播种机组纯作业时间利用率与地块条件的匹配模型与试验

机械化播种作业是现代农业生产的重要环节,纯作业时间利用率是衡量播种机组作业效率的重要指标。该研究依据农业机组运行机理,在调查研究的基础上,提出季节时间利用率概念,确定了播种机组的作业时间构成,建立了播种机组纯作业时间、转弯时间、加种肥时间的计算模型和3种加肥方式下的播种机组纯作业时间利用率计算模型,明确各参数随地块面积、地块长度等条件变化的一般规律;以此为基础,在机组正常作业状态下,采用定距离多点多设备同步跟踪测的试验方法获取4种典型播种机组各类作业时间数据,并运用3σ原理剔除无效数据;依据所建模型及有效试验数据,采用Matlab 2012b对4种播种机组的纯作业时间利用率随地块条件变化规律进行模拟仿真,并采用Sigmaplot 12.5软件直观表达试验结果;进而探索了播种机组纯作业时间利用率随地块条件化的原因,确定了目标时间利用率条件下不同播种机组与其所适宜的作业地块面积和地块长度的定量关系:播种机组纯作业时间利用率大于0.6时,约翰迪尔7830机组适合作业地块面积大于等于6 hm^2、地块长度为1 200~1 400 m;维美德171机组适宜作业地块面积大于等于6 hm^2、地块长度为1 000~1 200 m;常发504机组适合作业的地块面积大于等于1 hm^2、地块长度为500~1 500 m;黄海254机组适合作业的地块面积大于等于0.3 hm^2、地块长度200~1 500 m。研究成果可为不同地块条件的播种机组选型提供定量依据。     

联合收割机生产率计算模型与适宜作业路线分析

提高农业机械生产率可大大节约农业生产成本。本文将田间试验与数值模拟相结合,首先在综合分析收割机作业时间构成的基础上,构建了不同作业路线下收割机生产率计算模型;其次实测了3种型号收割机在不同田块条件下整个收割过程中各个作业环节的时间及其工作特性参数;最后基于计算模型和实测参数,采用MATLAB进行编程,模拟分析了不同型号收割机、作业路线和田块面积下收割机生产率的变化规律。结果表明,收割机生产率随田块长宽比、田块面积和割台幅宽的增大而增大;采用"回"形和"U"形相结合的收割机作业路线,可提高收割机生产率8%以上。该结果可为农机实际作业路线选择和农田系统优化布局提供参考。     

水稻收获转运双机协同自主作业策略与试验

针对水稻收获机与转运车双机协同自主作业环节多、粮食转运过程复杂等问题,该研究设计了一种基于有限状态机（FSM,Finite State Machine）的水稻收获机与转运车协同作业策略。分析了水稻收获机与转运车协同作业模式,建立有限状态机模型。首先,基于作业环节设计触发条件、评估方法和执行流程等基础模块;然后,根据双机协同的各项状态建立状态信息矩阵;最后,依据协同触发事件与状态转移的逻辑设计状态转移链。构建协同作业时分复用控制逻辑框架,并运用Stateflow软件进行仿真分析,为验证所设计策略的田间实际作业效果,搭建了履带式水稻收获转运双机协同试验系统,收获速度为0.8 m/s,收割幅宽1.9 m,共28条收获边,协同路径选择在短边的机耕道上,连续协同工作时间大于120 min,采用套圈路径自主收获0.7 hm2水稻,期间共进行6次自动协同转运作业,将所收获的粮食转运到卡车上。试验结果表明,该策略可以实现水稻收获/卸粮转运自主作业,收获效率为0.35 hm2/h,为实现水稻收获双机智能转运协同功能奠定了基础,可为水稻无人农场建设提供技术支持。     

