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。     

气吸型孔组合式小麦精密排种器设计与参数优化

针对当前小麦籽粒小、播量大、形状不规则,传统排种器难以实现精密播种等问题,该文设计了一种气吸型孔组合式小麦精密排种器。排种器采用气流-型孔组合式工作原理,气流负压吸种与型孔充种相结合能够使其获得良好单粒充种性能。根据小麦精密播种的粒距要求和三维尺寸,通过理论分析,确定了排种器的型孔轮半径为50 mm,以6°螺旋升角布置三排型孔,每排30个型孔,型孔为长槽形,长、宽、深分别为8.5、5和2.5mm;通过流场分析,研究了不同吸孔孔径对气流变化的影响,确定了吸孔的孔径范围1.4～1.8 mm。搭建试验台,以气流负压、吸孔直径和型孔轮转速为试验因素,以重复充种率、漏充率和充种合格率为试验指标,进行三因素三水平正交试验,并分析各试验因素对于性能指标的影响显著性。通过极差和方差分析,得到气吸型孔组合式小麦精密排种器较优的组合参数为负压3500Pa、吸孔直径1.6 mm、排种型孔轮转速40 r/min时,进行试验验证,其重复充种率为5.1%、漏充率为4.7%,充种合格率为90.2%。该排种器能够满足小麦的精密排种对充种性能的要求,在一定程度上促进了小麦精密播种的发展。     

新型组合吸孔式小麦精密排种器性能的试验研究

在室内试验和田间试验的基础上，探讨了新型组合吸孔式小麦精密排种器的排种性能，分析了排种器转速、拖拉机前进速度以及投种高度等因素对其排种性能的影响。试验结果证明，新型组合吸孔式小麦精密排种器实现了单粒精密播种，粒距合格指数达到52%以上，粒距变异系数小于29%，拖拉机前进速度可以达到6 km/h，完全符合小麦精密播种的农业技术要求。     

气吸滚筒式油菜穴盘育苗精密排种器设计与试验

为满足油菜穴盘育苗移栽作业要求,解决油菜机械化种植茬口紧张难题,该研究设计了一种气吸滚筒式穴盘育苗精密排种器,利用光电传感器和正压投种机构实现同步整排投种。阐述了排种器基本结构与工作原理,对关键部件结构进行设计,应用Fluent软件模拟分析了3种不同正压进气孔间距条件下滚筒内壁和吸种孔与正压气室的流场特征;采用二次旋转正交组合试验方法,对排种器作业性能的主要影响因素(吸种负压、投种正压和吸种孔直径)与播种指标(单粒合格指数、漏播指数和重播指数)的关系进行研究,分析了各因素及其交互作用对各指标的影响规律,并采用多目标优化方法进行参数优化;在优化参数条件下,设定排种器生产率分别为600、700和800盘/h时,对3个品种油菜种子和1个蔬菜种子(茄子)进行排种性能试验。结果表明:当正压进气孔间距为144 mm时,整个正压气室无回流情况,各吸种孔处气流速度相对均匀;影响单粒合格指数的因素主次顺序为投种正压、吸种孔直径和吸种负压,最优参数组合为吸种负压3.73 kPa,投种正压0.23 MPa,吸种孔直径1.28 mm,此时单粒合格指数、漏播指数和重播指数分别为95.13%、2.80%和2.07%。生产率为600~800盘/h时,油菜种子的单粒合格指数均高于93%,漏播指数和重播指数均小于5%;茄子的单粒合格指数高于90%,漏播指数和重播指数均低于5%。该排种器的排种性能适应性较好且精准高效,能够满足油菜及部分蔬菜穴盘育苗播种作业要求。研究结果可为油菜等穴盘育苗播种机研发提供参考。     

田间育种播种机精密排种器的试验

摘要：精密排种器是田间育种播种机的核心部件,为了测定排种器的性能,采用二次回归正交旋转对试验进行设计,运用JPS-12排种器性能检测试验台对气吸式精密排种器排种性能进行研究进行试验研究,得到粒距合格率范围为72.31%～98.17%,漏播率范围为0.51%～18.7%,重播率范围为0.91%～23.07%。对试验结果进行回归分析,得出回归方程,并用MATLAB绘制三维图,得到各个试验因素对试验指标影响的强弱,研究结果可为精密排种器的优化设计提供依据。     

