单片机控制磁粉制动器模拟加载系统的研究(第Ⅱ报)——加载系统模拟试验及评价

系统既可以在室内模拟加载扭矩类负荷,又可以在田间模拟再现实际牵引力负荷。模拟加载了正弦波、锯齿波、插秧机载荷谱和拖拉机田间作业时的实际负荷。χ²检验结果表明,在水平0.05下,模拟曲线的分布均服从其样本信号。     

土槽试验计算机模拟加载系统的研究

针对土槽试验台车进行土槽试验，设计了以ＣＺ－２００型磁粉制动器作为加载装置的计算机模拟加载系统。研制了计算机直接数字控制系统，进行了磁粉制动器的动态性能试验，验证了加载系统的加载精度和响应速度。     

地下渗灌土壤水分运动数值模拟

为了寻找一种准确实用的土壤水分运动模拟方法用于指导田间渗灌,该文对一种橡塑渗灌管田间渗灌过程进行监测,并采用Green-Ampt积水入渗模型和一维水平吸渗模型Philip解法分别对渗灌过程中土壤水分在垂直和水平方向的运动进行模拟,通过与田间实测值对比,检验模型的适用性。结果表明,应用Green-Ampt积水入渗模型模拟田间渗灌过程垂直方向土壤水分运动具有较好的准确性,一维水平吸渗模型Philip解法在水平方向的模拟则存在一定偏差。     

田间土壤氮素形态转化模拟模型的研究

本文重点讨论了田间条件下土壤氮素形态转化计算机模拟模型的基本结构。该模型是在借鉴国内外较成功模型的基础上,通过修正和重新组装而提出的。所涉及的主要氮素行为有:矿化、固定、反硝化、硝态氮的径流和淋洗等。通过三年的冬小麦田间试验对该模型的验证结果表明,冬小麦收获时经济产量、子粒氮含量、土壤含水量、地上部累积干物质量、冬小麦一大豆轮作周期内0～90cm土层硝态氮含量和冬小麦生育期体内氮浓度的模拟结果与实际田间测定结果之间没有明显差异。所建立的田间土壤氮素形态转化计算机模型基本适合我国北干旱和半干旱地区石灰性土壤,这对今后研究氮素在土壤作物环境中的转移和氮肥的合理施用具有重要的意义。     

用溶质运移理论评价污水土地处理系统长期运行的处理效果

美国农业部自然资源保护局所推荐的田间水管理模型(DRAINMOD)在模拟分析污水土地处理系统水力负荷时，只从水力角度出发，根据土壤的入渗、蒸发和排水情况来计算污水灌溉量，对污水的处理效果未加考虑。该文利用溶质运移理论对DRAINMOD模型所模拟的水力过程进行排水出流浓度计算。以西安地区为例的模拟结果表明：随着排水间距减小，水力负荷逐渐增大，处理效果明显变差；该方法还可以用来确定污水土地处理系统达到不同水质标准所要求的污水预处理程度。     

联合收割机负荷控制半实物仿真平台的设计

联合收割机负荷模型存在严重的非线性和参数不确定性,在负荷控制器及其控制算法的研究中需要进行大量的试验,而负荷控制器的田间实车试验存在很多制约因素,难以实现全面试验。针对上述问题,建立了由负荷反馈控制器和虚拟联合收割机对象组成的半实物仿真试验平台。基于4LZ-2.0型全喂入收割机,设计了虚拟收割机模型和相应的各种工况,为研究开发联合收割机负荷反馈控制器及其控制算法提供有效的验证环境。最后,利用此平台模拟联合收割机实际作业过程,对负荷反馈控制器进行各种工况条件下的测试,试验结果表明了仿真平台的有效性。     

小流域非点源污染模拟与生态修复影响评价

[目的]基于各流域场次降雨径流过程和非点源污染负荷模拟分析,评价小流域生态建设对密云水库流域水文过程和污染防控效果影响,为水源地保护、流域山水林田湖一体化修复和生态环境建设提供科学依据。[方法]以北京市重要饮用水源地密云水库上游蛇鱼川小流域为研究对象,利用EcoHAT-LCM模型和传统大尺度非点源污染模型相结合的模式进行模拟分析,并设置情景,分析评价小流域生态建设效果。[结果]随着场次雨量的增加,吸附态N,P负荷占污染负荷总量的比重在逐渐增加,溶解态N,P负荷占污染负荷总量的比重在逐渐减少。小流域内居民点具有小城镇级别的垃圾处理率和垃圾入网率时,农村生活N,P污染负荷可以削减28%;减少经济林的现有施肥量,农业生产活动的N,P污染负荷能够削减43.9%和48.9%。[结论]研究区域不同频次暴雨对吸附态N,P负荷的影响大于对溶解态N,P负荷的影响。生态修复措施对N,P污染负荷削减作用显著。     

