶液参数、空气参数、太阳辐射强度等因素对溶液侧有热回收的太阳能集热/再生器再生效率的影响。结果显示,在模拟条件下,使用热回收器使装置的溶液再生段由1 m升高为1.5 m,再生效率增加约93.6%,相当于C/R板长近似增加0.8 m,且热回收器效率越高装置再生性能越好;流量参数存在最佳值使得再生效率最高,且空气流量(溶液流量)的最佳值随着溶液流量(空气流量)的提高而增加。空气流量的较佳范围为100~150 kg/h,溶液流量的较佳范围为8~15 kg/h;在流量参数的较佳范围内,分析玻璃盖板高度对系统性能的影响,发现玻璃盖板高度的较佳范围为0.08~0.1 m;加热溶液比加热空气更能有效的提高再生效率;减小溶液的浓度或减小再生用空气的相对湿度,均会提高再生效率;在全年太阳能辐射强度较强地区宜采用带热回收器的C/R装置。这些结果为太阳能集热/再生器的设计和性能分析提供了一定的理论依据。     

PO和PVC薄膜温室的光温环境及其与薄膜流滴性的关系

本研究通过对ＰＯ薄膜和ＰＶＣ薄膜温室光温环境的连续测量，分析比较了两种温室光温环境，同时测量了薄膜内表面凝结水量的差异，推导出了计算温室内外气温差的简便计算式，在该计算式中包含了薄膜内表面凝结水量对透光率的影响     

叶轮旋转式葡萄藤埋土单边清除机研制

针对目前春季中国北方葡萄种植主产区人工进行葡萄藤清土作业效率低、机械化程度低等问题,该文设计了一种适应于单边清土的叶轮旋转式葡萄藤清土机,主要由机架、刮土部件、叶轮部件和平土搅龙部件组成。刮土部件和叶轮部件能够分别将葡萄藤上方和侧面土壤清除,平土搅龙部件能够将清除的土壤进一步向行间输送并使其均匀地平铺在葡萄行正中间。以机器前进速度、叶轮转速和搅龙转速为因素,以清土中心距为指标,在离散元软件EDEM中对葡萄藤清土机作业进行仿真试验,得到最佳工作参数:前进速度1.2 m/s、叶轮转速420 r/min、搅龙转速300 r/min,此时清土中心距为44 mm。加工物理样机并进行田间试验,田间试验结果与仿真结果基本一致,两者清土中心距的相对误差约为15%,满足葡萄藤清土机单边清土的作业要求。该研究可为后续其他类型葡萄藤清土机的研制提供参考。     

不同结构日光温室光环境及补光研究

光照状况是影响日光温室生产力的重要因素。在建筑材料相同的情况下，结构(几何形状)对温室内光照起决定性作用。为具体分析不同结构温室内光环境，分别对单斜面、抛物面、圆-抛物面三种结构类型日光温室内不同位点的光照进行了测定、比较和分析，结果表明：圆-抛物面温室虽然提高了透光率，南北方向上光照度也较其他两温室均匀，但室内光照度仍远低于室外，且南北方向上光照度仍有明显差异。在温室后墙上张挂反光膜以补充温室内后墙附近光照度，可以缩小温室内南北方向上光照度的差异，有效地改善温室内整体光环境，提高作物产量。     

随动式残膜回收机清杂系统作业参数优化

残膜是一种可循环利用材料,残膜回收过程中只有将残膜和作物秸秆、土壤等杂质分离,才能实现残膜的回收利用,减少残膜污染。针对目前回收残膜含杂率高的问题,该文设计了一种随动式残膜回收机清杂系统。为明确该系统的作业性能,提高残膜回收作业质量,进行了随动式残膜回收机清杂系统作业参数优化。通过对工作原理、工作条件及膜杂分离影响因素的分析,确定以机具前进速度、地膜输送链速度、捡拾滚筒安装位置和二级杂质输送装置转速为试验因素,以残膜捡拾率、膜杂分离率和杂质输送效率为试验指标,根据二次回归正交组合试验设计原理,进行了四因素五水平回归正交组合田间试验设计。利用Design-Expert软件对试验结果进行响应面分析,得到各因素与试验指标之间的数学模型,分析得出影响残膜捡拾率和膜杂分离率的主次因素依次是捡拾滚筒安装位置、机具前进速度、地膜输送链速度和二级杂质输送装置转速;影响杂质输送效率的主次因素依次为二级杂质输送装置转速、捡拾滚筒安装位置、地膜输送链速度和机具前进速度。根据优化目标的重要程度,对回归模型进行多目标优化,得出清杂系统最佳作业参数组合为:机具前进速度1.26 m/s、地膜输送链速度1.55 m/s、捡拾滚筒安装位置-17 mm(即以支架长孔中心与捡拾滚筒中心在竖直方向重合为原点,向机具前进方向调整17 mm)、二级杂质输送装置转速为205 r/min,在最优参数组合下残膜捡拾率为90.19%,膜杂分离率为92.21%,杂质输送效率为89.6%。并通过田间试验验证了最优组合,试验结果显示:残膜捡拾率为91.54%、膜杂分离率为90.37%、杂质输送效率为88.4%,与预测值误差分别为1.50%、2.00%和1.34%,参数优化结果可靠。研究结果可为提升随动式残膜回收机清杂系统作业质量提供参考。     

电驱式小区玉米膜上直插穴播机的研制与试验

为解决西北地区制种玉米机械化播种问题,针对制种玉米播种条件和农艺要求,设计了电驱式小区玉米膜上直插穴播机。重点对构成该机的核心部件前进速度补偿机构、限深机构、后轮高度调节机构等进行了设计、仿真。前进速度补偿机构是由转动导杆机构驱动平行四杆机构进行机具前进速度补偿来实现成穴器入土播种和出土期间水平位移差接近零;限深机构可保证穴播机播深合格率;后轮高度调节机构可根据平铺膜和垄作铺膜前轮与后轮的行走情况使机器保持水平,非作业时升高后轮可避免鸭嘴接触地表或撕裂地膜。并进行了大田试验,试验结果表明:前进速度补偿机构运行平稳可靠、振动较小,驱动的排种器鸭嘴插膜口小,穴孔和膜孔无错位,播深合格率较高;整机空穴率为1.1%,穴粒数合格率为93.2%,膜下播种深度合格率为90.1%,三项核心指标均达到了NY/T987—2006《铺膜穴播机作业质量》标准的指标;膜孔合格率为98.5%,可满足制种玉米播种的农艺技术要求和玉米播种机的基本作业质量标准要求。