中草药三七气吸滚筒式精密排种器的设计与试验

因中草药三七种植属于密集型精密种植模式,尚无满足种植要求的播种机,为解决三七机械化精密播种问题,研究设计了一种气吸滚筒式精密排种器。该文阐述了三七气吸滚筒式精密排种器的工作原理,确定了其主要结构参数,构建了充种和投种过程种力学模型。以云南文山三七种子为播种对象,采用二次旋转正交组合试验方法,对排种器进行了排种性能试验研究,并通过投种对比试验验证了零速投种的必要性。建立了负压、前进速度、吸种角度3个主要因素与合格率、漏播率、重播率的数学模型,分析了各个因素及交互作用对合格率的影响规律,并进行了参数优化与验证试验。影响排种合格率的因素主次顺序为负压、前进速度和吸种角度;确定最佳参数组合为吸种角度为20°,负压值660~720 Pa,前进速度在0.72~0.76 m/s,可获得合格率大于90.2%,漏播率小于4.9%,重播率小于5.3%。经试验验证,试验结果与优化结果基本一致,满足三七精密播种的种植要求。试验结果表明此种气吸滚筒式精密排种器对于三七种子具有很好的播种适应性。该研究为应用于田间阴棚内播种的气吸滚筒式精密排种器的设计提供了参考。     

气吸式杂交稻单粒排种器研制

针对气力式水稻精量排种器充种不稳定、单粒播种精度不高和播种量大的问题,该研究设计了一种具有矩形吸种孔和辅助充种装置的气吸式杂交稻单粒排种器。根据“吉田优”型杂交稻的长短轴重力分布情况,确定排种盘吸种孔形状;基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics, Discrete element method)流固耦合理论,以吸附力为指标,进行5类具有相同面积的吸种孔单因素仿真试验,确定吸附力最大的吸种孔规格为0.8 mm×2.25 mm;以该型吸种孔为基础,选取辅助充种角、工作转速和工作负压为试验因素,以单粒率S、多粒率M和漏播率L为试验指标,开展Box-Bhnken台架试验,对试验结果进行响应曲面分析和多目标优化,得到排种盘辅助充种角为80.90°、工作转速为42.65 r/min、工作负压为621 Pa时,排种器的单粒率为86.91%,漏播率为3.63%。验证试验结果的排种器单粒率为86.36%、漏播率为3.41%,与优化结果吻合。研究结果可为后续气吸式杂交稻单粒排种器的优化设计和直播机整机作业精度的提高提供指导。     

气吸滚筒式排种器吸种过程的动力学分析

为了分析工作参数对气吸滚筒式排种器吸种性能的影响,建立了种子和滚筒的三维模型,在恒压力边界条件下,运用Fluent软件计算种子在真实吸种气流场中的受力,并采用中心差分法求解种子运动方程,得到种子吸附瞬态运动轨迹为：首先在轴向吸力的作用下,种子沿种盘作水平运动;随着滚筒的转动,种子受到的径向吸力迅速增大,并从种盘上被吸起,与滚筒发生碰撞后,沿壁面向着吸孔中心滑移,最终被吸孔吸附。排种器的吸种性能随滚筒转速的提高而降低,随负压差的升高而增强。以油菜种子为对象,在自制的排种器上进行性能试验,结果表明,当负压差为3～4 kPa、滚筒转速在15 r/min附近时,排种器的播种合格指数超过95%,为排种器的结构调整和工作参数优化提供了依据。     

磁吸滚筒式精密排种器试验及参数优化

基于磁吸式排种原理，设计了一种新型滚筒式穴盘育苗精密排种器，分析了影响排种器工作性能的主要参数，利用均匀设计法进行了穴盘播种台架试验，通过对试验结果的回归分析和参数优化，得出了排种器的最佳工作参数组合。经对油菜种子穴盘播种试验，在滚筒转速、电磁线圈匝数和通电电流优化值下的单粒精播率为94.3%，漏播率为0，播种效率达330盘/h，满足了精密播种要求。     