利用DRAINMOD模型模拟银南灌区稻田排水过程

宁夏灌区大量的农田排水是目前造成黄河及其周边地表水域污染的原因之一。为了改善灌区水管理状况，该文利用美国农业部所推荐的田间水文模型——DRAINMOD，对宁夏银南灌区稻田排水过程进行了模拟研究。结果表明：模拟的农沟排水量与试验观测值极为接近，年平均排水量误差仅为0.4%；日地下水埋深预测值的Nash Sutcliffe效率系数达到了0.86；由于理论方法无法考虑田间水位的动态变化，按照平均田间水位计算的生长期内排水量超过实测值36%。这表明利用模型可以更详细地描述田间水文过程，并灵活地对灌区长期运行进行预测。     

种植作物条件下粉砂壤质土壤水盐运移的数值模拟研究

利用大型水盐运动模拟土柱研究了在田间气候作用下作物 (小麦 玉米连茬种植 )生长对土壤水盐运移的影响。研究并建立了土壤水盐运移的数学模型 ,就模型所需的饱和导水率、水力传导度、水分特征曲线、水动力弥散系数进行了室内外测定 ,并对数学模型进行了数值求解。对四个土柱的模拟结果与实测结果进行了数据分析和对比。结果表明 :数值模拟结果和实测数据比较 ,除个别点有一定偏离之外 ,模拟计算结果与实测值拟合效果比较理想 ,说明该模型用于模拟种植作物条件下粉砂壤质土壤的水盐运移是实际可行的。     

西瓜采摘末端执行器夹持力精确控制

为实现西瓜的机械化采摘,该文提出了采用液压驱动型末端执行器采摘大型果实的思路。在抓取西瓜时,为避免末端执行器夹持力不稳定引起的果实损伤,需对夹持力进行精确控制,该文建立了末端执行器负载模拟平台和AMESimSimulink联合仿真模型,模拟西瓜采摘夹持力的加载情况。针对执行器夹持力加载过程中位置控制系统对力控制系统产生干扰,影响夹持力精确加载的问题,该文基于速度同步控制原理,设计了简化的加载误差补偿环节,开展了加载误差补偿理论、仿真及试验研究。结果表明,速度同步控制方法能够有效地减小加载误差,提高末端执行器负载模拟精度。该研究可为末端执行器输出力的精确控制和抓取控制策略提供参考。     

玉米种子加工线的计算机仿真分析

本文用计算机仿真手段对吉林省2000t的玉米种子加工线再现了其两种工艺流程,根据现场反映的配套问题和仿真结果对第一工艺流程提出了改进方案,认为现有系统的精选机生产率应增加一倍,能提高经济性,并且对具有不同仓数的系统进行了分析。     

利用优选状态数的MCMC模拟农机装备负载

传统马尔科夫链蒙特卡洛（Markov chain Monte Carlo,MCMC）方法中状态数的选取常依赖于主观经验,用于农机装备负载模拟时,状态数取值不当将导致负载模拟精度降低或算法运行时间冗长。针对此问题,该研究提出一种基于伪损伤一致性的状态数优选方法。首先确定MCMC算法中状态数的初选范围,然后分别计算范围内不同状态数所对应的负载模拟结果,最后以生成的模拟负载与原始载荷之间的损伤一致性为评价准则确定优选状态数。利用拖拉机关键零部件的实测载荷数据对该方法进行验证。结果表明,随着状态数的提高,模拟负载与原始载荷之间的损伤一致性变化趋于平稳,算法运算时长增速不断提高,相比于传统方法,基于优选状态数的MCMC算法能够得到伪损伤差异在1%以内的负载模拟结果,与载荷谱编制的目标需求更加匹配,在保证模拟结果精度的同时有效减少运算成本。该研究能够为农机装备关键零部件的动态仿真分析及可靠性试验提供更加可靠的数据支撑。     