4LT-A型错行作业挖掘甜菜联合收获机研制与试验

针对中国北方甜菜主产区机械化收获水平低下、缺乏先进适用的国产甜菜联合收获技术装备问题,研制了一种可自动对行纠偏的错行作业挖掘型甜菜联合收获机。该机配套50 k W以上拖拉机,一次作业2行,完成打叶切顶、挖掘输送、清杂装卸作业,纯生产率大于0.3 hm2/h,适宜种植形式为单垄单行、种植面积适中、对象为农场和种植大户收获使用。田间试验表明,该机收获质量良好,块根含杂率小于2%,块根折断率小于3.5%,切顶合格率大于85%,块根损失率小于4%,各项指标达到国家规定标准,符合甜菜收获要求。该研究攻克的自动对行纠偏、仿形切顶、低损挖掘等技术为推进主产区甜菜联合收获技术装备的自主研发提供参考。     

施氮与灌水对夏玉米产量和水氮利用的影响

通过田间裂区试验,研究了不同灌水量（900、 1200和1500 m3/hm2）和施氮量（0、 150、 210和270 kg/hm2）对夏玉米生长状况、 产量构成及水、 氮利用效率等的影响。结果表明: 当灌水量超过最低量 900 m3/hm2、 施氮量超过150 kg/hm2时,二者对玉米产量、 产量构成因素（穗粒数、 百粒重及穗粒重）和收获指数（HI）以及各生育期干物质积累量等均没有明显影响; 氮肥农学效率和氮肥偏生产力随氮肥用量的增加呈明显降低趋势; 灌水生产效率和水分利用效率随灌水量的增加也显著降低,二者均表现为900 m3/hm21200 m3/hm21500 m3/hm2。因此,在本试验条件下,以W900N150处理的水、 氮利用效率、 产量及其构成因素等较高,并且对环境造成潜在危害最小,为当地地域气候条件下夏玉米生产中节水减氮的较为适宜的水氮配比。     

天山北坡经济带宜耕未利用地开发潜力分区及评价 ——以新疆阜康市为例

新疆地区拥有比较丰富的未利用地资源,合理开发利用该区域未利用地在一定程度上有助于缓解日益严峻的人地矛盾和保障区域粮食安全。本研究以阜康市为研究区域,采用生态位适宜度模型,选择土壤含盐量、土层厚度、土壤质地、有机质含量、地貌类型、林地覆盖率、灌溉保证率、土壤侵蚀模数、≥10℃积温、距离河流距离、流域地均径流量以及年均降水量共12个指标构建评价指标体系,进行未利用地开发利用适宜性评价。研究结果表明,阜康市较适宜开发耕地的未利用地(主要包括高度适宜和基本适宜)占未利用地总面积的22.21%,分布于山前冲积扇中下部和地形较为平坦的地区。勉强适宜的未利用地仅占未利用地总面积的16.36%,主要分布在北部沙漠边缘和南部山前冲积扇上部。不适宜开发利用的未利用地占未利用地总面积的61.43%,主要分布于南部的坡地、山前冲积扇边缘以及靠近北部沙漠边缘。在评价结果的基础上选择潜力指数、新增耕地潜力、乡镇未利用地面积、宜耕未利用地开发面积、宜耕未利用地比重、平均地块面积、地块破碎度等指标构成未利用地开发潜力矩阵,并利用系统聚类分析对未利用地资源进行潜力分区。结果表明,研究区可以划分为5个潜力区,Ⅰ级潜力区适宜开发未利用地的面积为21 000.97 hm2,可以新增耕地潜力为15 222.92 hm2;Ⅱ级潜力区适宜开发未利用地的面积为12 875.69 hm2,新增耕地潜力为10 155.41 hm2;Ⅲ级潜力区适宜开发未利用地的面积为5 008.84 hm2,可以新增耕地潜力为4 165.35 hm2;Ⅳ级潜力区适宜开发未利用地的面积为878.67 hm2,可以新增耕地潜力为753.78 hm2;Ⅴ级潜力区的未利用地均不适宜开发利用。潜力分区可以从时序和空间上为阜康市未利用地的开发利用提供理论参考,对未来未利用地差别化开发利用模式的探索具有一定指导意义。     

