精密播种机粒距分布计算机仿真的研究

研究精密播种机粒距分布是精密播种理论的重要组成部分。本文主要研究绕水平轴旋转精播种子的排种器,因此适用于广泛采用的机械式排种器(型孔轮式、型孔带式)和气力式排种器(气吹式、气吸式)等。基于对精密播种机粒距误差形成的分析,将其工作过程分解为充种和投种两个阶段,并采用数理统计、数理方程、精密播种理论等综合方法,建立了精密播种机在不同参数下的粒距动态分布模型,并对玉米、大豆等作物的粒距分布进行了计算机数字仿真。本文的研究为精密播种机设计方法的改进提供了一种新的途径。     

气送式油菜飞播装置投种过程分析与试验

针对气送式油菜飞播装置作业时种子在离开投种管末端至到达土壤的过程中运移轨迹易受扰动而出现播种成条效果不佳甚至串行的问题,该研究对折叠式投种装置的投种过程进行了分析和优化。通过理论分析建立种子在投种管内和投种过程中的运动学模型,根据DEM-CFD（Discrete Element Method- Computational Fluid Dynamics, DEM-CFD）气固耦合仿真和高速摄像对种子在输送气流和无人机旋翼气流场中的运动轨迹和速度变化情况进行分析,并以此为基础对投种装置的结构及工作参数进行优化。混合正交仿真试验结果表明：种子在竖直投种管内速度变化的影响因子主次顺序依次为输送气流速度、投种管长度、投种管内径,其中输送气流速度、投种管长度对油菜种子在投种管内速度的变化的影响为极显著（P<0.01）,投种管内径对油菜种子在投种管内速度的影响一般显著（0.05≤P<0.1）。高速摄像及地面泥盒试验结果显示,将原有气固分离器改为种子加速器,即增加输送气流速度参与投种后,投种管末端气流速度为4.5 m/s时,竖直位移30 cm处种子的平均水平分位移为4 cm,投种管正下方30 cm处泥盒内种子落地条带宽度为5.2 cm,比有气固分离器的结构,种子平均水平分位移减少3.1 cm,条带宽度减少7.9 cm,与仿真分析结果基本保持一致,满足油菜成条飞播的作业要求。     

气吸滚筒式花生穴播器投种性能分析与试验

针对气吸滚筒式花生穴播器投种过程中种子不能准确落入导种机构而造成漏播、重播的问题,该研究提出了一种通过调整穴播器盖边缘开口位置和导种机构安装角度的方法寻求最佳投种轨迹,对种子脱离穴播器盖进入导种机构阶段建立动力学模型,明确了投种轨迹变化机理,确定了穴播器盖和导种机构的安装参数。借助EDEM仿真软件研究了穴播器盖和导种机构在不同安装角度下的投种性能,得出种子在与分种盘挡片接触状态下脱离穴播器盖边缘的投种性能最佳。选取穴播器盖安装角度、导种机构安装角度和机具前进速度为试验因素,以排种粒距合格率、漏播率、重播率为试验指标,在排种试验台上进行三因素三水平组合试验。结果表明：在穴播器盖安装角为17.10°、导种机构安装角为11.18°、机具前进速度为3.85 km/h的条件下投种性能最优,此时排种粒距合格率为95.37%。田间试验结果表明,调节穴播器盖安装角为17.10°、导种机构安装角11.18°,机具前进速度在3.05～4.65 km/h范围内,试验结果与台架试验结果基本相符,排种粒距合格率大于89%、漏播率小于7%,重播率小于5%,满足花生单粒精量播种要求。     

精密播种机接输种和后田间植株分布的研究

在精密播种机接输种管后田间植株分布动态模型的基础上，利用随机、统计和精密播种等理论，描述了种子在输种管内运动的全过程。通过试验测定了种子沿输种管运动的综合摩擦系数，确定了输种和投种阶段误差。应用计算机仿真技术了典型精密播种接输种管后田间植株分布规律。最后，通过田间试验对计算机仿真结果进行了验证。     

旱作多功能精密穴播轮成穴机理的研究

在分析穴播轮成穴投种器成穴、投种工作过程的基础上，建立了成穴投种器运动轨迹的数学模型，并给出了穴孔轮廓的参数方程。分析了成穴投种器结构参数对穴孔形状和播种质量的影响。试验结果表明，穴孔长度随鸭嘴管安装角的增大而减少，漏播率随鸭嘴安装角和翼板长度的增加而减少，随翼板位置角的增加而增大。     