拖拉机动力输出轴动态转矩载荷谱编制与验证

拖拉机动力输出轴(power take-off, PTO)室内台架耐久性试验中转矩加载主要以静态加载或静态逐级加载方式为主,这种加载方式输出的载荷与PTO实际作业中承受的载荷动态特性不同,导致试验中PTO的失效形式及测试寿命与实际作业中存在差异。针对此问题,该文对多工况下PTO动态转矩载荷谱编制方法进行研究,测取了沙土、黏土2种土壤类型下旋耕、驱动耙典型作业的PTO转矩,利用希尔伯特黄算法对转矩进行预处理,采用四点循环雨流计数法对转矩均幅值进行频次统计,利用散点矩阵统计方法分析4种作业工况均值、幅值相关性及均值、幅值分布类型。基于Miner法则及轴类20CrMnTi修正S-N曲线,在损伤概率50%、相对误差5%、置信水平95%的统计条件下,确定了转矩样本容量。利用时域外推方法对PTO转矩数据进行外推。以阈值区间内峰谷值均值差的方差为指标,检验了外推过程中选取的阈值造成峰谷值均值波动的可能性。对比外推1次后载荷时间历程与原始载荷时间历程变化趋势。在时域频次外推因子为240、转矩累计频次达到106、平均加权4类转矩时,得到PTO动态转矩载荷谱。利用编制的动态载荷谱,驱动拖拉机传动系动态加载试验台对PTO进行台架耐久性试验,试验结果显示,PTO发生失效的时长为642 h,失效形式为PTO轴头花键磨损,失效时间、失效形式与实际作业一致,验证了动态转矩载荷谱的有效性。     

嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷模拟研究

嘉陵江流域是乏峡水库最大的支流,为研究嘉陵江流域非点源溶解态氮污染负荷的年际变化规律及其来源的空间分布情况,以流域土地利用类型为研究单元,通过引入具有物理机制的半分布式水文模型——sLuRP水文模型,并推导溶解态氮的流域输移损失系数,建立了流域非点源溶解态氮污染年负荷模型。借助GIS技术,应用所建模型,对嘉陵江流域各土地利用类型L的年地表径流量和溶解态氮污染负荷进行了模拟。模拟结果表明,以旱地和水田为主的涪江流域的溶解态氮流失情况最为严重,其次是渠江下游流域和西汉水流域,1990---2005年嘉陵江流域各土地利用类型上产生的非点源溶解态氮年均负荷为35726t·a^-1,约占流域出口总氮负荷的32％。     

拖拉机液压传动系统特性模型修正与参数辨识

精准描述无级变速系统特性是拖拉机动力装置设计和控制策略制定的前提,是节能减排和动力提高的关键。为解决拖拉机常用无级变速系统特性随工况变化而导致原理论模型精度受限问题,该研究对受工况影响最为显著的液压传动系统的调速和效率特性进行研究。采用台架试验获取液压传动系统特性的样本数据,基于偏最小二乘法对比不同工况对调速和效率特性的影响,结合原理论模型和改进的模拟退火算法,提出液压传动系统特性的模型修正及其参数辨识方法,并分别建立调速特性和效率特性的改进半经验模型。结果表明,输入转速和输出端负载转矩对调速特性的影响程度分别为0.36和0.92;输入转速、输出端负载转矩和排量比对效率特性的影响程度分别为0.05、0.71和0.26;修正后模型参数较少,辨识容易,且精度高,估测值与实际值基本吻合（2参数调速特性半经验模型的决定系数R2为0.97、平均绝对百分比误差为7.93%,5参数效率特性半经验模型的决定系数R2为0.93、平均绝对百分比误差为2.50%）。研究以期为拖拉机等农业机械的动力传动装置的特性分析与评估、优化设计和控制策略制定提供依据和参考。     

农业物料力学—流变学性质测试系统的研究

研制了一个完整物料力学性质测试系统；设计了微机测试处理系统软件；能进行力—变形关系、应力松弛、蠕变等各类性质测试；具有拉伸、压缩、剪切、弯曲等试验功能，力—变形数据经传感器转化为电压量经过Ａ／Ｄ模数转换输入电子计算机，进行数据采集，绘出力、变形、时间关系曲线，通过微机测试软件进行数据处理，获得必要的力学性质参数信息。     