洁区播种思路下麦茬全秸秆覆盖地花生免耕播种机研制

针对黄淮海花生主产区常规机播多种机具多次下田、生产成本高问题,以及传统免耕播种不适宜全秸秆覆盖地作业,存在缠绕壅堵、架种、晾种问题,研制了基于“洁区播种”思路的麦茬全秸秆覆盖地花生免耕播种机。该机配套75 k W以上拖拉机,作业幅宽2 400 mm,可一次完成碎秸清秸、苗床整理、施肥播种、均匀覆秸,整个施肥、播种、覆土作业在无秸秆影响、相对“洁净”的区域内完成,纯生产率大于0.53 hm2/h,适宜麦收后秸秆未作任何处理的全秸秆覆盖地。田间试验及测产表明,该机作业顺畅、可靠、播种质量高,作业后麦秸秆平均长度115 mm,秸秆覆盖均匀率83%,播种施肥平均深度分别为46和59 mm,合格率分别达到98%和89%,每公顷产量约为5 749.5 kg,各项作业指标均符合主产区花生生产要求。该研究提出的“洁区播种”思路亦可实现全秸秆覆盖地免耕播种小麦、玉米、大豆等不同旱地作物,为推进机械化秸秆禁烧提供了适宜装备。     

黄土高原上黄试区土地利用适宜性评价

针对黄土高原上黄试区自身特点,结合专家评议,建立了该区土地利用适宜性评价指标体系.采用专家打分法对各指标进行量化分级与权重确定.运用ArcView 3.2软件将该流域划分为185个地块,并建立各地块的空间和属性数据库.利用软件的空间叠加分析功能与综合指数法研究了各地块土地利用的适宜程度.结果表明:上黄试区宜牧地面积最大,约为419.04 hm2 (52.31％);宜农地次之,约为195.35hm2(24.39％);宜林地面积最小,仅为46.8 hm2 (5.84％);宜林牧土地面积约为139.86 hm2 (17.46％).评价结果可为上黄试区最佳土地利用方案的确定提供数据基础.     

农场农业机器作业成本动态预测模型的研究

农业机器作业成本的预测是优化决策的关键,该文提出了建立农业机器作业成本动态预测模型的一般方法,模型由折旧费、维修保养费、油料费、劳动力成本和管理费5个预测子模型组成.模型结果表明,利用农场相关实测数据建立的模型均达到了较高的精度,其中拖拉机残值系数、累积维修保养费系数回归模型精度的调节平方和分别为0.8367和0.8840;模型的比较分析表明,在2007年机龄为9.16 a的6号JDT654拖拉机组成型耕机组和旋耕机组分别完成180.28 hm2和165.46 hm2作业面积的条件下,二台机组总作业成本的预测值分别为28585.79元和23868.42元,预测偏差分别-2.11%和-5.92%;二台机组作业总成本和的预测偏差为-3.88%.     

气力式无人机水稻撒播装置的设计与参数优化

当前用于无人机挂载的撒播装置通常为离心圆盘式,该方式的落种区为圆弧形,撒播均匀性不稳定,且在作业幅宽方向上的调控比较困难。为了改善撒播作业的效果,探究适合无人机挂载的水稻撒播装置,该文设计了一种气力式无人机水稻撒播装置,利用气流将种子沿不同的方向吹送出去。该文就种子颗粒在所用无人机平台风场中运动情况进行分析和归纳,对撒播装置的关键部件进行了仿真和测试试验,研究了分流箱气流出口尺寸与出口风速的关系,以及导流通道的锥角对导流通道内的气流与气压分布的影响及对撒播幅宽和撒播均匀性的影响。试验结果表明:分流箱气流出口尺寸与出口风速之间存在极强的负相关关系,根据设计需求选择φ32 mm作为较佳的气流出口直径。导流通道的锥角与撒播幅宽之间存在极强的线性相关关系,相关系数R2=0.999。综合考虑通道内的气压和流速分布,以及锥角对幅宽和均匀性的影响,优选130?为导流通道的锥角。该文进一步研究了无人机作业高度对撒播幅宽和撒播均匀性的影响,结果表明:在1~2.8 m的范围内,作业高度与撒播幅宽的相关性显著系数为0.3590.05,作业高度与撒播均匀性的相关性显著系数为0.1970.05,在给定的高度范围内无人机作业高度对撒播幅宽和撒播均匀性的影响不显著,在实际作业中,综合考虑撒播幅宽和均匀性变异系数以及田间作业环境等因素,优选2 m作为该无人机平台的适宜作业高度。该研究为进一步样机的优化改进提供了参考。     