精密播种机接输种管后田间植株分布的研究

在精密播种机接输种管后田间植株分布动态模型的基础上，利用随机、统计和精密播种等理论，描述了种子在输种管内运动的全过程。通过试验测定了种子沿输种管运动的综合摩擦系数，确定了输种和投种阶段误差。应用计算机仿真技术预测了典型精密播种机接输种管后田间植株分布规律。最后，通过田间试验对计算机仿真结果进行了验证。     

气吸式胡萝卜起垄播种一体机研制

该研究结合山东等地的胡萝卜垄作种植模式,研制了一种集起垄、开沟、精量播种、覆土、镇压等功能于一体的气力式胡萝卜精量播种机,实现胡萝卜垄上窄行精量播种作业。该机采用负压吸种、正压吹杂完成单粒精量播种,主要由气吸式精量排种器、起垄整形装置、开沟分种装置、覆土器、机架及传动系统组成。根据吸种及投种过程的种子受力及运动分析,得到排种器气室真空度临界值,明确了投种位置及株距均匀性的主要影响因素。设计了双圈型孔排种盘,排种盘内外圈型孔所在圆周半径分别为87.5和95.0 mm,每圈型孔数量为30个。依据清种要求及作业空间,设计锯齿刮板式及偏心式刮种器,实现型孔两侧刮种;根据种植农艺要求,确定FL-2.5型风机,实现不同播种风量要求;采用3个双翼铧式犁起垄,并通过整形装置对垄形进行修整,一次完成2个梯形垄;遵循单体双窄行、浅开沟及少覆土要求,确定了开沟分种结构及覆土板参数。依据投种过程分析,采用低位投种方式,最低限度布置排种器,开沟分种装置总体高度在100mm左右。以排种盘型孔直径、排种盘转速和气室负压为试验因素,以粒距合格率、漏播率和重播率为试验评价指标,进行三因素五水平的二次回归正交旋转组合试验,获得排种器最佳参数组合为型孔直径1.6mm,排种盘转速18 r/min,气室负压4.4k Pa。田间试验结果表明,该机播种粒距合格率大于94%、漏播率小于5%、重播率小于4%,满足相关国家标准及胡萝卜种植农艺要求,可为胡萝卜精量播种机具的设计提供参考。     

电磁振动排种器种子运动分析及试验研究

通过对电磁振动排种器工作面上的种子进行运动分析,找出了电磁振动排种器的最佳参数设计依据,并对该排种器进行了试验,结果表明:该排种器适用于各种中、小粒种子,排种精度高,不损伤种子。     

气力滚筒式蔬菜穴盘播种机吸排种动力学模型的研究

为设计结构合理的气力滚筒式排种器,按单刚体系统对种子的吸排种过程建立动力学模型,结合试验研究影响吸排种效果的主要因素.在吸附阶段,选用合适的滚筒材料,提高种子与滚筒间的摩擦系数,适当增大气流量,减小种子与吸孔的距离,可以大大提高吸附效果.为保证种子能随滚筒转到排种位置,需限制滚筒的最大圆周速度,为此滚筒直径尺寸应适中,滚筒上吸孔按种子平均直径设计,并应合理调节吸种气腔内的真空度.在排种阶段,应优化设计滚筒气腔结构,使每行排种孔的流场分布尽量均匀,以尽量减小射流场对排种穴距不均匀的影响.     

气动振动器气吸播种机的种子振动性能研究

为提高气吸式播种机的吸种性能，在激振的条件下使种子在种子盘内产生抛掷运动。在种子盘振动近似为单频的情况下，从理论上分析了使种子产生向上抛掷运动的条件，种子颗粒所获得的惯性力在垂直于槽底方向上的分力应大于种子颗粒的重力在垂直于种子盘方向的分力(通过调整气动振动器的压力来实现)。并用试验对理论分析的条件进行验证。结果表明：要使种子产生抛掷运动必须使抛掷指数D≥1，一般取为1.4～3.3；同时激振基频有一下限值；只有在激振频率和振幅匹配良好的振动情况下，才能使吸种件对被抛起种子形成良好的吸种、固种能力。     

新型气吸式精量铺膜播种机的试验研究

一种新型气吸式精量铺膜播种机集地膜覆盖、深施化肥、膜上单粒精密播种三项先进的农业技术于一体，一次性完成整形开沟、深施化肥、铺膜、膜上成穴点播、膜边及种孔覆土等多项作业工序。适于播种出芽率较高的良种玉米、棉花及豆类等大田作物。文章就该机的结构、工作原理及设计的理论依据进行讨论。     