工作参数对超级稻育秧播种部件吸种性能的影响

为进一步提高超级稻精密育秧生产率及播种精度,该文以气吸振动组合式超级稻精密育秧播种部件为试验对象,研究了种层厚度、双孔孔距和振动频率等工作参数对其吸种性能的影响规律。试验利用高速摄像技术与振动分析仪,采用三因素五水平试验设计,得出了吸种性能与种层厚度等试验因素之间的回归模型。试验表明：滚筒真空度3.1 kPa、滚筒转速14 r/min、振动频率90～104 Hz的条件下,种层厚度在吸种性能的回归模型中贡献率最大。最佳因素组合为种层厚度7 mm、双孔孔距3 mm和振动频率97 Hz,吸种合格率为93.12%。研究为超级稻育秧精密播种器的设计及参数优化提供科学的依据。     

三种水力驱动比例式施肥泵吸肥性能试验

为保障微灌系统首部施肥装置选型的合理性,通过试验研究比较了3种类型水力驱动比例式施肥泵的吸肥性能,分析了影响施肥泵入口流量和吸肥量的因素。结果表明：入口流量受施肥管道两端压差影响,但受进口压力影响不大。建立了各施肥泵入口流量的回归模型,比较得出：3种施肥泵入口流量与压差关系分别符合幂函数、对数函数和二次函数关系,这主要是因为施肥泵最小工作压差和不同压差下运行性能的差异;施肥泵吸肥量受入口流量和压差影响。高压、大流量的运行工况会影响施肥泵施肥效果,施肥泵工作时入口流量最好不要超过设计流量,施肥比例较小时入口流量更不能过大。在分析吸肥量影响因素的基础上,建立了施肥泵吸肥量的回归模型,可用于吸肥量的估算;同时,研究发现3种施肥泵基本按照所设施肥比例施肥,但稍有差异、精度不一。     

吸盘式水稻育秧播种器吸孔气流场仿真分析

为分析吸盘式水稻育秧播种器工况参数和吸孔结构参数对种子吸附性能和吸孔堵塞的影响,运用ANSYS12.0/Fluent软件对3种形式的吸孔在不同边界条件下的气流场进行仿真分析。数值模拟正交试验和单因素试验分析表明吸孔导程对吸孔吸种空穴率和重吸率的影响较小,但减少吸孔导程有利于减少吸孔堵塞;吸种孔最大吸种距离在2mm左右;仿真结果与室内试验结果吻合。该研究对吸盘式水稻育秧播种器吸种孔优化设计和工作参数选择有参考价值。     

振动气吸式穴盘播种机的吸种性能研究

为了促进精量播种机的开发与应用,该文对振动气吸式穴盘播种机的吸种性能进行了理论分析。在种子盘近似单频被激振动的情况下,忽略种子空气阻力,使被抛掷的种子“沸腾”起来,以减少种子间的内摩擦力,提高吸种,固种能力。此时把空气流看作等熵流动,从而得出数学模型。试验结果与数学模型基本吻合。结果表明：在一定的真空度下,随着吸嘴直径的增大,吸种能力也随之上升,但吸嘴直径一定要小于种子的直径。吸种质量随吸嘴真空度的增加而提高,真空度较小时,对吸种高度的影响比较明显,真空度较大时,影响较小。真空度有一极限值48 kPa,在此真空度以上不能改善吸种质量;而在一定的真空度下,吸种高度随吸嘴直径变化比较明显均匀。     

土壤基质吸力与土壤微生物活性关系的研究

研究了土壤微生物活性与土壤基膜吸力的关系，将土壤发泡点，即土壤导气率由0突变为非0时的基质吸力，与微生物的最高呼吸活性相联系，试图证明土壤微生物的最高活性发生于略高于土壤发泡点的基模吸力。对粗沙土、细沙土和砂壤土三种轻质地土壤的测定表明，土壤微生物的最高呼吸活性发生在略高于土壤发泡吸力的基质吸力。土壤基模吸力较小时微生物活性到达最高值的速度较慢，土壤基模吸力在发泡点附近时，微生物活性到达最高值的速度较快。     

窝眼窄缝式气吸滚筒排种装置的试验

为了实现超级稻工厂化育秧,保证作业质量,研制了窝眼窄缝式气吸滚筒排种试验装置。以超级稻“培杂泰丰”为研究对象,采用4因素3水平正交试验设计方法,研究了窝眼半径、窄缝宽度、真空度和滚筒转速对播种空穴率、重播率和合格率的影响规律。通过对试验结果的分析,得出了影响空穴率和合格率的主次顺序为窝眼半径＞真空度＞滚筒转速＞窄缝宽度;影响重播率的主次顺序为窝眼半径＞滚筒转速＞窄缝宽度＞真空度;最佳参数组合为窝眼半径5.5 mm、真空度4 kPa、滚筒转速为0.82 rad/s和窄缝宽度1 mm。经验证,在最佳参数下,播     