Comparison of German and Swiss Rainfall Simulators - Influence of Plot Dimensions

The construction and operation of a rainfall simulator becomes easier with decreasing plot size. We studied the effect of plot size on the erosion dynamics and whether it is preferable to decrease plot width or plot length. 22 simulated rainfalls were carried out with Veejet 80 100 simulators and on plots of considerably differing dimensions. The plot width has to cover a representative width of the field. With the common 3 m wide farm machinery, a plot width of at least 1.5 m containing one wheel track is necessary. Narrower plots are not suited for erosion experiments on agricultural land. The influence of plot length can be described with the LS factor of the USLE down to a plot length of 4.5 m and with the RUSLE for interrill plots (0.75 m). With decreasing plot size, the runoff started later (up to 20 min) and the afterflow ended earlier. This is not only a result of the plot length (r = 0.78), but mainly of the plot size (r = 0.92). The large time lag on small plots complicates the interpretation of the results. We recommend to disregard the rain erosivity during the time lag for the determination of USLE parameters. This is in accordance with the procedure of Wischmeier & Mannering (1969). Plot sizes have to be selected particularly carefully if the fate of soluble substances is to be studied.     

4LZZ-1.0型小区稻麦联合收割机的研制及试验

针对中国田间育种机械化程度低、缺乏小区育种作业装备的现状,结合国内小区稻麦种植模式和农艺要求,研制出了4LZZ-1.0型小区稻麦联合收割机。对机器整体设计方案进行了描述,并对气力辅助割台装置、脱粒装置、清选装置、气力输送装置等进行了设计,确定其关键参数。该装备采用静液压轮行走装置和全喂入收获方式,可一次完成育种小区稻麦的分禾、扶禾、切割、喂入、脱粒、清选、清种、份量装袋等工序。样机田间小区收获试验表明,该样机作业性能稳定,生产率39.4小区（4.7 m×2.7 m）/h、脱净率99.97%、含杂率1.46%、破碎率0.04%、损失率1%、小区时隔50.94s、混种率0,各项性能指标均达到或超过了设计指标和相关标准。     

4HJL-2型花生联合收获机摘果机构的设计与试验

为适应4HJL-2型花生联合收获机摘果作业的要求,该文设计了一种螺旋圆弧面板式摘果机构,并对该4HJL-2型花生联合收获机中螺旋圆弧面板式摘果机构进行研究,通过试验建立了摘果机构参数与各试验指标之间的数学模型,并进行了动平衡和田间试验。结果表明,该螺旋圆弧面板式摘果机构可以对花生进行有效摘果,在最优工作参数：摘果搅龙长度168 cm、转速595 r/min、面板宽度47 cm时摘果率99.25%,破碎率0.234%,生产效率1 098.21 kg/h,均符合花生摘果机行业标准（NY/T 993-2006）,满足实际生产要求。研究结果可为花生联合收获机的开发研究提供参考。     

4UGS2型双行甘薯收获机的研制

针对国内甘薯收获机械自动化水平低、挖掘阻力大、易堵塞、土薯分离效果差、生产效率低等突出问题,充分考虑甘薯自身生理性状,根据甘薯体型大、皮薄、结薯深和甘薯秧蔓匍匐缠绕严重等特点,设计研发了4UGS2型双行甘薯收获机,挖掘机构的防堵设计可有效保证土壤顺畅流动,减轻秧茎或杂草搭缠,从而降低作业阻力;两级土薯分离装置、主动型抖动装置和土薯分离装置速度配比优化设计,可以提高明薯率和降低破皮率,保证更有效的土薯分离效果;自动对行装置和自动挖深调控装置的研究,可进一步提高甘薯作物收获机械自动化水平和作业性能。田间收获试验表明:该机型对土质松软、板结较少的垄作旱地适应性较好,拖拉机前进速度为1.40 m/s时,其明薯率达97.40%,伤薯率达1.85%,破皮率达1.83%,可靠性为95%,生产率达0.80 hm~2/h。设计机型的各项性能指标优于传统机型,其明薯率提高6.23个百分点,伤薯率降低4.11个百分点,破皮率降低3.11个百分点,生产率提高0.19 hm~2/h。该机型工作稳定可靠、作业效果好、生产效率较高。该研究可为其他薯类收获机械智能化收获技术研发提供有效借鉴。     