马铃薯施肥播种起垄全膜覆盖种行覆土一体机设计

为实现全膜覆盖种行覆土马铃薯机械化种植,针对地膜全域覆盖膜上对行覆土等难题,设计了马铃薯施肥播种起垄全膜覆盖种行覆土一体机。对样机关键部件进行了分析与设计,确定了液压偏置悬挂装置、跨越式膜上覆土装置、排种系统、碎土整形装置结构及工作参数,解析了核心部件作业机理。田间试验表明,马铃薯施肥播种起垄全膜覆盖种行覆土一体机膜下播种深度合格率为86%,种薯间距合格指数为89%,重种指数为5%,漏种指数为4%,种行覆土宽度合格率为92%,种行覆土厚度合格率为94%,邻接行距合格率为86%,地膜采光面机械破损程度为48.1 mm/m2,渗水孔间距合格率为96%。田间性能试验指标均达到国家和行业标准要求,试验结果满足设计要求,能够实现施肥、播种、起垄、全膜覆盖、种行覆土一体化作业。     

覆膜灌溉的灌水技术方案优化

覆膜灌溉是在覆膜种植基础上进行灌溉的一种新型地面灌溉技术,具有显著的节水、增产效果。由于地膜覆盖对田面水流运动规律有着显著的影响,所以为了提高灌水均匀度和灌水效率,需要对覆膜灌溉的灌水技术参数进行专门研究。该文结合对灌溉地表水流运动的数值模拟,以灌水均匀度最高为目标函数,考虑灌水定额、田面水深、单宽流量、地膜开孔率等约束条件,建立了覆膜灌溉的灌水技术要素优化模型,并利用在新疆乌兰乌苏棉花田所进行的试验结果,通过计算得到了覆膜灌溉的最优灌水技术方案。     

塑料垃圾分选技术在废旧地膜与杂质分离中的应用研究进展

农田废旧地膜与杂质分离技术是衔接废旧地膜回收与再利用的关键环节,分离后的废旧地膜可作为再生资源。文献资料显示,国外未见地膜分离技术或设备的相关报道,国内近年来开始在废旧地膜与杂物分离技术领域开展研究,但研制的设备还处于试验阶段。该文通过借鉴国内外塑料垃圾分选技术装备,结合国内地膜的物理特性以及废旧地膜与杂质混合的实际情况,分析塑料垃圾与废旧地膜杂质物理特性差异与相似之处,为废旧地膜分离处理提供理论基础和科学依据。通过文献分析和试验验证,风选法结合筛选法将是中国农田废旧地膜与杂质分离技术的发展趋势。     

新疆地区全生物降解膜降解特征及其对棉花产量的影响

针对残膜污染已经成为新疆棉田最严重的生态环境问题,以广东上九公司提供的3种淀粉基全生物降解地膜为供试材料,在我国西北内陆棉区（新疆石河子）开展了田间试验评价研究。结果表明,由于配方的不同,3种降解膜的降解特性、增温保墒性能以及对棉花产量的影响存在显著的差异性。从地表覆盖试验与填埋试验的结果看,与日本的生物降解地膜（CK2）相比,国内的3种供试地膜品种都表现为降解过快,特别是A膜和B膜,降解最为迅速,C膜降解相对较慢。过快的降解速率显著地影响了3种供试降解膜的增温保墒性能,特别是A膜和B膜,与普通膜（CK1）相比,土壤温度平均低2～3℃,土壤水分低3～5个百分点,3种供试降解膜比较,C膜的增温保墒效果略好。从产量结果来看,与普通膜相比,国内供试的A膜和B膜对产量影响较大,减产幅度分别为20%以上,供试C膜和对照的日本降解膜都表现为增产趋势,但与普通膜产量结果比较差异并不显著。     

2ZXM-2型全自动蔬菜穴盘苗铺膜移栽机的研制

针对新疆辣椒、番茄等作物移栽效率低、强度大、移栽质量差及作业工序多等问题,该文研制了一种全自动蔬菜穴盘苗铺膜移栽机,整机主要由自动送苗系统、自动取苗机构与栽植机构、机架、动力传动系统、铺膜铺管装置及镇压覆土装置等组成,可实现一次性完成整形开沟、铺设地膜与滴灌带、自动移栽及覆土镇压等多道作业工序,实现作物膜上覆土移栽的全自动机械化作业过程,并能满足不同作物移栽种植要求。辣椒穴盘苗田间移栽试验结果表明:当机组前进速度为2.8 km/h、理论设计株距为20 cm时,移栽机移栽频率为62株/(min·行),立苗合格率为96.3%,漏栽率为2.8%,伤苗率为1.25%,移栽合格率为93.4%,移栽深度合格率为93.5%,株距合格率为94.7%,株距变异系数为7.9%;滴灌管铺设效果较好,无破损、打折,铺膜及覆土性能优良,地膜采光面展平度为98.2%,采光面宽度合格率为平均为97.8%,平均机械破损程度平均为3.4 mm/m2,膜孔全覆土率为97.8%,移栽机各项性能指标均能够满足辣椒穴盘苗铺膜移栽的农艺要求。该研究可为国内开展全自动旱地移栽机的研发提供参考,对推动新疆机械化育苗移栽技术的发展具有重要意义。     