用毛细吸渗原理快速测量土壤田间持水量的研究

田间持水量是衡量田间土壤保持水分能力的重要指标，视为对作物有效的土壤水分的上限，对农田灌溉和作物水分管理具有十分重要意义。该研究提出了能快速测量土壤田间持水量的新型毛细吸渗法。该方法以田间持水量为无地下水影响下土壤基质所能吸持的最大含水量为物理基础，设计了一套满足田间持水量要求的实验方法、装置和程序，采用5种不同土壤测量了其田间持水量，并与用威尔科克斯法测量得到的田间持水量进行了对比。结果表明：所提出的新型测量方法，无论是基本原理还是室内试验均可行。与威尔科克斯法相比，其测量值略微偏小；两种测量值相关性很好，相差约为9％，产生这种现象的原因主要是土壤的吸湿过程与脱湿过程中土壤含水率的滞后所致。与传统的测量方法相比，该方法可大大缩短测量时间，具有利用前景。     

气吸式割前摘脱联合收割机惯性分离室压力损失的影响因素

鉴于气吸式4ZTL-1800割前摘脱稻(麦)联合收获机的惯性分离室的体积和压力损失一般都较大。该文在前期研究工作基础上，确定以惯性分离室为对象，选择隔板长度、上盖安装高度、分离室长度、分离室入口气体速度为试验因素，以压力损失为评价指标，进行了四因素五水平二次正交旋转组合试验，获得了上述参数对压力损失的影响规律。在保证分离室分离效率的前提下，以分离室压力损失最小为目标，得出了惯性分离室的优化结构参数：隔板长度1180 mm，上盖高度1120 mm，分离室长度1700 mm。研究结果可为惯性沉降分离室的设计提供参考。     

立锥式小区花生脱壳机气吸清选装置研制

在花生育种栽培和植保等科研实践中，需要进行大量的小区试验，每个试验小区花生均需进行独立收获、脱壳和清选。由于没有相应的小区花生脱壳与清选设备，仅人工作业效率低下且容易出现"混杂"问题。为此该研究在已研制的立锥式小区花生脱壳机及脱壳装置基础上，设计了三通道横流气吸清选装置。通过试验获得了花生脱壳后物料主要成分的漂浮速度和空气动力因数，分析了花生脱出物在水平横吸气流场中的受力和运动轨迹分析，并据此进行清选装置关键部件结构、参数设计和样机研制。以四粒红花生为试验对象，进行了花生脱壳与清选装置性能试验。性能试验结果表明，当转速为1 200 r/min、喂入量为15 kg/min时，吸风口高度为80 mm时的综合清选性能较好，损失率为2.01%、含杂率为0.98%，优于行业标准。该研究填补了国内小区花生脱壳清选装置的空白，对进一步开展花生科研和检验等小型专用花生脱壳清选设备研究具有一定参考价值。     

Detection of nitrate leaching through bypass flow using pan lysimeter,suction cup,and resin capsule

Abstract

We compared the use of mixed-bed ion exchange resin capsules (RC), suction cups (SC), pan lysimeters (PL), and subsurface drainage (DR) for the detection of nitrate movement through a clayey soil where onion (Allium cepa L.) had been cultivated over a period of seven months. At the topsoil level, solutions collected with SC showed higher concentrations of NO₃ ^? than the PL-collected samples. At 80-cm depth, however, the concentrations of NO₃ ^? were higher for the DR and PL samples than for the SC samples, suggesting that bypass or macropore flow was the primary mechanism of NO₃ ^? transport to subsurface drainage or groundwater, while solutions collected by SC mostly represented solutions inside soil aggregates. The use of the resin capsule method resulted in higher values of NO₃ ^? at 15- than at 50-cm depth initially but the trend was reversed after sufficient leaching and plant uptake. High and significant correlations were obtained between the amount of NO₃ ^? adsorbed on RC at 15-cm depth and the mean concentration of NO₃ ^? in the DR samples during the RC installation period and between the NO₃ ^? adsorbed on RC at 50-cm depth and the mean NO₃ ^? concentration of PL samples at 80-cm depth. Such results indicate that the RC method which enables the detection of nitrate transport via macropore flow is a promising technique for nitrate leaching measurements.