西安地区主要粮食作物水分生产率时空分布特性研究

水分生产率是农业水资源管理的一个重要指标。为从不同视角揭示农业水资源消耗与粮食生产的关系,以陕西省西安市地区为研究区,利用空间分析方法,分析了2001-2014年西安市主要粮食作物(小麦、玉米)的灌溉水分生产率、作物水分生产率、总流入水分生产率及经济水分生产率的时空分布规律,并通过灰色关联理论分析主影响因素对作物水分生产率的影响。结果表明：西安市水分生产率在空间上呈现显著聚集现象；各水分生产率指标均表现出空间分异性,同指标不同年份水分生产率空间分布类似；灌溉水分生产率值在1.5-2.5kg/m_³范围之间,年际间波动较大,2001-2010年随着时间而增大,2011-2014年有减小趋势；作物水分生产率在0.7-1.0kg/m_³范围之间,随时间增长无明显变化；灌溉水及蒸散水经济水分生产率均随时间呈上升趋势,且灌溉水经济水分生产率远大于蒸散水经济水分生产率；年均气温、化肥施用量、有效灌溉面积、作物播种面积及农业机械总动力依次是影响该地区作物水分生产率的前5位主要因素。     

小地块履带农机UWB导航系统设计及其基站布置

针对中国南方分布零散和土壤黏重的稻麦、稻油轮作区小地块长期使用轮式农机导致深泥脚现象加重造成自主导航性能变差且卫星导航面对普通大众使用门槛高用户友好性欠缺、难以满足便捷跨区作业要求,该研究以履带农机为研究对象,提出一种基于快速稳态转向原理的路径跟踪控制方法,以农田边界布置随插近距超宽带（UWB,Ultra Wide Band）基站组作为参照路径设计了具备基站偏移误差自诊断自主导航系统,实现小地块内高精度自主导航。近距UWB基站布置最佳方式选取与优化结果表明：双UWB基站平行农机于目标作业路径布置在农田外侧是最佳方式且距农田边界最佳临界距离为10 m。静态校正试验结果表明：快速稳态转向路径校正控制器的跟踪控制误差≤1 cm,变异系数＜5%,路径校正时间≤1 s,变异系数＜3%。动态校正试验结果表明：中低车速的直线作业精度误差≤8 cm,随作业车速增大,直线作业精度略有降低,但精度误差≤10 cm,变异系数≤5%。研究结果表明,改进AOA模式大田农机自主导航位姿检测方法与快速稳态路径校正控制策略组合导航具有较高的稳定性和较好的鲁棒性,可满足大田农机自主导航作业需求。研究结果可为高精度小地块农田自主导航技术研究提供参考。     

基于农机空间运行轨迹的作业状态自动识别试验

以物联网为代表的现代信息技术在农机作业管理领域的发展应用,实现了农机作业过程的定位监控,但现有农机远程监管系统对海量农机空间位置数据仅实现了远程存储、显示和简单分析,难以满足农机精准管理和数据智能处理的要求。该文采用数据挖掘中的聚类和空间数据分析方法,结合农机空间运行轨迹的特点,研究了基于空间运行轨迹点的农机作业状态自动识别算法;设计实现了典型农机运行状态自动识别方法,定量分析了农机作业班次内田间作业时间、空行转移时间、停歇时间的量化构成。农机试验表明:发展的基于空间索引和网格密度的聚类算法精度达89%以上。农机作业状态自动识别为农机作业生产率、农机利用率和作业成本核算提供了定量依据。