地膜覆盖对农作物产量的影响

综合考虑地膜覆盖技术对农作物产量的正面效应和地膜残留对农作物产量的负面影响,构建了地膜覆盖技术对农作物产量影响的评价模型,并以湖北省为例进行了评价。结果表明,湖北省在使用地膜覆盖技术36a后,残膜所造成的农作物减产率将大于由地膜覆盖技术引起的农作物增产率,残膜对农作物产量的负效应再持续16a则可以抵消由于地膜覆盖增温保墒使农作物增加的全部产量。由此可见,从长远来看,在现有残膜回收技术条件下使用地膜覆盖技术是不经济的。     

2ZZ-3型深松培垄施肥联合作业机的设计与试验

深松培垄施肥是玉米等作物种植过程中重要的田间管理环节,具有打破犁底层,加深耕作层,改善耕层结构,提高土壤蓄水保墒、抗旱耐涝的能力。针对东北地区常年作业所导致的土壤耕层较浅、土壤板结严重以及深松阻力大的问题,结合了深松、培土和施肥等关键技术,设计一种与32.5 kW以上拖拉机相配套的可一次性完成深松培垄和追肥等多项作业的深松培垄联合作业机。以拖拉机前进速度、垄沟深松深度、培土器开角为因素,伤苗率和比阻作为评价指标,进行了三因素三水平正交试验。结果表明：各因素对伤苗率和比阻影响的主次顺序依次为深松深度、培土器开角、前进速度;因素水平上的最优组合为深松深度为25 cm,起垄犁开角为60°,前进速度为5 km/h,伤苗率均值为3.31%,比阻均值为1.97 N/cm2。经过田间试验作业性能好,各项作业指标达到了农艺要求。深松培垄同时作业减少了动力消耗,减少了工作阻力,为旱地合理耕层的构建配套机具提供了参考。     

寒旱灌区冻融期冬小麦不同覆盖条件土壤温度变化

为揭示冻融期冬小麦不同覆盖条件土壤温度变化规律,基于河套灌区冬小麦地膜覆盖、秸秆覆盖和无覆盖3个试验区的实测土壤温度数据,分析了不同覆盖条件对土壤温度的影响及不同土层的土壤温度变化过程。结果表明:地膜覆盖对冻融期的土壤温度具有较好的增温效果,秸秆覆盖效果稍差;地膜覆盖和秸秆覆盖对土壤表土层增温效果较好,随着深度的增加,增温效果逐渐降低;地膜覆盖和秸秆覆盖在冻结期对土壤的增温效果最好,融解期的增温效果稍差,冻结稳定期增温效果很小;土壤温度变化过程在冻结期和融解期呈现不同特点,冻结期土壤温度随着土壤深度的增加而升高,融解期随着土壤深度的增加而降低,同时土壤融解速度远大于冻结速度。该研究结果可为寒旱灌区冻融期土壤水热运移提供参考,对冬小麦种植管理具有现实意义。     

覆膜不同开孔程度蒸发条件下土壤水热变化动态研究

覆膜灌溉播前铺膜通常无法覆盖全田面 ,而播种后需为作物破土预留出苗孔 ,覆膜灌溉时还需增设灌水孔 ,对上述各类孔的问题 ,可采用覆膜开孔率来统一表征。到目前为止 ,尚未见国内外关于覆膜开孔蒸发的水热耦合迁移方面的报道。在研制了室内蒸发水热动态观测实验系统的基础上 ,本文根据剖面初始含水率均匀的覆膜开孔蒸发土壤水分和温度的动态观测资料 ,分析了土壤温度变化规律及剖面水分的降低趋势 ,并建立了覆膜开孔蒸发的累积蒸发量、相对累积蒸发量及单位膜孔面积累积蒸发量随时间和不同覆膜开孔率变化的函数关系。分析结果表明 ,不同覆膜开孔率控制下的累积蒸发量与时间平方根之间均符合Gardner提出的裸土蒸发理论关系。该结果发展了传统的Gardner方程 ,拓展了该关系的应用途径 ,对今后进一步研究覆膜开孔蒸发的水热运动规律有重要意义。