基于盲数理论与GIS的小江流域吸附态磷污染负荷模拟研究

根据三峡库区小江流域水文、地理和非点源污染等特点,通过分析引起流域吸附态污染负荷年际变化的主要因素,提出了流域土壤侵蚀模数、输沙模数的动态计算方法。鉴于与吸附态污染负荷有关的流域降雨、土壤、地形、植被、水土保持、泥沙输移比等因素具有空间不确定性的特点,构建了基于盲数理论的非点源吸附态磷污染负荷动态分布模型。应用所构建的模型,借助GIS技术,模拟和定量计算了小江流域1997--2007年各年的土壤侵蚀模数和吸附态磷负荷量。模拟结果表明,降雨侵蚀力因子和地表径流量是流域内吸附态磷负荷年际变化的重要因素;而吸附态非点源磷负荷的空间变化与土地利用类型关系密切,不同土地利用类型输出磷负荷的大小依次为：旱田及混合地、草地、水田、林地和城镇用地。通过验证表明,所建模型合理,运用盲数理论来研究流域非点源吸附态负荷可行。     

The Zambian Land Evaluation System (ZLES)

Abstract. A Land Evaluation System for rainfed agriculture has been developed in Zambia. It is intended for use in reconnaissance and semi-detailed land evaluation studies, and works with 74 subqualities, 40 crops and four input levels. The subqualities are rated and converted into constraint classes per input level. The most limiting constraints determine the final suitability class. Expected yields per suitability class and input level are then estimated. The system was calibrated by a field study at four locations. Comparisons were made between expected and actual yields and expected and actual constraints. The range of actual yields was wider than that expected, probably because of variation in management between farmers. The average actual and expected yields were strongly correlated, but chi-squared tests showed that they were significantly different. The system generally works well in assessing land suitability for crops commonly grown in Zambia.     

基于农业非点源污染模型的桃溪流域日径流泥沙模拟

[目的]以中国东南沿海桃溪流域为研究对象,构建该流域日尺度产流产沙的农业非点源污染模型(annualized agricultural non-point source pollution model,AnnAGNPS),以期为流域水土流失治理与水土资源合理配置分析支持。[方法]采用DSA(differential sensitivity analysis)方法,分析流域敏感性参数,并建立研究区日尺度的AnnAGNPS模型。[结果](1)CN值(curve number)、土壤有效含水量和沟道曼宁系数为径流敏感性参数,土壤可侵蚀因子K、地表残留物覆盖率、年根系生物量、耕作后地面残留物覆盖率、随机粗糙率、沟道曼宁系数和耕作扰动面积为输沙量的主要敏感性参数;(2)模型对日尺度径流模拟的R2,Ens系数均大于0.66,日尺度泥沙模拟的R2,Ens系数均大于0.62。[结论]AnnAGNPS模型能够较好地模拟桃溪流域日尺度产流产沙规律。     

长武旱塬草粮轮作田土壤水分可持续利用模式模拟

采用实地观测和计算机模拟相结合的方法,以长期定位试验数据为基础,通过对不同草粮轮作模式的模拟研究,分析了长武旱塬草粮轮作田的土壤水分恢复效应,以期探索出适合该地区的土壤水分可持续利用的草粮轮作模式。验证结果表明：草粮轮作田0～2 m土层土壤贮水量模拟值和观测值间的相关系数为0.97;0～5 m土层土壤湿度的模拟值和观测值间相关系数在苜蓿草地、冬小麦田和马铃薯田分别为0.94、0.93和0.87,均达到了极显著水平。模拟结果表明：苜蓿翻耕后,种植马铃薯和糜子均有利于土壤水分的恢复。在土壤干燥化程度较严重时,种植冬小麦或者春玉米能够在一定程度上缓解土壤干燥化;在无干燥化或者干燥化程度较轻时,种植冬小麦和春玉米会导致土壤含水率的下降。在长武旱塬,“马铃薯-糜子-春玉米-马铃薯-糜子-冬小麦”的粮食轮作模式有利于苜蓿地土壤水分恢复,持续种植9～12 a后可以再次种植苜蓿。